Modulation par le récepteur neurokinine-1du mécanisme d’action des immunosuppresseurs chez les cellules T.

Le récepteur neurokinine 1 (NK1R) est impliqué dans la régulation des réponses immunitaires innées et adaptatives. Cependant, les mécanismes par lesquels le NK1R modulerait ces réponses ne sont pas connus. Chez les cellules T, les voies de la calcineurine et de la mTOR constituent les cibles d’immunosuppresseurs, comme la cyclosporine A (CsA), le tacrolimus et la rapamycine. Ainsi, nous avons voulu déterminer si le NK1R pourrait agir sur ces voies et si le blocage pharmacologique du NK1R avec des antagonistes sélectifs, pourrait augmenter l’action de ces immunosuppresseurs sur l’activation des cellules T. Tout d’abord, nos résultats ont montré que les cellules Jurkat (celules T humaines) exprimaient à la fois le gène du NK1R et de son ligand (les endokinines). Ceci suggère l'existence d'une régulation autocrine tachykinergique de la fonction des cellules T. Cette hypothèse est appuyée par nos données, où nous avons observé que le blocage du NK1R avec des antagonistes spécifiques (L-733,060 et L-703,606) chez les cellules Jurkat, inhibe la production d'IL-2 et diminue l'activation du NFAT (substrat de la calcineurine). De façon intéressante, nous avons montré un effet de combinaison entre les antagonistes du NK1R et les inhibiteurs de la calcineurine (CsA et tacrolimus) sur la production d’IL-2 et l’activation du NFAT. En revanche, le blocage du NK1R n'a pas d'effet inhibiteur sur l’activation de la mTOR et la p70S6K, mais réduit la phosphorylation de S6R (Ser235/236) et Akt (Ser473). Enfin, nous n’avons observé aucun effet de combinaison avec la rapamycine et l’antagoniste NK1R sur l’activation de mTOR et de sa voie de signalisation. L’ensemble de nos résultats, démontrent la présence d'un nouveau mécanisme de régulation de NFAT impliquant le système tachykinergique NK1R/endokinines chez les cellules T. Par conséquent, nous suggérons que la combinaison des antagonistes NK1R avec les inhibiteurs de la calcineurine pourrait être une alternative thérapeutique intéressante afin de réduire les doses de CsA et le FK506 dans les protocoles de prévention de rejet de greffes.

Expression et rôle de PD-1 et de ses ligands dans le contexte de la sclérose en plaques

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie inflammatoire démyélinisante et neurodégénérative du système nerveux central (SNC). Les cellules T activées qui expriment le PD-1 sont inhibées via l’interaction avec l’un des ligands: PD-L1 ou PD-L2. Des études effectuées chez le modèle murin de la SEP, l’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE), ont démontré que l’interaction du PD-1 avec ses ligands contribue à atténuer la maladie. Toutefois, le rôle du PD-1 et de ses ligands dans la pathogenèse de la SEP chez l’humain et dans le modèle murin n’a pas été complètement élucidé. Nous avons déterminé que plusieurs cellules du SNC humain peuvent exprimer les ligands du PD-1. Les astrocytes, les microglies, les oligodendrocytes et les neurones expriment faiblement le PD-L1 dans des conditions basales mais augmentent de façon significative cette expression en réponse à des cytokines inflammatoires. Le blocage de l’expression du PD-L1 par les astrocytes à l’aide de siRNA spécifiques mène à l’augmentation significative des réponses des cellules T CD8+ (prolifération, cytokines, enzymes lytiques). Nos résultats établissent ainsi que les cellules gliales humaines peuvent exprimer des niveaux suffisants de PD-L1 en milieu inflammatoire pour inhiber les réponses des cellules T CD8+. Notre analyse de tissus cérébraux post-mortem par immunohistochimie démontre que dans les lésions de la SEP les niveaux de PD-L1 sont significativement plus élevés que dans les tissus de témoins; les astrocytes et les microglies/macrophages expriment le PD-L1. Cependant, plus de la moitié des lymphocytes T CD8+ ayant infiltré des lésions de SEP n’expriment pas le récepteur PD-1. Au cours du développement de l’EAE, les cellules du SNC augmentent leur niveau de PD-L1. Le PD-1 est fortement exprimé par les cellules T dès le début des symptômes, mais son intensité diminue au cours de la maladie, rendant les cellules T insensibles au signal inhibiteur envoyé par le PD-L1. Nous avons observé que les cellules endothéliales humaines formant la barrière hémato-encéphalique (BHE) expriment de façon constitutive le PD-L2 mais pas le PD-L1 et que l’expression des deux ligands augmente dans des conditions inflammatoires. Les ligands PD-L1 et PD-L2 exprimés par les cellules endothéliales ont la capacité de freiner l’activation des cellules T CD8+ et CD4+, ainsi que leur migration à travers la BHE. L’endothélium du cerveau des tissus normaux et des lésions SEP n’exprime pas des taux détectables de PD-L1. En revanche, tous les vaisseaux sanguins des tissus de cerveaux normaux sont positifs pour le PD-L2, alors que seulement la moitié de ceux-ci expriment le PD-L2 dans des lésions SEP. Nos travaux démontrent que l’entrée des cellules T activées est contrôlée dans des conditions physiologiques grâce à la présence du PD-L2 sur la BHE. Cependant, l’expression plus faible du PD-L2 sur une partie des vaisseaux sanguins dans les lésions SEP nuit au contrôle de la migration des cellules immunes. De plus, une fois dans le SNC, les cellules T CD8+ étant dépourvues du PD-1 ne peuvent recevoir le signal inhibiteur fourni par le PD-L1 fortement exprimé par les cellules du SNC, leur permettant ainsi de rester activées.

