Diversité fonctionnelle du facteur de transcription Tbx5 dans le coeur

Le cœur des vertébrés est un organe modulaire qui requiert le " patterning " complexe des champs morphogénétiques cardiogènes et la convergence coordonnée des diverses sous-populations de progéniteurs cardiogéniques. Au moins 7 facteurs de transcription de la famille T-box coopèrent au sein de ces nombreuses sous-populations de progéniteurs cardiogéniques afin de réguler la morphogenèse et l’agencement de multiples structures le long de l’ébauche cardiaque, ce qui explique que les mutations humaines de ces gènes engendrent diverses malformations congénitales cardiaques (MCCs). L’un de ces gènes T-box, Tbx5, dont l’haploinsuffisance génère le syndrome de Holt-Oram (SHO), intervient dans une grande variété de réseaux de régulation géniques (RRGs) qui orchestrent la morphogenèse des oreillettes, du ventricule gauche, de la valve mitrale, des septums inter-auriculaire et inter-ventriculaire, ainsi que du système de conduction cardiaque. La diversité des RRGs impliqués dans la formation de ces structures cardiaques suggère que Tbx5 détient une profusion de fonctions qui ne seront identifiables qu’en répertoriant ses activités moléculaires dans chaque lignée cardiaque examinée isolément. Afin d’aborder cette problématique, une ablation génétique de Tbx5 dans l’endocarde a été réalisée. Cette expérience a démontré le rôle crucial de Tbx5 dans la survie des cellules endocardiques bordant le septum primum et des cardiomyocytes au sein de cette structure embryonnaire qui contribuera à la morphogenèse du septum inter-auriculaire. En outre, cette étude a révélé l’existence d’une communication croisée entre la sous-population de cellules endocardiques Tbx5+ et le myocarde au niveau du septum primum, afin d’assurer la survie des cardiomyocytes, et ultimement de garantir la maturation du septum inter-auriculaire. Nos résultats confirment aussi l’importance de l’interdépendance génétique (Tbx5 et Gata4 ainsi que Tbx5 et Nos3) entre différents loci dans la morphogenèse de la cloison inter-auriculaire, et particulièrement de l’influence que peut avoir l’environnement sur la pénétrance et l’expressivité des communications inter-auriculaires (CIAs) dans le SHO. En outre, puisque les fonctions d’un gène dépendent ordinairement des différents isoformes qu’il peut générer, une deuxième étude a focalisé davantage sur l’aspect transcriptionnel de Tbx5. Cette approche a mené à la découverte de 6 transcrits alternatifs exhibant des fonctions à la fois communes et divergentes. La caractérisation de 2 de ces isoformes a révélé le rôle de l’isoforme long (Tbx5_v1) dans la régulation de la croissance des cardiomyocytes durant la cardiogénèse, tandis que l’isoforme court (Tbx5_v2), préférentiellement exprimé dans le cœur mature, réprime la croissance cellulaire. Il est donc entièrement concevable que les mutations de TBX5 entraînant une troncation de la région C-terminale accroissent la concentration d’une protéine mutée qui, à l’instar de Tbx5_v2, interfère avec la croissance de certaines structures cardiaques. En revanche, la divergence de fonctions de ces isoformes, caractérisée par les disparités de localisation subcellulaire et de d’interaction avec d’autres cofacteurs cardiaques, suggère que les mutations affectant davantage un isoforme favoriseraient l’émergence d’un type particulier de MCC. Finalement, un dernier objectif était d’identifier le ou les mécanisme(s) moléculaire(s) par le(s)quel(s) Tbx5 régule son principal gène cible, Nppa, et d’en extraire les indices qui éclairciraient sa fonction transcriptionnelle. Cet objectif nécessitait dans un premier lieu d’identifier les différents modules cis-régulateurs (MCRs) coordonnant la régulation transcriptionnelle de Nppa et Nppb, deux gènes natriurétiques dont l’organisation en tandem et le profil d’expression durant la cardiogénèse sont conservés dans la majorité des vertébrés. L’approche d’empreinte phylogénétique employée pour scanner le locus Nppb/Nppa a permis d’identifier trois MCRs conservés entre diverses espèces de mammifères, dont un (US3) est spécifique aux euthériens. Cette étude a corroboré que la régulation de l’expression du tandem génique Nppb/Nppa requérait l’activité transcriptionnelle d’enhancers en complément aux promoteurs de Nppa et Nppb. La concordance quasiment parfaite entre les profils d’expression de Tbx5 et de ces deux gènes natriurétiques chez les mammifères, suggère que le gradient d’expression ventriculaire de Tbx5 est interprété par le recrutement de ce facteur au niveau des différents enhancers identifiés. En somme, les études présentées dans cette thèse ont permis de clarifier la profusion de fonctions cardiaques que possède Tbx5. Certaines de ces fonctions émanent de l’épissage alternatif de Tbx5, qui favorise la synthèse d’isoformes dotés de propriétés spécifiques. Les diverses interactions combinatoires entre ces isoformes et d’autres facteurs cardiaques au sein des diverses sous-populations de progéniteurs cardiogènes contribuent à l’émergence de RRGs cardiaques divergents.

