Liquid fructose down-regulates liver insulin receptor substrate 2 and gluconeogeneic enzymes by modifying nutrient sensing factors in rats

High consumption of fructose-sweetened beverages has been linked to a high prevalence of chronic metabolic diseases. We have previously shown that a short course of fructose supplementation as a liquid solution induces glucose intolerance in female rats. In the present work, we characterized the fructose-driven changes in the liver and the molecular pathways involved. To this end, female rats were supplemented or not with liquid fructose (10%, w/v) for 7 or 14 days. Glucose and pyruvate tolerance tests were performed, and the expression of genes related to insulin signaling, gluconeogenesis and nutrient sensing pathways was evaluated. Fructose-supplemented rats showed increased plasma glucose excursions in glucose and pyruvate tolerance tests and reduced hepatic expression of several genes related to insulin signaling, including insulin receptor substrate 2 (IRS-2). However, the expression of key gluconeogenic enzymes, glucose-6-phosphatase and phosphoenolpyruvate carboxykinase, was reduced. These effects were caused by an inactivation of hepatic forkhead box O1 (FoxO1) due to an increase in its acetylation state driven by a reduced expression and activity of sirtuin 1 (SIRT1). Further contributing to FoxO1 inactivation, fructose consumption elevated liver expression of the spliced form of X-box-binding-protein-1 as a consequence of an increase in the activity of the mammalian target of rapamycin 1 and protein 38-mitogen activated protein kinase (p38-MAPK). Liquid fructose affects both insulin signaling (IRS-2 and FoxO1) and nutrient sensing pathways (p38-MAPK, mTOR and SIRT1), thus disrupting hepatic insulin signaling without increasing the expression of key gluconeogenic enzymes.

Cellular mechanisms underlying the regulation of dendritic development by hepatocyte growth factor.

Acquisition of a mature dendritic morphology is critical for neural information processing. In particular, hepatocyte growth factor (HGF) controls dendritic arborization during brain development. However, the cellular mechanisms underlying the effects of HGF on dendritic growth remain elusive. Here, we show that HGF increases dendritic length and branching of rat cortical neurons through activation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway. Activation of MAPK by HGF leads to the rapid and transient phosphorylation of cAMP response element-binding protein (CREB), a key step necessary for the control of dendritic development by HGF. In addition to CREB phosphorylation, regulation of dendritic growth by HGF requires the interaction between CREB and CREB-regulated transcription coactivator 1 (CRTC1), as expression of a mutated form of CREB unable to bind CRTC1 completely abolished the effects of HGF on dendritic morphology. Treatment of cortical neurons with HGF in combination with brain-derived neurotrophic factor (BDNF), a member of the neurotrophin family that regulates dendritic development via similar mechanisms, showed additive effects on MAPK activation, CREB phosphorylation and dendritic growth. Collectively, these results support the conclusion that regulation of cortical dendritic morphology by HGF is mediated by activation of the MAPK pathway, phosphorylation of CREB and interaction of CREB with CRTC1.

Congenital hypogonadotropic hypogonadism with split hand/foot malformation: a clinical entity with a high frequency of FGFR1 mutations.

PURPOSE: Congenital hypogonadotropic hypogonadism (CHH) and split hand/foot malformation (SHFM) are two rare genetic conditions. Here we report a clinical entity comprising the two. METHODS: We identified patients with CHH and SHFM through international collaboration. Probands and available family members underwent phenotyping and screening for FGFR1 mutations. The impact of identified mutations was assessed by sequence- and structure-based predictions and/or functional assays. RESULTS: We identified eight probands with CHH with (n = 3; Kallmann syndrome) or without anosmia (n = 5) and SHFM, seven of whom (88%) harbor FGFR1 mutations. Of these seven, one individual is homozygous for p.V429E and six individuals are heterozygous for p.G348R, p.G485R, p.Q594*, p.E670A, p.V688L, or p.L712P. All mutations were predicted by in silico analysis to cause loss of function. Probands with FGFR1 mutations have severe gonadotropin-releasing hormone deficiency (absent puberty and/or cryptorchidism and/or micropenis). SHFM in both hands and feet was observed only in the patient with the homozygous p.V429E mutation; V429 maps to the fibroblast growth factor receptor substrate 2α binding domain of FGFR1, and functional studies of the p.V429E mutation demonstrated that it decreased recruitment and phosphorylation of fibroblast growth factor receptor substrate 2α to FGFR1, thereby resulting in reduced mitogen-activated protein kinase signaling. CONCLUSION: FGFR1 should be prioritized for genetic testing in patients with CHH and SHFM because the likelihood of a mutation increases from 10% in the general CHH population to 88% in these patients.Genet Med 17 8, 651-659.

