Étude de la fonction anti-apoptotique de la sous-unité R1 de la ribonucléotide réductase des virus de l’herpès simplex

L’élimination des cellules infectées par apoptose constitue un mécanisme de défense antivirale. Les virus de l’herpès simplex (HSV) de type 1 et 2 encodent des facteurs qui inhibent l’apoptose induite par la réponse antivirale. La sous-unité R1 de la ribonucléotide réductase d’HSV-2 (ICP10) possède une fonction anti-apoptotique qui protège les cellules épithéliales de l’apoptose induite par les récepteurs de mort en agissant en amont ou au niveau de l’activation de la procaspase-8. Puisqu’une infection avec un mutant HSV-1 déficient pour la R1 diminue la résistance des cellules infectées vis à vis du TNFα, il a été suggéré que la R1 d’HSV-1 (ICP6) pourrait posséder une fonction anti-apoptotique. Le but principal de cette thèse est d’étudier le mécanisme et le potentiel de la fonction anti-apoptotique de la R1 d’HSV-1 et de la R1 d'HSV-2. Dans une première étude, nous avons investigué le mécanisme de la fonction anti-apoptotique de la R1 d’HSV en utilisant le TNFα et le FasL, deux inducteurs des récepteurs de mort impliqués dans la réponse immune anti-HSV. Cette étude a permis d’obtenir trois principaux résultats concernant la fonction anti-apoptotique de la R1 d’HSV. Premièrement, la R1 d’HSV-1 inhibe l’apoptose induite par le TNFα et par le FasL aussi efficacement que la R1 d’HSV-2. Deuxièmement, la R1 d’HSV-1 est essentielle à l’inhibition de l’apoptose induite par le FasL. Troisièmement, la R1 d’HSV interagit constitutivement avec la procaspase-8 d’une manière qui inhibe la dimérisation et donc l’activation de la caspase-8. Ces résultats suggèrent qu’en plus d’inhiber l’apoptose induite par les récepteurs de mort la R1 d’HSV peut prévenir l’activation de la caspase-8 induite par d’autres stimuli pro-apoptotiques. Les ARN double-brins (ARNdb) constituant un intermédiaire de la transcription du génome des HSV et activant l’apoptose par une voie dépendante de la caspase-8, nous avons testé dans une seconde étude l’impact de la R1 d’HSV sur l’apoptose induite par l’acide polyriboinosinique : polyribocytidylique (poly(I:C)), un analogue synthétique des ARNdb. Ces travaux ont montré qu’une infection avec les HSV protège les cellules épithéliales de l’apoptose induite par le poly(I:C). La R1 d’HSV-1 joue un rôle majeur dans l’inhibition de l’activation de la caspase-8 induite par le poly(I:C). La R1 d’HSV interagit non seulement avec la procaspase-8 mais aussi avec RIP1 (receptor interacting protein 1). En interagissant avec RIP1, la R1 d’HSV-2 inhibe l’interaction entre RIP1 et TRIF (Toll/interleukine-1 receptor-domain-containing adapter-inducing interferon β), l’adaptateur du Toll-like receptor 3 qui est un détecteur d’ARNdb , laquelle est essentielle pour signaler l’apoptose induite par le poly(I:C) extracellulaire et la surexpression de TRIF. Ces travaux démontrent la capacité de la R1 d’HSV à inhiber l’apoptose induite par divers stimuli et ils ont permis de déterminer le mécanisme de l’activité anti-apoptotique de la R1 d’HSV. Très tôt durant l’infection, cFLIP, un inhibiteur cellulaire de la caspase-8, est dégradé alors que la R1 d’HSV s’accumule de manière concomitante. En interagissant avec la procapsase-8 et RIP1, la R1 d’HSV se comporte comme un inhibiteur viral de l’activation de la procaspase-8 inhibant l’apoptose induite par les récepteurs de mort et les détecteurs aux ARNdb.

