Mechanisms involved in down-regulation of intestinal IgA in rats by high cocoa intake

Previous studies have shown that rat intestinal immunoglobulin A (IgA) concentration and lymphocyte composition of the intestinal immune system were influenced by a highly enriched cocoa diet. The aim of this study was to dissect the mechanisms by which a long-term high cocoa intake was capable of modifying gut secretory IgA in Wistar rats. After 7 weeks of nutritional intervention, Peyer's patches, mesenteric lymph nodes and the small intestine were excised for gene expression assessment of IgA, transforming growth factor ß, C-C chemokine receptor-9 (CCR9), interleukin (IL)-6, CD40, retinoic acid receptors (RAR¿ and RARß), C-C chemokine ligand (CCL)-25 and CCL28 chemokines, polymeric immunoglobulin receptor and toll-like receptors (TLR) expression by real-time polymerase chain reaction. As in previous studies, secretory IgA concentration decreased in intestinal wash and fecal samples after cocoa intake. Results from the gene expression showed that cocoa intake reduced IgA and IL¿6 in Peyer's patches and mesenteric lymph nodes, whereas in small intestine, cocoa decreased IgA, CCR9, CCL28, RAR¿ and RARß. Moreover, cocoa-fed animals presented an altered TLR expression pattern in the three compartments studied. In conclusion, a high-cocoa diet down-regulated cytokines such as IL-6, which is required for the activation of B cells to become IgA-secreting cells, chemokines and chemokine receptors, such as CCL28 and CCR9 together with RAR¿ and RARß, which are involved in the gut homing of IgA-secreting cells. Moreover, cocoa modified the cross-talk between microbiota and intestinal cells as was detected by an altered TLR pattern. These overall effects in the intestine may explain the intestinal IgA down-regulatory effect after the consumption of a long-term cocoa-enriched diet.

Orthotopic PC-3 Tumor Xenografts in Studies on Prostate Cancer Growth and Metastasis

Prostate cancer is generally a slowly developing disease. However, some cancers develop into an aggressive, metastasic and consequently life-threatening state. The mechanisms of prostate cancer spread are still mainly unidentified but hormones and growth factors are known to been involved. The forming of new blood vessels i.e. angiogenesis is crucial for tumor growth. Blood vessels and lymphatic vessels are also prominent routes for metastasis. Both angiogenic and lymphangiogenic factors are overexpressed in prostate cancer. We established an in vivo model to study the factors effecting human prostate cancer growth and metastasis. Tumors were produced by the orthotopic inoculation of PC-3 prostate cancer cells into the prostates of immunodeficient mice. Like human prostate tumors, these tumors metastasized to prostate-draining lymph nodes. Treatment of the mice with the bisphosphonate alendronate known to decrease prostate cancer cell invasion in vitro inhibited metastasis and decreased tumor growth. Decreased tumor growth was associated with decreased angiogenesis and increased apoptosis of tumor cells. To elucidate the role of angiogenesis in prostate cancer progression, we studied the growth of orthotopic PC-3 tumors overexpressing fibroblast growth factor b (FGF8b) known to be expressed in human prostate cancer. FGF8b increased tumor growth and angiogenesis, which were both associated with a characteristic gene expression pattern. To study the role of lymphangiogenesis, we produced orthotopic PC-3 tumors overexpressing vascular endothelial growth factor C (VEGF-C). Blocking of VEGF-C receptor (VEGFR3) completely inhibited lymph node metastasis whereas overexpression of VEGF-C increased tumor growth and angiogenesis. VEGF-C also increased lung metastases but, surprisingly, decreased spread to lymph nodes. This suggests that the expanded vascular network was primarily used as a route for tumor spreading. Finally, the functionality of the capillary network in subcutaneous FGF8b-overexpressing PC-3 tumors was compared to that of tumors overexpressing VEGF. Both tumors showed angiogenic morphology and grew faster than control tumors. However, FGF8b tumors were hypoxic and their perfusion and oxygenation was poor compared with VEGF tumors. This suggests that the growth advantage of FGF8b tumors is more likely due to stimulated proliferation than effective angiogenesis. In conclusion, these results show that orthotopic prostate tumors provide a useful model to explore the mechanisms of prostate cancer growth and metastasis.