Future perspectives in melanoma research: meeting report from the "Melanoma Bridge": Napoli, December 3rd-6th 2014.

The fourth "Melanoma Bridge Meeting" took place in Naples, December 3-6th, 2014. The four topics discussed at this meeting were: Molecular and Immunological Advances, Combination Therapies, News in Immunotherapy, and Tumor Microenvironment and Biomarkers. Until recently systemic therapy for metastatic melanoma patients was ineffective, but recent advances in tumor biology and immunology have led to the development of new targeted and immunotherapeutic agents that prolong progression-free survival (PFS) and overall survival (OS). New therapies, such as mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway inhibitors as well as other signaling pathway inhibitors, are being tested in patients with metastatic melanoma either as monotherapy or in combination, and all have yielded promising results. These include inhibitors of receptor tyrosine kinases (BRAF, MEK, and VEGFR), the phosphatidylinositol 3 kinase (PI3K) pathway [PI3K, AKT, mammalian target of rapamycin (mTOR)], activators of apoptotic pathway, and the cell cycle inhibitors (CDK4/6). Various locoregional interventions including radiotherapy and surgery are still valid approaches in treatment of advanced melanoma that can be integrated with novel therapies. Intrinsic, adaptive and acquired resistance occur with targeted therapy such as BRAF inhibitors, where most responses are short-lived. Given that the reactivation of the MAPK pathway through several distinct mechanisms is responsible for the majority of acquired resistance, it is logical to combine BRAF inhibitors with inhibitors of targets downstream in the MAPK pathway. For example, combination of BRAF/MEK inhibitors (e.g., dabrafenib/trametinib) have been demonstrated to improve survival compared to monotherapy. Application of novel technologies such sequencing have proven useful as a tool for identification of MAPK pathway-alternative resistance mechanism and designing other combinatorial therapies such as those between BRAF and AKT inhibitors. Improved survival rates have also been observed with immune-targeted therapy for patients with metastatic melanoma. Immune-modulating antibodies came to the forefront with anti-CTLA-4, programmed cell death-1 (PD-1) and PD-1 ligand 1 (PD-L1) pathway blocking antibodies that result in durable responses in a subset of melanoma patients. Agents targeting other immune inhibitory (e.g., Tim-3) or immune stimulating (e.g., CD137) receptors and other approaches such as adoptive cell transfer demonstrate clinical benefit in patients with melanoma as well. These agents are being studied in combination with targeted therapies in attempt to produce longer-term responses than those more typically seen with targeted therapy. Other combinations with cytotoxic chemotherapy and inhibitors of angiogenesis are changing the evolving landscape of therapeutic options and are being evaluated to prevent or delay resistance and to further improve survival rates for this patient population. This meeting's specific focus was on advances in combination of targeted therapy and immunotherapy. Both combination targeted therapy approaches and different immunotherapies were discussed. Similarly to the previous meetings, the importance of biomarkers for clinical application as markers for diagnosis, prognosis and prediction of treatment response was an integral part of the meeting. The overall emphasis on biomarkers supports novel concepts toward integrating biomarkers into contemporary clinical management of patients with melanoma across the entire spectrum of disease stage. Translation of the knowledge gained from the biology of tumor microenvironment across different tumors represents a bridge to impact on prognosis and response to therapy in melanoma.

Islet Brain 1 Protects Insulin Producing Cells against Lipotoxicity.