Relation entre CaMKII et les dynamiques calciques endothéliales : impact de l'hypertension arterielle.

L’endothélium vasculaire joue un rôle prépondérant dans la régulation du tonus vasculaire en générant l’oxyde nitrique (NO), la prostacycline (PGI2) et les facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) comme puissants vasodilatateurs. Ces mécanismes requièrent le calcium (Ca2+) à divers niveaux, démontrant l’importance des dynamiques calciques endothéliales. Une perturbation de l’homéostasie calcique est observée dans une dysfonction endothéliale liée à l’hypertension artérielle. Il est impératif d’approfondir nos connaissances sur les signalisations calciques endothéliales impliquées dans le contrôle du tonus vasculaire. Des études récentes ont montré qu’une variation locale de la concentration en Ca2+ libre intracellulaire ([Ca2+]i) est suffisante pour générer une réponse physiologique importante. Les pulsars calciques sont caractérisés par une augmentation de [Ca2+]i spontanée et transitoire spécifiquement localisée au niveau des projections myoendothéliales (PMEs). Ces PMEs sont des sites de communication privilégiés entre les cellules endothéliales (CEs) et les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs). Les pulsars calciques sont impliqués dans le mécanisme de l’EDHF via l’activation des canaux potassiques Ca2+-dépendant de moyenne conductance (KCa3.1 ou IKCa). Les travaux de cette thèse visent à améliorer nos connaissances sur les signalisations calciques locales en caractérisant une nouvelle voie de signalisation pouvant être impliquée dans la régulation du tonus vasculaire en condition physiopathologique. Outre les canaux KCa3.1 peu d’informations sont disponibles sur les cibles sensibles aux pulsars calciques. Une première étude a permis d’identifier la protéine kinase II dépendante du complexe Ca2+/calmoduline (CaMKII) sous ses isoformes α, β et δ dans les CEs d’artères natives de souris comme une cible pouvant être modulée par les pulsars calciques. Des études en immunofluorescence ont permis d’observer la localisation particulière de CaMKII endothéliale dans les PMEs, les sites des pulsars calciques. Une stimulation spécifique des pulsars calciques par la phényléphrine (PE) engendre un recrutement de CaMKII dans les PMEs. Sachant que CaMKII active l’oxyde nitrique synthase endothéliale (NOS3), nous avons évalué l’impact d’une stimulation des pulsars calciques sur la production de NO en présence d’un inhibiteur de CaMKII, le KN-93. Nous avons démontré que la production de NO est en partie dépendante de l’activation de CaMKII par les pulsars calciques. En utilisant un modèle d’hypertension induite par l’infusion chronique de PE, nous avons permis de mettre en évidence une perturbation dans la relation entre les pulsars calciques et CaMKII. Dans une seconde étude nous avons établi deux modèles (normo- et hypertendus) d’infusion chronique à l’angiotensine II (AngII) afin évaluer l’impact des ROS et de l’hypertension sur la voie de signalisation pulsars/CaMKII/NO. Nos résultats ont montré une augmentation des pulsars calciques accompagnée d’un recrutement de CaMKII dans les PMEs. Une stimulation aigue à l’AngII suggère que les ROS modulent les dynamiques calciques et que l’AngII stimule la production de NO. Cette étude propose que ces voies de signalisations impliquent les récepteurs de type 1 et 2 à l’AngII (AT1 et AT2). L’étude des pulsars calciques dépend fortement de la structure native des artères qui permet de conserver la formation des PMEs. La dernière étude présentée dans cette thèse a permis d’établir une relation entre les PMEs et les pulsars calciques dans trois lits vasculaires distincts (artères mésentériques, pulmonaires et coronariennes). Nos résultats ont montré que les paramètres cinétiques des pulsars calciques sont fortement conservés entre les différents lits vasculaires. Toutefois, la fréquence globale ainsi que le nombre de sites actifs des pulsars calciques diffèrent avec une proportion plus élevée dans les artères mésentériques et coronariennes comparativement aux artères pulmonaires. Ces résultats corrèlent avec le nombre plus élevé de PMEs retrouvé dans les artères mésentériques et coronariennes. Ces travaux suggèrent que les pulsars calciques sont fondamentaux pour les artères de résistance. Les études de cette thèse ont mené à l’identification d’une nouvelle voie de signalisation impliquant les pulsars calciques et CaMKII endothéliale dans la stimulation de la production de NO. Cette nouvelle voie de signalisation pourrait être impliquée dans la régulation du tonus vasculaire en condition physiopathologique. Les pulsars calciques semblent être fortement conservés entre les différentes artères de résistances et ce malgré la disparité dans les PMEs, suggérant un rôle prépondérant dans la fonction vasculaire. Ces travaux ouvrent une avenue pour le développement de potentielles cibles thérapeutiques pouvant contrer la dysfonction endothéliale associée à l’hypertension artérielle.