The Dual Role of HIF Hydroxylase PHD3 in Cancer Cell Survival

Most advanced tumours face periods of reduced oxygen availability i.e. hypoxia. During these periods tumour cells undergo adaptive changes enabling their survival under adverse conditions. In cancer hypoxia-induced cellular changes cause tumour progression, hinder cancer treatment and are indicative of poor prognosis. Within cells the main regulator of hypoxic responses is the hypoxia-inducible factor (HIF). HIF governs the expression of over a hundred hypoxia-inducible genes that regulate a number of cellular functions such as angiogenesis, glucose metabolism and cell migration. Therefore the activity of HIF must be tightly governed. HIF is regulated by a family of prolyl hydroxylase enzymes, PHDs, which mark HIF for destruction in normoxia. Under hypoxic conditions PHDs lose much of their enzymatic activity as they need molecular oxygen as a cofactor. Out of the three PHDs (PHD1, 2 and 3) PHD2 has been considered to be the main HIF-1 regulator in normoxic conditions. PHD3 on the other hand shows the most robust induction in response to oxygen deprivation and it has been implied as the main HIF-1 regulator under prolonged hypoxia. SQSTM1/p62 (p62) is an adaptor protein that functions through its binding motifs to bring together proteins in order to regulate signal transduction. In non-stressed situations p62 levels are kept low but its expression has been reported to be upregulated in many cancers. It has a definitive role as an autophagy receptor and as such it serves a key function in cancer cell survival decisions. In my thesis work I evaluated the significance of PHD3 in cancer cell and tumour biology. My results revealed that PHD3 has a dual role in cancer cell fate. First, I demonstrated that PHD3 forms subcellular protein aggregates in oxygenated carcinoma cells and that this aggregation promotes apoptosis induction in a subset of cancer cells. In these aggregates an adaptor protein SQSTM1/p62 interacts with PHD3 and in so doing regulates PHD3 expression. SQSTM1/p62 expression is needed to keep PHD3 levels low in normoxic conditions. Its levels rapidly decrease in response to hypoxia allowing PHD3 protein levels to be upregulated and the protein to be diffusely expressed throughout the cell. The interaction between PHD3 and SQSTM1/p62 limits the ability of PHD3 to function on its hydroxylation target protein HIF-1alpha. Second, the results indicate that when PHD3 is upregulated under hypoxia it protects cancer cells by allowing cell cycle to proceed from G1 to S-phase. My data demonstrates that PHD3 may either cause cell death or protect the cells depending on its expression pattern and the oxygen availability of tumours.

Functional Genomic Approaches for Deciphering Plant-Virus Interactions

Plant-virus interactions are very complex in nature and lead to disease and symptom formation by causing various physiological, metabolic and developmental changes in the host plants. These interactions are mainly the outcomes of viral hijacking of host components to complete their infection cycles and of host defensive responses to restrict the viral infections. Viral genomes contain only a small number of genes often encoding for multifunctional proteins, and all are essential in establishing a viral infection. Thus, it is important to understand the specific roles of individual viral genes and their contribution to the viral life cycles. Among the most important viral proteins are the suppressors of RNA silencing (VSRs). These proteins function to suppress host defenses mediated by RNA silencing and can also serve in other functions, e.g. in viral movement, transactivation of host genes, virus replication and protein processing. Thus these proteins are likely to have a significant impact on host physiology and metabolism. In the present study, I have examined the plant-virus interactions and the effects of three different VSRs on host physiology and gene expression levels by microarray analysis of transgenic plants that express these VSR genes. I also studied the gene expression changes related to the expression of the whole genome of Tobacco mosaic virus (TMV) in transgenic tobacco plants. Expression of the VSR genes in the transgenic tobacco plants causes significant changes in the gene expression profiles. HC-Pro gene derived from the Potyvirus Y (PVY) causes alteration of 748 and 332 transcripts, AC2 gene derived from the African cassava mosaic virus (ACMV) causes alteration of 1118 and 251transcripts, and P25 gene derived from the Potyvirus X (PVX) causes alterations of 1355 and 64 transcripts in leaves and flowers, respectively. All three VSRs cause similar up-regulation in defense, hormonally regulated and different stress-related genes and down-regulation in the photosynthesis and starch metabolism related genes. They also induce alterations that are specific to each viral VSR. The phenotype and transcriptome alterations of the HC-Pro expressing transgenic plants are similar to those observed in some Potyvirus-infected plants. The plants show increased protein degradation, which may be due to the HC-Pro cysteine endopeptidase and thioredoxin activities. The AC2-expressing transgenic plants show a similar phenotype and gene expression pattern as HC-Pro-expressing plants, but also alter pathways related to jasmonic acid, ethylene and retrograde signaling. In the P25 expressing transgenic plants, high numbers of genes (total of 1355) were up-regulated in the leaves, compared to a very low number of down-regulated genes (total of 5). Despite of strong induction of the transcripts, only mild growth reduction and no other distinct phenotype was observed in these plants. As an example of whole virus interactions with its host, I also studied gene expression changes caused by Tobacco mosaic virus (TMV) in tobacco host in three different conditions, i.e. in transgenic plants that are first resistant to the virus, and then become susceptible to it and in wild type plants naturally infected with this virus. The microarray analysis revealed up and down-regulation of 1362 and 1422 transcripts in the TMV resistant young transgenic plants, and up and down-regulation of a total of 1150 and 1200 transcripts, respectively, in the older plants, after the resistance break. Natural TMV infections in wild type plants caused up-regulation of 550 transcripts and down-regulation of 480 transcripts. 124 up-regulated and 29 down-regulated transcripts were commonly altered between young and old TMV transgenic plants, and only 6 up-regulated and none of the down-regulated transcripts were commonly altered in all three plants. During the resistant stage, the strong down-regulation in translation-related transcripts (total of 750 genes) was observed. Additionally, transcripts related to the hormones, protein degradation and defense pathways, cell division and stress were distinctly altered. All these alterations may contribute to the TMV resistance in the young transgenic plants, and the resistance may also be related to RNA silencing, despite of the low viral abundance and lack of viral siRNAs or TMV methylation activity in the plants.

