Distinctive role of integrin-mediated adhesion in TNF-induced PKB/Akt and NF-kappaB activation and endothelial cell survival.

Tumor necrosis factor (TNF) is a pro-inflammatory cytokine exerting pleiotropic effects on endothelial cells. Depending on the vascular context it can induce endothelial cell activation and survival or death. The microenvironmental cues determining whether endothelial cells will survive or die, however, have remained elusive. Here we report that integrin ligation acts permissive for TNF-induced protein kinase B (PKB/Akt) but not nuclear factor (NF)-kappaB activation. Concomitant activation of PKB/Akt and NF-kappaB is essential for the survival of endothelial cells exposed to TNF. Active PKB/Akt strengthens integrin-dependent endothelial cell adhesion, whereas disruption of actin stress fibers abolishes the protective effect of PKB/Akt. Integrin-mediated adhesion also represses TNF-induced JNK activation, but JNK activity is not required for cell death. The alphaVbeta3/alphaVbeta5 integrin inhibitor EMD121974 sensitizes endothelial cells to TNF-dependent cytotoxicity and active PKB/Akt attenuates this effect. Interferon gamma synergistically enhanced TNF-induced endothelial cell death in all conditions tested. Taken together, these observations reveal a novel permissive role for integrins in TNF-induced PKB/Akt activation and prevention of TNF-induced death distinct of NF-kappaB, and implicate the actin cytoskeleton in PKB/Akt-mediated cell survival. The sensitizing effect of EMD121974 on TNF cytotoxicity may open new perspectives to the therapeutic use of TNF as anticancer agent.

mTORC2 is an important signaling intermediary in VEGF-mediated endothelial cell proliferation, survival and migration

Objective: The vascular endothelial growth factor (VEGF) is a prominent¦contributor of tumor angiogenesis. VEGF induces endothelial cell migration,¦proliferation and survival, which are critical steps for the development of new¦blood vessels, through the activation of the Mek/Erk and PI3K/Akt signaling¦pathways. Recent findings have demonstrated that mTORC2 regulates Akt and¦Erk in endothelial cells. The role of mTORC2 in VEGF-mediated endothelial¦cell responses has however not been characterized.¦Methods: We used human umbilical vein endothelial cells (HUVEC). The¦effects of VEGF on the Mek/Erk and PI3K/Akt pathway were analyzed by¦Western blot. Inhibition of mTORC2 was achieved using small interfering¦RNAs to rictor. Cell proliferation rate was assessed by BrdU incorporation and¦immunocytofluorescence. Apoptosis rate was determined by ELISA as well as¦propidium iodine staining and FACS analysis. Migration of endothelial cells¦was evaluated using a modified Boyden chamber assay.¦Results:Wefound thatVEGF activatesmTORC2 in endothelial cells. Indeed,¦treatment of endothelial cells with VEGF increases Akt phosphorylation, a¦downstream effector of mTORC2. We have further determined the role¦of mTORC2 in VEGF signaling by knocking down rictor, a component¦of mTORC2. We observed that VEGF failed to activate Akt and Erk in¦endothelial cells transfected with rictor siRNA. To next analyze the functional¦significance of mTORC2 inhibition on VEGF-mediated endothelial cell¦responses we performed proliferation, survival and migration assays. We found¦that VEGF failed to induce endothelial cell proliferation, survival and migration¦in endothelial cell lacking mTORC2 activity.¦Conclusion: These results show that mTORC2 is an important signaling¦intermediary in VEGF-induced endothelial cell responses and thus represents¦an interesting target to block VEGF-induced angiogenesis.

A high-mobility, low-cost phenotype defines human effector-memory CD8+ T cells.

T cells move randomly ("random-walk"), a characteristic thought to be integral to their function. Using migration assays and time-lapse microscopy, we found that CD8+ T cells lacking the lymph node homing receptors CCR7 and CD62L migrate more efficiently in transwell assays, and that these same cells are characterized by a high frequency of cells exhibiting random crawling activity under culture conditions mimicking the interstitial/extravascular milieu, but not when examined on endothelial cells. To assess the energy efficiency of cells crawling at a high frequency, we measured mRNA expression of genes key to mitochondrial energy metabolism (peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1beta [PGC-1beta], estrogen-related receptor alpha [ERRalpha], cytochrome C, ATP synthase, and the uncoupling proteins [UCPs] UCP-2 and -3), quantified ATP contents, and performed calorimetric analyses. Together these assays indicated a high energy efficiency of the high crawling frequency CD8+ T-cell population, and identified differentially regulated heat production among nonlymphoid versus lymphoid homing CD8+ T cells.

