Negative Regulation of Receptor Tyrosine Kinases by T-cell Protein Tyrosine Phosphatase

Protein tyrosine phosphorylation controls a wide array of cellular responses such as growth, migration, proliferation, differentiation, metabolism and cytoskeletal organisation. Tyrosine phosphorylation is a dynamic process involving the competing activities of protein tyrosine kinases and protein tyrosine phosphatases. The protein tyrosine kinases are further divided into non-receptor- and receptor tyrosine kinases. The latter are transmembrane glycoproteins activated by the binding of specific ligands, mostly growth factors, to their extracellular domain, transmitting different signals to the cell. Growth factor receptors such as the epidermal growth factor receptor, vascular endothelial growth factor receptor 2 and platelet-derived growth factor receptor β, belong to the receptor tyrosine kinases, the signalling of which is often disturbed in various diseases, including cancer. This has led to the development of receptor tyrosine kinase antagonists for use as anti-cancer drugs. As the receptor tyrosine kinases, also the protein tyrosine phosphatases can be divided into receptor- and non-receptor types. The protein tyrosine phosphatases have attained much less attention than the receptor tyrosine kinases partly because they were identified later. However, accumulating evidence shows that the protein tyrosine phosphatases have important roles as specific and active regulators of tyrosine phosphorylation in cells and of physiological processes. Consequently, the protein tyrosine phosphatases are receiving arising interest as novel drug targets. The aim of this work was to elucidate the negative regulation of receptor tyrosine kinases by one non-receptor protein tyrosine phosphatase, T-cell protein tyrosine phosphatase TCPTP. The results show that TCPTP activated by cell adhesion receptor integrin α1 functions as a negative regulator of the epidermal growth factor receptor. It was also found that TCPTP affects vascular endothelial growth factor receptor 2 signalling and angiogenesis. Lastly, a High-throughput screen with 64,280 compounds was performed to identify novel TCPTP activators, resulting in identification of one small molecule compound capable of exerting similar effects on TCPTP signalling as integrin α1. This compound is shown to downregulate signalling of epidermal growth factor receptor and platelet-derived growth factor receptor β, as well as to inhibit cell proliferation and angiogenesis. Our results suggest that a suitable small-molecule TCPTP activator could be utilized in the development of novel anti-cancer drugs.

Early adversity and 5-HTT-BDNF genes: New evidences of Gene-Environment interactions on depressive symptoms in a general population

Background Adverse childhood experiences have been described as one of the major environmental risk factors for depressive disorder. Similarly, the deleterious impact of early traumatic experiences on depression seems to be moderated by individual genetic variability. Serotonin transporter (5-HTT) and brain-derived neurotrophic factor (BDNF) modulate the effect of childhood adversity on adult depression, although inconsistencies across studies have been found. Moreover, the gene×environment (G×E) interaction concerning the different types of childhood adversity remains poorly understood. The aim of this study was to analyse the putative interaction between the 5-HTT gene (5-HTTLPR polymorphism), the BDNF gene (Val66Met polymorphism) and childhood adversity in accounting for adult depressive symptoms. Method A sample of 534 healthy individuals filled in self-report questionnaires of depressive symptomatology [the Symptom Check List 90 Revised (SCL-90-R)] and different types of childhood adversities [the Childhood Trauma Questionnaire (CTQ)]. The 5-HTTLPR polymorphism (5-HTT gene) and the Val66Met polymorphism (BDNF gene) were genotyped in the whole sample. Results Total childhood adversity (β=0.27, p<0.001), childhood sexual abuse (CSA; β=0.17, p<0.001), childhood emotional abuse (β=0.27, p<0.001) and childhood emotional neglect (β=0.22, p<0.001) had an impact on adult depressive symptoms. CSA had a greater impact on depressive symptoms in Met allele carriers of the BDNF gene than in the Val/Val group (F=5.87, p<0.0001), and in S carriers of the 5-HTTLPR polymorphism (5-HTT gene) (F=5.80, p<0.0001). Conclusions Childhood adversity per se predicted higher levels of adult depressive symptoms. In addition, BDNF Val66Met and 5-HTTLPR polymorphisms seemed to moderate the effect of CSA on adult depressive symptoms.

