Osteogenesis induced in goat bone marrow progenitor cells by recombinant adenovirus coexpressing bone morphogenetic protein 2 and basic fibroblast growth factor

Bone morphogenetic protein 2 (BMP2) and basic fibroblast growth factor (bFGF) have been shown to exhibit a synergistic effect to promote bone repair and healing. In this study, we constructed a novel adenovirus with high coexpression of BMP2 and bFGF and evaluated its effect on osteogenic differentiation of goat bone marrow progenitor cells (BMPCs). Recombinant adenovirus Ad-BMP2-bFGF was constructed by using the T2A sequence. BMPCs were isolated from goats by density gradient centrifugation and adherent cell culture, and were then infected with Ad-BMP2-bFGF or Ad-BMP2. Expression of BMP2 and bFGF was detected by ELISA, and alkaline phosphatase (ALP) activity was detected by an ALP assay kit. In addition, von Kossa staining and immunocytochemical staining of collagen II were performed on BMPCs 21 days after infection. There was a high coexpression of BMP2 and bFGF in BMPCs infected with Ad-BMP2-bFGF. Twenty-one days after infection, ALP activity was significantly higher in BMPCs infected with Ad-BMP2-bFGF than in those infected with Ad-BMP2. Larger and more mineralized calcium nodules, as well as stronger collagen II staining, were observed in BMPCs infected with Ad-BMP2-bFGF than in those infected with Ad-BMP2. In summary, we developed a novel adenovirus vector Ad-BMP2-bFGF for simultaneous high coexpression of BMP2 and bFGF, which could induce BMPCs to differentiate efficiently into osteoblasts.

RNAi-mediated knockdown of FANCF suppresses cell proliferation, migration, invasion, and drug resistance potential of breast cancer cells

Fanconi anemia complementation group F protein (FANCF) is a key factor, which maintains the function of FA/BRCA, a DNA damage response pathway. However, the functional role of FANCF in breast cancer has not been elucidated. We performed a specific FANCF-shRNA knockdown of endogenous FANCF in vitro. Cell viability was measured with a CCK-8 assay. DNA damage was assessed with an alkaline comet assay. Apoptosis, cell cycle, and drug accumulation were measured by flow cytometry. The expression levels of protein were determined by Western blot using specific antibodies. Based on these results, we used cell migration and invasion assays to demonstrate a crucial role for FANCF in those processes. FANCF shRNA effectively inhibited expression of FANCF. We found that proliferation of FANCF knockdown breast cancer cells (MCF-7 and MDA-MB-435S) was significantly inhibited, with cell cycle arrest in the S phase, induction of apoptosis, and DNA fragmentation. Inhibition of FANCF also resulted in decreased cell migration and invasion. In addition, FANCF knockdown enhanced sensitivity to doxorubicin in breast cancer cells. These results suggest that FANCF may be a potential target for molecular, therapeutic intervention in breast cancer.

Trypan blue exclusion assay by flow cytometry

Dye exclusion tests are used to determine the number of live and dead cells. These assays are based on the principle that intact plasma membranes in live cells exclude specific dyes, whereas dead cells do not. Although widely used, the trypan blue (TB) exclusion assay has limitations. The dye can be incorporated by live cells after a short exposure time, and personal reliability, related to the expertise of the analyst, can affect the results. We propose an alternative assay for evaluating cell viability that combines the TB exclusion test and the high sensitivity of the flow cytometry technique. Previous studies have demonstrated the ability of TB to emit fluorescence when complexed with proteins. According to our results, TB/bovine serum albumin and TB/cytoplasmic protein complexes emit fluorescence at 660 nm, which is detectable by flow cytometry using a 650-nm low-pass band filter. TB at 0.002% (w/v) was defined as the optimum concentration for distinguishing unstained living cells from fluorescent dead cells, and fluorescence emission was stable for 30 min after cell treatment. Although previous studies have shown that TB promotes green fluorescence quenching, TB at 0.002% did not interfere with green fluorescence in human live T-cells stained with anti-CD3/fluorescein isothiocyanate (FITC) monoclonal antibody. We observed a high correlation between the percentage of propidium iodide+CD3/FITC+ and TB+CD3/FITC+ cells, as well as similar double-stained cell profiles in flow cytometry dot-plot graphs. Taken together, the results indicate that a TB exclusion assay by flow cytometry can be employed as an alternative tool for quick and reliable cell viability analysis.

