Foreword

Ghrelin was first identified in 1999 by Kojima and colleagues (Kojima et al. 1999) as the natural ligand of an orphan G-protein coupled receptor, the Growth Hormone (GH) secretagogue receptor (GHS-R), which had been identified several years earlier through the actions of a growing number of synthetic growth hormone releasing peptides (GHRPs) and non-peptidyl GH secretagogues (Howard et al. 1996). Early studies, therefore, focussed on the actions of ghrelin as an important regulator of GH secretion. As a result Kojima et al (1999) designated this GH-releasing peptide, ghrelin (ghre is the Proto-Indo-European root of the word 'grow'). We now recognise that the functions of ghrelin extend well beyond its GH releasing actions and that it is a multi-functional peptide with both endocrine and autocrine/paracrine modes of action.

The roles of the preproghrelin-derived peptides - ghrelin, desacyl ghrelin and obestatin - in prostate cancer

Prostate cancer is the second most common cause of cancer related deaths in Western men. Despite the significant improvements in current treatment techniques, there is no cure for advanced metastatic, castrate-resistant disease. Early detection and prevention of progression to a castrate-resistant state may provide new strategies to improve survival. A number of growth factors have been shown to act in an autocrine/paracrine manner to modulate prostate cancer tumour growth. Our laboratory has previously shown that ghrelin and its receptors (the functional GHS-R1a and the non-functional GHS-R1b) are expressed in prostate cancer specimens and cell lines. We have shown that ghrelin increases cell proliferation in the PC3 and LNCaP prostate cancer cell lines through activation of ERK1/2, suggesting that ghrelin could regulate prostate cancer cell growth and play a role in the progression of the disease. Ghrelin is a 28 amino-acid peptide hormone, identified to be the natural ligand of the growth hormone secretagogue receptor (GHS-R1a). It is well characterised as a growth hormone releasing and as an orexigenic peptide that stimulates appetite and feeding and regulates energy expenditure and bodyweight. In addition to its orexigenic properties, ghrelin has been shown to play a regulatory role in a number of systems, including the reproductive, immune and cardiovascular systems and may play a role in a number of pathological conditions such as chronic heart failure, anorexia, cachexia, obesity, diabetes and cancer. In cancer, ghrelin and its receptor are expressed in a range of tumours and cancer cell lines and ghrelin has been demonstrated to modulate cell proliferation, apoptosis, migration and invasion in some cell types. The ghrelin gene (GHRL) encodes preproghrelin peptide, which is processed to produce three currently known functional peptides - ghrelin, desacyl ghrelin and obestatin. Prohormone convertases (PCs) have been shown to cleave the preproghrelin peptide into two primary products - the 28 amino acid peptide, ghrelin, and the remaining 117 amino acid C-terminal peptide, C-ghrelin. C-ghrelin can then be further processed to produce the 23 amino acid peptide, obestatin. Ghrelin circulates in two different forms - an octanoylated form (known as ghrelin) and a non-octanoylated form, desacyl ghrelin. The unique post-translational addition of octanoic acid to the serine 3 residue of the propeptide chain to form acylated ghrelin is catalysed by ghrelin O-acyltransferase (GOAT). This modification is necessary for binding of ghrelin to its only known functional receptor, the GHS-R1a. As desacyl ghrelin cannot bind and activate the GHS-R1a, it was initially thought to be an inactive peptide, despite the fact that it circulates at much higher levels than ghrelin. Further research has demonstrated that desacyl ghrelin is biologically active and shares some of the actions of ghrelin, as well as having some opposing and distinct roles. Interestingly, both ghrelin and desacyl ghrelin have been shown to modulate apoptosis, cell differentiation and proliferation in some cell types, and to stimulate cell proliferation through activation of ERK1/2 and PI3K/Akt pathways. The third known peptide product of the ghrelin preprohormone, obestatin, was initially thought to oppose the actions of ghrelin in appetite regulation and food intake and to mediate its effects through the G protein-coupled receptor 39 (GPR39). Subsequent research failed to reproduce the initial findings, however, and the possible anorexigenic effects of obestatin, as well as the identity of its receptor, remain unclear. Obestatin plays some important physiological roles, including roles in improving memory, the inhibition of thirst and anxiety, increased secretion of pancreatic juice, and regulation of cell proliferation, survival, apoptosis and differentiation. Preliminary studies have also shown that obestatin stimulates cell proliferation in some cell types through activation of ERK1/2, Akt and PKC pathways. Overall, however, at the commencement of this PhD project, relatively little was known regarding the functions and mechanisms of action of the preproghrelin-derived functional peptides in modulating prostate cancer cell proliferation. The roles of obestatin, and desacyl ghrelin as potential growth factors had not previously been investigated, and the potential expression and regulation of the preproghrelin processing enzymes, GOAT and prohormone convertases was unknown in prostate cancer cell lines. Therefore, the overall objectives of this study were to: 1. investigate the effects of obestatin on cell proliferation and signaling in prostate cancer cell lines 2. compare the effects of desacyl ghrelin and ghrelin on cell proliferation and signaling in prostate cancer cell lines 3. investigate whether prostate cancer cell lines possess the necessary enzymatic machinery to produce ghrelin and desacyl ghrelin and if these peptides can regulate GOAT expression Our laboratory has previously shown that ghrelin stimulates cell proliferation in the PC3 and LNCaP prostate cancer cell line through activation of the ERK1/2 pathway. In