Contribution des protéines issues du liquide synovial dans la protection et la survie des PMN humains : chimioprotection : étude comparative des mécanismes d’action impliqués par rapport au GM-CSF

Les polymorphonucléaires neutrophiles (PMNs) représentent une arme primordiale dans la défense contre divers agents pathogènes; notamment les bactéries, les champignons, les cellules tumorales de même que les cellules infectées par des virus. Cependant, certaines pathologies reliées à l’inflammation chronique soulèvent l’implication des neutrophiles notamment dans l’arthrite rhumatoïde. La réponse inflammatoire persistante générée par l’activation et la survie des neutrophiles engendre une destruction des tissus environnants suite à la sécrétion non contrôlée de leurs produits cytotoxiques. Même si l’activation chronique des neutrophiles est néfaste dans plusieurs pathologies, elle pourrait s’avérer un bon outil en cas de neutropénie, comme c’est souvent le cas les patients ayant reçu des traitements de chimiothérapie. Ce projet fait suite aux travaux doctoraux de Lagraoui (1999). Il vise à identifier le(s) facteur(s) du liquide synovial qui augmente la survie des neutrophiles ainsi que le mécanisme d’action impliqué dans ce processus. Similairement au facteur semi-pur isolés par Lagraoui (1999), le milieu conditionné concentré (MCC) augmente la survie des PMNs de 75% (39% ± 9.5 vs 68% ± 2.5, p<0.01). Suivant le séquençage du MCC parallèlement au facteur semi-pur actif, deux protéines ont été identifiées à la fois dans le MCC et dans le facteur semi-pur soient : l’albumine et la fétuine. Notre projet vise donc à comparer les effets de l’albumine et de la fétuine à ceux du GM-CSF dans l’optique d’une thérapie alternative au GM-CSF en tant qu’adjuvant de chimiothérapie. La présence d’albumine, de fétuine ou de GM-CSF chez les PMNs incubés 24 heures avec la Mutamycin® induit une diminution du nombre de cellules en apoptose par rapport à la Mutamycin® (Ctrl : 43% ± 10; A : 74% ± 3; F : (82% ± 6 et GM : 74% ± 7; p<0.01). L’effet de l’albumine dépend de la voie de la kinase PI3 mais également celle la kinase ERK, alors que celle de la fétuine dépend de la kinase PI3. Similairement l’EPO, l’albumine et la fétuine supporte la différentiation des HSCs en précurseurs érythrocytaires de type BFU-E. Dans un modèle murin de chiomioprotection, l’albumine augmente la concentration cellulaire rapport au groupe contrôle des leukocytes de la rate (66 ±8 x106c/ml vs 81 ±16 x106c/ml) et du sang (3.6 ±0.4 x106c/ml vs 5.7 ±2.3 x106c/ml). Donc, in vitro, l’albumine et la fétuine sont comparables au GM-CSF au niveau fonctionalité et mécansimes d’action. Cependant, vu leur manque de spécificité, l’application thérapeutique en tant qu’adjuvant de chiomiothérapie de l’albumine et la fétuine est peu prometteuse. Par contre, les maladies dégénératives et les évènements ischémiques pourraient s’avérer de bonnes cibles thérapeutiques, principalement pour l’albumine.

Étude de l’expression de « Bcl-2 modifying factor » (Bmf) et son implication dans la néphropathie diabétique