Emerging paradigms and questions on pro-angiogenic bone marrow-derived myelomonocytic cells.

Cancer-related inflammation has emerged in recent years as a major event contributing to tumor angiogenesis, tumor progression and metastasis formation. Bone marrow-derived and inflammatory cells promote tumor angiogenesis by providing endothelial progenitor cells that differentiate into mature endothelial cells, and by secreting pro-angiogenic factors and remodeling the extracellular matrix to stimulate angiogenesis though paracrine mechanisms. Several bone marrow-derived myelonomocytic cells, including monocytes and macrophages, have been identified and characterized by several laboratories in recent years. While the central role of these cells in promoting tumor angiogenesis, tumor progression and metastasis is nowadays well established, many questions remain open and new ones are emerging. These include the relationship between their phenotype and function, the mechanisms of pro-angiogenic programming, their contribution to resistance to anti-angiogenic treatments and to metastasis and their potential clinical use as biomarkers of angiogenesis and anti-angiogenic therapies. Here, we will review phenotypical and functional aspects of bone marrow-derived myelonomocytic cells and discuss some of the current outstanding questions.

Between Immunology And Tolerance: Controlling Immune Responses Employing Tolerogenic Dendritic Cells

Dendritic cells (DCs) are the most efficient antigen presenting cells, they provide co-stimulation, are able to secrete various proinflammatory cytokines and therefore play a pivotal role in shaping adaptive immune responses. Moreover, they are important for the promotion and maintenance of central and peripheral tolerance through several mechanisms like the induction of anergy or apoptosis in effector T cells or by promoting regulatory T cells. The murine CD8α+ (MuTu) dendritic cell line was previously derived and described in our laboratory. The MuTu cell line has been shown to maintain phenotypical and functional characteristics of endogenous CD8α+ DCs. They are able to cross-present exogenous antigens to CD8+ T cells and produce interleukin (IL-) 12 upon engagement of Toll like receptors. The cell line constitutes an infinite source of homogenous, phenotypically well-defined dendritic cells. This allows us to investigate the role and potential of specific molecules in the induction as well as regulation of immune responses by DCs in a rational and standardized way. In a first project the MuTu dendritic cell line was transduced in order to stably express the immunosuppressive molecules IL-10, IL-35 or the active form of TGF-β (termed IL-10+DC, IL-35+DC or actTGFβ+DC). We investigated the capability of these potentially suppressive or tolerogenic dendritic cell lines to induce immune tolerance and explore the mechanisms behind tolerance induction. The expression of TGF-β by the DC line did not affect the phenotype of the DCs itself. In contrast, IL-10+ and IL-35+DCs were found to exhibit lower expression of co-stimulatory molecules and MHC class I and II, as well as reduced secretion of pro-inflammatory cytokines upon activation. In vitro co-culture with IL-35+, IL10+ or active TGFβ+ DCs interfered with function and proliferation of CD4+ and CD8+ T cells. Furthermore, IL-35 and active TGF-β expressing DC lines induced regulatory phenotype on CD4+ T cells in vitro without or with expression of Foxp3, respectively. In different murine cancer models, vaccination with IL-35 or active TGF-β expressing DCs resulted in faster tumor growth. Interestingly, accelerated tumor growth could be observed when IL-35-expressing DCs were injected into T cell-deficient RAG-/- mice. IL-10expressing DCs however, were found to rather delay tumor growth. Besides the mentioned autocrine effects of IL-35 expression on the DC line itself, we surprisingly observed that the expression of IL-35 or the addition of IL-35 containing medium enhances neutrophil survival and induces proliferation of endothelial cells. Our findings indicate that the cytokine IL-35 might not only be a potent regulator of adaptive immune responses, but it also implies IL-35 to mediate diverse effects on an array of cellular targets. This abilities make IL-35 a promising target molecule not only for the treatment of auto-inflammatory disease but also to improve anti-cancer immunotherapies. Indeed, by applying active TGFβ+ in murine autoimmune encephalitis we were able to completely inhibit the development of the disease, whereas IL-35+DCs reduced disease incidence and severity. Furthermore, the preventive transfer of IL-35+DCs delayed rejection of transplanted skin to the same extend as the combination of IL-10/actTGF-β expressing DCs. Thus, the expression of a single tolerogenic molecule can be sufficient to interfere with the adequate activation and function of dendritic cells and of co-cultured T lymphocytes. The respective mechanisms of tolerance induction seem to be different for each of the investigated molecule. The application of a combination of multiple tolerogenic molecules might therefore evoke synergistic effects in order to overcome (auto-) immunity. In a second project we tried to improve the immunogenicity of dendritic cell-based cancer vaccines using two different approaches. First, the C57BL/6 derived MuTu dendritic cell line was genetically modified in order to express the MHC class I molecule H-2Kd. We hypothesized that the expression of BALB/c specific MHC class I haplotype (H-2Kd) should allow the priming of tumor-specific CD8+ T cells by the otherwise allogeneic dendritic cells. At the same time, the transfer of these H-2Kd+ DCs into BALB/c mice was thought to evoke a strong inflammatory environment that might act as an "adjuvant", helping to overcome tumor induced immune suppression. Using this so called "semi-allogeneic" vaccination approach, we could demonstrate that the delivery of tumor lysate pulsed H-2Kd+ DCs significantly delayed tumor growth when compared to autologous or allogeneic vaccination. However, we were not able to coherently elucidate the cellular mechanisms underlying the observed effect. Second, we generated MuTu DC lines which stably express the pro-inflammatory cytokines IL-2, IL-12 or IL-15. We investigated whether the combination of DC vaccination and local delivery of pro-inflammatory cytokines might enhance tumor specific T cell responses. Indeed, we observed an enhanced T cell proliferation and activation when they were cocultured in vitro with IL-12 or IL-2-expressing DCs. But unfortunately we could not observe a beneficial or even synergistic impact on tumor development when cytokine delivery was combined with semi-allogeneic DC vaccination.