this study it has been demonstrated that treatments with either ghrelin, desacyl ghrelin or obestatin over 72 hours significantly increased cell proliferation in the PC3 prostate cancer cell line but had no significant effect in the RWPE-1 transformed normal prostate cell line. Ghrelin (1000nM) stimulated cell proliferation in the PC3 prostate cancer cell line by 31.66 6.68% (p<0.01) with the WST-1 method, and 13.55 5.68% (p<0.05) with the CyQUANT assay. Desacyl ghrelin (1000nM) increased cell proliferation in PC3 cells by 21.73 2.62% (p<0.01) (WST-1), and 15.46 7.05% (p<0.05) (CyQUANT) above untreated control. Obestatin (1000nM) induced a 28.37 7.47% (p<0.01) (WST-1) and 12.14 7.47% (p<0.05) (CyQUANT) significant increase in cell proliferation in the PC3 prostate cancer cell line. Ghrelin and desacyl ghrelin treatments stimulated Akt and ERK phosphorylation across a range of concentrations (p<0.01). Obestatin treatment significantly stimulated Akt, ERK and PKC phosphorylation (p<0.05). Through the use of specific inhibitors, the MAPK inhibitor U0126 and the Akt1/2 kinase inhibitor, it was demonstrated that ghrelin- and obestatin-induced cell proliferation in the PC3 prostate cancer cell line is mediated through activation of ERK1/2 and Akt pathways. Although desacyl ghrelin significantly stimulated Akt and ERK phosphorylation, U0126 failed to prevent desacyl ghrelin-induced cell proliferation suggesting ghrelin and desacyl ghrelin might act through different mechanisms to increase cell proliferation. Ghrelin and desacyl ghrelin have shown a proliferative effect in osteoblasts, pancreatic -cells and cardiomyocytes through activation of ERK1/2 and PI3K/Akt pathways. Here it has been shown that ghrelin and its non-acylated form exert the same function and stimulate cell proliferation in the PC3 prostate cancer cell line through activation of the Akt pathway. Ghrelin-induced proliferation was also mediated through activation of the ERK1/2 pathway, however, desacyl ghrelin seems to stimulate cell proliferation in an ERK1/2-independent manner. As desacyl ghrelin does not bind and activate GHSR1a, the only known functional ghrelin receptor, the finding that both ghrelin and desacyl ghrelin stimulate cell proliferation in the PC3 cell line suggests that these peptides could be acting through the yet unidentified alternative ghrelin receptor in this cell type. Obestatin treatment also stimulated PKC phosphorylation, however, a direct role for this pathway in stimulating cell proliferation could not be proven using available PKC pathway inhibitors, as they caused significant cell death over the extended timeframe of the cell proliferation assays. Obestatin has been shown to stimulate cell proliferation through activation of PKC isoforms in human retinal epithelial cells and in the human gastric cancer cell line KATO-III. We have demonstrated that all of the prostate-derived cell lines examined (PC3, LNCaP, DU145, 22Rv1, RWPE-1 and RWPE-2) expressed GOAT and at least one of the prohormone convertases, which are known to cleave the proghrelin peptide, PC1/3, PC2 and furin, at the mRNA level. These cells, therefore, are likely to possess the necessary machinery to cleave the preproghrelin protein and to produce the mature ghrelin and desacyl ghrelin peptides. In addition to prohormone convertases, the presence of octanoic acid is essential for acylated ghrelin production. In this study octanoic acid supplementation significantly increased cell proliferation in the PC3 prostate cancer cell line by over 20% compared to untreated controls (p<0.01), but surprisingly, not in the DU145, LNCaP or 22Rv1 prostate cancer cell lines or in the RWPE-1 and RWPE-2 prostate-derived cell lines. In addition, we demonstrated that exogenous ghrelin induced a statistically significant two-fold decrease in GOAT mRNA expression in the PC3 cell line (p<0.05), suggesting that ghrelin could pontentially downregulate its own acylation and, therefore, regulate the balance between ghrelin and desacyl ghrelin. This was not observed, however, in the DU145 and LNCaP prostate cancer cell lines. The GOAT-ghrelin system represents a direct link between ingested nutrients and regulation of ghrelin production and the ghrelin/desacyl ghrelin ratio. Regulation of ghrelin acylation is a potentially attractive and desirable tool for the development of better therapies for a number of pathological conditions where ghrelin has been shown to play a key role. The finding that desacyl ghrelin stimulates cell proliferation in the PC3 prostate cancer cell line, and responds to ghrelin in the same way, suggests that this cell line expresses an alternative ghrelin receptor. Although all the cell lines examined expressed both GHS-R1a and GHS-R1b mRNA, it remains uncertain whether these cell lines express the unidentified alternative ghrelin receptor. It is possible that the varied responses seen could be due to the expression of different ghrelin receptors in different cell lines. In addition to GOAT, prohormone convertases and octanoic acid availability may regulate the production of different peptides from the ghrelin preprohormone. The studies presented in this thesis provide significant new information regarding the roles and mechanisms of action of the preproghrelin-derived peptides, ghrelin, desacyl ghrelin and obestatin, in modulating prostate cancer cell line proliferation. A number of key questions remain to be resolved, however, including the identification of the alternative ghrelin/desacyl ghrelin receptor, the identification of the obestatin receptor, a clarification of the signaling mechanisms which mediate cell proliferation in response to obestatin treatment and a better understanding of the regulation at both the gene and post-translational levels of functional peptide generation. Further studies investigating the role of the ghrelin axis using in vivo prostate cancer models may be warranted. Until these issues are determined, the potential for the ghrelin axis, to be recognised as a novel useful target for therapy for cancer or other pathologies will be uncertain.