Objectif : Étudier les mécanismes apoptotiques impliqués dans la néphropathie diabétique en identifiant les gènes responsables de l’apoptose et activés par les espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les cellules de tubules proximaux rénaux (RPTC) de différents modèles diabétiques. Méthodes : Une hybridation par puce à AND a été réalisée sur les ARN extraits à partir de RPTC de souris heterozygotes db/m+, db/db and db/db catalase (CAT)-transgénique (Tg) de 20 semaines. Des expériences de PCR en temps réel et d’immunohistochimie réalisées sur ces modèles et sur le modèle ou le diabète avait été induit par traitement au streptozotocin (STZ) ont permis de valider les gènes apoptotiques identifiés par puce à ADN. Des RPTC immortalisées de rat ont été utilisées pour montrer l’activité de ces gènes apoptotique et la régulation de leur expression. De plus, une étude additionnelle réalisée sur des sections rénales provenant de patients diabétiques et non diabétiques a démontré également une surexpression de ces gènes apoptotiques dans les IRPTC. Résultats: L’expression de Bcl-2-modifying factor (Bmf), une protéine apoptotique, semble augmentée dans les RPTC de souris db/db comparé aux souris contrôles db/m+, ou aux souris db/db CAT-tg. La surexpression de Bmf a également été identifiée dans les RPTC du modèle diabétique STZ. La normalisation de l’hyperglycémie chez ces souris par traitement à l’insuline semble normaliser également l’expression de Bmf. In vitro, la surexpression du cDNA de Bmf dans les RPTC promouvoit l’apoptose et augmente l’activité de caspase 3. La stimulation de RPTC de Rat avec le glucose élevé (25mM de D-glucose) semble augmenter l’expression de Bmf et le traitement de ces cellules avec la roténone, les Diphénylène iodonium, la catalase et l’apocynine semble renverser cette stimulation. L’inhibition de Bmf avec un siRNA semble réduire l’apoptose induite par le glucose élevé. L’expression de Bmf a également été démontrée dans les RPTC de patients diabétiques. Conclusion: Ces résultats ont démontré une surexpression de Bmf dans les RPTC de différents modèles diabétiques et suggèrent son potentiel rôle dans la régulation de l’apoptose et de l’atrophie tubulaire chez les diabétiques.

Nouvelle approche immunothérapeutique afin de traiter le neuroblastome réfractaire chez l’enfant

Malgré plusieurs chimiothérapies suivies d’une transplantation et d’une immunothérapie, 40% des patients avec un neuroblastome (NB) à haut risque subissent une progression de la maladie ou une rechute. L’échec de ces traitements est attribué à la présence de cellules initiatrices de tumeur (TIC) qui expriment le marqueur CD133 et qui sont souvent résistantes aux agents chimiothérapeutiques. Les cellules Natural Killer (NK), qui possèdent un effet anti-tumoral, peuvent être utilisées dans le cadre du développement de nouvelles approches immuno-thérapeutiques. Nous posons l’hypothèse que les cellules NK activées éliminent efficacement les TIC et contribuent à la réduction des risques de rechute. De plus, il est possible d’augmenter l’effet anti-tumoral des cellules NK contre le NB. L’activité cytotoxique des cellules NK est augmentée par des cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC) activées. A la suite de la stimulation de leurs récepteurs Toll-like les pDC produisent de grandes quantités d'interféron-alpha (IFN-α). Nous avons étudié les propriétés lytiques des cellules NK contre des lignées cellulaires de NB à la suite de leur activation par l’IFN-α ou des pDC activées. Nos résultats révèlent une augmentation de l’activité cytolytique des cellules NK contre ces lignées en réponse à une stimulation par les pDC activées. De plus, les cellules de NB CD133+ ou celles résistantes à l’immunothérapie dirigée contre le GD2 sont sensibles à la lyse médiée par les cellules NK stimulées par les pDC. Nous avons examiné les mécanismes cellulaires impliqués dans la lyse des cellules de NB. Nous montrons que cette cytotoxicité est médiée en partie par TRAIL induisant l'apoptose et en partie par la libération des granules cytotoxiques. Ainsi, ces résultats permettent de proposer une nouvelle approche immuno-thérapeutique complémentaire au traitement par l’anticorps anti-GD2 pour les patients atteints de NB à haut risque.