An acid-sensing ion channel that detects ischemic pain

Ischemic pain occurs when there is insufficient blood flow for the metabolic needs of an organ. The pain of a heart attack is the prototypical example. Multiple compounds released from ischemic muscle likely contribute to this pain by acting on sensory neurons that innervate muscle. One such compound is lactic acid. Here, we show that ASIC3 (acid-sensing ion channel #3) has the appropriate expression pattern and physical properties to be the detector of this lactic acid. In rats, it is expressed only in sensory neurons and then only on a minority (~40%) of these. Nevertheless, it is expressed at extremely high levels on virtually all dorsal root ganglion sensory neurons that innervate the heart. It is extraordinarily sensitive to protons (Hill slope 4, half-activating pH 6.7), allowing it to readily respond to the small changes in extracellular pH (from 7.4 to 7.0) that occur during muscle ischemia. Moreover, both extracellular lactate and extracellular ATP increase the sensitivity of ASIC3 to protons. This final property makes ASIC3 a "coincidence detector" of three molecules that appear during ischemia, thereby allowing it to better detect acidosis caused by ischemia than other forms of systemic acidosis such as hypercapnia.

Roles of keratins in intestinal health and disease

Intermediate filament keratins (K) play a pivotal role in protein targeting and epithelialcytoprotection from stress as evidenced by keratin mutations predisposing to human liver and skin diseases and possibly inflammatory bowel disease (IBD). The K8-null (K8-/-) mice exhibit colonic phenotype similar to IBD and marked spontaneous colitis, epithelial hyperproliferation, decreased apoptosis, mistargeting of proteins leading to defective ion transport and diarrhea. The K8-heterozygote (K8+/-) mouse colon appears normal but displays a defective sodium (Na+) and chloride (Cl-) transport similar to, but milder than K8-/-. Characterization of K8+/- colon revealed ~50% less keratins (K7, K8, K19, K20) compared to K8 wild type (K8+/+). A similar ~50% decrease was seen in K8+/- mRNA levels as compared to K8+/+, while the mRNA levels for the other keratins were unaltered. K8+/- keratins were arranged in a normal colonic crypt expression pattern, except K7 which was expressed at the top of crypts in contrast to K8+/+. The K8+/- colon showed mild hyperplasia but no signs of inflammation and no resistance to apoptosis. Experimental colitis induced by using different concentrations of dextran sulphate sodium (DSS) showed that K8+/- mice are slightly more sensitive to induced colitis and showed a delayed recovery compared to K8+/+. Hence, the K8+/- mouse with less keratins and without inflammation, provided a novel model to study direct molecular mechanisms of keratins in intestinal homeostasis and ion transport. Different candidate ion transporters for a possible role in altered ion transport seen in the K8-/- and K8+/- mouse colon were evaluated. Besides normal levels of CFTR, PAT-1 and NHE-3, DRA mRNA levels were decreased 3-4-fold and DRA protein nearly entirely lost in K8-/- caecum, distal and proximal colon compared to K8+/+. In K8+/- mice, DRA mRNA levels were unaltered while decreased DRA protein level and patchy distribution was detected particularly in the proximal colon and as compared to K8+/+. DRA was similarly decreased when K8 was knocked-down in Caco-2 cells, confirming that K8 levels modulate DRA levels in an inflammation-independent manner. The dramatic loss of DRA in colon and caecum of K8-/- mice was responsible for the chloride transport defect. The milder ion transport in K8+/- colon might be related to DRA suggesting a role for K8 in regulation of DRA expression and targeting. The current study demonstrates the importance of keratins in stress protection and cell signaling. Furthermore, we have also successfully developed a novel, simple, fast, cost effective, non-invasive in vivo imaging method for the early diagnosis of murine colitis with specificity for both genetic and experimental colitis. The said modality provides continuous measurements of reactive oxygen and nitrogen species (RONS) and minimizes the use of an increased number of experimental animals by using a luminal derivative chemiluminescent probe, L-012 which provides a cost-effective tool to study the level and longitudinal progression of colitis.