Régulation de l'activité transcriptionnelle de PPARgamma via l'activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a : potentiel anti-athérosclérotique

Les sécrétines peptidiques de l’hormone de croissance (GHRPs) constituent une classe de peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance (GH). Cette activité est médiée par leur liaison à un récepteur couplé aux protéines G : le récepteur des sécrétines de l’hormone de croissance (GHS-R1a), identifié subséquemment comme le récepteur de la ghréline. La ghréline est un peptide de 28 acides aminés sécrété principalement par les cellules de la muqueuse de l’estomac, qui exerce de nombreux effets périphériques indépendamment de la sécrétion de l’hormone de croissance. Les effets indépendants de la sécrétion de GH incluent, entre autres, des actions sur le contrôle de la prise de nourriture, le métabolisme énergétique, la fonction cardiaque, le système immunitaire et la prolifération cellulaire. L’étude de la distribution périphérique des sites de liaison des GHRPs nous a permis d’identifier un second site, le CD36, un récepteur scavenger exprimé dans plusieurs tissus dont le myocarde, l’endothélium de la microvasculature et les monocytes/macrophages. Le CD36 exprimé à la surface du macrophage joue un rôle clé dans l’initiation du développement de l’athérosclérose par la liaison et l’internalisation des lipoprotéines de faible densité oxydées (LDLox) dans l’espace sous-endothélial de l’artère. L’hexaréline, un analogue GHRP, a été développé comme agent thérapeutique pour stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance par l’hypophyse. Sa propriété de liaison aux récepteurs GHS-R1a et CD36 situés en périphérie et particulièrement sa capacité d’interférer avec la liaison des LDLox par le CD36 nous ont incité à évaluer la capacité de l’hexaréline à moduler le métabolisme lipidique du macrophage. L’objectif principal de ce projet a été de déterminer les effets de l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a, par l’hexaréline et la ghréline, le ligand endogène du GHS-R1a, sur la physiologie du macrophage et de déterminer son potentiel anti-athérosclérotique. Les résultats montrent premièrement que l’hexaréline et la ghréline augmentent l’expression des transporteurs ABCA1 et ABCG1, impliqués dans le transport inverse du cholestérol, via un mécanisme contrôlé par le récepteur nucléaire PPARγ. La régulation de l’activité transcriptionnelle de PPARγ par l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a se fait indépendamment de la présence du domaine de liaison du ligand (LBD) de PPARγ et est conséquente de changements dans l’état de phosphorylation de PPARγ. Une étude plus approfondie de la signalisation résultant de la liaison de la ghréline sur le GHS-R1a révèle que PPARγ est activé par un mécanisme de concertation entre les voies de signalisation Gαq/PI3-K/Akt et Fyn/Dok-1/ERK au niveau du macrophage. Le rôle de PPARγ dans la régulation du métabolisme lipidique par l’hexaréline a été démontré par l’utilisation de macrophages de souris hétérozygotes pour le gène de Ppar gamma, qui présentent une forte diminution de l’activation des gènes de la cascade métabolique PPARγ-LXRα-transporteurs ABC en réponse à l’hexaréline. L’injection quotidienne d’hexaréline à un modèle de souris prédisposées au développement de l’athérosclérose, les souris déficientes en apoE sous une diète riche en cholestérol et en lipides, se traduit également en une diminution significative de la présence de lésions athérosclérotiques correspondant à une augmentation de l’expression des gènes cibles de PPARγ et LXRα dans les macrophages péritonéaux provenant des animaux traités à l’hexaréline. L’ensemble des résultats obtenus dans cette thèse identifie certains nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de PPARγ et du métabolisme du cholestérol dans le macrophage via les récepteurs CD36 et GHS-R1a. Ils pourraient servir de cibles thérapeutiques dans une perspective de traitement des maladies cardiovasculaires.

Le récepteur CD36 : implication dans le développement de l'athérosclérose et dans le recrutement des leucocytes aux sites inflammatoires