Le rôle d’Akt dans la réponse cellulaire aux dommages à l’ADN induits par les ultraviolets dans les cellules de mélanomes humains

Le mélanome malin est l’un des cancers les plus mortels dont l’incidence continue à augmenter chaque année avec peu de traitement efficace à long terme. Il est causé et initié principalement par l’exposition excessive aux rayons ultraviolets engendrant des photoproduits hautement génotoxiques. Il est bien connu que la cascade de signalisation PI3K/Akt joue un rôle crucial dans la régulation des processus qui sont généralement dérégulés durant le développement tumoral comme la prolifération, le contrôle du cycle cellulaire et l’apoptose. Néanmoins, l’implication de cette voie moléculaire dans la réponse aux dommages à l’ADN est peu caractérisée. Chez les mammifères, trois isoformes de la protéine kinase Akt ont été identifiées: Akt1, Akt2 et Akt3. Bien qu’elles soient très homologues en termes de séquence, plusieurs études ont montré que ces isoformes ont des fonctions biologiques distinctes, et nous suggérons qu’elles puissent contribuer différemment à la régulation de la réponse génotoxique. Les objectifs de ce projet étaient de: (i) évaluer l’activation d’Akt dans les cellules de mélanomes (ii) déterminer l’impact de l’inhibition de cette activité sur la régulation de la réponse cellulaire aux UV (iii) vérifier si la perte d’expression de l’un ou de l’autre des isoformes d’Akt peut réguler la réponse aux UV. Nous avons démontré qu’Akt est transitoirement hyperactivée par phosphorylation suite aux irradiations UV dans les lignées cellulaires de mélanomes. Afin de déterminer l'importance de cette activation dans la réponse cellulaire aux UV, notre approche était de diminuer (i) la phosphorylation d’Akt par l’usage d’inhibiteurs pharmacologiques ou (ii) l’expression de chaque isoforme d’Akt par l’approche des ARN interférents. Nous avons montré que l’inhibition de la phosphorylation d’Akt amène à l’augmentation du taux de l’apoptose induit par les UV d’une manière isoforme spécifique, alors qu’elle n’a aucun effet sur la régulation de la voie de réparation par excision de nucléotides (NER), qui est la seule voie humaine pour éliminer les dommages à l’ADN induits par les UV. En somme, notre étude constitue un nouvel aspect qui permet de mieux comprendre les mécanismes moléculaires du développement de mélanomes malins suites aux irradiations ultraviolettes.

Studies on IL-18 in HIV infection : effects of the cytokine on intestinal integrity, and platelets as a new source of the cytokine