Therapeutic Properties of Superoxide Dismutase 3 and Mesenchymal Stromal Cells in Peripheral Ischemia

The aim of this study was to characterize the cellular mechanisms leading to the beneficial effect of anti-oxidative gene therapy and pro-angiogenic stem cell therapy in acute peripheral ischemia. Post-ischemic events aim to re-establish tissue blood perfusion, to clear cellular debris, and to regenerate lost tissue by differentiation of satellite cells into myoblasts. Although leukocytes have an essential role in clearing cellular debris and promoting angiogenesis, they also contribute to tissue injury through excessive ROS production. First, we investigated the therapeutic properties of extracellular superoxide dismutase (SOD3) gene transfer. SOD3 was shown to reduce oxidative stress, to normalize glucose metabolism, and to enhance cell proliferation in the ischemic muscle. Analysis of the mitogenic Ras-Erk1/2 pathway showed SOD3 mediated induction offering a plausible explanation for enhanced cell proliferation. In addition, SOD3 reduced NF-κB activity by enhancing IκBα expression thus leading to reduced expression of inflammatory cytokines and adhesion molecules with consequent reduction in macrophage infiltration. Secondly, we sought to determine the fate and the effect of locally transplanted mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) in acute ischemia. We showed that a vast majority of the transplanted cells are cleared from the injury site within 24 hours after local transplantation. Despite rapid clearance, transplantation was able to temporarily promote angiogenesis and cell proliferation in the muscle. Lack of graft-derived growth factor expression suggests other than secretory function to mediate this observed effect. In conclusion, both SOD3 and MSCs could be utilized to alleviate peripheral ischemia induced tissue injury. We have described a previously unidentified growth regulatory role for SOD3, and suggest a novel mechanism whereby transplanted MSCs enhance the reparative potential of the recipient tissue through physical contacts.

Perturbation of EGF-induced MAP kinase activation by TGF-ß1

TGF-ß1 regulates both cellular growth and phenotypic plasticity important for maintaining a growth advantage and increased invasiveness in progressively malignant cells. Recent studies indicate that TGF-ß-1 stimulates the conversion of epitheliod to fibroblastoid phenotype which presumably leads to the inactivation of growth-inhibitory effects by TGF-ß1 (Portella et al. (1998) Cell Growth and Differentiation, 9: 393-404). Therefore, the investigation of TGF-ß1 signaling that leads to altered growth and migration may provide novel targets for the prevention of increased cell growth and invasion. Although much attention has been paid to TGF-ß1 responses in epithelial cells, the above studies suggest that examination of signal transduction pathways in fibroblasts are important as well. Data from our laboratory are consistent with the concept that TGF-ß1 can act as a regulatory switch in density-dependent C3H 10T1/2 fibroblasts capable of either promoting or delaying G1 traverse. The regulation of this switch is proposed to occur prior to pRb phosphorylation, namely prior to activation of cyclin-dependent kinases. The current study is concerned with the evaluation of a key cyclin (cyclin D1) which activates cdk4 and p27KIP1 which in turn inhibit cdk2 in the proliferative responses of epidermal growth factor (EGF) and platelet-derived growth factor (PDGF) and their modulation by TGF-ß1. Although the molecular events that lead to elevation of cyclin D1 are not completely understood, it appears likely that activation of p42/p44MAPK kinases is involved in its transcriptional regulation. TGF-ß1 delayed EGF- or PDGF-induced cyclin D1 expression and blocked the induction of active p42/p44MAPK. The mechanism by which TGF-ß1 induces a block in p42/p44MAPK activation is being examined and the possibility that TGF-ß1 regulates phosphatase activity is being tested.

Intracranial Nimodipine Implant: Feasibility and Implications for the Treatment of Subarachnoid Hemorrhage – A Pre-Clinical Study

Intracranial aneurysmal subarachnoid hemorrhage (aSAH) is a life-threatening condition requiring immediate neurocritical care. A ruptured aneurysm must be isolated from arterial circulation to prevent rebleeding. Open surgical clipping of the neck of the aneurysm or intra-arterial filling of the aneurysm sack with platinum coils are major treatment strategies in an acute phase. About 40% of the patients suffering from aSAH die within a year of the bleeding despite the intensive treatment. After aSAH, the patient may develop a serious complication called vasospasm. Major risk for the vasospasm takes place at days 5–14 after the primary bleeding. In vasospasm, cerebral arteries contract uncontrollably causing brain ischemia that may lead to death. Nimodipine (NDP) is used to treat of vasospasm and it is administrated intravenously or orally every four hours for 21 days. NDP treatment has been scientifically proven to improve patients’ clinical outcome. The therapeutic effect of L-type calcium channel blocker NDP is due to the ability to dilate cerebral arteries. In addition to vasodilatation, recent research has shown the pleiotropic effect of NDP such as inhibition of neuronal apoptosis and inhibition of microthrombi formation. Indeed, NDP inhibits cortical spreading ischemia. Knowledge of the pathophysiology of the vasospasm has evolved in recent years to a complex entity of early brain injury, secondary injuries and cortical spreading ischemia, instead of being pure intracranial vessel spasm. High NDP levels are beneficial since they protect neurons and inhibit the cortical spreading ischemia. One of the drawbacks of the intravenous or oral administration of NPD is systemic hypotension, which is harmful particularly when the brain is injured. Maximizing the beneficial effects and avoiding systemic hypotension of NDP, we developed a sustained release biodegradable NDP implant that was surgically positioned in the basal cistern of animal models (dog and pig). Higher concentrations were achieved locally and lower concentrations systemically. Using this treatment approach in humans, it may be possible to reduce incidence of harmful hypotension and potentiate beneficial effects of NDP on neurons. Intracellular calcium regulation has a pivotal role in brain plasticity. NDP blocks L-type calcium channels in neurons, substantially decreasing intracellular calcium levels. Thus, we were interested in how NDP affects brain plasticity and tested the hypothesis in a mouse model. We found that NDP activates Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) receptor TrkB and its downstream signaling in a reminiscent of antidepressant drugs. In contrast to antidepressant drugs, NDP activates Akt, a major survival-promoting factor. Our group’s previous findings demonstrate that long-term antidepressant treatment reactivates developmental-type of plasticity mechanisms in the adult brain, which allows the remodeling of neuronal networks if combined with appropriate rehabilitation. It seems that NDP has antidepressant-like properties and it is able to induce neuronal plasticity. In general, drug induced neuronal plasticity has a huge potential in neurorehabilitation and more studies are warranted.