Mécanismes de régulation du trafic et de l’activité du récepteur GABAB

L’acide γ-aminobutyrique (GABA) est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central et est impliqué dans diverses pathologies incluant l’épilepsie, l’anxiété, la dépression et la dépendance aux drogues. Le GABA agit sur l’activité neuronale par l’activation de deux types de récepteurs; le canal chlorique pentamérique GABAA et l’hétérodimère obligatoire de récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) GABAB. Chacun des récepteurs est responsable de phases distinctes de la réponse cellulaire au GABA. Lors d’une stimulation par le GABA, il est essentiel pour la cellule de pouvoir contrôler le niveau d’activité des récepteurs et au besoin, de limiter leur activation par des mécanismes de désensibilisation et de régulation négative. La désensibilisation nécessite le découplage du récepteur de ses effecteurs, ainsi que sa compartimentation hors de la membrane plasmique dans le but de diminuer la réponse cellulaire à l’agoniste. Les mécanismes de contrôle de l’activité de GABAB semblent anormaux pour un RCPG et sont encore mal moléculairement caractérisés. L’objet de cette thèse est d’étudier la régulation du récepteur GABAB et de sa signalisation par la caractérisation de nouvelles protéines d’interactions étant impliquées dans la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation du récepteur. Une première étude nous a permis d’identifier la protéine NSF (N-ethylmaleimide sensitive factor) comme interagissant avec le récepteur hétérodimérique. Nous avons caractérisé le site d’interaction au niveau du domaine coiled-coil de chacune des deux sous-unités de GABAB et constaté la dépendance de cette interaction au statut de l’activité ATPasique de NSF. Nous avons observé que cette interaction pouvait être dissociée par l’activation de GABAB, induisant la phosphorylation du récepteur par la protéine kinase C (PKC) parallèlement à la désensibilisation du récepteur. L’activation de PKC par le récepteur est dépendante de l’interaction NSF-GABAB, ce qui suggère une boucle de rétroaction entre NSF et PKC. Nous proposons donc un modèle où, à l’état basal, le récepteur interagit avec NSF, lui permettant d’activer PKC en réponse à la stimulation par un agoniste, et où cette activation permet à PKC de phosphoryler le récepteur, induisant sa dissociation de NSF et sa désensibilisation. Nous avons par la suite étudié la dégradation et l’ubiquitination constitutive de GABAB et la régulation de celles-ci par PKC et l’enzyme de déubiquitination USP14 (ubiquitin-specific protease 14). Au niveau basal, le récepteur est ubiquitiné, et présente une internalisation et une dégradation rapide. L’activation de PKC augmente l’ubiquitination à la surface cellulaire et l’internalisation, et accélère la dégradation du récepteur. USP14 est en mesure de déubiquitiner le récepteur suite à l’internalisation, mais accélère aussi la dégradation par un mécanisme indépendant de son activité enzymatique. Nos résultats suggèrent un mécanisme où l’ubiquitination promeut l’internalisation et où USP14 cible le récepteur ubiquitiné vers un processus de dégradation lysosomale. La troisième étude porte sur la régulation de la densité de récepteurs à la membrane plasmique par la protéine Grb2 (growth factor receptor-bound protein 2). Nous avons déterminé que Grb2 interagit avec GABAB1 au niveau de la séquence PEST (riche en proline, glutamate, sérine et thréonine) du domaine carboxyl-terminal, et que cette interaction module l’expression à la surface du récepteur hétérodimérique en diminuant l’internalisation constitutive par un mécanisme encore inconnu. Cette inhibition de l’internalisation pourrait provenir d’une compétition pour le site de liaison de Grb2 à GABAB1, ce site étant dans une région interagissant avec plusieurs protéines impliquées dans le trafic du récepteur, tels le complexe COPI et la sous-unité γ2S du récepteur GABAA (1, 2). En proposant de nouveaux mécanismes moléculaires contrôlant l’activité et l’expression à la membrane du récepteur GABAB par les protéines NSF, PKC, USP14 et Grb2, les études présentées dans cette thèse permettent de mieux comprendre les processus d’internalisation et de dégradation, ainsi que du contrôle de l’activité de GABAB par la désensibilisation, ouvrant la porte à une meilleure compréhension de la signalisation GABAergique.