L'interleukine IL-18 (IL-18), un membre de la famille de l’IL-1, est une cytokine pro-inflammatoire multifonctionnelle. Elle est produite par les monocytes, les macrophages, les cellules dendritiques, les cellules épithéliales, les kératinocytes et le cortex surrénal dans le corps humain. Cette cytokine est d'abord produite comme une protéine précurseure inactive, qui est par la suite clivée en une forme mature par la caspase-1 activée. La caspase, en elle-même, existe comme précurseur inactif dans les cellules humaines et requiert l'assemblage d'inflammasomes pour son activation. L'IL-18 pour joue un rôle clé dans la médiation des conditions inflammatoires. Notre laboratoire et d'autres ont montré que l'infection par le VIH est accompagnée d'une augmentation des taux circulants d'IL-18 avec une diminution des niveaux de son antagoniste, l'interleukine-18 binding protein (IL-18BP). Dans cette thèse, nous démontrons pour que l'IL-18 est également produite et sécrétée par les plaquettes humaines lors de leur activation. Les plaquettes contiennent des composants de l'inflammasome. Ils assemblent et activent la caspase-1, qui ensuite traite le précurseur de l'IL-18 dans sa forme mature au cours du processus d'activation des plaquettes. La cytokine est synthétisée de novo lors de l'activation des plaquettes. Contrairement à l'IL-18, les plaquettes expriment constitutivement l’IL-18BP, et la libèrent de manière constitutive, ainsi que lors de l'activation. L'IL-18 et l'IL-18BP sont colocalisés avec CD63, un marqueur pour les granules α des plaquettes. L'IL-18 libéré des plaquettes constitue la source principale de cette cytokine dans la circulation humaine chez les individus sains. Nous avons identifié des concentrations faibles de cette cytokine dans les lysats de plaquettes chez les individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. D'autre part, les concentrations ont été augmentées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes chez les individus infectés. Des résultats similaires ont été obtenus avec l'IL-18BP dans les lysats de plaquettes d'individus sains et infectés par le VIH. Cependant, des quantités plus faibles de cet antagoniste ont été trouvées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes d'individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. Nos résultats ont des implications importantes pour les maladies inflammatoires chroniques dans laquelle une activité accrue de l'IL-18 joue un rôle pathogène. Le VIH est également accompagné par une inflammation intestinale et une diminution de l'intégrité intestinale, mesurée par la réparation de la muqueuse, la régénération et la perméabilité. Cependant, on en sait peu sur la relation entre le niveau élevé de l'IL-18 associé à l'infection au VIH et la perméabilité intestinale: ceci n'a jamais été étudié. Dans cette thèse, nous démontrons le rôle du virus et sa protéine Tat à augmenter la production d'IL-18 chez deux lignées de cellules épithéliales intestinales (HT29 et Caco2) ainsi qu'une diminution de l'IL-18BP. L'IL-18 induit une hyperperméabilité de la barrière épithéliale en perturbant à la fois les jonctions serrées et adhérentes, et ce, en modulant l'expression et la distribution de l'occludine, de claudine-2 et de la bêta-caténine. Une désorganisation de l'actine F a également été observée dans les cellules lors de l'incubation avec l'IL-18. Les mêmes observations ont été faites avec la protéine Tat du VIH-1. Après une incubation prolongée, l'IL-18 a causé la mort des cellules intestinales et induit l'apoptose par l'activation de la caspase-1 et la caspase-3. Fait intéressant, les taux plasmatiques de lipopolysaccharides chez trois catégories différentes de patients au VIH (ART-naïf, ART-traitée et contrôleurs élite) sont en corrélation avec les niveaux plasmatiques de l'IL-18. Enfin, nous avons étudié la voie de signalisation à travers laquelle l'IL-18 induit une perméabilité intestinale accrue. En bref, nos études identifient les plaquettes comme une source importante d'IL-18, et leur activation lors d'une infection à VIH contribue à des concentrations accrues de cette cytokine. Le virus entraine également l'augmentation de la production de cytokines par les cellules épithéliales intestinales. L'activité biologique accrue de ces cytokines contribue à la pathogenèse du sida en augmentant la perméabilité intestinale et en causant la mort des cellules intestinales. L'IL-18 pourrait servir de cible moléculaire pour retarder la progression du sida et réduire l'inflammation chronique dans un stade précoce d'une infection à VIH.

Microtubule disrupting N-phenyl-N’-(2-chloroethyl) ureas display anticancer activity on cell adhesion, P-glycoprotein and BCL-2-mediated drug resistance.

Objective: Our research program has focused on the development of promising, soft alkylating N-phenyl-N’-(2-chloroethyl)urea (CEU) compounds which acylate the glutamic acid-198 of β-tubulin, near the binding site of colchicum alkaloids. CEUs inhibit the motility of cancerous cells in vitro and, interestingly, exhibit antiangiogenic and anticancer activity in vivo. Mitotic arrest induced by microtubule-interfering agents such as CEUs remains the major mechanism of their anticancer activity, leading to apoptosis. However, we recently demonstrated that microtubule disruption by CEUs and other common antimicrotubule agents greatly alters the integrity and organization of microtubule-associated structures, the focal adhesion contact, thereby initiating anoikis, an apoptosis-like cell death mechanism caused by the loss of cell contact with the extracellular matrix. Methods: To ascertain the activated signaling pathway profile of CEUs, flow cytometry, Western blot, immunohistochemistry and transfection experiments were performed. Wound-healing and chick embryo assays were carried out to evaluate the antiangiogenic potency of CEUs. Results: CEU-induced apoptosis involved early cell cycle arrest in G2/M and increased level of CDK1/cycline B proteins. These signaling events were followed by the specific activation of the intrinsic apoptosis pathway, involving loss of mitochondrial membrane potential (Δψm) and ROS production, cytochrome c release from mitochondria, caspase activation, AIF nuclear translocation, PARP cleavage and nuclear fragmentation. CEUs maintained their efficacy on cells plated on pro-survival extracellular matrices or exhibiting overexpression of P-glycoprotein or the anti-apoptotic protein Bcl-2. Conclusion: Our results suggest that CEUs represent a promising new class of antimicrotubule, antiangiogenic and pro-anoikis agents.