Chronic intake of saturated free fatty acids is associated with diabetes and may contribute to the impairment of functional beta cell mass. Mitogen activated protein kinase 8 interacting protein 1 also called islet brain 1 (IB1) is a candidate gene for diabetes that is required for beta cell survival and glucose-induced insulin secretion (GSIS). In this study we investigated whether IB1 expression is required for preserving beta cell survival and function in response to palmitate. Chronic exposure of MIN6 and isolated rat islets cells to palmitate led to reduction of the IB1 mRNA and protein content. Diminution of IB1 mRNA and protein level relied on the inducible cAMP early repressor activity and proteasome-mediated degradation, respectively. Suppression of IB1 level mimicked the harmful effects of palmitate on the beta cell survival and GSIS. Conversely, ectopic expression of IB1 counteracted the deleterious effects of palmitate on the beta cell survival and insulin secretion. These findings highlight the importance in preserving the IB1 content for protecting beta cell against lipotoxicity in diabetes.

Immune Evasion by Borrelia burgdorferi – With Special Reference to CD38-mediated Chemotaxis of Neutrophils and Dendritic Cells

Lyme borreliosis is a tick-transmitted infection caused by the spirochete bacterium Borrelia burgdorferi sensu lato. The tick injects bacteria into host skin, where a first line defence, mainly the complement system, neutrophils, dendritic cells and macrophages are ready to attack foreign intruders. However, in the case of Lyme borreliosis, the original immune response in the skin is untypically mild among bacterial infections. A further untypical feature is the ability of B. burgdorferi to disseminate to distant organs, where, in some patients, symptoms appear after years after the original infection. This study aimed at uncovering some of the immune evasion mechanisms utilized by B. burgdorferi against the complement system, neutrophils and dendritic cells. B. burgdorferi was shown to inhibit chemotaxis of human neutrophils towards nformyl- methyl-leucyl-phenylalanine (fMLP). Outer surface protein B (OspB) of B. burgdorferi was shown to promote resistance to the attack of the complement system and neutrophil phagocytosis at low complement concentrations. B. burgdorferi was shown to inhibit migration of dendritic cells in vitro towards CCL19 and CCL21 and also in an in vivo model. This effect was shown to be due to the absence of CD38 on the borrelia-stimulated dendritic cell surface. A defect in p38 mitogen-activated-protein-kinase (p38) signaling was linked to defective CD38 expression. A defect in CD38 expression on B. burgdorferi-stimulated neutrophils was also observed. In this study, a number of novel immune evasion strategies utilized by B burgdorferi were chracterized. However, further studies are needed as other immune evasion mechanisms await to be uncovered.

Dimensions and dynamics in integrin function

Integrins play crucial roles in cell adhesion, migration, and signaling by providing transmembrane links between the extracellular matrix and the cytoskeleton. Integrins cluster in macromolecular complexes to generate cell-matrix adhesions such as focal adhesions. In this mini-review, we compare certain integrin-based biological responses and signaling during cell interactions with standard 2D cell culture versus 3D matrices. Besides responding to the composition of the matrix, cells sense and react to physical properties that include three-dimensionality and rigidity. In routine cell culture, fibroblasts and mesenchymal cells appear to use focal adhesions as anchors. They then use intracellular actomyosin contractility and dynamic, directional integrin movements to stretch cell-surface fibronectin and to generate characteristic long fibrils of fibronectin in "fibrillar adhesions". Some cells in culture proceed to produce dense, three-dimensional matrices similar to in vivo matrix, as opposed to the flat, rigid, two-dimensional surfaces habitually used for cell culture. Cells within such more natural 3D matrices form a distinctive class of adhesion termed "3D-matrix adhesions". These 3D adhesions show distinctive morphology and molecular composition. Their formation is heavily dependent on interactions between integrin alpha5ß1 and fibronectin. Cells adhere much more rapidly to 3D matrices. They also show more rapid morphological changes, migration, and proliferation compared to most 2D matrices or 3D collagen gels. Particularly notable are low levels of tyrosine phosphorylation of focal adhesion kinase and moderate increases in activated mitogen-activated protein kinase. These findings underscore the importance of the dimensionality and dynamics of matrix substrates in cellular responses to the extracellular matrix.