Endothelin-converting enzyme-1 regulates trafficking and signalling of the neurokinin 1 receptor in endosomes of myenteric neurones

Neuropeptide signalling at the plasma membrane is terminated by neuropeptide degradation by cell-surface peptidases, and by beta-arrestin-dependent receptor desensitization and endocytosis. However, receptors continue to signal from endosomes by beta-arrestin-dependent processes, and endosomal sorting mediates recycling and resensitization of plasma membrane signalling. The mechanisms that control signalling and trafficking of receptors in endosomes are poorly defined. We report a major role for endothelin-converting enzyme-1 (ECE-1) in controlling substance P (SP) and the neurokinin 1 receptor (NK(1)R) in endosomes of myenteric neurones. ECE-1 mRNA and protein were expressed by myenteric neurones of rat and mouse intestine. SP (10 nM, 10 min) induced interaction of NK(1)R and beta-arrestin at the plasma membrane, and the SP-NK(1)R-beta-arrestin signalosome complex trafficked by a dynamin-mediated mechanism to ECE-1-containing early endosomes, where ECE-1 can degrade SP. After 120 min, NK(1)R recycled from endosomes to the plasma membrane. ECE-1 inhibitors (SM-19712, PD-069185) and the vacuolar H(+)ATPase inhibitor bafilomycin A(1), which prevent endosomal SP degradation, suppressed NK(1)R recycling by >50%. Preincubation of neurones with SP (10 nM, 5 min) desensitized Ca(2+) transients to a second SP challenge after 10 min, and SP signals resensitized after 60 min. SM-19712 inhibited NK(1)R resensitization by >90%. ECE-1 inhibitors also caused sustained SP-induced activation of extracellular signal-regulated kinases, consistent with stabilization of the SP-NK(1)R-beta-arrestin signalosome. By degrading SP and destabilizing endosomal signalosomes, ECE-1 has a dual role in controlling endocytic signalling and trafficking of the NK(1)R: promoting resensitization of G protein-mediated plasma membrane signalling, and terminating beta-arrestin-mediated endosomal signalling.

Protein phosphatase 2A mediates resensitization of the neurokinin 1 receptor

Activated G protein-coupled receptors (GPCRs) are phosphorylated and interact with beta-arrestins, which mediate desensitization and endocytosis. Endothelin-converting enzyme-1 (ECE-1) degrades neuropeptides in endosomes and can promote recycling. Although endocytosis, dephosphorylation, and recycling are accepted mechanisms of receptor resensitization, a large proportion of desensitized receptors can remain at the cell surface. We investigated whether reactivation of noninternalized, desensitized (phosphorylated) receptors mediates resensitization of the substance P (SP) neurokinin 1 receptor (NK(1)R). Herein, we report a novel mechanism of resensitization by which protein phosphatase 2A (PP2A) is recruited to dephosphorylate noninternalized NK(1)R. A desensitizing concentration of SP reduced cell-surface SP binding sites by only 25%, and SP-induced Ca(2+) signals were fully resensitized before cell-surface binding sites started to recover, suggesting resensitization of cell-surface-retained NK(1)R. SP induced association of beta-arrestin1 and PP2A with noninternalized NK(1)R. beta-Arrestin1 small interfering RNA knockdown prevented SP-induced association of cell-surface NK(1)R with PP2A, indicating that beta-arrestin1 mediates this interaction. ECE-1 inhibition, by trapping beta-arrestin1 in endosomes, also impeded SP-induced association of cell-surface NK(1)R with PP2A. Resensitization of NK(1)R signaling required both PP2A and ECE-1 activity. Thus, after stimulation with SP, PP2A interacts with noninternalized NK(1)R and mediates resensitization. PP2A interaction with NK(1)R requires beta-arrestin1. ECE-1 promotes this process by releasing beta-arrestin1 from NK(1)R in endosomes. These findings represent a novel mechanism of PP2A- and ECE-1-dependent resensitization of GPCRs.