Protein tyrosine kinase inhibitors modify kainic acid-induced epileptiform activity and mossy fiber sprouting but do not protect against limbic cell death

Intrahippocampal administration of kainic acid (KA) induces synaptic release of neurotrophins, mainly brain-derived neurotrophic factor, which contributes to the acute neuronal excitation produced by the toxin. Two protein tyrosine kinase inhibitors, herbimycin A and K252a, were administered intracerebroventricularly, in a single dose, to attenuate neurotrophin signaling during the acute effects of KA, and their role in epileptogenesis was evaluated in adult, male Wistar rats weighing 250-300 g. The latency for the first Racine stage V seizure was 90 ± 8 min in saline controls (N = 4) which increased to 369 ± 71 and 322 ± 63 min in animals receiving herbimycin A (1.74 nmol, N = 4) and K252a (10 pmol, N = 4), respectively. Behavioral alterations were accompanied by diminished duration of EEG paroxysms in herbimycin A- and K252a-treated animals. Notwithstanding the reduction in seizure severity, cell death (60-90% of cell loss in KA-treated animals) in limbic regions was unchanged by herbimycin A and K252a. However, aberrant mossy fiber sprouting was significantly reduced in the ipsilateral dorsal hippocampus of K252a-treated animals. In this model of temporal lobe epilepsy, both protein kinase inhibitors diminished the acute epileptic activity triggered by KA and the ensuing morphological alterations in the dentate gyrus without diminishing cell loss. Our current data indicating that K252a, but not herbimycin, has an influence over KA-induced mossy fiber sprouting further suggest that protein tyrosine kinase receptors are not the only factors which control this plasticity. Further experiments are necessary to elucidate the exact signaling systems associated with this K252a effect.

Possible roles of COX-1 in learning and memory impairment induced by traumatic brain injury in mice

People who suffer from traumatic brain injury (TBI) often experience cognitive deficits in spatial reference and working memory. The possible roles of cyclooxygenase-1 (COX-1) in learning and memory impairment in mice with TBI are far from well known. Adult mice subjected to TBI were treated with the COX-1 selective inhibitor SC560. Performance in the open field and on the beam walk was then used to assess motor and behavioral function 1, 3, 7, 14, and 21 days following injury. Acquisition of spatial learning and memory retention was assessed using the Morris water maze on day 15 post-TBI. The expressions of COX-1, prostaglandin E2 (PGE2), interleukin (IL)-6, brain-derived neurotrophic factor (BDNF), platelet-derived growth factor BB (PDGF-BB), synapsin-I, and synaptophysin were detected in TBI mice. Administration of SC560 improved performance of beam walk tasks as well as spatial learning and memory after TBI. SC560 also reduced expressions of inflammatory markers IL-6 and PGE2, and reversed the expressions of COX-1, BDNF, PDGF-BB, synapsin-I, and synaptophysin in TBI mice. The present findings demonstrated that COX-1 might play an important role in cognitive deficits after TBI and that selective COX-1 inhibition should be further investigated as a potential therapeutic approach for TBI.