Development and validation of a genotype 3 recombinant protein-based immunoassay for hepatitis E virus serology in swine

Hepatitis E virus (HEV) is classified within the family Hepeviridae, genus Hepevirus. HEV genotype 3 (Gt3) infections are endemic in pigs in Western Europe and in North and South America and cause zoonotic infections in humans. Several serological assays to detect HEV antibodies in pigs have been developed, at first mainly based on HEV genotype 1 (Gt1) antigens. To develop a sensitive HEV Gt3 ELISA, a recombinant baculovirus expression product of HEV Gt3 open reading frame-2 was produced and coated onto polystyrene ELISA plates. After incubation of porcine sera, bound HEV antibodies were detected with anti-porcine anti-IgG and anti-IgM conjugates. For primary estimation of sensitivity and specificity of the assay, sets of sera were used from pigs experimentally infected with HEV Gt3. For further validation of the assay and to set the cutoff value, a batch of 1100 pig sera was used. All pig sera were tested using the developed HEV Gt3 assay and two other serologic assays based on HEV Gt1 antigens. Since there is no gold standard available for HEV antibody testing, further validation and a definite setting of the cutoff of the developed HEV Gt3 assay were performed using a statistical approach based on Bayes' theorem. The developed and validated HEV antibody assay showed effective detection of HEV-specific antibodies. This assay can contribute to an improved detection of HEV antibodies and enable more reliable estimates of the prevalence of HEV Gt3 in swine in different regions.

Expression, production, and renaturation of a functional single-chain variable antibody fragment (scFv) against human ICAM-1

Intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) is an important factor in the progression of inflammatory responses in vivo. To develop a new anti-inflammatory drug to block the biological activity of ICAM-1, we produced a monoclonal antibody (Ka=4.19×10−8 M) against human ICAM-1. The anti-ICAM-1 single-chain variable antibody fragment (scFv) was expressed at a high level as inclusion bodies in Escherichia coli. We refolded the scFv (Ka=2.35×10−7 M) by ion-exchange chromatography, dialysis, and dilution. The results showed that column chromatography refolding by high-performance Q Sepharose had remarkable advantages over conventional dilution and dialysis methods. Furthermore, the anti-ICAM-1 scFv yield of about 60 mg/L was higher with this method. The purity of the final product was greater than 90%, as shown by denaturing gel electrophoresis. Enzyme-linked immunosorbent assay, cell culture, and animal experiments were used to assess the immunological properties and biological activities of the renatured scFv.

Neuropeptide Y, substance P, and human bone morphogenetic protein 2 stimulate human osteoblast osteogenic activity by enhancing gap junction intercellular communication

Bone homeostasis seems to be controlled by delicate and subtle “cross talk” between the nervous system and “osteo-neuromediators” that control bone remodeling. The purpose of this study was to evaluate the effect of interactions between neuropeptides and human bone morphogenetic protein 2 (hBMP2) on human osteoblasts. We also investigated the effects of neuropeptides and hBMP2 on gap junction intercellular communication (GJIC). Osteoblasts were treated with neuropeptide Y (NPY), substance P (SP), or hBMP2 at three concentrations. At various intervals after treatment, cell viability was measured by the MTT assay. In addition, cellular alkaline phosphatase (ALP) activity and osteocalcin were determined by colorimetric assay and radioimmunoassay, respectively. The effects of NPY, SP and hBMP on GJIC were determined by laser scanning confocal microscopy. The viability of cells treated with neuropeptides and hBMP2 increased significantly in a time-dependent manner, but was inversely associated with the concentration of the treatments. ALP activity and osteocalcin were both reduced in osteoblasts exposed to the combination of neuropeptides and hBMP2. The GJIC of osteoblasts was significantly increased by the neuropeptides and hBMP2. These results suggest that osteoblast activity is increased by neuropeptides and hBMP2 through increased GJIC. Identification of the GJIC-mediated signal transduction capable of modulating the cellular activities of bone cells represents a novel approach to studying the biology of skeletal innervation.