Endothelial, but not smooth muscle, peroxisome proliferator-activated receptor β/δ regulates vascular permeability and anaphylaxis.

BACKGROUND: Remodeling of quiescent vessels with increases in permeability, vasodilatation, and edema are hallmarks of inflammatory disorders. Factors involved in this type of remodeling represent potential therapeutic targets. OBJECTIVES: We investigated whether the nuclear hormone receptor peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) β/δ, a regulator of metabolism, fibrosis, and skin homeostasis, is involved in regulation of this type of remodeling. METHODS: Wild-type and various Pparb/d mutant mice were used to monitor dermal acute vascular hyperpermeability (AVH) and passive systemic anaphylaxis-induced hypothermia and edema. PPARβ/δ-dependent kinase activation and remodeling of endothelial cell-cell junctions were addressed by using human endothelial cells. RESULTS: AVH and dilatation of dermal microvessels stimulated by vascular endothelial growth factor A, histamine, and thrombin are severely compromised in PPARβ/δ-deficient mice. Selective deletion of the Pparb/d-encoding gene in endothelial cells in vivo similarly limits dermal AVH and vasodilatation, providing evidence that endothelial PPARβ/δ is the major player in regulating acute dermal microvessel remodeling. Furthermore, endothelial PPARβ/δ regulatory functions are not restricted to the skin vasculature because its deletion in the endothelium, but not in smooth muscle cells, also leads to reduced systemic anaphylaxis, the most severe form of allergic reaction, in which an acute vascular response plays a key role. PPARβ/δ-dependent AVH activation likely involves the activation of mitogen-activated protein kinase and Akt pathways and leads to downstream destabilization of endothelial cell-cell junctions. CONCLUSION: These results unveil not only a novel function of PPARβ/δ as a direct regulator of acute vessel permeability and dilatation but also provide evidence that antagonizing PPARβ/δ represents an important strategy to consider for moderating diseases with altered endothelial integrity, such as acute inflammatory and allergic disorders.