Endothelin-converting enzyme 1 promotes re-sensitization of neurokinin 1 receptor-dependent neurogenic inflammation

BACKGROUND AND PURPOSE: The metalloendopeptidase endothelin-converting enzyme 1 (ECE-1) is prominently expressed in the endothelium where it converts big endothelin to endothelin-1, a vasoconstrictor peptide. Although ECE-1 is found in endosomes in endothelial cells, the role of endosomal ECE-1 is unclear. ECE-1 degrades the pro-inflammatory neuropeptide substance P (SP) in endosomes to promote recycling and re-sensitization of its neurokinin 1 (NK(1)) receptor. We investigated whether ECE-1 regulates NK(1) receptor re-sensitization and the pro-inflammatory effects of SP in the endothelium. EXPERIMENTAL APPROACH: We examined ECE-1 expression, SP trafficking and NK(1) receptor re-sensitization in human microvascular endothelial cells (HMEC-1), and investigated re-sensitization of SP-induced plasma extravasation in rats. KEY RESULTS: HMEC-1 expressed all four ECE-1 isoforms (a-d), and fluorescent SP trafficked to early endosomes containing ECE-1b/d. The ECE-1 inhibitor SM-19712 prevented re-sensitization of SP-induced Ca2+ signals in HMEC-1 cells. Immunoreactive ECE-1 and NK(1) receptors co-localized in microvascular endothelial cells in the rat. SP-induced extravasation of Evans blue in the urinary bladder, skin and ears of the rat desensitized when the interval between two SP injections was 10 min, and re-sensitized after 480 min. SM-19712 inhibited this re-sensitization. CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS: By degrading endocytosed SP, ECE-1 promotes the recycling and re-sensitization of NK(1) receptors in endothelial cells, and thereby induces re-sensitization of the pro-inflammatory effects of SP. Thus, ECE-1 inhibitors may ameliorate the pro-inflammatory actions of SP.

Ubiquitin-dependent down-regulation of the neurokinin-1 receptor

Transient stimulation with substance P (SP) induces endocytosis and recycling of the neurokinin-1 receptor (NK(1)R). The effects of sustained stimulation by high concentrations of SP on NK(1)R trafficking and Ca(2+) signaling, as may occur during chronic inflammation and pain, are unknown. Chronic exposure to SP (100 nm, 3 h) completely desensitized Ca(2+) signaling by wild-type NK(1)R (NK(1)Rwt). Resensitization occurred after 16 h, and cycloheximide prevented resensitization, implicating new receptor synthesis. Lysine ubiquitination of G-protein-coupled receptors is a signal for their trafficking and degradation. Lysine-deficient mutant receptors (NK(1)RDelta5K/R, C-terminal tail lysines; and NK(1)RDelta10K/R, all intracellular lysines) were expressed at the plasma membrane and were functional because they responded to SP by endocytosis and by mobilization of Ca(2+) ions. SP desensitized NK(1)Rwt, NK(1)RDelta5K/R, and NK(1)RDelta10K/R. However, NK(1)RDelta5K/R and NK(1)RDelta10K/R resensitized 4-8-fold faster than NK(1)Rwt by cycloheximide-independent mechanisms. NK(1)RDelta325 (a naturally occurring truncated variant) showed incomplete desensitization, followed by a marked sensitization of signaling. Upon labeling receptors in living cells using antibodies to extracellular epitopes, we observed that SP induced endocytosis of NK(1)Rwt, NK(1)RDelta5K/R, and NK(1)RDelta10K/R. After 4 h in SP-free medium, NK(1)RDelta5K/R and NK(1)RDelta10K/R recycled to the plasma membrane, whereas NK(1)Rwt remained internalized. SP induced ubiquitination of NK(1)Rwt and NK(1)RDelta5K/R as determined by immunoprecipitation under nondenaturing and denaturing conditions and detected with antibodies for mono- and polyubiquitin. NK(1)RDelta10K/R was not ubiquitinated. Whereas SP induced degradation of NK(1)Rwt, NK(1)RDelta5K/R and NK(1)RDelta10K/R showed approximately 50% diminished degradation. Thus, chronic stimulation with SP induces ubiquitination of the NK(1)R, which mediates its degradation and down-regulation.