Investigation of the mechanism of transfer of a-tocopherol by the human a-tocopherol transfer protein (H-a-TTP) /

The human a-tocopherol transfer protein (h-a-TTP) is understood to be the entity responsible for the specific retention of a-tocopherol (a-toc) in human tissues over all other forms of vitamin E obtained from the diet. a-Tocopherol is the most biologically active form of vitamin E, and to date has been studied extensively with regard to its antioxidant properties and its role of terminating membrane lipid peroxidation chain reactions. However, information surrounding the distribution of a-tocopherol, specifically its delivery to intracellular membranes by a-TTP, is still unclear and the molecular factors influencing transfer remain elusive. To investigate the mechanism of ligand transfer by the h-a-TTP, a fluorescent analogue of a-toc has been used in the development of a fluorescence resonance energy transfer (FRET) assay. (/?)-2,5,7,8-tetramethyl-2-[9-(7-nitro-benzo[l,2,5]oxdiazol-4-ylamino)-nonyl]- chroman-6-ol (NBD-toc) has allowed for the development of the FRET-based ligand transfer assay. This ligand has been utilized in a series of experiments where changes were made to acceptor lipid membrane concentration and composition, as well as to the ionic strength and viscosity of the buffer medium. Such changes have yielded evidence supporting a collisional mechanism of ligand transfer by a-TTP, and have brought to light a new line of inquiry pertaining to the nature of the forces governing the collisional transfer interaction. Through elucidation of the transfer mechanism type, a deeper understanding of the transfer event and the in vivo fate of a-tocopherol have been obtained. Furthermore, the results presented here allow for a deeper investigation of the forces controlling the collisional protein-membrane interaction and their effect on the transfer of a-toc to membranes. Future investigation in this direction will raise the possibility of a complete understanding of the molecular events surrounding the distribution of a-toc within the cell and to the body's tissues.

Isolation and analysis of a corprinus cinereus DNA fragment showing homology to a fimbrial cDNA from ustilago violacea

Surface proteinaceous fibrils, termed fimbriae, were first identified on gram negative bacteria in the 1940s. Fungal fimbriae, discovered some 25 years later, are found on members of all fungal classes. In the present study, polyclonal antiserum raised against the fimbrial proteins of U. vio/acea were used in order to identify antigenically related proteins from Coprinus cinereus and Schizophy//um commune. Two polypeptides with molecular masses of 37 and 39 kDa from C. cinereus were observed and confirm earlier results. A single previously unidentified 50 kDa polypeptide in S. commune crossreacted with the antiserum. The 50 kDa protein was found to consist of 3 isoforms with isoelectric points ranging from 5.6 to 5.8. A fimbrial cDNA derived from U. vio/acea was used to identify DNA restriction fragments from C. cinereus and S. commune showing homology to the fimbrial transcript of U. vio/acea. Heterologous hybridization with this cDNA was used in order to screen a C. cinereus genomic DNA library. A single clone, A2-3A, with a 14 kbp insert showed strong homology to the pfim3-1 cDNA. The region of homology, a 700 bp Xba I fragment, was subcloned into pUG19. This plasmid was refered to as pXX8. DNA sequence determinations of pXX8 and adjacent fragments from A2-3A suggested that the cloned DNA was a portion of the rONA repeat encoding the small subunit rRNA. DNA sequence analysis of pfim3-1 yielded an incomplete open reading frame. The predicted amino acid sequence codes for a 206 amino acid, 22 kDa polypeptide which contains a domain similar to a transmembrane domain from rat leukocyte antigen, GDS3. As well, an untranslated 576 nucleotide domain showed 81 % homology to pXX8 and 830/0 homology to the 188 rRNA sequence of Ustilago maydis. This sequence was found adjacent to a region of adenine-thymine base pairs presumed to represent the polyadenylation sequence of the fimbrial transcript. The size and extent of homology is sufficient to account for the hybridization of pfim3-1 to rDNA. It is suggested that this domain represents a completely novel regulatory domain within eukaryotes that may enable the observed rapid regeneration of fimbriae in U. violacea.