Changes in expression of BDNF and its receptors TrkB and p75NTR in the hippocampus of a dog model of chronic alcoholism and abstinence

Chronic ethanol consumption can produce learning and memory deficits. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and its receptors affect the pathogenesis of alcoholism. In this study, we examined the expression of BDNF, tropomyosin receptor kinase B (TrkB) and p75 neurotrophin receptor (p75NTR) in the hippocampus of a dog model of chronic alcoholism and abstinence. Twenty domestic dogs (9-10 months old, 15-20 kg; 10 males and 10 females) were obtained from Harbin Medical University. A stable alcoholism model was established through ad libitum feeding, and anti-alcohol drug treatment (Zhong Yao Jie Jiu Ling, the main ingredient was the stems of watermelon; developed in our laboratory), at low- and high-doses, was carried out. The Zhong Yao Jie Jiu Ling was effective for the alcoholism in dogs. The morphology of hippocampal neurons was evaluated using hematoxylin-eosin staining. The number and morphological features of BDNF, TrkB and p75NTR-positive neurons in the dentate gyrus (DG), and the CA1, CA3 and CA4 regions of the hippocampus were observed using immunohistochemistry. One-way ANOVA was used to determine differences in BDNF, TrkB and p75NTR expression. BDNF, TrkB and p75NTR-positive cells were mainly localized in the granular cell layer of the DG and in the pyramidal cell layer of the CA1, CA3 and CA4 regions (DG>CA1>CA3>CA4). Expression levels of both BDNF and TrkB were decreased in chronic alcoholism, and increased after abstinence. The CA4 region appeared to show the greatest differences. Changes in p75NTR expression were the opposite of those of BDNF and TrkB, with the greatest differences observed in the DG and CA4 regions.

Les cellules stromales multipotentes accélèrent la guérison de plaies cutanées chez les souris irradiées via la sécrétion de la chimiokine SDF-1α

Le traitement du cancer à l’aide d’une exposition aux radiations ionisantes (RI) peut mener au développement de plusieurs effets secondaires importants, dont un retard de réparation et de régénération des tissus. Les mécanismes responsables de ces effets demeurent largement inconnus encore aujourd’hui, ce qui a pour effet de limiter le développement d’approches thérapeutiques. À l’aide d’un modèle de guérison de plaie cutanée chez la souris, nous avons cherché à déterminer les mécanismes par lesquels l’exposition aux RI limite la régénération de la peau. Nos résultats démontrent que l’induction de la "stromal-derived growth factor 1α" (SDF-1α), une cytokine normalement surexprimée dans les tissus hypoxiques, est sévèrement diminuée dans les plaies de souris irradiées versus non-irradiées. Ce défaut corrèle avec un retard de guérison des plaies et est encore évident plusieurs mois suivant l’exposition aux RI, suggérant qu’il y a une altération permanente de la capacité de la peau à se réparer. Parce que SDF-1α est secrété principalement par les fibroblastes du derme, nous avons évalué le potentiel des cellules stromales multipotentes (MSCs), qui sont reconnues pour secréter des niveaux élevés de SDF-1α, à accélérer la régénération de la peau chez les souris irradiées. L’injection de MSCs en périphéries des plaies a mené à une accélération remarquable de la guérison de la peau chez les souris exposées aux RI. Les actions des MSCs étaient principalement paracrines, dû au fait que les cellules n’ont pas migré à l’extérieur de leur site d’injection et ne se sont pas différentiées en kératinocytes. L’inhibition spécifique de l’expression de SDF-1α a mené à une réduction drastique de l’efficacité des MSCs à accélérer la fermeture de plaie indiquant que la sécrétion de SDF-1α par les MSCs est largement responsable de leur effet bénéfique. Nous avons découvert aussi qu’un des mécanismes par lequel SDF-1α accélère la guérison de plaie implique l’augmentation de la vascularisation au niveau de la peau blessée. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent collectivement que SDF-1α est une importante cytokine dérégulée au niveau des plaies cutanées irradiées, et que le déclin du potentiel de régénération des tissus qui est observé suivant une exposition au RI peut être renversé, s’il est possible de restaurer le microenvironnement de la blessure avec un support stromal adéquat.

Peptides vasoactifs endogènes dans la prolifération accrue des cellules musculaires lisses vasculaires de rats spontanément hypertendus: rôle des facteurs de croissance.