Le CD36 est un récepteur éboueur de classe B exprimé par plusieurs types cellulaires dont les macrophages et les cellules endothéliales de la microvasculature. Le CD36 présente une haute affinité de liaison pour les ligands lipidiques tels que les lipoprotéines oxydées de basse densité (LDLox). De part sa capacité à internaliser les LDLox au niveau des macrophages et de son implication dans la formation des cellules spumeuses, le CD36 joue un rôle critique dans le développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons testé l'hypothèse selon laquelle le EP 80317, un ligand synthétique sélectif du CD36, exerce des effets anti-athérosclérotiques chez les souris déficientes en apolipoprotéine E. Un traitement prolongé (12 semaines) avec le EP 80317 réduit fortement (de 51%) la surface des lésions athérosclérotiques par comparaison aux souris témoins. L'effet anti-athérosclérotique est associé à une diminution des taux de cholestérol plasmatique, à une réduction de l’internalisation des LDLox au niveau des macrophages et à une augmentation de l’expression des protéines impliquées dans le transport inverse du cholestérol. De plus, un traitement par le EP 80317 est également associé une diminution de l’expression aortique et plasmatique de protéines pro-inflammatoires. Nos études ont aussi montré un rôle pour le CD36 dans le recrutement des phagocytes mononucléés au niveau des lésions athérosclérotiques, tel que démontré par une réduction de l’accumulation des phagocytes mononucléés radiomarqués CD36–/– par rapport aux cellules CD36+/+. À l’échelle moléculaire, nous avons montré que les phospholipides oxydés induisent la phosphorylation de la kinase Pyk2 des podosomes des monocytes/macrophages de manière dépendante de l’expression du CD36 et de Src. Cette phosphorylation est atténuée par un traitement par le EP80317. Nos résultats appuient le rôle important du CD36 dans l’athérosclérose et suggèrent que les ligands synthétiques qui modulent la fonction du CD36 représentent potentiellement une nouvelle classe d'agents anti-athérosclérotiques. Le CD36 exprimé par les cellules endothéliales de la microvasculature est un récepteur de l’hétérodimère protéique S100A8/A9. Ces protéines s’associent à l’acide arachidonique intracellulaire (AA) des neutrophiles polymorphonucléaires (PMN) et le complexe S100A8/A9/AA peut être sécrété par les PMN activés au contact de l’endothélium. Nous avons vérifié l’hypothèse selon laquelle le CD36 exprimé par la microvasculature est impliqué dans le métabolisme transcellulaire de l’AA par la liaison du complexe S100A8/A9/AA et la réponse inflammatoire. Chez deux modèles murins d'inflammation aiguë (ischémie/reperfusion des membres inférieurs et poche d’air dorsale), nous avons observé que la réponse inflammatoire, notamment l’accumulation des PMN au niveau des sites inflammatoires, est diminuée en moyenne de 63% chez les souris CD36-/-. De même, un traitement par le EP 80317 ou par les anticorps anti-S100A8/A9 diminue chacun de 60% en moyenne l’extravasation des PMN vers les tissus inflammatoires. L’administration simultanée des deux traitements n’a aucun effet supplémentaire, et ces traitements n’exercent aucun effet chez les souris CD36-/-. Nos résultats appuient le rôle du récepteur CD36 de la microvasculature dans la régulation de la réponse inflammatoire. L’utilisation des ligands synthétiques du CD36 pourrait représenter une nouvelle avenue thérapeutique dans le traitement des réponses inflammatoires aiguës.

Regulation of lipid metabolism in adipocytes and hepatocytes by hexarelin through scavenger receptor CD36

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides.

Étude des mécanismes associés aux effets bénéfiques de la restriction calorique sur la fonction somatotrope du rat vieillissant.

Dans les cellules somatotropes, la liaison du facteur de libération de l’hormone de croissance (GHRH) à son récepteur (GHRH-R) stimule la synthèse et la sécrétion de l’hormone de croissance (GH) ainsi que la prolifération cellulaire. Chez les mammifères, le vieillissement est caractérisé par une diminution de la sécrétion de GH, liée à une perte de sensibilité des somatotropes au GHRH. Chez le rat âgé, des modifications de niveaux d'ARNm du GHRH-R et une diminution d'affinité et de capacité de liaison du GHRH sont rapportés. Au cours du vieillissement, une augmentation des niveaux de glucose et d’acides gras libres sérique suggère qu’une gluco- ou lipotoxicité puisse contribuer au dysfonctionnement de la fonction somatotrope. À ce jour, la restriction calorique modérée de longue durée (RCMLD) constitue l’intervention la plus efficace pour prévenir ou retarder les détériorations liées à l’âge. Des études ont montré des effets bénéfiques de la RCMLD sur l’axe somatotrope au cours du vieillissement via un maintien des paramètres de liaison du GHRH-R. Compte tenu de l’importance de cet axe, la compréhension des mécanismes menant à la somatopause ainsi que ceux associés aux effets bénéfiques de la RCMLD s’avère importante. Les objectifs principaux de la présente thèse étaient : 1) de déterminer les effets de la RCMLD chez le rat, sur le GHRH-R hypophysaire et la sensibilité des somatotropes au GHRH, 2) d’identifier les mécanismes associés à la somatopause et aux effets bénéfiques de la RCMLD, et 3) de préciser les effets d’une gluco-ou lipotoxicité sur l’axe somatotrope de rats et leur implication dans la somatopause. Des rats de 8 mois ont été soumis à une restriction calorique de 40% jusqu’à l’âge de 18-20 mois et ont été comparés à des rats jeunes et âgés nourris ad libitum. Cette étude a permis de mettre en évidence des effets bénéfiques de la RCMLD sur la régulation et la fonctionnalité du GHRH-R et de proposer que le glucose et les acides gras libres (AGL) circulants soient impliqués dans le vieillissement de la somatotrope. Une étude de micro-puce à ADN à permis d’identifier des gènes associés à des mécanismes de protection et de réparation des dommages cellulaires mis en place dans l’hypophyse antérieure au cours du vieillissement et par la RCMLD. Finalement, les effets d’un stress gluco- ou lipotoxique sur la fonction somatotrope ont été étudiés chez des rats de 2 et 6 mois, infusés 72 h avec une solution de glucose ou d’Intralipides, mimant les niveaux circulants de glucose et d’AGL retrouvés chez le rat âgé. Les résultats obtenus montrent que la glucotoxicité affecte la régulation de certains gènes de la somatotrope, dont le GHRH-R, et suggèrent que la capacité de réponse à ce type de stress est altérée. Les mécanismes par lesquels la glucotoxicité exerce ces effets pourraient inclure la génération de stress oxydant. L’ensemble de ces résultats proposent de nouvelles pistes mécanistiques qui pourraient contribuer au retardement de la somatopause et, ultimement, à l’élaboration de nouvelles stratégies d’intervention nutritionnelles ou pharmacologiques ciblant les mêmes voies que la RCMLD, avec une efficacité similaire ou supérieure.