Involvement of sensory nerves and TRPV1 receptors in the rat airway inflammatory response to two environment pollutants: diesel exhaust particles (DEP) and 1,2-naphthoquinone (1,2-NQ)

The environmental chemical 1,2-naphthoquinone (1,2-NQ) is implicated in the exacerbation of airways diseases induced by exposure to diesel exhaust particles (DEP), which involves a neurogenic-mediated mechanism. Plasma extravasation in trachea, main bronchus and lung was measured as the local (125)I-bovine albumin accumulation. RT-PCR quantification of TRPV1 and tachykinin (NK(1) and NK(2)) receptor gene expression were investigated in main bronchus. Intratracheal injection of DEP (1 and 5 mg/kg) or 1,2-NQ (35 and 100 nmol/kg) caused oedema in trachea and bronchus. 1,2-NQ markedly increased the DEP-induced responses in the rat airways in an additive rather than synergistic manner. This effect that was significantly reduced by L-732,138, an NK(1) receptor antagonist, and in a lesser extent by SR48968, an NK(2) antagonist. Neonatal capsaicin treatment also markedly reduced DEP and 1,2-NQ-induced oedema. Exposure to pollutants increased the TRPV1, NK(1) and NK(2) receptors gene expression in bronchus, an effect was partially suppressed by capsaicin treatment. In conclusion, our results are consistent with the hypothesis that DEP-induced airways oedema is highly influenced by increased ambient levels of 1,2-NQ and takes place by neurogenic mechanisms involving up-regulation of TRPV1 and tachykinin receptors.

Role of neurokinin-1 expressing neurons in the locus coeruleus on ventilatory and cardiovascular responses to hypercapnia

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

MicroRNAs may mediate the down-regulation of neurokinin-1 receptor in chronic bladder pain syndrome

Bladder pain syndrome (BPS) is a clinical syndrome of pelvic pain and urinary urgency-frequency in the absence of a specific cause. Investigating the expression levels of genes involved in the regulation of epithelial permeability, bladder contractility, and inflammation, we show that neurokinin (NK)1 and NK2 tachykinin receptors were significantly down-regulated in BPS patients. Tight junction proteins zona occludens-1, junctional adherins molecule -1, and occludin were similarly down-regulated, implicating increased urothelial permeability, whereas bradykinin B(1) receptor, cannabinoid receptor CB1 and muscarinic receptors M3-M5 were up-regulated. Using cell-based models, we show that prolonged exposure of NK1R to substance P caused a decrease of NK1R mRNA levels and a concomitant increase of regulatory micro(mi)RNAs miR-449b and miR-500. In the biopsies of BPS patients, the same miRNAs were significantly increased, suggesting that BPS promotes an attenuation of NK1R synthesis via activation of specific miRNAs. We confirm this hypothesis by identifying 31 differentially expressed miRNAs in BPS patients and demonstrate a direct correlation between miR-449b, miR-500, miR-328, and miR-320 and a down-regulation of NK1R mRNA and/or protein levels. Our findings further the knowledge of the molecular mechanisms of BPS, and have relevance for other clinical conditions involving the NK1 receptor.

Amyloid beta peptide potentiates cytokine secretion by interleukin-1 beta-activated human astrocytoma cells.

Neurodegenerative processes in Alzheimer disease (AD) are thought to be driven in part by the deposition of amyloid beta (A beta), a 39- to 43-amino acid peptide product resulting from an alternative cleavage of amyloid precursor protein. Recent descriptions of in vitro neurotoxic effects of A beta support this hypothesis and suggest toxicity might be mediated by A beta-induced neuronal calcium disregulation. In addition, it has been reported that "aging" A beta results in increased toxic potency due to peptide aggregation and formation of a beta-sheet secondary structure. In addition, A beta might also promote neuropathology indirectly by activating immune/inflammatory pathways in affected areas of the brain (e.g., cortex and hippocampus). Here we report that A beta can modulate cytokine secretion [interleukins 6 and 8 (IL-6 and IL-8)] from human astrocytoma cells (U-373 MG). Freshly prepared and aged A beta modestly stimulated IL-6 and IL-8 secretion from U-373 MG cells. However, in the presence of interleukin-1 beta (IL-1 beta), aged, but not fresh, A beta markedly potentiated (3- to 8-fold) cytokine release. In contrast, aged A beta did not potentiate substance P (NK-1)- or histamine (H1)-stimulated cytokine production. Further studies showed that IL-1 beta-induced cytokine release was potentiated by A beta-(25-35), while A beta-(1-16) was inactive. Calcium disregulation may be responsible for the effects of A beta on cytokine production, since the calcium ionophore A23187 similarly potentiated IL-1 beta-induced cytokine secretion and EGTA treatment blocked either A beta or A23187 activity. Thus, chronic neurodegeneration in AD-affected brain regions may be mediated in part by the ability of A beta to exacerbate inflammatory pathways in a conformation-dependent manner.