Functional genomics of BAHD acyltransferases in different varieties of the wine grape, Vilis vinifera

The characteristic "foxy" aroma of Vilis labrusca Concord grapes is due in large part to methyl anthranilate, a volatile ester formed by the enzyme anthraniloyl- CoA:methanol anthraniloyltransferase (VIAMAT) of the superfamily of BARD acyltransferases. The publication of the genome ofthe closely related wine grape Vilis vinifera, which does not accumulate methyl anthranilate, permitted the searching for any putative VlAU4T-like genes, with the result of 5 highly homologous candidates being found, with one candidate sharing 95% identity to VlAU4T. Probing the gene expression of 18 different cultivars of V. vinifora ripe berries by RT -PCR showed that many varieties do indeed express VlAU4T-like genes. Subsequent cloning of the full-length open reading frame of one of these genes from eDNA prepared from the cultivar Sauvignon Blanc permitted preliminary biochemical characterization of the enzyme after heterologous expression in E. coli. It was determined that this alcohol acyltransferase (named VvsbAATl) catalyzes the formation of cis-3-hexenyl acetate, a "green-leaf' volatile. Although the cloned gene from Sauvignon Blanc had 95% identity at the amino acid level to VIAMAT, it displayed an altered substrate specificity and expression pattern. These results highlight the difficulty in predicting substrate specificity and function of enzymes through the basis of sequence homology, which is a common finding in the study of BARD acyltransferases. Also, the determination of function of VvsbAATl and other BARD acyltransferases in V. vinifera could be used as a genetic marker for certain aroma characteristics in grape breeding programs.

Preliminary characterization of VmTPT2, a putative monoterpene indole alkaloid (MIA) transporter from Vinca minor L. (Apocynaceae)

The various steps of monoterpene indole alkaloid (MIA) biosynthesis are known to occur in specialized cell types and subcellular compartments. Numerous MIAs display powerful biological activities that have led to their use as pharmaceutical treatments for cancer, hypertension and malaria. Many of these compounds accumulate on the leaf surface of medicinally important Apocynaceae plants, which led to the recent discovery and characterization of an ABC transporter (CrTPT2) that was shown to mobilize catharanthine from its site of biosynthesis in epidermal cells to the leaf surface of Catharanthus roseus. Bioinformatic analysis of transcriptomes from several geographically distant MIA-producing species led to the identification of proteins with high amino acid sequence identity to CrTPT2. Molecular cloning of a similar transporter (VmTPT2) from Vinca minor was carried out and expressed in a yeast heterologous system for transport experiments and functional characterization. In planta studies involved transcript expression analysis of the early MIA biosynthetic gene VmTDC and putative transporter VmTPT2, and alkaloid profile analyses. RT-qPCR results showed that VmTPT2 expression increased 15-fold between the first two leaf pairs, and high levels were maintained across older leaves. The alkaloid accumulation profile on leaf surfaces matched that of VmTPT2 expression, especially for the MIAs vincadifformine and vincamine. Gene expression and alkaloid profile analyses suggest that the functional protein may act as a similar transporter to CrTPT2. However, although VmTPT2 had 88.4% identity at the amino acid level to CrTPT2, it displayed an altered expression pattern in planta across developing leaves, and functional characterization using a previously developed yeast heterologous system was unsuccessful due to difficulties with reproducibility of transport assays.

Mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de l’acide polysialique (PSA) dans le néocortex visuel des souris durant la maturation des synapses GABAergiques

Le fonctionnement du cortex cérébral nécessite l’action coordonnée de deux des sous-types majeurs de neurones, soient les neurones à projections glutamatergiques et les interneurones GABAergiques. Les interneurones GABAergiques ne constituent que 20 à 30% des cellules corticales par rapport au grand nombre de neurones glutamatergiques. Leur rôle est toutefois prépondérant puisqu’ils modulent fortement la dynamique et la plasticité des réseaux néocorticaux. Il n’est donc pas surprenant que les altérations de développement des circuits GABAergiques soient associées à plusieurs maladies du cerveau, incluant l’épilepsie, le syndrome de Rett et la schizophrénie. La compréhension des mécanismes moléculaires régissant le développement des circuits GABAergiques est une étape essentielle menant vers une meilleure compréhension de la façon dont les anormalités se produisent. Conséquemment, nous nous intéressons au rôle de l’acide polysialique (PSA) dans le développement des synapses GABAergiques. PSA est un homopolymère de chaînons polysialylés en α-2,8, et est exclusivement lié à la molécule d’adhésion aux cellules neuronales (NCAM) dans les cerveaux de mammifères. PSA est impliqué dans plusieurs processus développementaux, y compris la formation et la plasticité des synapses glutamatergiques, mais son rôle dans les réseaux GABAergiques reste à préciser. Les données générées dans le laboratoire du Dr. Di Cristo démontrent que PSA est fortement exprimé post- natalement dans le néocortex des rongeurs, que son abondance diminue au cours du développement, et, faits importants, que son expression dépend de l’activité visuelle i et est inversement corrélée à la maturation des synapses GABAergiques. La présente propose de caractériser les mécanismes moléculaires régulant l’expression de PSA dans le néocortex visuel de la souris. Les enzymes polysialyltransférases ST8SiaII (STX) et ST8SiaIV (PST) sont responsables de la formation de la chaîne de PSA sur NCAM. En contrôlant ainsi la quantité de PSA sur NCAM, ils influenceraient le développement des synapses GABAergiques. Mon projet consiste à déterminer comment l’expression des polysialyltransférases est régulée dans le néocortex visuel des souris durant la période post-natale; ces données sont à la fois inconnues, et cruciales. Nous utilisons un système de cultures organotypiques dont la maturation des synapses GABAergiques est comparable au modèle in vivo. L’analyse de l’expression génique par qPCR a démontré que l’expression des polysialyltransférases diminue au cours du développement; une baisse majeure corrélant avec l’ouverture des yeux chez la souris. Nous avons de plus illustré pour la première fois que l’expression de STX, et non celle de PST, est activité-dépendante, et que ce processus requiert l’activation du récepteur NMDA, une augmentation du niveau de calcium intracellulaire et la protéine kinase C (PKC). Ces données démontrent que STX est l’enzyme régulant préférentiellement le niveau de PSA sur NCAM au cours de la période post-natale dans le cortex visuel des souris. Des données préliminaires d’un second volet de notre investigation suggèrent que l’acétylation des histones et la méthylation de l’ADN pourraient également contribuer à la régulation de la transcription de cette enzyme durant le développement. Plus d’investigations seront toutefois nécessaires afin de confirmer cette hypothèse. En somme, la connaissance des mécanismes par lesquels l’expression des ii polysialyltransférases est modulée est essentielle à la compréhension du processus de maturation des synapses GABAergiques. Ceci permettrait de moduler pharmacologiquement l’expression de ces enzymes; la sur-expression de STX et/ou PST pourrait produire une plus grande quantité de PSA, déstabiliser les synapses GABAergiques, et conséquemment, ré-induire la plasticité cérébrale.