The effect of lysobisphosphatidic acid (LBPA) on α-tocopherol transfer protein (α-TTP) binding to lipid membranes

The a-tocopherol transfer protein (a-TTP) is responsible for the retention of the atocopherol form of vitamin E in living organisms. The detailed ligand transfer mechanism by a-TTP is still yet to be fully elucidated. To date, studies show that a-TTP transfers a-tocopherol from late endosomes in liver cells to the plasma membrane where it is repackaged into very low density lipoprotein (VLDL) and released into the circulation. Late endosomes have been shown to contain a lipid known as lysobisphosphatidic acid (LBP A) that is unique to this cellular compartment. LBPA plays a role in intracellular trafficking and controlling membrane curvature. Taking these observations into account plus the fact that certain proteins are recruited to membranes based on membrane curvature, the specific aim of this project was to examine the effect of LBP A on a-TTP binding to lipid membranes. To achieve this objective, dual polarization interferometry (DPI) and a vesicle binding assay were employed. Whilst DPI allows protein binding affinity to be measured on a flat lipid surface, the vesicle binding assay determines protein binding affinity to lipid vesicles mimicking curved membranes. DPI analysis revealed that the amount of a-TTP bound to lipid membranes is higher when LBPA is present. Using the vesicle binding assay, a similar result was seen where a greater amount of protein is bound to large unilamellar vesicles (LUV s) containing LBP A. However, the effect of LBP A was attenuated when small unilamellar vesicles (SUVs) were replaced with LUVs. The outcome of this project suggests that aTTP binding to membranes is influenced by membrane curvature, which in turn is induced by the presence of LBP A.

Mechanism of tocopherol transfer by human α-tocopherol transfer protein (α-hTTP)

Vitamin E is a well known fat soluble chain breaking antioxidant. It is a general tenn used to describe a family of eight stereoisomers of tocopherols. Selective retention of a-tocopherol in the human circulation system is regulated by the a -Tocopherol Transfer Protein (a-TIP). Using a fluorescently labelled a-tocopherol (NBD-a-Toc) synthesized in our laboratory, a fluorescence resonance energy transfer (FRET) assay was developed to monitor the kinetics of ligand transfer by a-hTTP in lipid vesicles. Preliminary results implied that NBD-a-Toe simply diffused from 6-His-a-hTTP to acceptor membranes since the kinetics of transfer were not responsive to a variety of conditions tested. After a series of trouble shooting experiments, we identified a minor contaminant, E coli. outer membrane porin F (OmpF) that co-purified with 6-His-a-hTTP from the metal affinity column as the source of the problem. In order to completely avoid OmpF contamination, a GST -a-hTTP fusion protein was purified from a glutathione agarose column followed by an on-column thrombin digestion to remove the GST tag. We then demonstrated that a-hTTP utilizes a collisional mechanism to deliver its ligand. Furthennore, a higher rate of a-tocopherol transfer to small unilamellar vesicles (SUV s) versus large unilamellar vesicles (LUV s) indicated that transfer is sensitive to membrane curvature. These findings suggest that ahTTP mediated a-Toc transfer is dominated by the hydrophobic nature of a-hTTP and the packing density of phospholipid head groups within acceptor membranes. Based on the calculated free energy change (dG) when a protein is transferred from water to the lipid bilayer, a model was generated to predict the orientation of a-hTTP when it interacts with lipid membranes. Guided by this model, several hydrophobic residues expected to penetrate deeply into the bilayer hydrophobic core, were mutated to either aspartate or alanine. Utilizing dual polarization interferometry and size exclusion vesicle binding assays, we identified the key residues for membrane binding to be F 165, F 169 and 1202. In addition, the rates of ligand transfer of the u-TTP mutants were directly correlated to their membrane binding capabilities, indicating that membrane binding was likely the rate limiting step in u-TTP mediated transfer of u-Toc. The propensity of u-TTP for highly curved membrane provides a connection to its colocalization with u-Toc in late endosomes.

Role of Phosphorylation of the Oxysterol Binding Protein (OSBP) in (PI(4)P) and Sterol-Containing Membrane Recognition and Binding