Contribuant à la pathophysiologie des maladies vasculaires comme dans le cas de l’hypertension, le remodelage vasculaire est associé à une altération de la croissance des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) (prolifération, taille, etc.). Or la prolifération des CMLV est augmentée par les peptides vasoactifs tels que l’angiotensine II (AngII) et l’endothéline-1 (ET-1). Ces peptides étant surexprimés lors de l’hypertension, cette étude fut entreprise pour déterminer leur contribution endogène ainsi que celles du facteur de croissance épidermique (EGF), du facteur de croissance insulinique (IGF-1) et du facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF) à la prolifération accrue des CMLV et aux mécanismes sous-jacents. Des CMLV A-10 et des CMLV de rats WKY et SHR âgés de 12 semaines ont été utilisées pour cette étude. La prolifération cellulaire fut déterminée par incorporation de [3H]thymidine. La phosphorylation de ERK 1/2 et du récepteur de EGF fut déterminée par immunobuvardage. Les CMLV de SHR, comparées à celles de WKY, ont montré une prolifération accrue qui fut atténuée par le losartan, un antagoniste du récepteur AT1 de l’AngII et par le BQ-123 et le BQ-788, antagonistes des récepteurs ETA et ETB de l’ET-1. La prolifération accrue des CMLV de SHR fut ramenée à celle des WKY par les inhibiteurs des récepteurs au PDGF (AG-1295), au IGF-1 (AG-1024) et au EGF (AG-1478). La phosphorylation du récepteur au EGF, accrue dans les CMLV de rats SHR comparée à celle des WKY, fut atténuée par le losartan, le BQ-123, le BQ-788 et l’AG-1478, mais ne fut pas atténuée par l’AG-1295 et l’AG-1024. De plus, la phosphorylation accrue de ERK 1/2 dans les CMLV de rats SHR fut atténuée par le losartan, le BQ-123, le BQ-788 et les inhibiteurs des récepteurs aux facteurs de croissance. Parallèlement, le rôle de la transactivation de EGF-R dans la prolifération accrue induite par AngII et ET-1 fut aussi examiné dans les CMLV A-10. L’augmentation, induite par AngII et ET-1, de la prolifération et de la phosphorylation de ERK 1/2 dans les CMLV A-10 fut ramenée au niveau contrôle par AG-1478. Ces données suggèrent que les peptides vasoactifs endogènes induisent la prolifération accrue des CMLV par la signalisation des MAP kinases résultant de la transactivation de EGF-R.

Modulation de la voie de signalisation de Gαq par l’hyperglycémie : mécanisme moléculaire

Les complications vasculaires telles que l’augmentation de la contractilité et la prolifération cellulaire sont les complications les plus communes observées dans le diabète et l’hyperglycémie chronique est un facteur important dans ces processus. La voie de signalisation de Gαq joue un rôle important dans la régulation du tonus vasculaire et l’altération de celle-ci peut contribuer aux complications vasculaires observées dans les cas de diabète et d’hyperglycémie. Il a été observé que les taux et l’activité des protéines kinase C (PKC) et du diacylglycérol (DAG) sont augmentés dans ces conditions. Cependant, aucune étude n’a démontré l’implication de Gαq/11 et des PLCβ, molécules de signalisation en amont de PKC/DAG. Plusieurs études révèlent que l’augmentation des taux et de l’activité des PKC et du DAG induite par l’hyperglycémie dans des cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) est attribuée à l’augmentation du stress oxydatif. De plus, les niveaux de certains peptides vasoactifs, tels que l’angiotensine II et l’endothéline-1, augmentés dans les conditions de diabète/d’hyperglycémie, peuvent contribuer à l’augmentation du stress oxydatif observée. Le travail présenté dans cette thèse avait pour but d’examiner les effets de l’hyperglycémie sur les niveaux d’expression protéique de Gαq/11 et de ses molécules associées, ainsi que d’étudier le mécanisme moléculaire par lequel l’hyperglycémie module la voie de signalisation de Gαq dans les CMLV. Dans la première étude, nous avons examiné si l’hyperglycémie pouvait moduler l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ1 et PLCβ2. Le prétraitement des CMLV A10 avec 26 mM de glucose durant 72 heures augmente l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 en comparaison avec les CMLV témoins. Le traitement avec des antagonistes aux récepteurs AT1 de l’Ang II, et ETA/ETB de l’ET-1, atténue la hausse de Gαq, de Gα11, de PLCβ1 et de PLCβ2 induite par l’hyperglycémie. De plus, la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 était plus élevée dans les CMLV exposée à 26 mM de glucose. Le traitement des CMLV A10 avec l’Ang II et l’ET-1 augmente également les niveaux d’expression des protéines Gα q/11 et PLCβ. Cette augmentation de l’expression est restaurée au niveau des CMLV témoins par les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ dans les CMLV induite par l’hyperglycémie est attribuée à l’activation des récepteurs AT1, ETA et ETB. Dans la seconde étude, nous avons examiné l’implication du stress oxydatif dans l’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. Nous avons également déterminé le mécanisme responsable de l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie. L’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ des CMLV A10 exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec l’antioxydant diphenyleneiodonium (DPI), et la catalase, un chélateur du peroxyde d’hydrogène, mais pas par le 111Mn-tetralis(benzoic acid porphyrin) (MnTBAP) ni par l’acide urique, des chélateurs du peroxynitrite. De plus, l’augmentation de la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 dans les CMLV exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec le DPI et la catalase. Ces résultats suggèrent que l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie contribue à l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq. De plus, l’augmentation de la production d’anion superoxyde (O2-), de l’activité de la NADPH oxydase et de l’expression des protéines p22(phox) et p47(phox) induite par l’hyperglycémie est revenue à un niveau basal après un traitement avec les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’hyperglycémie augmente les niveaux endogènes de l’Ang II et de l’ET-1, ce qui augmente le stress oxydatif par la formation d’O2- et de H2O2 et peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gq/11α et de leurs molécules de signalisation. Puisqu’il a été observé que l’hyperglycémie transactive les récepteurs aux facteurs de croissance tels que le récepteur au facteur de croissance épidermique (EGF-R) et le récepteur au facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF-R), nous avons entrepris d’examiner, dans la troisième étude, l’implication d’EGF-R et de PDGF-R dans l’augmentation des niveaux de Gαq/11, de PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. L’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 induite par l’hyperglycémie est revenue au niveau basal après un traitement avec les inhibiteurs d’EGF-R (AG1478) et de PDGF-R (AG1295) et par l’inhibiteur de c-Src, PP2. L’augmentation de la phosphorylation d’EGF-R et de PDGF-R induite par l’hyperglycémie a été abolie par AG1478, AG1295 et PP2. De plus, l’augmentation des niveaux de Gαq/11, et de PLCβ induite par l’hyperglycémie est atténuée par l’inhibiteur des MAPK, le PD98059, et par l’inhibiteur d’AKT, le wortmannin. L’augmentation de la phosphorylation d’ERK et d’AKT était également atténuée par AG1478 et AG1295. Ces résultats suggèrent que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par c-Src peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gα q/11/PLC et de leur signalisation par la voie des MAPK/PI3K. En conclusion, les études présentées dans cette thèse indiquent que l’hyperglycémie augmente les niveaux de Gαq/11 et de PLCβ. Nous avons émis des évidences qui démontrent que l’augmentation endogène de l’Ang II et de l’ET-1 par l’hyperglycémie peut contribuer à l’augmentation de la production d’O2- et de H2O2 résultant ainsi en une augmentation du stress oxydatif qui pourrait être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et de leur signalisation dans les conditions d’hyperglycémie. Finalement, nous avons démontré que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par l’hyperglycémie peut être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq dans les cas de diabète et d’hyperglycémie.