Morphologie évolutive et fonctionnelle des hémichordés

L’embranchement Hemichordata regroupe les classes Enteropneusta et Pterobranchia. Hemichordata constitue, avec l’embranchement Echinodermata, le groupe-frère des chordés. Les entéropneustes sont des organismes vermiformes solitaires qui vivent sous ou à la surface du substrat et s’alimentent généralement par déposivorie, alors que les ptérobranches sont des organismes coloniaux filtreurs habitant dans un réseau de tubes appelé coenecium. Ce mémoire présente trois études dont le point commun est l’utilisation des hémichordés actuels pour répondre à des questions concernant l’évolution des hémichordés, des chordés, et du super-embranchement qui les regroupe, Deuterostomia. Notre première étude démontre que les fentes pharyngiennes, l’organe pré-oral cilié (POCO) et le pharynx de l’entéropneuste Protoglossus graveolens sont utilisés pour l’alimentation par filtration. Le système de filtration de P. graveolens permet la capture de particules jusqu’à 1.3 um, à un débit de 4.05 mm.s-1, pour une demande énergétique de 0.009 uW. Les similarités structurales et fonctionnelles avec le système de filtration des céphalochordés suggèrent que la filtration pharyngienne est ancestrale aux deutérostomes. Lors de notre deuxième étude, nous avons exploré l’hypothèse selon laquelle le POCO des entéropneustes, une structure ciliée pré-buccale au rôle possiblement chémorécepteur, serait homologue au « wheel organ » des céphalochordés et à l’adénohypophyse des vertébrés. Pour cela, nous avons déterminé par immunohistochimie l’expression de Pit-1, un facteur de transcription spécifique à ces deux structures, chez l’entéropneuste Saccoglossus pusillus. Pit-1 est exprimé dans des cellules sensorielles du POCO, mais aussi dans des cellules épithéliales distribuées dans le proboscis, collet et tronc. Ce patron d’expression ne permet pas de confirmer ou rejeter l’homologie du POCO et de l’adénohypophyse des vertébrés. Lors de notre troisième étude, nous avons caractérisé l’ultrastructure du coenecium des ptérobranches Cephalodiscus hodgsoni, Cephalodiscus nigrescens et Cephalodiscus densus par microscopie électronique à transmisison et à balayage. Cephalodiscus est le groupe frère de Graptolithina, un groupe qui inclut les graptolithes éteints ainsi que les ptérobranches du genre Rhabdopleura. Nous avons décrit les types de fibrilles de collagène présents, leur taille et leur organisation, ainsi que l’organisation globale du coenecium. Nous avons ainsi démontré la présence chez Cephalodiscus d’une organisation similaire au paracortex, pseudocortex et eucortex des graptolithes. La présence chez Cephalodiscus de ce type d’organisation suggère que le cortex est ancestral à la classe Pterobranchia. Ces trois études illustrent plusieurs axes importants de la recherche sur les hémichordés, qui en intégrant des données morphologiques, fonctionnelles et moléculaires permet de reconstruire certains évènements clés de l’évolution des deutérostomes.