Endothelial Connexin37 and Connexin40 participate in basal but not agonist-induced NO release.

BACKGROUND: Connexin37 (Cx37) and Cx40 are crucial for endothelial cell-cell communication and homeostasis. Both connexins interact with endothelial nitric oxide synthase (eNOS). The exact contribution of these interactions to the regulation of vascular tone is unknown. RESULTS: Cx37 and Cx40 were expressed in close proximity to eNOS at cell-cell interfaces of mouse aortic endothelial cells. Absence of Cx37 did not affect expression of Cx40 and a 50 % reduction of Cx40 in Cx40(+/-) aortas did not affect the expression of Cx37. However, absence of Cx40 was associated with reduced expression of Cx37. Basal NO release and the sensitivity for ACh were decreased in Cx37(-/-) and Cx40(-/-) aortas but not in Cx40(+/-) aortas. Moreover, ACh-induced release of constricting cyclooxygenase products was present in WT, Cx40(-/-) and Cx40(+/-) aortas but not in Cx37(-/-) aortas. Finally, agonist-induced NO-dependent relaxations and the sensitivity for exogenous NO were not affected by genotype. CONCLUSIONS: Cx37 is more markedly involved in basal NO release, release of cyclooxygenase products and the regulation of the sensitivity for ACh as compared to Cx40.

Measles virus infection – Interplay between virus and host cells

Measles, caused by measles virus (MV), is a highly contagious viral disease causing severe respiratory infection and a typical rash. Despite the availability of a protective vaccine, measles is still the leading vaccine-preventable cause of childhood mortality worldwide. The high mortality associated with the disease is mainly due to an increased susceptibility to secondary infections during the period of immunosuppression that continues for several weeks after recovery. The present study was undertaken to elucidate the role of cytoskeletal components in the regulation of MV infection. The most interesting finding was that MV replication was activated in unstimulated peripheral blood mononuclear cells (PBMC) when globular actin was converted into the filamentous form with jasplakinolide. This provides a new aspect in our understanding of MV infection in PBMC. In the second part of the thesis we investigated MV-induced structural changes of cellular nuclear matrix, which is a proteinaceous framework of the nucleus similar to the cytoskeleton in the cytoplasm. We showed that cleavage of nuclear markers was virusspecific and a general caspase inhibitor rescued MV-infected cells from cell death. Furthermore, we studied MV-induced innate immune mechanisms in lung epithelial and endothelial cells. Our results showed that MV infection resulted in activation of the double stranded RNA (dsRNA) binding molecules melanoma differentiation-associated gene 5 (mda-5), retinoic acid inducible gene I (RIG-I), and toll-like receptor 3 (TLR3) gene expression, followed by high expression of antiviral cytokine mRNA.

Targeting and translocation of endothelial nitric oxide synthase

This review explores advances in our understanding of the intracellular regulation of the endothelial isoform of nitric oxide synthase (eNOS) in the context of its dynamically regulated subcellular targeting. Nitric oxide (NO) is a labile molecule, and may play important biological roles both within the cell in which it is synthesized and in its interactions with nearby cells and molecules. The localization of eNOS within the cell importantly influences the biological role and chemical fate of the NO produced by the enzyme. eNOS, a Ca2+/calmodulin-dependent enzyme, is subject to a complex pattern of intracellular regulation, including co- and post-translational modifications and interactions with other proteins and ligands. In endothelial cells and cardiac myocytes eNOS is localized in specialized plasmalemmal signal-transducing domains termed caveolae; acylation of the enzyme by the fatty acids myristate and palmitate is required for targeting of the protein to caveolae. Targeting to caveolae facilitates eNOS activation following receptor stimulation. In resting cells, eNOS is tonically inhibited by its interactions with caveolin, the scaffolding protein in caveolae. However, following agonist activation, eNOS dissociates from caveolin, and nearly all the eNOS translocates to structures within the cell cytosol; following more protracted incubations with agonists, most of the cytosolic enzyme subsequently translocates back to the cell membrane. The agonist-induced internalization of eNOS is completely abrogated by chelation of intracellular Ca2+. These rapid receptor-mediated effects are seen not only for "classic" eNOS agonists such as bradykinin, but also for estradiol, indicating a novel non-genomic role for estrogen in eNOS activation. eNOS targeting to the membrane is labile, and is subject to receptor-regulated Ca2+-dependent reversible translocation, providing another point for regulation of NO-dependent signaling in the vascular endothelium.