Application du SPR dans le criblage des ligands synthétiques du CD36 et sa validation

Le CD36 est un récepteur de type éboueur de classe B exprimé à la surface de nombreux types cellulaires dont les macrophages, les cellules endothéliales de la microvasculature et les plaquettes. Ce récepteur multiligand est impliqué dans plusieurs processus pathologiques notamment l’athérosclérose, l’angiogénèse et la malaria via la liaison spécifique de ligands comme les lipoprotéines oxydées de basse densité, la thrombospondine-1 et la protéine PfEMP-1, respectivement. Les peptides de la relâche de l’hormone de croissance (GHRP) ont été identifiés comme les premiers ligands synthétiques du CD36. Afin de développer de nouveaux ligands synthétiques du CD36, l’établissement d’une méthode de criblage est essentiel pour découvrir des composés avec une liaison de haute affinité pour ce récepteur. Pour y parvenir, nous avons surexprimé le domaine extracellulaire du CD36 humain dans les cellules d’insectes Sf9. La protéine soluble purifiée par chromatographie d’affinité fut immobilisée à la surface d’une plaque de résonance de plasmons de surface (SPR) pour les études de liaison. La méthodologie développée a permis de caractériser les ligands du CD36 en déterminant leurs constantes de dissociation (KD), et d’établir une relation structure-activité des ligands de la famille des azapeptides, des composés dérivés du GHRP-6. Afin de valider la méthode par spectroscopie SPR, une corrélation a été établie entre les valeurs de KD obtenues en SPR et les valeurs d’CI50 de courbes d’inhibition de la phosphorylation des MAP kinases JNK1/2 induite par un phospholipide oxydé, le POVPC, en présence de concentrations croissantes de ligands du CD36 dans les macrophages RAW 264.7.

Régulation du métabolisme et du transport des lipides dans les macrophages : potentiel anti-athérosclérotique des ligands du CD36

Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de morbidité et de mortalité dans les pays industrialisés. Le récepteur CD36, exprimé à la surface des macrophages, joue un rôle déterminant dans l’internalisation des lipoprotéines oxydées menant à la formation des cellules spumeuses dans l’espace sous endothélial, première étape du développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons montré précédemment que les sécrétines de l’hormone de croissance sont des ligands du récepteur CD36 qui possèdent un site de liaison qui chevauche celui des lipoprotéines oxydées. Cependant, aucune étude n’avait rapporté les effets potentiels des ligands sélectifs du CD36 sur la progression des lésions athérosclérotiques et le métabolisme lipidique au niveau des macrophages. Ainsi, ce projet de doctorat visait à évaluer le potentiel anti-athérosclérotique du EP 80317, un ligand sélectif du CD36, et élucider les mécanismes à l’origine de ses effets sur le métabolisme et le transport des lipides au niveau des macrophages. À cette fin, des souris déficientes en apolipoprotéine E (apoE-/-), nourries avec une diète riche en lipides et en cholestérol, ont été traitées quotidiennement pendant 12 semaines avec le EP 80317, montrant un puissant effet anti-athérosclérotique associé à une réduction de 51% des lésions aortiques et de 30% du taux plasmatique de cholestérol total. Cette même étude a permis de montrer une réduction de l’internalisation des lipoprotéines oxydées ainsi qu’une augmentation de l’expression des gènes/protéines impliqués dans l’efflux du cholestérol au niveau des macrophages, comme le peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), liver x receptor α (LXRα) et les transporteurs ABCA1 et ABCG1, entraînant une réduction de la formation des cellules spumeuses. Ces observations nous ont conduits à élucider les mécanismes moléculaires engendrés par la liaison d’un ligand sélectif au récepteur CD36 dans les macrophages. Les études ont permis de montrer que les ligands du CD36 entraînent une augmentation de l’efflux du cholestérol vers les transporteurs ABCA1 et ABCG1 en augmentant l’expression protéique de la cyclooxygénase 2 (COX-2) consécutive à la phosphorylation de la MAP kinase ERK1/2. L’activation de COX-2 stimule la production intracellulaire de la prostaglandine 15d-PGJ2, cette dernière conduisant à l’activation du PPARγ. Finalement, une troisième étude nous a permis de mettre en évidence les effets du EP 80317 sur le transport inverse du cholestérol in vivo. L’injection de macrophages J774 radiomarqués avec du cholestérol tritié dans la cavité péritonéale de souris avec le EP 80317 nous a permis de montrer que le EP 80317 entraîne une réduction de la radioactivité retrouvée dans le foie tandis qu’il augmente celle retrouvée dans les fèces par comparaison aux souris contrôles, sans néanmoins modifier le profil plasmatique du radiotraceur entre les deux groupes. De plus, l’expression des gènes impliqués dans le transport du cholestérol au niveau intestinal comme le LXRα, ABCA1, ABCG5 ainsi que ABCG8 ont été régulés à la hausse par le EP 80317 tandis que l’expression de NPC1L1, un transporteur impliqué dans l’absorption du cholestérol, a été régulé à la baisse. Toutefois, les gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol au niveau du foie ne sont pas modulés par le EP 80317. En conclusion, les travaux effectués dans le cadre de cette thèse nous ont permis de montrer que l’activation du récepteur CD36 par le EP 80317 pourrait s’avérer être une nouvelle approche thérapeutique pour le traitement de l’athérosclérose. Les effets anti-athérosclérotiques et hypocholestérolémiants des ligands synthétiques du récepteur CD36 sont en partie engendrés par 1) la régulation du métabolisme des lipides au niveau des macrophages en réponse à l’activation du PPARγ par son ligand endogène, le 15d-PGJ2 et 2) par une augmentation du transport inverse du cholestérol, particulièrement par une augmentation de l’efflux transintestinal.

Méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides: application à la synthèse d’analogues aza-GHRP-6 en tant que ligands du récepteur CD36

Les azapeptides sont des mimes peptidiques où le carbone alpha d’un ou de plusieurs acides aminés est remplacé par un atome d’azote. Cette modification tend à stabiliser une conformation en repliement beta en raison de la répulsion électronique entre les paires d’électrons libres des atomes d’azote adjacents et de la géométrie plane de l’urée. De plus, le résidu semicarbazide a une meilleure résistance face aux protéases en plus d’être chimiquement plus stable qu’une liaison amide. Bien que les propriétés des azapeptides en fassent des mimes peptidiques intéressants, leurs méthodes de synthèses font appel à la synthèse laborieuse d’hydrazines substituées en solution. Le peptide sécréteur d’hormone de croissance 6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2) est un hexapeptide synthétique qui possède une affinité pour deux récepteurs distincts: les récepteurs GHS-R1a et CD36. Les travaux effectués au cours de mon doctorat qui seront détaillés dans cet ouvrage visent à atteindre deux objectifs: (1) le développement d’analogues du peptide GHRP-6 sélectif à un seul récepteur et (2) la mise au point d’une nouvelle méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides. En réponse au premier objectif, la synthèse parallèle de 49 analogues aza-GHRP-6 a été effectuée et certains candidats sélectifs au récepteur CD36 ont été identifiés. L’étude de leurs propriétés anti-angiogéniques, effectuée par nos collaborateurs, a également permis d’identifier des candidats intéressants pour le traitement potentiel de la dégénérescence maculaire liée à l’âge. Une nouvelle approche pour la synthèse combinatoire d’azapeptides, faisant appel à l’alkylation et la déprotection chimiosélective d’une sous-unité semicarbazone ancrée sur support solide, a ensuite été développée. La portée de cette méthodologie a été augmentée par la découverte de conditions permettant l’arylation régiosélective de cette sous-unité semicarbazone, donnant accès à treize nouveaux dérivés aza-GHRP-6 possédant des résidus aza-arylglycines aux positions D-Trp2 et Trp4. L’élaboration de conditions propices à l’alkylation et la déprotection chimiosélective de la semicarbazone a donné accès à une variété de chaînes latérales sur l’acide aminé « aza » préalablement inaccessibles. Nous avons, entre autres, démontré qu’une chaîne latérale propargyl pouvait être incorporée sur l’acide aminé « aza ». Tenant compte de la réactivité des alcynes, nous avons ensuite élaboré des conditions réactionnelles permettant la formation in situ d’azotures aromatiques, suivie d’une réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire sur support solide, dans le but d’obtenir des mimes de tryptophane. Sept analogues du GHRP-6 ont été synthétisés et testés pour affinité au récepteur CD36 par nos collaborateurs. De plus, nous avons effectué une réaction de couplage en solution entre un dipeptide possédant un résidu aza-propargylglycine, du paraformaldehyde et une variété d’amines secondaires (couplage A3) afin d’accéder à des mimes rigides d’aza-lysine. Ces sous-unités ont ensuite été incorporées sur support solide afin de générer sept nouveaux azapeptides avec des dérivés aza-lysine à la position Trp4 du GHRP-6. Enfin, une réaction de cyclisation 5-exo-dig a été développée pour la synthèse de N-amino imidazolin-2-ones en tant que nouveaux mimes peptidiques. Leur fonctionnalisation par une série de groupements benzyliques à la position 4 de l’hétérocycle a été rendue possible grâce à un couplage Sonogashira précédant la réaction de cyclisation. Les propriétés conformationnelles de cette nouvelle famille de composés ont été étudiées par cristallographie aux rayons X et spectroscopie RMN d’un tétrapeptide modèle. L’activité biologique de deux mimes peptidiques, possédant un résidu N-amino-4-méthyl- et 4-benzyl-imidazolin-2-one à la position Trp4 du GHRP-6, a aussi été examinée. L’ensemble de ces travaux devrait contribuer à l’avancement des connaissances au niveau des facteurs structurels et conformationnels requis pour le développement d’azapeptides en tant que ligands du récepteur CD36. De plus, les résultats obtenus devraient encourager davantage l’utilisation d’azapeptides comme peptidomimétiques grâce à leur nouvelle facilité de synthèse et la diversité grandissante au niveau de la chaîne latérale des acides aminés « aza ».

Évaluation du rôle du récepteur CD36 comme cible thérapeutique potentielle dans le traitement de la maladie cardiaque ischémique