Étude de la signalisation Sonic Hedgehog dans le guidage des axones de la rétine lors de l’établissement de la vision binoculaire

Chez les animaux à vision binoculaire, la vision tridimensionnelle permet la perception de la profondeur grâce à l'intégration de l'information visuelle en provenance des deux yeux. La première étape de cette intégration est rendue possible anatomiquement par la ségrégation des axones controlatéraux et ipsilatéraux des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) au niveau du chiasma optique. Les axones controlatéraux croisent la ligne médiane au chiasma en route du nerf optique vers le cerveau. À l’inverse, les axones ipsilatéraux s'écartent du chiasma et continuent dans le tractus optique ipsilatéral, en évitant la ligne médiane vers leurs cibles cérébrales. Les mécanismes moléculaires à la base de ce phénomène ne sont pas complètement compris. Les études présentées dans cette thèse montrent que Boc, le récepteur de Sonic Hedgehog (Shh) dans le guidage axonal, est enrichi dans les CGRs ipsilatérales de la rétine en développement. La présence de Shh sur la ligne médiane, et le mode d'expression complémentaire du récepteur nous ont conduit à émettre l'hypothèse que Shh pourrait repousser les axones ipsilatéraux au niveau du chiasma en activant le récepteur Boc. Conformément à cette hypothèse, nous avons constaté que seulement les CGR exprimant Boc se rétractent in vitro en réponse à Shh et que cette réponse est perdue dans les CGR mutantes pour Boc. In vivo, nous démontrons que Boc est requis pour la ségrégation normale des axones ipsilatéraux au niveau du chiasma optique et, inversement, que l'expression ectopique de Boc dans les CGR contralatérales empêche leurs axones de traverser le chiasma optique. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que Shh repousse les axones ipsilatéraux au niveau du chiasma optique par son récepteur Boc. Cette première partie de notre travail identifie un nouveau couple ligand-récepteur requis pour la ségrégation des axones au niveau du chiasma optique. Une interaction moléculaire impliquée dans cette ségrégation implique l’éphrine-B2 et ses récepteurs EphB (EphB1). Dans la deuxième partie de notre travail, nous montrons, in vivo, en utilisant des souris doubles et quadruples mutantes pour les récepteurs Boc, EphB1 ou les trois récepteurs EphB, que l’abrogation des deux voies de signalisation Shh et éphrine-B2 conduit à l'absence de projections ipsilatérales. Ceci indique que les deux signalisations agissent de façon indépendante dans des voies parallèles. De manière intéressante, ces souris mutantes ont été utilisées comme modèle génétique pour démontrer des défauts dans la perception de la profondeur de champs chez des animaux dépourvus de projections visuelles ipsilatérales. Ainsi, les travaux présentés dans cette thèse démontrent pour la première fois que la formation des projections rétiniennes ipsilatérales est essentielle à l’établissement de la vision binoculaire et dépend des voies induites par les récepteurs d’éphrine-B2 et Shh.

