Regioselective synthesis of antiparallel loops on a macrocyclic scaffold constrained by oxazoles and thiazoles

[GRAPHICS] The regioselective syntheses and structures are reported for two tris-macrocylic compounds, each possessing two antiparallel loops on a macrocyclic scaffold constrained by two oxazoles and two thiazoles. NMR solution structures show the loops projecting from the same face of the macrocycle. Such molecules are shown to be prototypes for mimicking multiple loops of proteins.

Chromone: A valid scaffold in medicinal chemistry

Chromones are a group of naturally occurring compounds that are ubiquitous in nature, especially in plants. The word chromone is derived from the Greek word chroma, meaning “color”, which point out that many chromone derivatives can exhibit a diversity of colors.

Exploring cinnamic acid scaffold: development of promising neuroprotective lipophilic antioxidants

New lipophilic hydroxycinnamic acid based derivatives were designed and synthesized and their antioxidant and neuroprotective activities evaluated. The chemical modification introduced in the cinnamic acid scaffold leads to compounds with amplified lipophilicity and in general with increased antioxidant activity when compared to natural models (caffeic and ferulic acids). The compounds did not display cytotoxicity and present a significant neuroprotective effect against 6-OH-DA induced damage to SH-SY5Y cells. Compound 6 stands out as an efficient radical scavenger and iron(II) chelator that ensures drug-like properties. Moreover, neuroprotection against oxidative damage was observed even at low concentration (1 μM). Therefore, compound 6 developed by a biology-oriented approach displays a combination of important features for a further optimization process that will generate a new effective antioxidant with therapeutic application for oxidative-stress-related events, namely neurodegenerative diseases.

Applications of the indole scaffold in medicinal chemistry: development of new antioxidants, COX inhibitors and antitubercular agents

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química, especialidade Química Orgânica

Aqueous biphasic system based on cholinium ionic liquids: extraction of biologically active phenolic acids

Phenolic acids are aromatic secondary plant metabolites, widely spread throughout the plant kingdom. Due to their biological and pharmacological properties, they have been playing an important role in phytotherapy and consequently techniques for their separation and purification are in need. This thesis aims at exploring new sustainable separation processes based on ionic liquids (ILs) in the extraction of biologically active phenolic acids. For that purpose, three phenolic acids with similar chemical structures were selected: cinnamic acid, p-coumaric acid and caffeic acid. In the last years, it has been shown that ionic liquids-based aqueous biphasic systems (ABSs) are valid alternatives for the extraction, recovery and purification of biomolecules when compared to conventional ABS or extractions carried out with organic solvents. In particular, cholinium-based ILs represent a clear step towards a greener chemistry, while providing means for the implementation of efficient techniques for the separation and purification of biomolecules. In this work, ABSs were implemented using cholinium carboxylate ILs using either high charge density inorganic salt (K3PO4) or polyethylene glycol (PEG) to promote the phase separation of aqueous solutions containing three different phenolic acids. These systems allow for the evaluation of effect of chemical structure of the anion on the extraction efficiency. Only one imidazolium-based IL was used in order to establish the effect of the cation chemical structure. The selective extraction of one single acid was also researched. Overall, it was observed that phenolic acids display very complex behaviours in aqueous solutions, from dimerization to polymerization and also hetero-association are quite frequent phenomena, depending on the pH conditions. These phenomena greatly hinder the correct quantification of these acids in solution.

PHB-HV 3D Scaffold supports osteoblast growth

Bone tissue engineering requires a biocompatible scaffold that supports cell growth and enhances the native repair process. Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHB-HV) is a biodegradable 3D scaffold with 88.1 â 0.3% porosity and pore size of 163.5 â 0.1 mm. Previous studies demonstrated the potential of PHB-HV as a scaffold in spinal cord repair. The aim of this study was to evaluate PHB-HV as a scaffold for bone regeneration by assessing the cytocompatability of this scaffold.

Tendon regeneration through a scaffold-free approach: development of tenogenic magnetic hASCs sheets

Tendon's regeneration is limited, demanding for cell-based strategies to fully restore their functionality upon injury. The concept of magnetic force-based TE(1), generally using magnetic nanoparticles may enable, for example, stem cell stimulation and/or remote control over TE constructs. Thus, we originally propose the development of magnetic cell sheets (magCSs) with tenogenic capability, aimed at promoting tendon's regeneration. A Tenomodulin (TNMD+) subpopulation was sorted from human adipose stem cells (hASCs), using TNMD-coated immunomagnetic beads(2) and used as cell source for the development of magCSs. Briefly, cells were labeled with iron oxide composite particles (Micromod) and cultured for 7 days in α-MEM medium with or without magnetic stimulation provided by a magnetic device (nanoTherics). CSs were retrieved from the plates using magnet attraction as contiguous sheets of cells within its own deposited ECM.

Compressed collagen gel: a novel scaffold for human bladder cells.