La maladie cardiaque ischémique, la plus commune des maladies qui affectent le cœur, est encore aujourd’hui une importante cause de décès dans les pays industrialisés. Une réponse cardio-métabolique inflammatoire à un changement aigu initié par une modification du métabolisme énergétique du cœur ischémique est accentuée après que l’apport en oxygène ait été rétabli. Parmi les altérations délétères dans le myocarde qui en résultent, sont inclus l’accumulation d’acides gras non estérifiés (AGNE) ainsi que leur oxydation au détriment de l’utilisation du glucose, ce qui amplifie la génération d’espèces réactives de l’oxygène (ROS). Les tissus en périphérie du cœur tel que le tissu adipeux peuvent affecter l’étendue des blessures au myocarde par la relâche en circulation de substances bioactives comme les AGNE et l’adiponectine. Le CD36 est le principal facilitateur de l’entrée d’AGNE dans le cœur et les adipocytes et constitue une importante cible métabolique spécialement lors d’un stress d’ischémie-reperfusion (I/R). Il a été rapporté précédemment par notre groupe qu’un ligand synthétique et sélectif envers le CD36 exerce un effet protecteur puissant sur le système vasculaire. Cependant, aucune étude in vivo n’a rapporté d’effet cardioprotecteur de ligands sélectifs envers le CD36. Ainsi, ce projet visait à évaluer le rôle et possiblement l’effet cardioprotecteur de ligands sélectifs du récepteur CD36 sur la blessure au myocarde en I/R. Des souris CD36+/+ et CD36-/- ont été traitées quotidiennement avec le EP 80317, le CP-3(iv) ou le véhicule pendant 14 jours avant de subir la ligature temporaire de l’artère coronaire antérieure descendante gauche (LAD). Notre première étude a montré que le EP 80317 exerce un effet cardioprotecteur puissant tel que montré par la réduction de la surface des lésions et l’amélioration de la fonction cardiaque in vivo suivant la blessure au myocarde en I/R. De plus, le EP 80317 a réduit l’internalisation totale d’AGNE dans le myocarde, mesurée in vivo par l’imagerie métabolique cardiaque, en accord avec la diminution du niveau circulant d’AGNE. Une réduction de la lipolyse révélée par une perfusion de radiotraceur de palmitate et une augmentation du niveau d’expression de gènes adipogéniques et anti-lipolytiques appuient davantage l’effet du EP 80317 dans la prévention de la mobilisation délétère d’acides gras du tissu adipeux. Notre deuxième étude a investigué le mécanisme cardioprotecteur d’une nouvelle génération de ligands dotés d’une plus grande affinité de liaison envers le CD36. Cette étude a montré que le CP-3(iv) est aussi pourvu d’un puissant effet cardioprotecteur comme le montre la réduction de la taille de l’infarctus et l’amélioration de la fonction cardiaque post-I/R du myocarde qui est fonction d’une signalisation métabolique et anti-oxydante de l’adiponectine. En effet, l’augmentation des principales voies de signalisation régulant la sécrétion de l’adiponectine et des gènes antioxydants a été démontrée dans le tissu adipeux suivant l’I/R du myocarde et un traitement avec le CP-3(iv). L’activation de la protéine kinase B ou Akt dans le myocarde avec la diminution de la génération de ROS et de la signalisation de mort cellulaire appuient davantage le rôle cardioprotecteur du CP-3(iv) dans l’I/R du myocarde. En conclusion, le travail présenté dans cette thèse soutient qu’une signalisation du CD36 par le EP 80317 et le CP-3(iv) pourrait s’avérer être une nouvelle approche thérapeutique dans le traitement de la maladie cardiaque ischémique. Ces ligands synthétiques sélectifs envers le CD36 provoquent un effet salutaire sur le myocarde ischémique par le biais d’une amélioration du profil métabolique dans les premières heures de la reperfusion. Le EP 80317 réduit le niveau délétère d’AGNE et leur internalisation dans le cœur en situation d’excès, tandis que le CP-3(iv) augmente le niveau bénéfique d’adiponectine et son effet cardioprotecteur.

Molecular biology and biochemistry of brain tumours

ßElucidating some molecular mechanisms and biochemistry of brain tumours is an important step towards the development of adjuvant medical therapies. The present study concentrates on cholecystokinin (CCK), a gut-brain peptide that has been described to be able to induce mitosis of rat gliomas as well as hormone secretion by the anterior pituitary, via the CCK-B receptor. The significance of a polymorphism in the growth hormone releasing hormone (GHRH) receptor (GHRH-R) gene was also determined. Finally, defects in the ß-catenin gene, an important component of the developmental pathway, in a sub-set of craniopharyngiomas were investigated. Reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR), restriction digestion analysis and direct sequencing demonstrated expression of CCK peptide itself and its A and B receptors by human gliomas, meningiomas and pituitary tumours. CCK peptides stimulated growth of cultured gliomas and meningiomas as well as in vitro hormone secretion [growth hormone (GH), luteinizing hormone (LH) and follicle stimulating hormone (FSH)] by human pituitary tumours. These biological effects were reduced or abolished by CCK antagonists. In addition, an antibody to CCK reduced mitosis by gliomas and meningiomas, and the same antibody inhibited hormone secretion by cultured human pituitary tumours. CCK peptides stimulated phosphatidylinositol (PI) hydrolysis, indicating coupling of the CCK receptors to phopsholipase C. Cyclic AMP was unaffected. In addition, caspase-3 activity was significantly and markedly increased, whilst proteasome activity was decreased. Taken together, these results may indicate an autocrine/paracrine role of CCK in the control of growth and/or functioning of gliomas, meningiomas and pituitary tumours. Primer induced restriction analysis (PIRA) of a rarer and alternative polymorphism in the GHRH-R receptor, in which Thr replaces Ala at codon 57, in human GH-secreting pituitary tumours was investigated. Whilst the rarer form correlated with an increased response of the pituitary cells to GHRH in vitro, allele distribution studies revealed that it is unlikely that the polymorphism contributes to increased risk of developing GH-secreting tumours and therefore acromegaly. Further findings of this study, using PCR and direct sequencing, were the demonstration of an association between b-catenin gene alterations and craniopharyngiomas of the adamantinomatous type. Since this gene product is involved with development, these results suggest that p-catenin mutations may contribute to the initiation and subsequent growth of congenital adamantinomatous craniopharyngiomas.