S-nitrosylation of proteins at the leading edge of migrating trophoblasts by inducible nitric oxide synthase promotes trophoblast invasion

Nitric oxide regulates many important cellular processes including motility and invasion. Many of its effects are mediated through the modification of specific cysteine residues in target proteins, a process called S-nitrosylation. Here we show that S-nitrosylation of proteins occurs at the leading edge of migrating trophoblasts and can be attributed to the specific enrichment of inducible nitric oxide synthase (iNOS/NOS2) in this region. Localisation of iNOS to the leading edge is co-incidental with a site of extensive actin polymerisation and is only observed in actively migrating cells. In contrast endothelial nitric oxide synthase (eNOS/NOS3) shows distribution that is distinct and non-colocalised with iNOS, suggesting that the protein S-nitrosylation observed at the leading edge is caused only by iNOS and not eNOS. We have identified MMP-9 as a potential target for S-nitrosylation in these cells and demonstrate that it co-localises with iNOS at the leading edge of migrating cells. We further demonstrate that iNOS plays an important role in promoting trophoblast invasion, which is an essential process in the establishment of a successful pregnancy.

Effect of exercise training on the cardiovascular and biochemical parameters in women with eNOS gene polymorphism

Context: Presence of endothelial nitric oxide synthase (eNOS) gene polymorphism has been associated with cardiovascular disease (CVD) whereas exercise training (EX) promotes beneficial effects on CVD which is related to increased nitric oxide levels (NO). Objective: To evaluate if women with eNOS gene polymorphism at position-G894T would be less responsive to EX than those who did not carry T allele. Methods: Women were trained 3 days/week, 40 minutes session during 6 months. Cardio-biochemical parameters and genetic analysis were performed in a double-blind fashion. Results: Plasma NOx - levels were similar in both groups at baseline (GG genotype: 18.44±3.28 μM) and (GT + TT genotype: 17.19±2.43 μM) and after EX (GG: 29.20±4.33 and GT+TT: 27.38±3.12 μM). A decrease in blood pressure was also observed in both groups. Discussion and conclusion: The presence of eNOS polymorphism does not affect the beneficial effects of EX in women. © 2011 Informa UK, Ltd.