Cellular signals of cisplatin ototoxicity

Three separate theories of inhibiting cisplatin-induced apoptosis were investigated utilizing different cellular mechanisms. Specifically, the copper transport cycle, TRPV1, and the JNK pathway were inhibited and immunohistochemistry was performed to determine levels of apoptosis. All three resulted in statistically significant effects; increasing CuSO4 levels resulted in increased apoptosis, and inhibiting TRPV1

Roles of the translationally controlled tumour protein (TCTP) and the double-stranded RNA-dependent protein kinase, PKR, in cellular stress responses

Translationally controlled tumour protein (TCTP) is a highly conserved protein present in all eukaryotic organisms. Various cellular functions and molecular interactions have been ascribed to this protein, many related to its growth-promoting and antiapoptotic properties. TCTP levels are highly regulated in response to various cellular stimuli and stresses. We have shown recently that the double-stranded RNA-dependent protein kinase, PKR, is involved in translational regulation of TCTP. Here we extend these studies by demonstrating that TCTP is downregulated in response to various proapoptotic treatments, in particular agents that induce Ca++ stress, in a PKR-dependent manner. This regulation requires phosphorylation of protein synthesis factor eIF2α. Since TCTP has been characterized as an antiapoptotic and Ca++-binding protein, we asked whether it is involved in protecting cells from Ca++-stress-induced apoptosis. Overexpression of TCTP partially protects cells against thapsigargin-induced apoptosis, as measured using caspase-3 activation assays, a nuclear fragmentation assay, using fluorescence-activated cell sorting analysis, and time-lapse video microscopy. TCTP also protects cells against the proapoptotic effects of tunicamycin and etoposide, but not against those of arsenite. Our results imply that cellular TCTP levels influence sensitivity to apoptosis and that PKR may exert its proapoptotic effects at least in part through downregulation of TCTP via eIF2α phosphorylation.

Carbon monoxide mediates the anti-apoptotic effects of heme oxygenase-1 in medulloblastoma DAOY cells via K+ channel inhibition

Tumor cell survival and proliferation is attributable in part to suppression of apoptotic pathways, yet the mechanisms by which cancer cells resist apoptosis are not fully understood. Many cancer cells constitutively express heme oxygenase-1 (HO-1), which catabolizes heme to generate biliverdin, Fe(2+), and carbon monoxide (CO). These breakdown products may play a role in the ability of cancer cells to suppress apoptotic signals. K(+) channels also play a crucial role in apoptosis, permitting K(+) efflux which is required to initiate caspase activation. Here, we demonstrate that HO-1 is constitutively expressed in human medulloblastoma tissue, and can be induced in the medulloblastoma cell line DAOY either chemically or by hypoxia. Induction of HO-1 markedly increases the resistance of DAOY cells to oxidant-induced apoptosis. This effect was mimicked by exogenous application of the heme degradation product CO. Furthermore we demonstrate the presence of the pro-apoptotic K(+) channel, Kv2.1, in both human medulloblastoma tissue and DAOY cells. CO inhibited the voltage-gated K(+) currents in DAOY cells, and largely reversed the oxidant-induced increase in K(+) channel activity. p38 MAPK inhibition prevented the oxidant-induced increase of K(+) channel activity in DAOY cells, and enhanced their resistance to apoptosis. Our findings suggest that CO-mediated inhibition of K(+) channels represents an important mechanism by which HO-1 can increase the resistance to apoptosis of medulloblastoma cells, and support the idea that HO-1 inhibition may enhance the effectiveness of current chemo- and radiotherapies.