Le rôle des cellules gliales de Müller dans la mort des cellules ganglionnaires de la rétine par des mécanismes cellulaires non-autonomes

Les cellules gliales sont essentielles au fonctionnement du système nerveux. Dans la rétine, les cellules gliales de Müller assurent à la fois l’homéostasie du tissu et la protection des neurones, notamment celle des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs). L’hypothèse principale de la thèse est que les cellules de Müller joueraient un rôle primordial dans la survie neuronale tant au plan de la signalisation des neurotrophines/proneurotrophines par suite d’une blessure que lors des mécanismes d’excitotoxicité. Contrairement au brain-derived neurotrophic factor (BDNF), le nerve growth factor (NGF) n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs après une section du nerf optique. Le premier objectif de la thèse a donc été de localiser les récepteurs p75NTR et TrkA du NGF dans la rétine adulte et d’établir leur fonction respective en utilisant des ligands peptidomimétiques agonistes ou antagonistes spécifiques pour chacun des récepteurs. Nos résultats ont démontré que TrkA est surexprimé par les CGRs après l’axotomie, tandis que p75NTR est spécifiquement exprimé par les cellules de Müller. Alors que NGF n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs, l’activation spécifique de TrkA par des ligands peptidomimétique est nettement neuroprotectrice. De façon surprenante, le blocage sélectif de p75NTR ou l’absence de celui-ci protège les CGRs de la mort induite par l’axotomie. De plus, la combinaison de NGF avec l’antagoniste de p75NTR agit de façon synergique sur la survie des CGRS. Ces résultats révèlent un nouveau mécanisme par lequel le récepteur p75NTR exprimé par les cellules gliales de Müller peut grandement influencer la survie neuronale. Ensuite, nous avons voulu déterminer l’effet des proneurotrophines dans la rétine adulte. Nous avons démontré que l’injection de proNGF induit la mort des CGRs chez le rat et la souris par un mécanisme dépendant de p75NTR. L’expression de p75NTR étant exclusive aux cellules de Müller, nous avons testé l’hypothèse que le proNGF active une signalisation cellulaire non-autonome qui aboutit à la mort des CGRs. En suivant cette idée, nous avons montré que le proNGF induit une forte expression du tumor necrosis factor α (TNFα) dans les cellules de Müller et que l’inhibition du TNF bloque la mort neuronale induite par le proNGF. L’utilisation de souris knock-out pour la protéine p75NTR, son co-récepteur sortiline, ou la protéine adaptatrice NRAGE a permis de montrer que la production de TNF par les cellules gliales était dépendante de ces protéines. Le proNGF semble activer une signalisation cellulaire non-autonome qui cause la mort des neurones de façon dépendante du TNF in vivo. L’hypothèse centrale de l’excitotoxicité est que la stimulation excessive des récepteurs du glutamate sensibles au N-Methyl-D-Aspartate (NMDA) est dommageable pour les neurones et contribue à plusieurs maladies neurodégénératives. Les cellules gliales sont soupçonnées de contribuer à la mort neuronale par excitotoxicité, mais leur rôle précis est encore méconnu. Le dernier objectif de ma thèse était d’établir le rôle des cellules de Müller dans cette mort neuronale. Nos résultats ont démontré que l’injection de NMDA induit une activation du nuclear factor κB (NF-κB) dans les cellules de Müller, mais pas dans les CGRs, et que l’utilisation d’inhibiteurs du NF-κB empêche la mort des CGRs. De plus, nous avons montré que les cellules de Müller en réaction à l’activation du NF-κB produisent la protéine TNFα laquelle semble être directement impliquée dans la mort des CGRs par excitotoxicité. Cette mort cellulaire se produit principalement par l’augmentation à la surface des neurones des récepteurs AMPA perméables au Ca2+, un phénomène dépendant du TNFα. Ces donnés révèlent un nouveau mécanisme cellululaire non-autonome par lequel les cellules gliales peuvent exacerber la mort neuronale lors de la mise en jeu de mécanismes excitotoxiques.