Determinantes genéticos, bioquímicos e clínicos na resposta ao uso de hidroxiureia na doença falciforme

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Influence of training status and eNOS haplotypes on plasma nitrite concentrations in normotensive older adults: a hypothesis-generating study

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Recommendations for Genetic Testing to Reduce the Incidence of Anthracycline-induced Cardiotoxicity

AIM Anthracycline-induced cardiotoxicity (ACT) occurs in 57% of treated patients and remains an important limitation of anthracycline-based chemotherapy. In various genetic association studies, potential genetic risk markers for ACT have been identified. Therefore, we developed evidence-based clinical practice recommendations for pharmacogenomic testing to further individualize therapy based on ACT risk. METHODS We followed a standard guideline development process; including a systematic literature search, evidence synthesis and critical appraisal, and the development of clinical practice recommendations with an international expert group. RESULTS RARG rs2229774, SLC28A3 rs7853758 and UGT1A6 rs17863783 variants currently have the strongest and the most consistent evidence for association with ACT. Genetic variants in ABCC1, ABCC2, ABCC5, ABCB1, ABCB4, CBR3, RAC2, NCF4, CYBA, GSTP1, CAT, SULT2B1, POR, HAS3, SLC22A7, SCL22A17, HFE and NOS3 have also been associated with ACT, but require additional validation. We recommend pharmacogenomic testing for the RARG rs2229774 (S427L), SLC28A3 rs7853758 (L461L) and UGT1A6*4 rs17863783 (V209V) variants in childhood cancer patients with an indication for doxorubicin or daunorubicin therapy (Level B - moderate). Based on an overall risk stratification, taking into account genetic and clinical risk factors, we recommend a number of management options including increased frequency of echocardiogram monitoring, follow-up, as well as therapeutic options within the current standard of clinical practice. CONCLUSIONS Existing evidence demonstrates that genetic factors have the potential to improve the discrimination between individuals at higher and lower risk of ACT. Genetic testing may therefore support both patient care decisions and evidence development for an improved prevention of ACT.

Inhibition of nitro-oxidative stress attenuates pulmonary and systemic injury induced by high-tidal volume mechanical ventilation

Mechanisms contributing to pulmonary and systemic injury induced by high tidal volume (VT) mechanical ventilation are not well known. We tested the hypothesis that increased peroxynitrite formation is involved in organ injury and dysfunction induced by mechanical ventilation. Male Sprague-Dawley rats were subject to low- (VT, 9 mL/kg; positive end-expiratory pressure, 5 cmH2O) or high- (VT, 25 mL/kg; positive end-expiratory pressure, 0 cmH2O) VT mechanical ventilation for 120 min, and received 1 of 3 treatments: 3-aminobenzamide (3-AB, 10 mg/kg, intravenous, a poly adenosine diphosphate ribose polymerase [PARP] inhibitor), or the metalloporphyrin manganese(III) tetrakis(1-methyl-4-pyridyl)porphyrin (MnTMPyP, 5 mg/kg intravenous, a peroxynitrite scavenger), or no treatment (control group), 30 min before starting the mechanical ventilation protocol (n = 8 per group, 6 treatment groups). We measured mean arterial pressure, peak inspiratory airway pressure, blood chemistry, and gas exchange. Oxidation (fluorescence for oxidized dihydroethidium), protein nitration (immunofluorescence and Western blot for 3-nitrotyrosine), PARP protein (Western blot) and gene expression of the nitric oxide (NO) synthase (NOS) isoforms (quantitative real-time reverse transcription polymerase chain reaction) were measured in lung and vascular tissue. Lung injury was quantified by light microscopy. High-VT mechanical ventilation was associated with hypotension, increased peak inspiratory airway pressure, worsened oxygenation; oxidation and protein nitration in lung and aortic tissue; increased PARP protein in lung; up-regulation of NOS isoforms in lung tissue; signs of diffuse alveolar damage at histological examination. Treatment with 3AB or MnTMPyP attenuated the high-VT mechanical ventilation-induced changes in pulmonary and cardiovascular function; down-regulated the expression of NOS1, NOS2, and NOS3; decreased oxidation and nitration in lung and aortic tissue; and attenuated histological changes. Increased peroxynitrite formation is involved in mechanical ventilation-induced pulmonary and vascular dysfunction.