Modulation of rhodopsin gene expression and signaling mechanisms evoked by endothelins in goldfish and murine pigment cell lines

Endothelins (ETs) and sarafotoxins (SRTXs) belong to a family of vasoconstrictor peptides, which regulate pigment migration and/or production in vertebrate pigment cells. The teleost Carassius auratus erythrophoroma cell line, GEM-81, and Mus musculus B16 melanocytes express rhodopsin, as well as the ET receptors, ETB and ETA, respectively. Both cell lines are photoresponsive, and respond to light with a decreased proliferation rate. For B16, the doubling time of cells kept in 14-h light (14L):10-h darkness (10D) was higher compared to 10L:14D, or to DD. The doubling time of cells kept in 10L:14D was also higher compared to DD. Using real-time PCR, we demonstrated that SRTX S6c (12-h treatment, 100 pM and 1 nM; 24-h treatment, 1 nM) and ET-1 (12-h treatment, 10 and 100 pM; 24- and 48-h treatments, 100 pM) increased rhodopsin mRNA levels in GEM-81 and B16 cells, respectively. This modulation involves protein kinase C (PKC) and the mitogen-activated protein kinase cascade in GEM-81 cells, and phospholipase C, Ca2+, calmodulin, a Ca2+/calmodulin-dependent kinase, and PKC in B16 cells. Cells were kept under constant darkness throughout the gene expression experiments. These results show that rhodopsin mRNA levels can be modulated by SRTXs/ETs in vertebrate pigment cells. It is possible that SRTX S6c binding to the ETB receptors in GEM-81 cells, and ET-1 binding to ETA receptors in B16 melanocytes, although activating diverse intracellular signaling mechanisms, mobilize transcription factors such as c-Fos, c-Jun, c-Myc, and neural retina leucine zipper protein. These activated transcription factors may be involved in the positive regulation of rhodopsin mRNA levels in these cell lines.

The influence of stress on fear memory processes

It is well recognized that stressful experiences promote robust emotional memories, which are well remembered. The amygdaloid complex, principally the basolateral complex (BLA), plays a pivotal role in fear memory and in the modulation of stress-induced emotional responses. A large number of reports have revealed that GABAergic interneurons provide a powerful inhibitory control of the activity of projecting glutamatergic neurons in the BLA. Indeed, a reduced GABAergic control in the BLA is essential for the stress-induced influence on the emergence of associative fear memory and on the generation of long-term potentiation (LTP) in BLA neurons. The extracellular signal-regulated kinase (ERK) subfamily of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway in the BLA plays a central role in the consolidation process and synaptic plasticity. In support of the view that stress facilitates long-term fear memory, stressed animals exhibited a phospho-ERK2 (pERK2) increase in the BLA, suggesting the involvement of this mechanism in the promoting influence of threatening stimuli on the consolidation fear memory. Moreover, the occurrence of reactivation-induced lability is prevented when fear memory is encoded under intense stressful conditions since the memory trace remains immune to disruption after recall in previously stressed animals. Thus, the underlying mechanism in retrieval-induced instability seems not to be functional in memories formed under stress. All these findings are indicative that stress influences both the consolidation and reconsolidation fear memory processes. Thus, it seems reasonable to propose that the emotional state generated by an environmental challenge critically modulates the formation and maintenance of long-term fear memory.

Involvement of miR-30c in resistance to doxorubicin by regulating YWHAZ in breast cancer cells

MicroRNAs (miRNAs) are small RNA molecules that modulate gene expression implicated in cancer, which play crucial roles in diverse biological processes, such as development, differentiation, apoptosis, and proliferation. The aim of this study was to investigate whether miR-30c mediated the resistance of breast cancer cells to the chemotherapeutic agent doxorubicin (ADR) by targeting tyrosine 3-monooxygenase/tryptophan 5-monooxygenase activation protein zeta (YWHAZ). miR-30c was downregulated in the doxorubicin-resistant human breast cancer cell lines MCF-7/ADR and MDA-MB-231/ADR compared with their parental MCF-7 and MDA-MB-231 cell lines, respectively. Furthermore, we observed that transfection of an miR-30c mimic significantly suppressed the ability of MCF-7/ADR to resist doxorubicin. Moreover, the anti-apoptotic gene YWHAZ was confirmed as a target of miR-30c by luciferase reporter assay, and further studies indicated that the mechanism for miR-30c on the sensitivity of breast cancer cells involved YWHAZ and its downstream p38 mitogen-activated protein kinase (p38MAPK) pathway. Together, our findings provided evidence that miR-30c was one of the important miRNAs in doxorubicin resistance by regulating YWHAZ in the breast cancer cell line MCF-7/ADR.