Coronary endothelial dysfunction after ischemia and reperfusion: a new therapeutic target?

Although cardiac ischemia is usually characterized as a disease of the myocyte, it is clear that the vasculature, and especially endothelial cells, is also a major target of this pathology. Indeed, using a rat model of ischemia/reperfusion, we were able to detect severe endothelial dysfunction (assessed as a decreased response to acetylcholine) after acute or chronic reperfusion. Given the essential role of the endothelium in the regulation of vascular tone, as well as platelet and leukocyte function, such a severe dysfunction could lead to an increased risk of vasospasm, thrombosis and accelerated atherosclerosis. This dysfunction can be prevented by free radical scavengers and by exogenous nitric oxide. Endothelial dysfunction can also be prevented by preconditioning with brief periods of intermittent ischemia, thus extending to coronary endothelial cells the concept of endogenous protection previously described at the myocyte level. Experiments performed on cultured cells showed that the endothelial protection induced by free radical scavengers or by preconditioning was due to a lesser expression of endothelial adhesion molecules such as intercellular adhesion molecule-1, leading to a lesser adhesion of neutrophils to endothelial cells. Identification of the mechanisms of this protection may lead to the development of new strategies aimed at protecting the vasculature in ischemic heart diseases.

Bone marrow mesenchymal stem cells overexpressing human basic fibroblast growth factor increase vasculogenesis in ischemic rats

Administration or expression of growth factors, as well as implantation of autologous bone marrow cells, promote in vivo angiogenesis. This study investigated the angiogenic potential of combining both approaches through the allogenic transplantation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) expressing human basic fibroblast growth factor (hbFGF). After establishing a hind limb ischemia model in Sprague Dawley rats, the animals were randomly divided into four treatment groups: MSCs expressing green fluorescent protein (GFP-MSC), MSCs expressing hbFGF (hbFGF-MSC), MSC controls, and phosphate-buffered saline (PBS) controls. After 2 weeks, MSC survival and differentiation, hbFGF and vascular endothelial growth factor (VEGF) expression, and microvessel density of ischemic muscles were determined. Stable hbFGF expression was observed in the hbFGF-MSC group after 2 weeks. More hbFGF-MSCs than GFP-MSCs survived and differentiated into vascular endothelial cells (P<0.001); however, their differentiation rates were similar. Moreover, allogenic transplantation of hbFGF-MSCs increased VEGF expression (P=0.008) and microvessel density (P<0.001). Transplantation of hbFGF-expressing MSCs promoted angiogenesis in an in vivo hind limb ischemia model by increasing the survival of transplanted cells that subsequently differentiated into vascular endothelial cells. This study showed the therapeutic potential of combining cell-based therapy with gene therapy to treat ischemic disease.

Reactive Hyperemia as endothelial function determinant using plethysmography methods

L’atteinte de la fonction endothéliale représente une phase précoce de l’athérosclérose, un stade où les patients sont généralement asymptomatiques. Il existe donc un intérêt certain à détecter la dysfonction endothéliale. Nous avons développé une technique de mesure des variations de flot artériel au niveau des membres supérieurs, basée sur la spectroscopie proche infrarouge (NIRS). Cette approche permettrait d’étudier le niveau d’atteinte vasculaire et probablement de quantifier le degré de dysfonction endothéliale périphérique lors d’une hyperémie réactive. L'expérience a été exécutée sur deux cohortes de 13 et de 15 patients et a été comparée à la pléthysmographie par jauge de contrainte (SGP) qui est considérée comme une méthode de référence. Par la suite, nous avons caractérisé la réponse endothéliale par modélisation de la courbe hyperémique du flot artériel. Des études préliminaires avaient démontré que la réponse hyperémique adoptait majoritairement une forme bi-modale. Nous avons tenté de séparer les composantes endothéliales-dépendantes et endothéliales-indépendantes de l’hyperémie. La quantification des deux composantes de la réaction hyperémique permet de calculer un indice de la ‘santé’ du système endothélial local. Cet indice est nommé le ηfactor. Les résultats montrent une forte corrélation des mesures de flots entre la technique développée et la méthode de référence (r=0.91). Nous avons conclu que NIRS est une approche précise pour la mesure non-invasive du flot artériel. Nous avons obtenu une bonne répétabilité (ICC = 0.9313) pour le ηfactor indiquant sa robustesse. Cependant des études supplémentaires sont nécessaires pour valider la valeur de diagnostic du facteur défini. Mots clés: hyperémie réactive, réponse myogénique, oxyde nitrique, athérosclérose, spectroscopie proche infrarouge