Diversité fonctionnelle du facteur de transcription Tbx5 dans le coeur

Le cœur des vertébrés est un organe modulaire qui requiert le " patterning " complexe des champs morphogénétiques cardiogènes et la convergence coordonnée des diverses sous-populations de progéniteurs cardiogéniques. Au moins 7 facteurs de transcription de la famille T-box coopèrent au sein de ces nombreuses sous-populations de progéniteurs cardiogéniques afin de réguler la morphogenèse et l’agencement de multiples structures le long de l’ébauche cardiaque, ce qui explique que les mutations humaines de ces gènes engendrent diverses malformations congénitales cardiaques (MCCs). L’un de ces gènes T-box, Tbx5, dont l’haploinsuffisance génère le syndrome de Holt-Oram (SHO), intervient dans une grande variété de réseaux de régulation géniques (RRGs) qui orchestrent la morphogenèse des oreillettes, du ventricule gauche, de la valve mitrale, des septums inter-auriculaire et inter-ventriculaire, ainsi que du système de conduction cardiaque. La diversité des RRGs impliqués dans la formation de ces structures cardiaques suggère que Tbx5 détient une profusion de fonctions qui ne seront identifiables qu’en répertoriant ses activités moléculaires dans chaque lignée cardiaque examinée isolément. Afin d’aborder cette problématique, une ablation génétique de Tbx5 dans l’endocarde a été réalisée. Cette expérience a démontré le rôle crucial de Tbx5 dans la survie des cellules endocardiques bordant le septum primum et des cardiomyocytes au sein de cette structure embryonnaire qui contribuera à la morphogenèse du septum inter-auriculaire. En outre, cette étude a révélé l’existence d’une communication croisée entre la sous-population de cellules endocardiques Tbx5+ et le myocarde au niveau du septum primum, afin d’assurer la survie des cardiomyocytes, et ultimement de garantir la maturation du septum inter-auriculaire. Nos résultats confirment aussi l’importance de l’interdépendance génétique (Tbx5 et Gata4 ainsi que Tbx5 et Nos3) entre différents loci dans la morphogenèse de la cloison inter-auriculaire, et particulièrement de l’influence que peut avoir l’environnement sur la pénétrance et l’expressivité des communications inter-auriculaires (CIAs) dans le SHO. En outre, puisque les fonctions d’un gène dépendent ordinairement des différents isoformes qu’il peut générer, une deuxième étude a focalisé davantage sur l’aspect transcriptionnel de Tbx5. Cette approche a mené à la découverte de 6 transcrits alternatifs exhibant des fonctions à la fois communes et divergentes. La caractérisation de 2 de ces isoformes a révélé le rôle de l’isoforme long (Tbx5_v1) dans la régulation de la croissance des cardiomyocytes durant la cardiogénèse, tandis que l’isoforme court (Tbx5_v2), préférentiellement exprimé dans le cœur mature, réprime la croissance cellulaire. Il est donc entièrement concevable que les mutations de TBX5 entraînant une troncation de la région C-terminale accroissent la concentration d’une protéine mutée qui, à l’instar de Tbx5_v2, interfère avec la croissance de certaines structures cardiaques. En revanche, la divergence de fonctions de ces isoformes, caractérisée par les disparités de localisation subcellulaire et de d’interaction avec d’autres cofacteurs cardiaques, suggère que les mutations affectant davantage un isoforme favoriseraient l’émergence d’un type particulier de MCC. Finalement, un dernier objectif était d’identifier le ou les mécanisme(s) moléculaire(s) par le(s)quel(s) Tbx5 régule son principal gène cible, Nppa, et d’en extraire les indices qui éclairciraient sa fonction transcriptionnelle. Cet objectif nécessitait dans un premier lieu d’identifier les différents modules cis-régulateurs (MCRs) coordonnant la régulation transcriptionnelle de Nppa et Nppb, deux gènes natriurétiques dont l’organisation en tandem et le profil d’expression durant la cardiogénèse sont conservés dans la majorité des vertébrés. L’approche d’empreinte phylogénétique employée pour scanner le locus Nppb/Nppa a permis d’identifier trois MCRs conservés entre diverses espèces de mammifères, dont un (US3) est spécifique aux euthériens. Cette étude a corroboré que la régulation de l’expression du tandem génique Nppb/Nppa requérait l’activité transcriptionnelle d’enhancers en complément aux promoteurs de Nppa et Nppb. La concordance quasiment parfaite entre les profils d’expression de Tbx5 et de ces deux gènes natriurétiques chez les mammifères, suggère que le gradient d’expression ventriculaire de Tbx5 est interprété par le recrutement de ce facteur au niveau des différents enhancers identifiés. En somme, les études présentées dans cette thèse ont permis de clarifier la profusion de fonctions cardiaques que possède Tbx5. Certaines de ces fonctions émanent de l’épissage alternatif de Tbx5, qui favorise la synthèse d’isoformes dotés de propriétés spécifiques. Les diverses interactions combinatoires entre ces isoformes et d’autres facteurs cardiaques au sein des diverses sous-populations de progéniteurs cardiogènes contribuent à l’émergence de RRGs cardiaques divergents.

Les patrons d’expression de gènes : ont-ils évolué avec la complexité des organismes?

La régulation de la transcription est l‟un des processus cellulaires des plus fondamentaux et constitue la première étape menant à l‟expression protéique. Son altération a des effets sur l‟homéostasie cellulaire et est associée au développement de maladies telles que le cancer. Il est donc crucial de comprendre les règles fondamentales de la fonction cellulaire afin de mieux cibler les traitements pour les maladies. La transcription d‟un gène peut se produire selon l‟un des deux modes fondamentaux de transcription : en continu ou en burst. Le premier est décrit comme un processus aléatoire et stochastique qui suit une distribution de Poisson. À chaque initiation de la transcription, indépendante de la précédente, un seul transcrit est produit. L‟expression en burst se produit lorsque le promoteur est activé pour une courte période de temps pendant laquelle plusieurs transcrits naissants sont produits. Apportant la plus grande variabilité au sein d‟une population isogénique, il est représenté par une distribution bimodale, où une sous-population n‟exprime pas le gène en question, alors que le reste de la population l‟exprime fortement. Les gènes des eucaryotes inférieurs sont pour la plupart exprimés de manière continuelle, alors que les gènes des eucaryotes supérieurs le sont plutôt en burst. Le but de ce projet est d‟étudier comment l‟expression des gènes a évolué et si la transcription aléatoire, ou de Poisson, est une propriété des eucaryotes inférieurs et si ces patrons ont changé avec la complexité des organismes et des génomes. Par la technique de smFISH, nous avons étudié de manière systématique quatre gènes évolutivement conservés (mdn1+, PRP8/spp42+, pol1+ et cdc13+) qui sont continuellement transcrits dans la levure S. cerevisiae. Nous avons observé que le mode d‟expression est gène-et-organisme spécifique puisque prp8 est exprimé de manière continuelle dans la levure S. pombe, alors que les autres gènes seraient plutôt exprimés en légers burst.