Régulation de la lipoprotéine lipase macrophagique et de LOX-1 par des facteurs métaboliques. Implications dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès dans les pays occidentaux et constituent la principale complication associée au diabète. La lipoprotéine lipase (LPL) est une enzyme clé du métabolisme des lipides et est responsable de l'hydrolyse des lipoprotéines riches en triglycérides (TG). Plusieurs études ont démontré que la LPL sécrétée par les macrophages dans la paroi artérielle est pro-athérogénique. La dysfonction endothéliale caractérise les stades précoces du processus athérosclérotique. Il a été observé qu’un récepteur nouvellement identifié des lipoprotéines de basse densité oxydées (LDLox), le récepteur de type lectine des LDLox (LOX-1), est fortement exprimé dans les lésions athérosclérotiques humaines et dans l’aorte de rats diabétiques, suggérant un rôle clé de LOX-1 dans la pathogénèse de l’athérosclérose diabétique. Au vu du rôle potentiel de la LPL macrophagique et du LOX-1 dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2, nous avons évalué la régulation de ces deux molécules pro-athérogéniques par des facteurs métaboliques et inflammatoires augmentés dans le diabète, soit la leptine, l’acide linoléique (LA) et la protéine C-réactive (CRP). Nos résultats démontrent que : 1) Dans les cellules endothéliales aortiques humaines (HAECs), LA augmente l’expression protéique de LOX-1 de façon temps- et dose-dépendante; 2) La pré-incubation de HAECs avec des antioxydants et des inhibiteurs de la NADPH oxydase, de la protéine kinase C (PKC) et du facteur nucléaire-kappa B (NF-kB), inhibe l’effet stimulant de LA sur l’expression protéique de LOX-1; 3) Dans les HAECs traitées avec LA, on observe une augmentation d’expression des isoformes classiques de la PKC; 4) LA augmente de manière significative l’expression génique de LOX-1 ainsi que la liaison des protéines nucléaires extraites des HAECs à la séquence régulatrice NF-kB présente dans le promoteur du gène de LOX-1; 5) LA augmente, via LOX-1, la captation des LDLox par les cellules endothéliales. Pris dans leur ensemble, ces résultats démontrent que LA augmente l’expression endothéliale de LOX-1 in vitro et appuient le rôle clé de LA dans la dysfonction endothéliale associée au diabète. Au vu de nos études antérieures démontrant qu’une expression accrue de LPL macrophagique chez les patients diabétiques de type 2 et que l’augmentation de facteurs métaboliques dans cette maladie, soit l’homocystéine (Hcys), les acides gras et les produits terminaux de glycation (AGE), accroissent l’expression de la LPL macrophagique, nous avons par la suite déterminé l’effet, in vitro, de deux autres facteurs métaboliques et inflammatoires surexprimés dans le diabète, soit la leptine et la CRP, sur l’expression de la LPL macrophagique. Les concentrations plasmatiques de leptine sont élevées chez les patients diabétiques et sont associées à un accroissement des risques cardiovasculaires. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la leptine augmente l’expression de la LPL, tant au niveau génique que protéique; 2) L’effet stimulant de la leptine sur la LPL est aboli par la pré-incubation avec un anticorps dirigé contre les récepteurs à la leptine (Ob-R), des inhibiteurs de la PKC et des antioxydants; 3) La leptine augmente l’expression membranaire des isoformes classiques de la PKC et la diminution de l’expression endogène de la PKC, abolit l’effet de la leptine sur l’expression de la LPL macrophagique; 4) Dans les macrophages murins, la leptine augmente le taux de synthèse de la LPL et augmente la liaison de protéines nucléaires à la séquence protéine activée-1 (AP-1) du promoteur du gène de la LPL. Ces observations supportent la possibilité que la leptine puisse représenter un facteur stimulant de la LPL macrophagique dans le diabète. Finalement, nous avons déterminé, in vitro, l’effet de la CRP sur l’expression de la LPL macrophagique. La CRP est une molécule inflammatoire et un puissant prédicteur d’événements cardiovasculaires. Des concentrations élevées de CRP sérique sont documentées chez les patients diabétiques de type 2. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la CRP augmente l’expression de la LPL au niveau génique et protéique et la liaison de la CRP aux récepteurs CD32 est nécessaire pour médier ses effets; 2) La pré-incubation de macrophages humains avec des antioxydants, des inhibiteurs de la PKC et de la protéine kinase mitogénique activée (MAPK), prévient l’induction de la LPL par la CRP; 3) La CRP augmente l’activité de la LPL, la génération intracellulaire d’espèces radicalaires oxygénées (ROS), l’expression d’isoformes classiques de la PKC et la phosphorylation des kinases extracellulaires régulées 1/2 (ERK 1/2); 4) Les macrophages murins traités avec la CRP démontrent une augmentation de la liaison des protéines nucléaires à la séquence AP-1 du promoteur du gène de la LPL. Ces données suggèrent que la LPL puisse représenter un nouveau facteur médiant les effets délétères de la CRP dans la vasculopathie diabétique. Dans l’ensemble nos études démontrent le rôle clé de facteurs métaboliques et inflammatoires dans la régulation vasculaire de la LPL et du LOX-1 dans le diabète. Nos données suggèrent que la LPL et le LOX-1 puissent représenter des contributeurs clé de l’athérogénèse accélérée associée au diabète chez l’humain. Mots-clés : athérosclérose, maladies cardiovasculaires, diabète de type 2, macrophage, LPL, cellules endothéliales, LOX-1, stress oxydatif, leptine, LA, CRP.