Role of sensory innervation in the rat pulmonary neutrophil recruitment induced by staphylococcal enterotoxins type A and B

Rat airways exposure to Staphylococcal enterotoxin A (SEA) and B (SEB) induces marked neutrophil influx. Since sensory neuropeptides play important roles in cell infiltration, in this study we have investigated its contribution in triggering SEA- and SEB-induced pulmonary neutrophil infiltration. Male Wistar rats were exposed intratracheally with SEA (3 ng/trachea) or SEB (250 ng/trachea). Animals received different in vivo pretreatments, after which the neutrophil counts and levels of substance P and IL-1 in bronchoalveolar lavage fluid were evaluated. Alveolar macrophages and peritoneal mast cells were incubated with SEA and SEB to determine the IL-1 and TNF-alpha levels. Capsaicin pretreatment significantly reduced SEA- and SEB-induced neutrophil influx in bronchoalveolar lavage fluid, but this treatment was more effective to reduce SEA responses. Treatments with SR140333 (tachykinin NK(1) receptor antagonist) and SR48968 (tachykinin NK(2) receptor antagonist) decreased SEA-induced neutrophil influx, whereas SEB-induced responses were inhibited by SR140333 only. Cyproheptadine (histamine/5-hydroxytriptamine receptor antagonist) and MD 7222 (5-HT(3) receptor antagonist) reduced SEA- and SEB-induced neutrophil influx. The substance P and IL-1 levels in bronchoalveolar lavage fluid of SEA-exposed rats were significantly hi.-her than SEB. In addition, SEA (but not SEB) significantly released mast cell TNF-alpha. Increased production of TNF-alpha and IL-1 in alveolar macrophages was observed in response to SEA and SEB. In conclusion, sensory neuropeptides contribute significantly to SEA- and SEB-induced pulmonary neutrophil recruitment, but SEA requires in a higher extent the airways sensory innervation, and participation of mast cells and alveolar macrophage products. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Development of natural products as drugs acting on central nervous system

We have recenty studied several natural product constituents which have effects on the CNS. (1) Tetrahydropalmatine (THP) and its analogues were isolated from Corydalis ambigua and various species of Stephania. (+)-THP and (-)-THP posses not only analgesic activity, but also exert sedative-tranquillizing and hypnotic actions. Results of receptor binding assay and their pre-and post-synaptic effects on dopaminergic system indicate that (-)-THP and (-)-stepholidine are dopamine receptor antagonists while (+)-THP is a selective dopamine depletor. (2) 3-Acetylaconitine (AAC) is an alkaloid isolated from Aconitum flavum. The relative potency of analgesic action of AAC was 5.1-35.6 and 1250-3912 times that of morphine and aspirin, respectively. The analgesic effect of AAC was antagonized by naloxone, but was eliminated by reserpine. In monkeys, after AAC was injected for 92 days, no abstinence syndrome was seen after sudden AAC withdrawal or when challenged with nalorphine. (3) Huperzine A (Hup-A) is an alkaloid isolated from Huperzia serrata which was found to be a selective ChE inhibitor and could improve learning and retrieval process. Preliminary clinical studies showed that Hup-A improve short-and long-term memory in patients of cerebral arteriosclerosis with memory impairment. (4) Ranamargarin is a new tetradecapeptide isolated from the skin of the Chines frog Rana margaratae. This peptide may mainly act on NK-1 receptor.