Localization and function of the endocannabinoid system throughout the retinogeniculate pathway of vervet monkeys

Le système endocannabinoïde (eCB) est présent dans le système nerveux central (SNC) de mammifères, incluant la rétine, et est responsable de la régulation de nombreux processus physiologiques. Bien que la présence du récepteur cannabinoïde de type 1 (CB1R) a bien été documenté dans la rétine de rongeurs et primates, il y a encore une controverse quant à la présence du récepteur cannabinoïde de type 2 (CB2R) au niveau du SNC. En utilisant la microscopie confocale, nous sommes les premiers à signaler les patrons d’expression du CB2R dans la rétine de singe. Nos résultats démontrent que le CB2R est exprimé exclusivement dans les cellules de Müller de la rétine du singe. En outre, nous avons comparé les différents patrons d’expression du système eCB dans la rétine de la souris, du toupaye, ainsi que du singe vervet et macaque. Nous rapportons que les distributions de CB1R, FAAH (fatty acid amid hydrolase), MAGL (monoacylglycerol lipase) et DAGLα (diacylglycerol lipase alpha) sont hautement conservées parmi ces espèces alors que CB2R et NAPE-PLD (N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D) présentent différents profils d'expression. CB2R n'a pas été détecté dans les cellules neuronales de la rétine des primates. L’immunoréactivité de NAPE-PLD est présente dans les couches de la rétine de souris et toupayes, mais a été limitée à la couche des photorécepteurs des singes vervet et macaque. Pour étudier les corrélats neuronaux et le rôle de la signalisation du système eCB dans la rétine, nous avons établi un protocole standard pour l'électrorétinographie (ERG), puis enregistré la réponse ERG de la rétine après le blocage des récepteurs avec des antagonistes spécifiques pour CB1R (AM251) et CB2R (AM630). Comparé au témoin, dans des conditions photopiques, et à certaines intensités faibles du stimulus, le blocage de CB1R diminue l'amplitude de l'onde-b, alors qu’à des intensités plus élevées, le blocage de CB2R augmente l'amplitude des deux-ondes a et b. De plus, le blocage des récepteurs cannabinoïdes provoque une augmentation de la latence des deux ondes a et b. Dans des conditions d’adaptation à l'obscurité, le blocage de CB1R et CB2R réduit l’amplitudes de l'onde a seulement à des intensités plus élevées et réduit l’onde b à intensités plus faibles. Des augmentations significatives de latence ont été observées dans les deux cas. Ces résultats indiquent que les récepteurs CB1 et CB2 chez les primates non humains sont impliqués dans la fonction rétinienne conditions photopiques. En outre, nous avons évalué le profil d'expression du CB1R, de FAAH et de NAPE-PLD au-delà de la rétine dans le corps géniculé latéral des singes et nous rapportons pour la première fois que CB1R et FAAH sont exprimés davantage dans les couches magnocellulaires. La NAPE-PLD a été localisée à travers les couches magno- et parvocellulaires. Aucune de ces composantes n’est exprimée dans les couches koniocellulaires. Ces résultats nous aident à mieux comprendre les effets des cannabinoïdes sur le système visuel qui pourraient nous mener à trouver éventuellement de nouvelles cibles thérapeutiques.

Neuronal degeneration in streptozotocin induced diabetic rats: Effect of Aegle marmelose and pyridoxine in pancreatic cell proliferation and neuronal Surviva

This thesis Entitled Neuronal degeneration in streptozotocin induced diabetic rats: effect of aegle marmelose and pyridoxine in pancreatic B cell proliferation and neuronal survival. Diabetes mellitus, a chronic metabolic disorder results in neurological dysfunctions and structural changes in the CNS. Antioxidant therapy is a challenging but necessary dimension in the management of diabetes and neurodegenerative changes associated with it. Our results showed regional variation and imbalance in the expression pattern of dopaminergic receptor subtypes in diabetes and its role in imbalanced insulin signaling and glucose regulation. Disrupted dopaminergic signaling and increased hyperglycemic stress in diabetes contributed to the neuronal loss. Neuronal loss in diabetic rats mediated through the expression of pattern of GLUT-3, CREB, IGF-1, Akt-1, NF,B, second messengers- cAMP, cGMP, IP3 and activation of apoptotic factors factors- TNF-a,caspase-8. Disrupted dopaminergic receptor expressions and its signaling in pancreas contributed defective insulin secretion in diabetes. Activation of apoptotic factors- TNF- a,caspase-8 and defective functioning of neuronal survival factors, disrupted second messenger signaling modulated neuronal viability in diabetes. Hyperglycemic stress activated the expression of TNF-a,caspase-8, BAX and differential expression of anti oxidant enzymes- SOD and GPx in liver lead to apoptosis. Treatment of diabetic rats with insulin, Aegle marmelose and pyridoxine significantly reversed the altered dopaminergic neurotransmission, GLUT3, GLUT2, IGF-1 and second messenger signaling. Antihyperglycemic and antioxidant activity of Aegle marmelose and pyridoxine enhanced pancreatic B cell proliferation, increased insulin synthesis and secretion in diabetic rats. Thus our results conclude the neuroprotective and regenerating ability of Aegle marmelose and pyridoxine which in turn has a novel therapeutic role in the management of diabetes.