MiR-375 is essential for human spinal motor neuron development and may be involved in motor neuron degeneration

The transcription factor REST is a key suppressor of neuronal genes in non-neuronal tissues. REST has been shown to suppress pro-neuronal microRNAs in neural progenitors indicating that REST-mediated neurogenic suppression may act in part via microRNAs. We used neural differentiation of Rest-null mouse ESC to identify dozens of microRNAs regulated by REST during neural development. One of the identified microRNAs, miR-375, was upregulated during human spinal motor neuron development. We found that miR-375 facilitates spinal motor neurogenesis by targeting the cyclin kinase CCND2 and the transcription factor PAX6. Additionally, miR-375 inhibits the tumor suppressor p53 and protects neurons from apoptosis in response to DNA damage. Interestingly, motor neurons derived from a spinal muscular atrophy patient displayed depressed miR-375 expression and elevated p53 protein levels. Importantly, SMA motor neurons were significantly more susceptible to DNA damage induced apoptosis suggesting that miR-375 may play a protective role in motor neurons.

Regulation of bcl-2 family proteins during development and in response to oxidative stress in cardiac myocytes: association with changes in mitochondrial membrane potential.

Cardiac myocyte apoptosis is potentially important in many cardiac disorders. In other cells, Bcl-2 family proteins and mitochondrial dysfunction are probably key regulators of the apoptotic response. In the present study, we characterized the regulation of antiapoptotic (Bcl-2, Bcl-xL) and proapoptotic (Bad, Bax) Bcl-2 family proteins in the rat heart during development and in oxidative stress-induced apoptosis. Bcl-2 and Bcl-xL were expressed at high levels in the neonate, and their expression was sustained during development. In contrast, although Bad and Bax were present at high levels in neonatal hearts, they were barely detectable in adult hearts. We confirmed that H(2)O(2) induced cardiac myocyte cell death, stimulating poly(ADP-ribose) polymerase proteolysis (from 2 hours), caspase-3 proteolysis (from 2 hours), and DNA fragmentation (from 8 hours). In unstimulated neonatal cardiac myocytes, Bcl-2 and Bcl-xL were associated with the mitochondria, but Bad and Bax were predominantly present in a crude cytosolic fraction. Exposure of myocytes to H(2)O(2) stimulated rapid translocation of Bad (<5 minutes) to the mitochondria. This was followed by the subsequent degradation of Bad and Bcl-2 (from approximately 30 minutes). The levels of the mitochondrial membrane marker cytochrome oxidase remained unchanged. H(2)O(2) also induced translocation of cytochrome c from the mitochondria to the cytosol within 15 to 30 minutes, which was indicative of mitochondrial dysfunction. Myocytes exposed to H(2)O(2) showed an early loss of mitochondrial membrane potential (assessed by fluorescence-activated cell sorter analysis) from 15 to 30 minutes, which was partially restored by approximately 1 hour. However, a subsequent irreversible loss of mitochondrial membrane potential occurred that correlated with cell death. These data suggest that the regulation of Bcl-2 and mitochondrial function are important factors in oxidative stress-induced cardiac myocyte apoptosis.

Phenylephrine promotes phosphorylation of Bad in cardiac myocytes through the extracellular signal-regulated kinases 1/2 and protein kinase A.