Insulin-like growth factor type-1 receptor down-regulation associated with dwarfism in Holstein calves

Perturbations in endocrine functions can impact normal growth. Endocrine traits were studied in three dwarf calves exhibiting retarded but proportionate growth and four phenotypically normal half-siblings, sired by the same bull, and four unrelated control calves. Plasma 3,5,3'-triiodothyronine and thyroxine concentrations in dwarfs and half-siblings were in the physiological range and responded normally to injected thyroid-releasing hormone. Plasma glucagon concentrations were different (dwarfs, controls>half-siblings; P<0.05). Plasma growth hormone (GH), insulin-like growth factor-1 (IGF-1) and insulin concentrations in the three groups during an 8-h period were similar, but integrated GH concentrations (areas under concentration curves) were different (dwarfs>controls, P<0.02; half-siblings>controls, P=0.08). Responses of GH to xylazine and to a GH-releasing-factor analogue were similar in dwarfs and half-siblings. Relative gene expression of IGF-1, IGF-2, GH receptor (GHR), insulin receptor, IGF-1 type-1 and -2 receptors (IGF-1R, IGF-2R), and IGF binding proteins were measured in liver and anconeus muscle. GHR mRNA levels were different in liver (dwarfs

An N-ethyl-n-nitrosourea induced corticotropin-releasing hormone promoter mutation provides a mouse model for endogenous glucocorticoid excess

Cushing's syndrome, which is characterized by excessive circulating glucocorticoid concentrations, maybe due to ACTH-dependent or -independent causes that include anterior pituitary and adrenal cortical tumors, respectively. ACTH secretion is stimulated by CRH, and we report a mouse model for Cushing's syndrome due to an N-ethyl-N-nitrosourea (ENU) induced Crh mutation at -120 bp of the promoter region, which significantly increased luciferase reporter activity and was thus a gain-of-function mutation. Crh -120/+ mice, when compared with wild-type littermates, had obesity, muscle wasting, thin skin, hair loss, and elevated plasma and urinary concentrations of corticosterone. In addition, Crh-120/+ mice had hyperglycemia, hyperfructosaminemia, hyperinsulinemia, hypercholesterolemia, hypertriglyceridemia, and hyperleptinemia but normal adiponectin. Crh -120/+ mice also had low bone mineral density, hypercalcemia, hypercalciuria, and decreased concentrations of plasma PTH and osteocalcin. Bone histomorphometry revealed Crh-120/+ mice to have significant reductions in mineralizing surface area, mineral apposition, bone formation rates, osteoblast number, and the percentage of corticoendosteal bone covered by osteoblasts, which was accompanied by an increase in adipocytes in the bone marrow. Thus, a mouse model for Cushing's syndrome has been established, and this will help in further elucidating the pathophysiological effects of glucocorticoid excess and in evaluating treatments for corticosteroid-induced osteoporosis.

Nerve growth factor induced turnover of phosphatidylinositol in rat superior cervical ganglia

The addition of nerve growth factor to organ cultures of superior cervical ganglia from immature rats specifically stimulated the incorporation of 32P-orthophosphate into phosphatidylinositol fraction. Equimolar concentrations of other hormones such as insulin, glucagon, thyroxine and growth hormone did not cause any stimulation of the incorporation of 14C-myoinositol into phosphatidylinositol. The stimulation of phosphatidylinositol turnover was observed over a concentration of nerve growth factor ranging from 10?10M to 10?7M. Nerve growth factor specific �inositide effect� was found to be sensitive to nerve growth factor antibody, 2,4-dinitrophenol, a high concentration of bovine growth hormones but not to Actinomycin D. The physiological significance of this finding in relation to nerve growth factor action in this target tissue is discussed.NGF, Nerve Growth Factor; SCG, Superior Cervical Ganglia; PI, Phosphatidylinositol

Five gonadotrophin-releasing hormone receptors in a teleost fish: isolation, tissue distribution and phylogenetic relationships

Gonadotrophin-releasing hormone (GnRH) is the main neurohormone controlling gonadotrophin release in all vertebrates, and in teleost fish also of growth hormone and possibly of other adenohypophyseal hormones. Over 20 GnRHs have been identified in vertebrates and protochoordates and shown to bind cognate G-protein couple receptors (GnRHR). We have searched the puffer fish, Fugu rubripes, genome sequencing database, identified five GnRHR genes and proceeded to isolate the corresponding complementary DNAs in European sea bass, Dicentrachus labrax. Phylogenetic analysis clusters the European sea bass, puffer fish and all other vertebrate receptors into two main lineages corresponding to the mammalian type I and II receptors. The fish receptors could be subdivided in two GnRHR1 (A and B) and three GnRHR2 (A, B and C) subtypes. Amino acid sequence identity within receptor subtypes varies between 70 and 90% but only 50–55% among the two main lineages in fish. All European sea bass receptor mRNAs are expressed in the anterior and mid brain, and all but one are expressed in the pituitary gland. There is differential expression of the receptors in peripheral tissues related to reproduction (gonads), chemical senses (eye and olfactory epithelium) and osmoregulation (kidney and gill). This is the first report showing five GnRH receptors in a vertebrate species and the gene expression patterns support the concept that GnRH and GnRHRs play highly diverse functional roles in the regulation of cellular functions, besides the ‘‘classical’’ role of pituitary function regulation.