Etude des propriétés physicochimiques des vecteurs nanoparticulaires

Cette thèse rapporte l’étude des propriétés physicochimiques des nanoparticles polymériques et leur impact sur l’interaction avec les cellules vivantes. Nous nous sommes tout spécialement attachés à étudier l’effet des propriétés adhésives et mécaniques des nanoparticules sur leur capacité de pénétration de la membrane cellulaire. Pour ce faire, nous avons tout d’abord utilisé des nanoparticules d’acide polylactique (PLA) fonctionnalisées en surface avec un ligand des sélectines E et P. Le greffage du ligand sur la particule s’est fait par une nouvelle méthode expérimentale garantissant la présence du ligand à la surface de la particule durant toute sa durée de vie. Cette méthode consiste à mélanger un polymère fonctionnalisé avec le ligand avec un autre polymère non fonctionnalisé. La présence du ligand à la surface des nanoparticules formées à partir de ce mélange de polymères a été confirmée par analyse ToF SIMS. Nous avons pu prouver que les particules possédant le ligand greffé à leur surface démontraient une capacité adhésive supérieure à leurs homologues non fonctionnalisés sur des cellules endothéliales HUVEC activées par différentes drogues. De plus, le captage des particules par les cellules HUVEC est modulé par le niveau d’expression des récepteurs selectine E et P et aussi par la quantité de ligand libre. Ces résultats montrent clairement que le greffage du ligand confère aux particules des propriétés adhésives accrues et spécifiques ce qui permet leur usage postérieure comme vecteur pharmaceutique capable de cibler un récepteur particulier à la surface d’une cellule. Nous avons aussi démontré que l’interaction entre les nanoparticules et la membrane cellulaire peut aussi être contrôlée aussi bien par les propriétés mécaniques de la cellule que de la nanoparticule. Dans une première étape, nous avons mesuré à l’aide de l’appareil de forces de surface l’élasticité de cellules macrophagiques déposées sur différents substrats. En contrôlant l’interaction entre la cellule et le substrat sur lequel elle repose nous avons montré qu’il était possible de modifier à ii volonté les propriétés mécaniques cellulaire. Une augmentation de l’élasticité cellulaire s’accompagne d’une augmentation systématique de l’internalisation de nanoparticules de PLA non fonctionnalisées. Ceci suggère un rôle prépondérant des propriétés mécaniques du cortex cellulaire dans le captage des nanoparticules de PLA. Dans une seconde étape, nous avons étudié l’effet des propriétés mécaniques des nanoparticules sur leur capacité de pénétration cellulaire. Pour ce faire, nous avons synthétisé des particules d’hydrogel dont l’élasticité était contrôlée par le degré d’agent réticulant inclus dans leur formulation. Le contrôle des propriétés mécaniques des nanoparticules a été confirmé par la mesure du module de Young des particules par microscopie de force atomique. L’impact des propriétés mécaniques de ces particules sur leur capacité de pénétration dans les cellules vivantes a été étudié sur des cellules macrophagiques de souris. Les résultats ont montré que la cinétique d’internalisation, la quantité de particules internalisées et le mécanisme d’internalisation dépendent tous du module de Young des nanoparticules. Aucune différence dans le trajet intracellulaire des particules n’a pu être observée malgré le fait que différentes voies d’internalisation aient été observées. Ce dernier résultat peut s’expliquer par le fait que les nanoparticules sont internalisées par plusieurs voie simultanément ce qui facilite leur accumulation dans les organelles digestives intracellulaires. Un modèle simple permettant d’expliquer ces résultats a été proposé et discuté.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Regenerative potential of corneal endothelium from patients with fuchs endothelial corneal dystrophy