Studies in non-cardiomyocytic cells have shown that phosphorylation of the Bcl-2 family protein Bad on Ser-112, Ser-136 and Ser-155 decreases its pro-apoptotic activity. Both phenylephrine (100 microM) and the cell membrane-permeating cAMP analog, 8-(4-chlorophenylthio)-cAMP (100 microM), protected against 2-deoxy-D-glucose-induced apoptosis in neonatal rat cardiac myocytes as assessed by terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick end labeling (TUNEL). In cardiac myocytes, phenylephrine primarily stimulates the alpha-adrenoceptor, but, at high concentrations (100 microM), it also increases the activity of the cAMP-dependent protein kinase, protein kinase A (PKA) through the beta-adrenoceptor. Phenylephrine (100 microM) promoted rapid phosphorylation of Bad(Ser-112) and Bad(Ser-155), though we were unable to detect phosphorylation of Bad(Ser-136). Phosphorylation of Bad(Ser-112) was antagonized by either prazosin or propranolol, indicating that this phosphorylation required stimulation of both alpha(1)- and beta-adrenoceptors. Phosphorylation of Bad(Ser-155) was antagonized only by propranolol and was thus mediated through the beta-adrenoceptor. Inhibitor studies and partial purification of candidate kinases by fast protein liquid chromatography showed that the p90 ribosomal S6 kinases, p90RSK2/3 [which are activated by the extracellular signal-regulated kinases 1 and 2 (ERK1/2)] directly phosphorylated Bad(Ser-112), whereas the PKA catalytic subunit directly phosphorylated Bad(Ser-155). However, efficient phosphorylation of Bad(Ser-112) also required PKA activity. These data suggest that, although p90RSK2/3 phosphorylate Bad(Ser-112) directly, phosphorylation of this site is enhanced by phosphorylation of Bad(Ser-155). These phosphorylations potentially diminish the pro-apoptotic activity of Bad and contribute to the cytoprotective effects of phenylephrine and 8-(4-chlorophenylthio)-cAMP.

Cramoll 1,4 lectin increases ROS production, calcium levels, and cytokine expression in treated spleen cells of rats

This study reports the in vivo stimulatory effects of Cramoll 1,4 on rat spleen lymphocytes as evidenced by an increase in intracellular reactive oxygen species (ROS) production, Ca(2+) levels, and interleukin (IL)-1 beta expression. Cramoll 1,4 extracted from seeds of the Leguminosae Cratylia mollis Mart., is a lectin with antitumor and lymphocyte mitogenic activities. Animals (Nine-week-old male albino Wistar rats, Rattus norvegicus) were treated with intraperitoneal injection of Cramoll 1,4 (235 mu g ml(-1) single dose) and, 7 days later, spleen lymphocytes were isolated and analyzed for intracellular ROS, cytosolic Ca(2+), and IL-6, IL-10, and IL-1 mRNAs. Cell viability was investigated by annexin V-FITC and 7-amino-actinomycin D staining. The data showed that in lymphocytes activated by Cramoll 1,4 the increase in cytosolic and mitochondrial ROS was related to higher cytosolic Ca(2+) levels. Apoptosis and necrosis were not detected in statistically significant values and thus the lectin effector activities did not induce lymphocyte death. In vivo Cramoll 1,4 treatment led to a significant increase in IL-1 beta but IL-6 and -10 levels did not change. Cramoll 1,4 had modulator activities on spleen lymphocytes and stimulated the Th2 response.

Palmitate Activates Insulin Signaling Pathway in Pancreatic Rat Islets

Objective: To investigate the action of palmitate on insulin receptor (IR) signaling pathway in rat pancreatic islets. The following proteins were studied: IR substrate-1 and -2 (IRS1 and IRS2), phosphatidylinositol 3-kinase, extracellular signal-regulated protein kinase-1 and -2 (ERK1/2), and signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3). Methods: Immunoblotting and immunoprecipitation assays were used to evaluate the phosphorylation states of IRS1 and IRS2 (tyrosine [Tyr]), ERK1/2 (threonine 202 [Thr202]/Tyr204), and STAT3 (serine [Ser727]). Results: The exposure of rat pancreatic islets to 0.1-mmol/L palmitate for up to 30 minutes produced a significant increase of Tyr phosphorylation in IRS2 but not in IRS1. The association of phosphatidylinositol 3-kinase with IRS2 was also upregulated by palmitate. Exposure to 5.6-mmol/L glucose caused a gradual decrease in ERK1/2 (Thr202/Tyr204) and STAT3 (serine [Ser727]) phosphorylations after 30-minute incubation. The addition of palmitate (0.1 mmol/L), associated with 5.6-mmol/L glucose, abolished these latter effects of glucose after 15-minute incubation. Conclusions: Palmitate at physiological concentration associated with 5.6-mmol/L glucose activates IR signaling pathway in pancreatic A cells.