Assessing the Activity of Agonistic Autoantibodies in Systemic Sclerosis and their Effects on Cultured Vascular Smooth Muscle Cells

La sclérose systémique (ScS) est une maladie auto-immune dévastatrice d'étiologie inconnue. Le dysfonctionnement immunitaire, la fibrose et la vasculopathie sont les trois principales caractéristiques de cette maladie. Une récente étude a révélé un nouveau lien entre l'auto-immunité et la fibrose, par la présence d'auto-anticorps stimulant le récepteur du facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGFR) des fibroblastes. Ces auto-anticorps sont capables de stimuler les espèces réactives de l'oxygène et d’activer la kinase régulée par un signal extracellulaire (ERK1/2). L’hypothèse que nous formulons est que les cellules musculaires lisses vasculaires (VSMCs) exprimant conjointement les PDGFR, répondront elles aussi aux autoanticorps anti-PDGF-R. Le travail présenté ici vise à valider la présence d'auto-anticorps PDGFR dans les sérums de patients ScS, et à caractériser ensuite la réponse de VSMCs exposées à de l'immunoglobuline G (IgG) de ces sérums, en mesurant l’activation des cascades de signalisation spécifiques, ainsi que l'induction des gènes impliqués dans la réponse fibrotique. Nos résultats démontrent la présence d'une fraction IgG stimulant une réponse phénotypique dans les cultures de VSMCs. Notamment, d’importantes régulations positive et négative des gènes pro-fibrotiques tgfb1 et tgfb2 respectivement, ont été observées dans les VSMCs exposées à des fractions de ScS-IgG. Les fractions de IgG positives pour l'activation de ERK étaient présentes dans la plupart, mais pas dans tous les échantillons de SSc (68%, 19/28), et moins présentes dans les contrôles 27% (11/3). Bien que, les fractions de SSc-IgG ont pu considérablement immunoprécipiter le PDGFR, l'utilisation d'un inhibiteur spécifique des récepteurs au PDGF (AG1296), n'a pas inhibé l'activation de ERK médiée par les fractions de SSc-IgG. Globalement, nos résultats indiquent la présence d'autoanticorps stimulants avec activité pro-fibrotique dans les sérums des patients ScS. Des travaux sont en cours pour identifier l'entité moléculaire responsable de la réponse d’IgG observée dans les cultures de VSMCs.

Novel molecular mechanisms of neuronal and vascular protection in experimental glaucoma