Roles of transient guidepost neurons in corpus callosum formation and guidance

RESUMENeurones transitoires jouant un rôle de cibles intermédiaires dans le guidage des axones du corps calleuxLe guidage axonal est une étape clé permettant aux neurones d'établir des connexions synaptiques et de s'intégrer dans un réseau neural fonctionnel de manière spécifique. Des cellules-cibles intermédiaires appelées « guidepost » aident les axones à parcourir de longues distances dans le cerveau en leur fournissant des informations directionnelles tout au long de leur trajet. Il a été démontré que des sous-populations de cellules gliales au niveau de la ligne médiane guident les axones du corps calleux (CC) d'un hémisphère vers l'autre. Bien qu'il fût observé que le CC en développement contenait aussi des neurones, leur rôle était resté jusqu'alors inconnu.La publication de nos résultats a montré que pendant le développement embryonnaire, le CC contient des glies mais aussi un nombre considérable de neurones glutamatergiques et GABAergiques, nécessaires à la formation du corps calleux (Niquille et al., PLoS Biology, 2009). Dans ce travail, j'ai utilisé des techniques de morphologie et d'imagerie confocale 3D pour définir le cadre neuro-anatomique de notre modèle. De plus, à l'aide de transplantations sur tranches in vitro, de co-explants, d'expression de siRNA dans des cultures de neurones primaires et d'analyse in vivo sur des souris knock-out, nous avons démontré que les neurones du CC guident les axones callosaux en partie grâce à l'action attractive du facteur de guidage Sema3C sur son récepteur Npn- 1.Récemment, nous avons étudié l'origine, les aspects dynamiques de ces processus, ainsi que les mécanismes moléculaires impliqués dans la mise en place de ce faisceau axonal (Niquille et al., soumis). Tout d'abord, nous avons précisé l'origine et l'identité des neurones guidepost GABAergiques du CC par une étude approfondie de traçage génétique in vivo. J'ai identifié, dans le CC, deux populations distinctes de neurones GABAergiques venant des éminences ganglionnaires médiane (MGE) et caudale (CGE). J'ai ensuite étudié plus en détail les interactions dynamiques entre neurones et axones du corps calleux par microscopie confocale en temps réel. Puis nous avons défini le rôle de chaque sous-population neuronale dans le guidage des axones callosaux et de manière intéressante les neurones GABAergic dérivés de la MGE comme ceux de la CGE se sont révélés avoir une action attractive pour les axones callosaux dans des expériences de transplantation. Enfin, nous avons clarifié la base moléculaire de ces mécanismes de guidage par FACS sorting associé à un large criblage génétique de molécules d'intérêt par une technique très sensible de RT-PCR et ensuite ces résultats ont été validés par hybridation in situ.Nous avons également étudié si les neurones guidepost du CC étaient impliqués dans son agénésie (absence de CC), présente dans nombreux syndromes congénitaux chez 1 humain. Le gène homéotique Aristaless (Arx) contrôle la migration des neurones GABAergiques et sa mutation conduit à de nombreuses pathologies humaines, notamment la lissencéphalie liée à IX avec organes génitaux anormaux (XLAG) et agénésie du CC. Fait intéressant, nous avons constaté qu'ARX est exprimé dans toutes les populations GABAergiques guidepost du CC et que les embryons mutant pour Arx présentent une perte drastique de ces neurones accompagnée de défauts de navigation des axones (Niquille et al., en préparation). En outre, nous avons découvert que les souris déficientes pour le facteur de transcription ciliogenic RFX3 souffrent d'une agénésie du CC associé avec des défauts de mise en place de la ligne médiane et une désorganisation secondaire des neurones glutamatergiques guidepost (Benadiba et al., submitted). Ceci suggère fortement l'implication potentielle des deux types de neurones guidepost dans l'agénésie du CC chez l'humain.Ainsi, mon travail de thèse révèle de nouvelles fonctions pour ces neurones transitoires dans le guidage axonal et apporte de nouvelles perspectives sur les rôles respectifs des cellules neuronales et gliales dans ce processus.ABSTRACTRole of transient guidepost neurons in corpus callosum development and guidanceAxonal guidance is a key step that allows neurons to build specific synaptic connections and to specifically integrate in a functional neural network. Intermediate targets or guidepost cells act as critical elements that help to guide axons through long distance in the brain and provide information all along their travel. Subpopulations of midline glial cells have been shown to guide corpus callosum (CC) axons to the contralateral cerebral hemisphere. While neuronal cells are also present in the developing corpus callosum, their role still remains elusive.Our published results unravelled that, during embryonic development, the CC is populated in addition to astroglia by numerous glutamatergic and GABAergic guidepost neurons that are essential for the correct midline crossing of callosal axons (Niquille et al., PLoS Biology, 2009). In this work, I have combined morphological and 3D confocal imaging techniques to define the neuro- anatomical frame of our system. Moreover, with the use of in vitro transplantations in slices, co- explant experiments, siRNA manipulations on primary neuronal culture and in vivo analysis of knock-out mice we have been able to demonstrate that CC neurons direct callosal axon outgrowth, in part through the attractive action of Sema3C on its Npn-1 receptor.Recently, we have studied the origin, the dynamic aspects of these processes as well as the molecular mechanisms involved in the establishment of this axonal tract (Niquille et al., submitted). First, we have clarified the origin and the identity of the CC GABAergic guidepost neurons using extensive in vivo cell fate-mapping experiments. We identified two distinct GABAergic neuronal subpopulations, originating from the medial (MGE) and caudal (CGE) ganglionic eminences. I then studied in more details the dynamic interactions between CC neurons and callosal axons by confocal time-lapse video microscopy and I have also further characterized the role of each guidepost neuronal subpopulation in callosal guidance. Interestingly, MGE- and CGE-derived GABAergic neurons are both attractive for callosal axons in transplantation experiments. Finally, we have dissected the molecular basis of these guidance mechanisms by using FACS sorting combined with an extensive genetic screen for molecules of interest by a sensitive RT-PCR technique, as well as, in situ hybridization.I have also investigated whether CC guidepost neurons are involved in agenesis of the CC which occurs in numerous human congenital syndromes. Aristaless-related homeobox gene (Arx) regulates GABAergic neuron migration and its mutation leads to numerous human pathologies including X-linked lissencephaly with abnormal genitalia (XLAG) and severe CC agenesis. Interestingly, I found that ARX is expressed in all the guidepost GABAergic neuronal populations of the CC and that Arx-/- embryos exhibit a drastic loss of CC GABAergic interneurons accompanied by callosal axon navigation defects (Niquille et al, in preparation). In addition, we discovered that mice deficient for the ciliogenic transcription factor RFX3 suffer from CC agenesis associated with early midline patterning defects and a secondary disorganisation of guidepost glutamatergic neurons (Benadiba et al., submitted). This strongly points out the potential implication of both types of guidepost neurons in human CC agenesis.Taken together, my thesis work reveals novel functions for transient neurons in axonal guidance and brings new perspectives on the respective roles of neuronal and glial cells in these processes.