Studies have demonstrated that the oxysterol binding protein (OSBP) acts as a phosphatidylinositol phosphate (PIP)-sterol exchanger at membrane contact sites (MCS) of the endoplasmic reticulum (ER) and Golgi. OSBP is known to pick up phosphatidylinositol-4-phosphate (PI(4)P) from the ER, transfer it to the trans-Golgi in exchange for a cholesterol molecule that is then transferred from the trans-Golgi to the ER. Upon further examination of this pathway by Ridgway et al. (1), it appeared that phosphorylation of OSBP played a role in the localization of OSBP. The dephosphorylation state of OSBP was linked to Golgi localization and the depletion of cholesterol at the ER. To mimic the phosphorylated state of OSBP, the mutant OSBP-S5E was designed by Ridgway et al. (1). The lipid and sterol recognition by wt-OSBP and its phosphomimic mutant OSBP-S5E were investigated using immobilized lipid bilayers and dual polarization interferometry (DPI). DPI is a technique in which the protein binding affinity to immobilized lipid bilayers is measured and the binding behavior is examined through real time. Lipid bilayers containing 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DOPC) and varying concentrations of PI(4)Ps or sterols (cholesterol or 25-hydroxycholesterol) were immobilized on a silicon nitride chip. It was determined that wt-OSBP binds differently to PI(4)P-containing bilayers compared to OSBP-S5E. The binding behavior suggested that wt-OSBP extracts PI(4)P and the change in the binding behavior, in the case of OSBP-S5E, suggested that the phosphorylation of OSBP may prevent the recognition and/or extraction of PI(4)P. In the presence of sterols, the overall binding behavior of OSBP, regardless of phosphorylation state, was fairly similar. The maximum specific bound mass of OSBP to sterols did not differ as the concentration of sterols increased. However, comparing the maximum specific bound mass of OSBP to cholesterol with oxysterol (25-hydroxycholesterol), OSBP displayed nearly a 2-fold increase in bound mass. With the absence of the wt-OSBP-PI(4)P binding behavior, it can be speculated that the sterols were not extracted. In addition, the binding behavior of OSBP was further tested using a fluorescence based binding assay. Using 22-(N-(7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl)amino)-23,24-bisnor-5-cholen-3β-ol (22-NBD cholesterol), wt-OSBP a one site binding dissociation constant Kd, of 15 ± 1.4 nM was determined. OSBP-S5E did not bind to 22-NBD cholesterol and Kd value was not obtained.

Regulation of the memory T cell development and islet beta-cell survival by DAPK-related apoptosis-inducing protein kinase 2 (Drak2)

Drak2 est un membre de la famille des protéines associées à la mort et c’est une sérine/thréonine kinase. Chez les souris mutantes nulles Drak2, les cellules T ne présentent aucune défectuosité apparente en apoptose induite par activation, après stimulation avec anti-CD3 et anti-CD28, mais ont un seuil de stimulation réduit, comparées aux cellules T de type sauvage (TS). Dans notre étude, l’analyse d’hybridation in situ a révélé que l’expression de Drak2 est ubiquiste au stade de la mi-gestation chez les embryons, suivie d’une expression plus focale dans les divers organes pendant la période périnatale et l’âge adulte, notamment dans le thymus, la rate, les ganglions lymphatiques, le cervelet, les noyaux suprachiasmatiques, la glande pituitaire, les lobes olfactifs, la médullaire surrénale, l’estomac, la peau et les testicules. Nous avons créé des souris transgéniques (Tg) Drak2 en utilisant le promoteur humain beta-actine. Ces souris Tg montraient des ratios normaux entre cellules T versus B et entre cellules CD4 versus CD8, mais leur cellularité et leur poids spléniques étaient inférieurs comparé aux souris de type sauvage. Après activation TCR, la réponse proliférative des cellules T Tg Drak2 était normale, même si leur production d’interleukine (IL)-2 et IL-4 mais non d’interféron-r était augmentée. Les cellules T Tg Drak2 activées ont démontré une apoptose significativement accrue en présence d’IL-2 exogène. Au niveau moléculaire, les cellules T Tg Drak2 ont manifesté une augmentation moins élevée des facteurs anti-apoptotiques durant l’activation; un tel changement a probablement rendu les cellules vulnérables aux attaques subséquentes d’IL-2. L’apoptose compromise dans les cellulesT Tg Drak2 a été associée à un nombre réduit de cellules T ayant le phénotype des cellules mémoires (CD62Llo) et avec des réactions secondaires réprimées des cellules T dans l’hypersensibilité de type différé. Ces résultats démontrent que Drak2 s’exprime dans le compartiment des cellules T mais n’est pas spécifique aux cellules T; et aussi qu’il joue des rôles déterminants dans l’apoptose des cellules T et dans le développement des cellules mémoires T. En outre, nous avons recherché le rôle de Drak2 dans la survie des cellules beta et le diabète. L’ARNm et la protéine Drak2 ont été rapidement induits dans les cellules beta de l’îlot après stimulation exogène par les cytokines inflammatoires ou les acides gras libres et qui est présente de façon endogène dans le diabète, qu’il soit de type 1 ou de type 2. La régulation positive de Drak2 a été accompagnée d’une apoptose accrue des cellules beta. L’apoptose des cellules beta provoquée par les stimuli en question a été inhibée par la chute de Drak2 en utilisant petit ARNi. Inversement, la surexpression de Drak2 Tg a mené à l’apoptose aggravée des cellules beta déclenchée par les stimuli. La surexpression de Drak2 dans les îlots a compromis l’augmentation des facteurs anti-apoptotiques, tels que Bcl-2, Bcl-xL et Flip, sur stimulation par la cytokine et les acides gras libres. De plus, les expériences in vivo ont démontré que les souris Tg Drak2 étaient sujettes au diabète de type 1 dans un modèle de diabète provoqué par de petites doses multiples de streptozotocine et qu’elles étaient aussi sujettes au diabète de type 2 dans un modèle d’obésité induite par la diète. Nos données montrent que Drak2 est défavorable à la survie des cellules beta. Nous avons aussi étudié la voie de transmission de Drak2. Nous avons trouvé que Drak2 purifiée pouvait phosphoryler p70S6 kinase dans une analyse kinase in vitro. Lasurexpression de Drak2 dans les cellules NIT-1 a entraîné l’augmentation de la phosphorylasation p70S6 kinase tandis que l’abaissement de Drak2 dans ces cellules a réduit la phosphorylation. Ces recherches mécanistes ont prouvé que p70S6 kinase était véritablement un substrat de Drak2 in vitro et in vivo. Cette étude a découvert les fonctions importantes de Drak2 dans l’homéostasie des cellules T et le diabète. Nous avons prouvé que p70S6 kinase était un substrat de Drak2. Nos résultats ont approfondi nos connaissances de Drak2 à l’intérieur des systèmes immunitaire et endocrinien. Certaines de nos conclusions, comme les rôles de Drak2 dans le développement des cellules mémoires T et la survie des cellules beta pourraient être explorées pour des applications cliniques dans les domaines de la transplantation et du diabète.