Étude de la polyubiquitination en lysine 63 dans les effets proinflammatoires de l'angiotensine II in vitro

Les évidences scientifiques révèlent l’implication des actions proinflammatoires de l’angiotensine II (Ang II) dans le développement de l’athérosclérose. Cependant, la caractérisation des bases moléculaires de l’Ang II sur le tissu vasculaire n’est pas totalement élucidée. La majorité des actions de l’Ang II implique l’activation d’une variété de cascades de signalisation dont les voies mitogen-activated protein kinases (MAPKs) ; c-Jun N-terminal kinases (JNKs), p38 kinases et extracellular signal-regulated kinases (ERK) et l’activation du facteur de transcription NF-κB via le complexe IKK. Récemment, une nouvelle modification post-traductionnelle dans les actions de l’Ang II, soit la polyubiquitination de la sous-unité NF-κB essential modulator (NEMO) du complexe IKK, a été révélée. L’objectif de mon projet de recherche est de vérifier l’importance de la polyubiquitination en K63 tout en caractérisant les protéines impliquées dans la modification de NEMO dans des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) exposées à l’Ang II. Notre étude suggère, selon une approche siARN combinant Ubc7 et Ubc13, la diminution de la phosphorylation du complexe IKK, de Akt et des MAPKs. De plus, nos résultats illustrent l’implication de TRAF6 dans la signalisation cellulaire de l’Ang II. Finalement, notre étude révèle la présence de la polyubiquitination en K63 dans la signalisation cellulaire de l’Ang II par chromatographie d’affinité. Cette étude met en évidence l’implication de la polyubiquitination en K63 dans la signalisation de l’Ang II dans des CMLV et implique Ubc13 et Ubc7 dans le remodelage vasculaire et l’inflammation dépendante de l’Ang II dans des CMLV.

Studies on the exaggerated inflammatory response caused by streptococcus suis at systemic and central nervous system levels

Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible.