Le glaucome est la deuxième cause de cécité irréversible dans le monde. La perte de vision qui se produit lors du glaucome s’explique par une dégénérescence du nerf optique et une mort progressive et sélective des cellules ganglionnaires de la rétine (CRG). L'hypertension oculaire est un facteur de risque majeur dans le glaucome, mais des défauts du champ visuel continuent à se développer chez un contingent de patients malgré l'administration de médicaments qui abaissent la pression intraoculaire (PIO). Par conséquent, bien que la PIO représente le seul facteur de risque modifiable dans le développement du glaucome, son contrôle ne suffit pas à protéger les CRGs et préserver la fonction visuelle chez de nombreux patients. Dans ce contexte, j'ai avancé l'hypothèse centrale voulant que les stratégies de traitement du glaucome visant à promouvoir la protection structurale et fonctionnelle des CRGs doivent agir sur les mécanismes moléculaires qui conduisent à la mort des ces neurones. Dans la première partie de ma thèse, j'ai caractérisé l'effet neuroprotecteur de la galantamine, un inhibiteur de l'acétylcholinestérase qui est utilisé cliniquement dans le traitement de la maladie d'Alzheimer. Cette étude s’est basée sur l'hypothèse que la galantamine, en modulant l'activité du récepteur de l'acétylcholine, puisse améliorer la survie des CRGs lors du glaucome. Nous avons utilisé un modèle expérimental bien caractérisé d'hypertension oculaire induite par l’administration d'une solution saline hypertonique dans une veine épisclérale de rats Brown Norway. Les résultats de cette étude (Almasieh et al. Cell Death and Disease, 2010) ont démontré que l'administration quotidienne de galantamine améliore de manière significative la survie des corps cellulaires et des axones CRGs. La protection structurelle des CRGs s’accompagne d’une préservation remarquable de la fonction visuelle, évaluée par l'enregistrement des potentiels évoqués visuels (PEV) dans le collicule supérieur, la cible principale des CRGs chez le rongeur. Une autre constatation intéressante de cette étude est la perte substantielle de capillaires rétiniens et la réduction du débit sanguin associé à la perte des CRGs dans le glaucome expérimental. Il est très intéressant que la galantamine ait également favorisé la protection de la microvascularisation et amélioré le débit sanguin rétinien des animaux glaucomateux (Almasieh et al. en préparation). J'ai notamment démontré que les neuro-et vasoprotections médiées par la galantamine se produisent par iv l'activation des récepteurs muscariniques de l'acétylcholine. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié le rôle du stress oxydatif ainsi que l'utilisation de composés réducteurs pour tester l'hypothèse que le blocage d'une augmentation de superoxyde puisse retarder la mort des CRG lors du glaucome expérimental. J'ai profité d'un composé novateur, un antioxydant à base de phosphineborane (PB1), pour tester sur son effet neuroprotecteur et examiner son mécanisme d'action dans le glaucome expérimental. Les données démontrent que l'administration intraoculaire de PB1 entraîne une protection significative des corps cellulaire et axones des CRGs. Les voies moléculaires conduisant à la survie neuronale médiée par PB1 ont été explorées en déterminant la cascade de signalisation apoptotique en cause. Les résultats démontrent que la survie des CRGs médiée par PB1 ne dépend pas d’une inhibition de signalisation de protéines kinases activées par le stress, y compris ASK1, JNK ou p38. Par contre, PB1 induit une augmentation marquée des niveaux rétiniens de BDNF et une activation en aval de la voie de survie des ERK1 / 2 (Almasieh et al. Journal of Neurochemistry, 2011). En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques qui conduisent à la perte de CRGs dans le glaucome et pourraient fournir des pistes pour la conception de nouvelles stratégies neuroprotectrices et vasoprotectrices pour le traitement et la gestion de cette maladie.

Prédisposition génétique à la chronicité des symptômes post-commotionnels à la suite d'un traumatisme crânio-cérébral léger

La prévalence des troubles du sommeil et de douleur chronique est élevée chez le patient ayant subi un traumatisme crânien cérébral léger (TCCL). L’interaction entre ces plaintes est suggérée chez les patients avec un TCCL mais son étiologie reste encore peu connue. Les résultats de recherche présentés dans le premier article de cette thèse suggèrent que les patients avec un TCCL qui souffrent de douleur ont une modification des ondes cérébrales durant leur sommeil, ce qui pourrait expliquer en partie comment les deux symptômes interagissent. De plus, la douleur, surtout si associée à des troubles de l’humeur, semble jouer un rôle majeur dans la persistance des symptômes post-commotionnels. Le deuxième article de cette thèse décrit une exacerbation des symptômes post-commotionnels chez le patient ayant eu un TCCL et souffrant de douleur. La persistance ou l’apparition de la douleur chronique à long terme serait prédite par le polymorphisme val66met du gène brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Une étude subséquente, présentée dans le troisième article, nous a permis d’approfondir les bases génétiques et cellulaires du rôle du BDNF dans la persistance des symptômes post-commotionnels. Des polymorphismes fréquents dans le gène BDNF ont révélé des variantes liées au mauvais pronostic suite à un TCCL. De plus, l’analyse de cellules extraites de patients ayant subi un TCCL démontrent que l’expression de la protéine BDNF peut être modifiée chez le patient de génotype met66 et ayant subi un TCCL, lui conférant ainsi un rôle neuroprotecteur potentiel. En résumé, nous avons tenté de démontrer dans cette thèse que la douleur suite à un TCCL joue un rôle important dans les perturbations du sommeil et dans la persistance des symptômes post-commotionnels. Une prédisposition génétique pourrait contribuer à expliquer le mauvais pronostic et la chronicité des symptômes post-commotionnels suite à un TCCL.