Étude de la voie de signalisation de l’insuline chez la drosophile par une approche phosphoprotéomique

La phosphorylation est une modification post-traductionnelle modulant l’activité, la conformation ou la localisation d’une protéine et régulant divers processus. Les kinases et phosphatases sont responsables de la dynamique de phosphorylation et agissent de manière coordonnée. L’activation anormale ou la dérégulation de kinases peuvent conduire au développement de cancers ou de désordres métaboliques. Les récepteurs tyrosine kinase (RTKs) sont souvent impliqués dans des maladies et la compréhension des mécanismes régissant leur régulation permet de déterminer les effets anticipés sur leurs substrats. Dans ce contexte, le but de cette thèse est d’identifier les évènements de phosphorylation intervenant dans la voie de l’insuline chez la drosophile impliquant un RTK : le récepteur de l’insuline (InR). La cascade de phosphorylation déclenchée suite à l’activation du récepteur est conservée chez le mammifère. Afin d’étudier le phosphoprotéome de cellules S2 de drosophile, nous avons utilisé une étape d’enrichissement de phosphopeptides sur dioxyde de titane suivie de leur séparation par chromatographie liquide (LC) et mobilité ionique (FAIMS). Les phosphopeptides sont analysés par spectrométrie de masse en tandem à haute résolution. Nous avons d’abord démontré les bénéfices de l’utilisation du FAIMS comparativement à une étude conventionnelle en rapportant une augmentation de 50 % dans le nombre de phosphopeptides identifiés avec FAIMS. Cette technique permet de séparer des phosphoisomères difficilement distinguables par LC et l’acquisition de spectres MS/MS distincts où la localisation précise du phosphate est déterminée. Nous avons appliqué cette approche pour l’étude des phosphoprotéomes de cellules S2 contrôles ou traitées à l’insuline et avons identifié 32 phosphopeptides (sur 2 660 quantifiés) pour lesquels la phosphorylation est modulée. Étonnamment, 50 % des cibles régulées possèdent un site consensus pour la kinase CK2. Une stratégie d’inhibition par RNAi a été implémentée afin d’investiguer le rôle de CK2 dans la voie de l’insuline. Nous avons identifié 6 phosphoprotéines (CG30085, su(var)205, scny, protein CDV3 homolog, D1 et mu2) positivement régulées suite à l’insuline et négativement modulées après le traitement par RNAi CK2. Par essai kinase in vitro, nous avons identifié 29 cibles directes de CK2 dont 15 corrélaient avec les résultats obtenus par RNAi. Nous avons démontré que la phosphorylation de su(var)205 (S15) était modulée par l’insuline en plus d’être une cible directe de CK2 suite à l’expérience RNAi et à l’essai kinase. L’analyse des données phosphoprotéomiques a mis en évidence des phosphopeptides isomériques dont certains étaient séparables par FAIMS. Nous avons déterminé leur fréquence lors d’études à grande échelle grâce à deux algorithmes. Le script basé sur les différences de temps de rétention entre isomères a identifié 64 phosphoisomères séparés par LC chez la souris et le rat (moins de 1 % des peptides identifiés). Chez la drosophile, 117 ont été répertoriés en combinaison avec une approche ciblée impliquant des listes d’inclusion. Le second algorithme basé sur la présence d’ions caractéristiques suite à la fragmentation de formes qui co-éluent a rapporté 23 paires isomériques. L’importance de pouvoir distinguer des phosphoisomères est capitale dans le but d’associer une fonction biologique à un site de phosphorylation précis qui doit être identifié avec confiance.