Collagen is highly conserved across species and has been used extensively for tissue regeneration; however, its mechanical properties are limited. A recent advance using plastic compression of collagen gels to achieve much higher concentrations significantly increases its mechanical properties at the neo-tissue level. This controlled, cell-independent process allows the engineering of biomimetic scaffolds. We have evaluated plastic compressed collagen scaffolds seeded with human bladder smooth muscle cells inside and urothelial cells on the gel surface for potential urological applications. Bladder smooth muscle and urothelial cells were visualized using scanning electron microscopy, conventional histology and immunohistochemistry; cell viability and proliferation were also quantified for 14 days in vitro. Both cell types tested proliferated on the construct surface, forming dense cell layers after 2 weeks. However, smooth muscle cells seeded within the construct, assessed with the Alamar blue assay, showed lower proliferation. Cellular distribution within the construct was also evaluated, using confocal microscopy. After 14 days of in vitro culture, 30% of the smooth muscle cells were found on the construct surface compared to 0% at day 1. Our results provide some evidence that cell-seeded plastic compressed collagen has significant potential for bladder tissue regeneration, as these materials allow efficient cell seeding inside the construct as well as cell proliferation.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.

The scaffold protein IB1/JIP-1 is a critical mediator of cytokine-induced apoptosis in pancreatic beta cells.

In insulin-secreting cells, cytokines activate the c-Jun N-terminal kinase (JNK), which contributes to a cell signaling towards apoptosis. The JNK activation requires the presence of the murine scaffold protein JNK-interacting protein 1 (JIP-1) or human Islet-brain 1(IB1), which organizes MLK3, MKK7 and JNK for proper signaling specificity. Here, we used adenovirus-mediated gene transfer to modulate IB1/JIP-1 cellular content in order to investigate the contribution of IB1/JIP-1 to beta-cell survival. Exposure of the insulin-producing cell line INS-1 or isolated rat pancreatic islets to cytokines (interferon-gamma, tumor necrosis factor-alpha and interleukin-1beta) induced a marked reduction of IB1/JIP-1 content and a concomitant increase in JNK activity and apoptosis rate. This JNK-induced pro-apoptotic program was prevented in INS-1 cells by overproducing IB1/JIP-1 and this effect was associated with inhibition of caspase-3 cleavage. Conversely, reducing IB1/JIP-1 content in INS-1 cells and isolated pancreatic islets induced a robust increase in basal and cytokine-stimulated apoptosis. In heterozygous mice carrying a selective disruption of the IB1/JIP-1 gene, the reduction in IB1/JIP-1 content in happloinsufficient isolated pancreatic islets was associated with an increased JNK activity and basal apoptosis. These data demonstrate that modulation of the IB1-JIP-1 content in beta cells is a crucial regulator of JNK signaling pathway and of cytokine-induced apoptosis.

Zymosan induced arthritis in mice is biphasic and acts through the TLR2 pathway

Zymosan induced arthritis is thought to be dependent on activation of the alternative pathway of complement and is short lived. Recently it has been demonstrated that zymosan is capable of activating the innate immune system via toll-like receptor 2 (TLR2) and TLR6. These receptors play a role in linking the innate to the adaptive immune response. We have therefore reinvestigated the mechanisms by which zymosan induces arthritis by analyzing the kinetic of inflammation, the joint histology, lymphocyte proliferation in wild type and TLR2 deficient mice.

The scaffold protein IB1/JIP-1 controls the activation of JNK in rat stressed urothelium.

The c-Jun N-terminal kinase (JNK) is critical for cell survival, differentiation, apoptosis and tumorigenesis. This signalling pathway requires the presence of the scaffold protein Islet-Brain1/c-Jun N-terminal kinase interacting protein-1 (IB1/JIP-1). Immunolabeling and in situ hybridisation of bladder sections showed that IB1/JIP-1 is expressed in urothelial cells. The functional role of IB1/JIP-1 in the urothelium was therefore studied in vivo in a model of complete rat bladder outlet obstruction. This parietal stress, which is due to urine retention, reduced the content of IB1/JIP-1 in urothelial cells and consequently induced a drastic increase in JNK activity and AP-1 binding activity. Using a viral gene transfer approach, the stress-induced activation of JNK was prevented by overexpressing IB1/JIP-1. Conversely, the JNK activity was increased in urothelial cells where the IB1/JIP-1 content was experimentally reduced using an antisense RNA strategy. Furthermore, JNK activation was found to be increased in non-stressed urothelial cells of heterozygous mice carrying a selective disruption of the IB1/JIP-1 gene. These data established that mechanical stress in urothelial cells in vivo induces a robust JNK activation as a consequence of regulated expression of the scaffold protein IB1/JIP-1. This result highlights a critical role for that scaffold protein in the homeostasis of the urothelium and unravels a new potential target to regulate the JNK pathway in this tissue.

Dual functions of DP1 promote biphasic Wnt-on and Wnt-off states during anteroposterior neural patterning.

DP1, a dimerization partner protein of the transcription factor E2F, is known to inhibit Wnt/β-catenin signalling along with E2F, although the function of DP1 itself was not well characterized. Here, we present a novel dual regulatory mechanism of Wnt/β-catenin signalling by DP1 independent from E2F. DP1 negatively regulates Wnt/β-catenin signalling by inhibiting Dvl-Axin interaction and by enhancing poly-ubiquitination of β-catenin. In contrast, DP1 positively modulates the signalling upon Wnt stimulation, via increasing cytosolic β-catenin and antagonizing the kinase activity of NLK. In Xenopus embryos, DP1 exerts both positive and negative roles in Wnt/β-catenin signalling during anteroposterior neural patterning. From subcellular localization analyses, we suggest that the dual roles of DP1 in Wnt/β-catenin signalling are endowed by differential nucleocytoplasmic localizations. We propose that these dual functions of DP1 can promote and stabilize biphasic Wnt-on and Wnt-off states in response to a gradual gradient of Wnt/β-catenin signalling to determine differential cell fates.