Differential miRNA and IncRNA expression in embryonic stem cells lacking the Notch1 receptor

Embryonic stem (ES) cells-derived cardiomyocytes represent an attractive source of cells in cell replacement therapies for heart disease. However, controlled cardiogenic differentiation of ES cells requires a complete understanding of the complex molecular mechanisms regulating the differentiation process. We have previously shown that differentiation of ES cells into cardiomyocytes is favored by inactivation of the Notch 1 receptor pathway. In the present study, we therefore compared two ES cell lines, one with normal Notchl expression and one carrying deleted Notchl receptor alleles (Notchl-deleted ES cells) in order to identify genes responsible for the increased propensity of Notchl-deleted ES cells to produce cardiomyocytes. Using RNA-sequencing, we found approximately 300 coding and noncoding transcripts, which are differently expressed in undifferentiated Notchl-deleted ES cells. Since accumulating evidences indicate that long noncoding RNAs (IncRNAs) play important roles in ES cell pluripotency and differentiation, we focused our analysis on modulated IncRNAs. In particular, two IncRNAs, named here lnc 1230 and lnc 1335, are highly induced in the absence of Notchl receptor expression. These represent therefore prime candidates that could favor cardiogenic commitment in undifferentiated ES cells. Indeed, we demonstrate that forced expression of these two IncRNAs in wild-type ES cells result in a significant increase of the number of cardiac progenitor cells and cardiomyocytes in the differentiated progeny of these ES cells. Furthermore, we also identify several microRNAs that are differentially modulated in absence of Notchl expression. Among these are miR-142-5p and miR- 381-3p. Interestingly, both lncl230 and lncl335 are targets of these two microRNAs. Altogether, these data suggest that Notchl-dependent noncoding gene networks, implicating microRNAs and IncRNAs, control embryonic stem cell commitment into the mesodermal and cardiac lineages already at the undifferentiated state. - Les cardiomyocytes issus cellules souches embryonnaires sont une source très prometteuse pour les thérapies cellulaire de remplacement dans le cadre des maladies cardiaques. Cependant, l'utilisation de telles cellules requiert une compréhension poussée des mécanismes moléculaire régulant la différenciation. Nous avons par le passé démontré que la différenciation des cellules souches embryonnaires en cardiomyocytes est favorisée par l'inactivation de la voie d'activation intracellulaire dépendante du récepteur Notch 1. Nous avons donc comparé deux lignées de cellules souches embryonnaires, une présentant une voie d'activation Notchl normale et une chez laquelle les allèles codant pour le récepteur Notchl avaient été invalidés, de façon à identifier les gènes impliqués dans la capacité augmentée des cellules déficientes à produire des cardiomyocytes. En utilisant du séquençage d'ARN à haut débit, nous avons trouvé environ 300 gènes différemment exprimés dans les cellules déficientes pour Notchl. Par ailleurs, des évidences de plus en plus nombreuses suggèrent qu'une nouvelle classe de molécules appelée « long noncoding RNAs » joue un rôle prépondérant dans la maintenance de l'état non différencié et de la capacité de différenciation des cellules souches embryonnaires. Nous avons trouvé que plusieurs « long noncoding RNAs » étaient modulés en l'absence de Notchl, et en particulier deux molécules que nous avons appelées lncl230 et lncl335. Ces derniers représentent des candidats potentiels devant permettre de favoriser la production de cardiomyocytes. Nous avons en effet démontré que la surexpression de ces deux candidats dans des cellules souches embryonnaires résultait en une surproduction de cardiomyocytes. De plus, nous avons également identifié plusieurs microRNAs dont l'expression était modulée dans les cellules souches embryonnaires déficientes dans la voie Notchl. De façon intéressante, parmi ces microRNAs, le miR-142-5p et le miR-381-3p sont capables de cibler lncl230 and lncl335. Dans l'ensemble, ces résultats indiquent donc que des réseaux d'interaction dépendant de la voie d'activation Notch 1 et impliquant des ARNs non codant existent dans les cellules souches embryonnaires pour réguler leur différenciation en différent types cellulaires spécifiques.