Use of cellular impedance to characterize ligand functional selectivity at G protein-coupled receptors

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) représentent la plus grande famille de cibles thérapeutiques pour le traitement d’une panoplie de pathologies humaines. Bien que plusieurs décennies de recherche aient permis de façonner nos connaissances sur ces protéines membranaires, notre compréhension des déterminants moléculaires de leur activité signalétique reste encore limitée. De ces domaines de recherche, une avancée récente a mis à jour un nouveau phénomène, appelé sélectivité fonctionnelle des ligands, qui a bouleversé les paradigmes décrivant leu fonctionnement de ces récepteurs. Ce concept émane d’observations montrant que l’activité pharmacologique de certains ligands n’est pas nécessairement conservée sur tout le répertoire signalétiques connu du récepteur et peu se restreindre à l'activation sélective d’un sous-groupe de voies de signalisation.Ce nouveau modèle pharmacologique de l'activation des RCPG ouvre de nouvelles possibilités pour la découverte de médicaments plus efficace et sûr, ciblant les RCPGs. En effet, il permet la conception de molécules modulant spécifiquement les voies signalétiques d’intérêt thérapeutique, sans engager les autres voies qui pourraient mener à des effets secondaires indésirables ou de la tolérance. Cette thèse décrit l'utilisation d'une nouvelle approche sans marquage, basée sur la mesure du changement l'impédance cellulaire. Par la mesure des changements cellulaires, comme la morphologie, l’adhésion et/ou la redistribution des macromolécules, cette approche permet de mesurer de façon simultanée l'activité de plusieurs voies de signalisation impliqués dans ces réponses. Utilisant le récepteur β2-adrénergique (β2AR) comme modèle, nous avons démontré que les variations dans l’impédance cellulaire étaient directement liées à l’activation de multiples voies de signalisation suite à la stimulation du récepteur par son ligand. L’agoniste type du β2AR, l’isoprotérénol, s’est avéré induire une réponse d’impédance dose-dépendante constituée, dans le temps, de plusieurs caractéristiques distinctes pouvant être bloquées de façon compétitive par l’antagoniste ICI118,551 Par l’utilisation d’inhibiteurs sélectifs, nous avons été en mesure de déterminer la contribution de plusieurs voies signalétiques canoniques, comme les voies dépendantes de Gs et Gi, la production d’AMPc et l’activation de ERK1/2, sur ces changements. De plus, la dissection de la réponse d’impédance a permis d’identifier une nouvelle voie de mobilisation du Ca2+ contribuant à la réponse globale des changements initiés par la stimulation du β2AR. Dans une autre étude, nous avons rapporté que la réponse calcique induite par le β2AR serait attribuable à une transactivation Gs-dépendant du récepteur purinergique P2Y11, lui-même couplé à la protéine Gq. La mesure d’impédance permettant de distinguer et de décrire une pléiade d’activités signalétiques, nous avons émis l’hypothèse que des ligands arborant des profils signalétiques différents généreraient des réponses d’impédance distinctes. Le criblage d’une librairie de ligands spécifiques au β2AR a révélé une grande variété de signatures d’impédance. Grâce au développement d’une approche computationnelle innovatrice, nous avons été en mesure de regrouper ces signatures en cinq classes de composés, un regroupement qui s’est avéré hautement corrélé avec le profil signalétique des différents ligands. Nous avons ensuite combiné le criblage de composés par impédance avec l’utilisation d’inhibiteurs sélectifs de voies signalétiques afin d’augmenter la résolution du regroupement. En évaluant l’impact d’une voie signalétique donnée sur la signature d’impédance, nous avons été en mesure de révéler une plus grande variété de textures parmi les ligands. De plus, cette méthode s’est avérée efficace pour prédire le profil signalétique d’une librairie de composés non caractérisés, ciblant le β2AR. Ces travaux ont mené à l’élaboration d’une méthode permettant d’exprimer visuellement la sélectivité fonctionnelle de ligands et ont révélé de nouvelles classes de composés pour ce récepteur. Ces nouvelles classes de composés ont ensuite été testées sur des cardiomyocytes humains, confirmant que les composés regroupés dans différentes classes produisent des effets distincts sur la contractilité de ces cellules. Globalement, ces travaux démontrent la pertinence de l’utilisation de l’impédance cellulaire pour une évaluation précise des différences fonctionnelles parmi les composés ciblant les RCPGs. En fournissant une représentation pluridimensionnelle de la signalisation émanant des RCPGs à l’aide d’un seul essai ne requérant pas de marquage, les signatures d’impédance représentent une stratégie simple et innovante pour l’évaluation de la fonctionnalité sélective des ligands. Cette méthode pourrait être d’une grande utilité dans le processus de découverte de nouveaux médicaments.