Hydrogen peroxide enhances the expression and function of Giα proteins in aortic vascular smooth muscle cells from Sprague-Dawley rats : role of growth factor receptors transactivation

Nous avons récemment démontré que les espèces réactives oxygénées induisent une augmentation de l’expression des protéines Giα dans les cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) provenant d’aortes de rats spontanément hypertendus (SHR, de l’anglais spontaneously hypertensive rats). La présente étude a pour but d’étudier les effets du peroxyde d’hydrogène (H2O2), un oxydant qui induit le stress oxydatif, sur l’expression de Giα et sur l’activité de l’adénylate cyclase, et d’explorer les voies de signalisation sous-jacentes responsables de cette réponse. Nos résultats montrent que H2O2 induit une augmentation de l’expression des protéines Giα-2 et Giα-3 de manière dose- et temps-dépendante avec une augmentation maximale de 40-50% à 100 µM après 1 heure, sans affecter l’expression de Gsα. L’expression des protéines Giα a été maintenue au niveau normal en presence de AG 1478, AG1295, PD98059 et la wortmannine, des inhibiteurs d’EGF-R (de l’anglais epidermal growth factor receptor), PDGFR-β (de l’anglais platelet-derived growth factor receptor β), de la voie de signalisation ras-ERK1/2 (de l’anglais extracellular regulated kinase1/2), et de la voie de la PI3Kinase-AKT (de l’anglais phosphatidyl inositol-3 kinase), respectivement. En outre, le traitement des CMLV avec H2O2 a induit une augmentation du degré de phosphorylation d’EGF-R, PDGF-R, ERK1/2 et AKT; et cette expression a été maintenue au niveau témoin par leurs inhibiteurs respectifs. Les inhibiteurs d’EGF-R et PDGF-R ont aussi induit une diminution du degré de phosphorylation de ERK1/2, et AKT/PKB. En outre, la transfection des cellules avec le siRNA (de l’anglais, small interfering ribonucleic acid) de EGF-R et PDGFR-β a atténué la surexpression des protéines Giα-2 et Giα-3 induite par le traitement au H2O2. La surexpression des protéines Giα induite par H2O2 a été corrélée avec une augmentation de la fonction de la protéine Giα. L’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par de faibles concentrations de GTPγS après stimulation par la forskoline a augmenté de 20% dans les cellules traitées au H2O2. En outre, le traitement des CMLV au H2O2 a aussi accru l’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par les hormones inhibitrices telles que l’angiotensine II, oxotrémorine et C-ANP4-23. D’autre part, la stimulation de l’adénylate cyclase induite par GTPγS, glucagon, isoprotérénol, forskoline, et le fluorure de sodium (NaF) a été atténuée de façon significative dans les cellules traitées au H2O2. Ces résultats suggèrent que H2O2 induit la surexpression des protéines Giα-2 and Giα-3 via la transactivation des récepteurs des facteurs de croissance EGF-R, PDGFR-β et l’activation des voies de signalisation ras-ERK1/2 et PI3K-AKT Mot-cles: Protéines Giα, peroxyde d’hydrogène, stress oxydant, récepteurs des facteurs de croissance, MAP kinases, adénylate cyclase, hypertension

Molecular mechanisms for a switch-like mating decision in Saccharomyces cerevisiae