La dystrophie cornéenne endothéliale de Fuchs (FECD, pour l’abréviation du terme anglais « Fuchs endothelial corneal dystrophy ») est une maladie de l'endothélium cornéen. Sa pathogenèse est mal connue. Aucun traitement médical n’est efficace. Le seul traitement existant est chirurgical et consiste dans le remplacement de l’endothélium pathologique par un endothélium sain provenant de cornées de la Banque des yeux. Le traitement chirurgical, en revanche, comporte 10% de rejet immunologique. Des modèles expérimentaux sont donc nécessaires afin de mieux comprendre cette maladie ainsi que pour le développement de traitements alternatifs. Le but général de cette thèse est de développer un modèle expérimental de la FECD en utilisant le génie tissulaire. Ceci a été réalisé en trois étapes. 1) Tout d'abord, l'endothélium cornéen a été reconstruit par génie tissulaire en utilisant des cellules endothéliales en culture, provenant de patients atteints de FECD. Ce modèle a ensuite été caractérisé in vitro. Brièvement, les cellules endothéliales cornéennes FECD ont été isolées à partir de membranes de Descemet prélevées lors de greffes de cornée. Les cellules au deuxième ou troisième passages ont ensuite été ensemencées sur une cornée humaine préalablement décellularisée. Suivant 2 semaines de culture, les endothélia cornéens reconstruits FECD (n = 6) ont été évalués à l'aide d'histologie, de microscopie électronique à transmission et d’immunomarquages de différentes protéines. Les endothélia cornéens reconstruits FECD ont formé une monocouche de cellules polygonales bien adhérées à la membrane de Descemet. Les immunomarquages ont démontré la présence des protéines importantes pour la fonctionnalité de l’endothélium cornéen telles que Na+-K+/ATPase α1 et Na+/HCO3-, ainsi qu’une expression faible et uniforme de la protéine clusterine. 2) Deux techniques chirurgicales (DSAEK ; pour « Descemet stripping automated endothelial keratoplasty » et la kératoplastie pénétrante) ont été comparées pour la transplantation cornéenne dans le modèle animal félin. Les paramètres comparés incluaient les défis chirurgicaux et les résultats cliniques. La technique « DSAEK » a été difficile à effectuer dans le modèle félin. Une formation rapide de fibrine a été observée dans tous les cas DSAEK (n = 5). 3) Finalement, la fonctionnalité in vivo des endothélia cornéens reconstruits FECD a été évaluée (n = 7). Les évaluations in vivo comprenaient la transparence, la pachymétrie et la tomographie par cohérence optique. Les évaluations post-mortem incluaient la morphométrie des cellules endothéliales, la microscopie électronique à transmission et des immunomarquage de protéines liées à la fonctionnalité. Après la transplantation, la pachymétrie a progressivement diminué et la transparence a progressivement augmenté. Sept jours après la transplantation, 6 des 7 greffes étaient claires. La microscopie électronique à transmission a montré la présence de matériel fibrillaire sous-endothélial dans toutes les greffes d’endothelia reconstruits FECD. Les endothélia reconstruits exprimaient aussi des protéines Na+-K+/ATPase et Na+/HCO3-. En résumé, cette thèse démontre que les cellules endothéliales de la cornée à un stade avancé FECD peuvent être utilisées pour reconstruire un endothélium cornéen par génie tissulaire. La kératoplastie pénétrante a été démontrée comme étant la procédure la plus appropriée pour transplanter ces tissus reconstruits dans l’œil du modèle animal félin. La restauration de l'épaisseur cornéenne et de la transparence démontrent que les greffons reconstruits FECD sont fonctionnels in vivo. Ces nouveaux modèles FECD démontrent une réhabilitation des cellules FECD, permettant d’utiliser le génie tissulaire pour reconstruire des endothelia fonctionnels à partir de cellules dystrophiques. Les applications potentielles sont nombreuses, y compris des études physiopathologiques et pharmacologiques.