Etude du rôle de la réponse UV sur le contrôle de la réparation par excision de nucléotides (NER) des dommages à l’ADN : rôle des voies MAPK et de l’ADN polymérase eta

La réponse cellulaire aux ultra-violets (UV), ou réponse UV, est une réponse complexe et spécialisée dans l’adaptation et la tolérance des dommages aux UV. Celle-ci est initiée par un grand nombre d’évènements moléculaires et de signalisation nucléaire mais aussi au niveau de la membrane plasmique ou du cytoplasme. L’importance et l’influence exactes de ces évènements sur la réparation par excision de nucléotides (NER) des dommages UV à l’ADN sont encore mal comprises et doivent encore être méthodiquement démontrées. Dans cette thèse, grâce à l’utilisation d’une méthode sensible d’analyse de la réparation NER basée sur la cytométrie en flux, il est montré, dans un premier temps, que l’activité des voies MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinases), qui sont des voies de signalisation de stress UV d’origine cytoplsamique, ne participent pas à l’efficacité de réparation NER des dommages UV dans les cellules humaines. En effet, l’abrogation de la signalisation MAPK, par inhibition pharmacologique, par utilisation de mutants dominant-négatifs ou par inhibition de leur expression endogène, ne révèlent aucun changement de la cinétique de réparation des dommages UV par excision de nucléotides. Cependant, l’utilisation de cette même méthode de réparation, mais cette fois, appliquée pour l’étude de réparation NER en fonction du cycle cellulaire, a permis de mettre en évidence la nécessité fonctionnelle de l’ADN polymérase translésionnelle eta (Pol η) dans la réparation NER des dommages UV, uniquement en phase S. Cette observation fut initialement caractérisée dans les cellules de patients affectés du syndrome variant de xérodermie pigmentaire (XP-V) puis, confirmée ensuite par l’inhibition de l’expression de Pol η endogène ou par la complémentation avec des mutants non-fonctionnels dans les cellules XP-V. Ces résultats indiquent que, contrairement à la réponse UV MAPK cytoplasmique, les évènements nucléaires comme la synthèse translésionnelle, peuvent influencer l’efficacité de réparation NER en phase S. Plus particulièrement, ces données établissent un lien possible entre la réparation NER en phase S et les niveaux de stress réplicatifs, révélé ici par la déficience fonctionnelle Pol η ou ATR. Les observations, présentées dans cette thèse, renforcent un rôle du point de contrôle S aux UV sur l’efficacité de la réparation NER et suggèrent que l’inhibition NER, observée en phase S dans les cellules XP-V, est modulée par le stress réplicatif. Un tel moyen de contrôle pourrait avoir une action plutôt protectrice pendant cette phase critique du cycle cellulaire. Mots clés: UV, translésionnelle, eta, MAPK, NER, CPD, cytométrie, phase-S, tolérance.