Les changements évolutifs nous instruisent sur les nombreuses innovations permettant à chaque organisme de maximiser ses aptitudes en choisissant le partenaire approprié, telles que les caractéristiques sexuelles secondaires, les patrons comportementaux, les attractifs chimiques et les mécanismes sensoriels y répondant. L'haploïde de la levure Saccharomyces cerevisiae distingue son partenaire en interprétant le gradient de la concentration d'une phéromone sécrétée par les partenaires potentiels grâce à un réseau de protéines signalétiques de type kinase activées par la mitose (MAPK). La décision de la liaison sexuelle chez la levure est un événement en "tout–ourien", à la manière d'un interrupteur. Les cellules haploïdes choisissent leur partenaire sexuel en fonction de la concentration de phéromones qu’il produit. Seul le partenaire à proximité sécrétant des concentrations de phéromones égales ou supérieures à une concentration critique est retenu. Les faibles signaux de phéromones sont attribués à des partenaires pouvant mener à des accouplements infructueux. Notre compréhension du mécanisme moléculaire contrôlant cet interrupteur de la décision d'accouplement reste encore mince. Dans le cadre de la présente thèse, je démontre que le mécanisme de décision de la liaison sexuelle provient de la compétition pour le contrôle de l'état de phosphorylation de quatre sites sur la protéine d'échafaudage Ste5, entre la MAPK, Fus3, et la phosphatase,Ptc1. Cette compétition résulte en la dissociation de type « intérupteur » entre Fus3 et Ste5, nécessaire à la prise de décision d'accouplement en "tout-ou-rien". Ainsi, la décision de la liaison sexuelle s'effectue à une étape précoce de la voie de réponse aux phéromones et se produit rapidement, peut-être dans le but de prévenir la perte d’un partenaire potentiel. Nous argumentons que l'architecture du circuit Fus3-Ste5-Ptc1 génère un mécanisme inédit d'ultrasensibilité, ressemblant à "l'ultrasensibilité d'ordre zéro", qui résiste aux variations de concentration de ces protéines. Cette robustesse assure que l'accouplement puisse se produire en dépit de la stochasticité cellulaire ou de variations génétiques entre individus.Je démontre, par la suite, qu'un évènement précoce en réponse aux signaux extracellulaires recrutant Ste5 à la membrane plasmique est également ultrasensible à l'augmentation de la concentration de phéromones et que cette ultrasensibilité est engendrée par la déphosphorylation de huit phosphosites en N-terminal sur Ste5 par la phosphatase Ptc1 lorsqu'elle est associée à Ste5 via la protéine polarisante, Bem1. L'interférence dans ce mécanisme provoque une perte de l'ultrasensibilité et réduit, du même coup, l'amplitude et la fidélité de la voie de réponse aux phéromones à la stimulation. Ces changements se reflètent en une réduction de la fidélité et de la précision de la morphologie attribuable à la réponse d'accouplement. La polarisation dans l'assemblage du complexe protéique à la surface de la membrane plasmique est un thème général persistant dans tous les organismes, de la bactérie à l'humain. Un tel complexe est en mesure d'accroître l'efficacité, la fidélité et la spécificité de la transmission du signal. L'ensemble de nos découvertes démontre que l'ultrasensibilité, la précision et la robustesse de la réponse aux phéromones découlent de la régulation de la phosphorylation stoichiométrique de deux groupes de phosphosites sur Ste5, par la phosphatase Ptc1, un groupe effectuant le recrutement ultrasensible de Ste5 à la membrane et un autre incitant la dissociation et l'activation ultrasensible de la MAPK terminal Fus3. Le rôle modulateur de Ste5 dans la décision de la destinée cellulaire étend le répertoire fonctionnel des protéines d'échafaudage bien au-delà de l'accessoire dans la spécificité et l'efficacité des traitements de l'information. La régulation de la dynamique des caractères signal-réponse à travers une telle régulation modulaire des groupes de phosphosites sur des protéines d'échafaudage combinées à l'assemblage à la membrane peut être un moyen général par lequel la polarisation du destin cellulaire est obtenue. Des mécanismes similaires peuvent contrôler les décisions cellulaires dans les organismes complexes et peuvent être compromis dans des dérèglements cellulaires, tel que le cancer. Finalement, sur un thème relié, je présente la découverte d'un nouveau mécanisme où le seuil de la concentration de phéromones est contrôlé par une voie sensorielle de nutriments, ajustant, de cette manière, le point prédéterminé dans lequel la quantité et la qualité des nutriments accessibles dans l'environnement déterminent le seuil à partir duquel la levure s'accouple. La sous-unité régulatrice de la kinase à protéine A (PKA),Bcy1, une composante clé du réseau signalétique du senseur aux nutriments, interagit directement avec la sous-unité α des petites protéines G, Gpa1, le premier effecteur dans le réseau de réponse aux phéromones. L'interaction Bcy1-Gpa1 est accrue lorsque la cellule croit en présence d'un sucre idéal, le glucose, diminuant la concentration seuil auquel la décision d'accouplement est activée. Compromettre l'interaction Bcy1-Gpa1 ou inactiver Bcy1 accroît la concentration seuil nécessaire à une réponse aux phéromones. Nous argumentons qu'en ajustant leur sensibilité, les levures peuvent intégrer le stimulus provenant des phéromones au niveau du glucose extracellulaire, priorisant la décision de survie dans un milieu pauvre ou continuer leur cycle sexuel en choisissant un accouplement.