An SH2 domain-containing 5' inositolphosphatase inhibits insulin-induced GLUT4 translocation and growth factor-induced actin filament rearrangement.

Tyrosine kinase receptors lead to rapid activation of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3 kinase) and the subsequent formation of phosphatidylinositides (PtdIns) 3,4-P2 and PtdIns 3,4, 5-P3, which are thought to be involved in signaling for glucose transporter GLUT4 translocation, cytoskeletal rearrangement, and DNA synthesis. However, the specific role of each of these PtdIns in insulin and growth factor signaling is still mainly unknown. Therefore, we assessed, in the current study, the effect of SH2-containing inositol phosphatase (SHIP) expression on these biological effects. SHIP is a 5' phosphatase that decreases the intracellular levels of PtdIns 3,4,5-P3. Expression of SHIP after nuclear microinjection in 3T3-L1 adipocytes inhibited insulin-induced GLUT4 translocation by 100 +/- 21% (mean +/- the standard error) at submaximal (3 ng/ml) and 64 +/- 5% at maximal (10 ng/ml) insulin concentrations (P < 0.05 and P < 0.001, respectively). A catalytically inactive mutant of SHIP had no effect on insulin-induced GLUT4 translocation. Furthermore, SHIP also abolished GLUT4 translocation induced by a membrane-targeted catalytic subunit of PI3 kinase. In addition, insulin-, insulin-like growth factor I (IGF-I)-, and platelet-derived growth factor-induced cytoskeletal rearrangement, i.e., membrane ruffling, was significantly inhibited (78 +/- 10, 64 +/- 3, and 62 +/- 5%, respectively; P < 0.05 for all) in 3T3-L1 adipocytes. In a rat fibroblast cell line overexpressing the human insulin receptor (HIRc-B), SHIP inhibited membrane ruffling induced by insulin and IGF-I by 76 +/- 3% (P < 0.001) and 68 +/- 5% (P < 0.005), respectively. However, growth factor-induced stress fiber breakdown was not affected by SHIP expression. Finally, SHIP decreased significantly growth factor-induced mitogen-activated protein kinase activation and DNA synthesis. Expression of the catalytically inactive mutant had no effect on these cellular responses. In summary, our results show that expression of SHIP inhibits insulin-induced GLUT4 translocation, growth factor-induced membrane ruffling, and DNA synthesis, indicating that PtdIns 3,4,5-P3 is the key phospholipid product mediating these biological actions.

Crohn's disease-associated polymorphism within the PTPN2 gene affects muramyl-dipeptide-induced cytokine secretion and autophagy.

BACKGROUND: The single nucleotide polymorphism (SNP) rs2542151 within the gene locus region encoding protein tyrosine phosphatase non-receptor type 2 (PTPN2) has been associated with Crohn's disease (CD), ulcerative colitis (UC), type-I diabetes, and rheumatoid arthritis. We have previously shown that PTPN2 regulates mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling and cytokine secretion in human THP-1 monocytes and intestinal epithelial cells (IEC). Here, we studied whether intronic PTPN2 SNP rs1893217 regulates immune responses to the nucleotide-oligomerization domain 2 (NOD2) ligand, muramyl-dipeptide (MDP). MATERIALS AND METHODS: Genomic DNA samples from 343 CD and 663 non-IBD control patients (male and female) from a combined German, Swiss, and Polish cohort were genotyped for the presence of the PTPN2 SNPs, rs2542151, and rs1893217. PTPN2-variant rs1893217 was introduced into T(84) IEC or THP-1 cells using a lentiviral vector. RESULTS: We identified a novel association between the genetic variant, rs1893217, located in intron 7 of the PTPN2 gene and CD. Human THP-1 monocytes carrying this variant revealed increased MAPK activation as well as elevated mRNA expression of T-bet transcription factor and secretion of interferon-γ in response to the bacterial wall component, MDP. In contrast, secretion of interleukin-8 and tumor necrosis factor were reduced. In both, T(84) IEC and THP-1 monocytes, autophagosome formation was impaired. CONCLUSIONS: We identified a novel CD-associated PTPN2 variant that modulates innate immune responses to bacterial antigens. These findings not only provide key insights into the effects of a functional mutation on a clinically relevant gene, but also reveal how such a mutation could contribute to the onset of disease.

Histones from dying renal cells aggravate kidney injury via TLR2 and TLR4.

In AKI, dying renal cells release intracellular molecules that stimulate immune cells to secrete proinflammatory cytokines, which trigger leukocyte recruitment and renal inflammation. Whether the release of histones, specifically, from dying cells contributes to the inflammation of AKI is unknown. In this study, we found that dying tubular epithelial cells released histones into the extracellular space, which directly interacted with Toll-like receptor (TLR)-2 (TLR2) and TLR4 to induce MyD88, NF-κB, and mitogen activated protein kinase signaling. Extracellular histones also had directly toxic effects on renal endothelial cells and tubular epithelial cells in vitro. In addition, direct injection of histones into the renal arteries of mice demonstrated that histones induce leukocyte recruitment, microvascular vascular leakage, renal inflammation, and structural features of AKI in a TLR2/TLR4-dependent manner. Antihistone IgG, which neutralizes the immunostimulatory effects of histones, suppressed intrarenal inflammation, neutrophil infiltration, and tubular cell necrosis and improved excretory renal function. In summary, the release of histones from dying cells aggravates AKI via both its direct toxicity to renal cells and its proinflammatory effects. Because the induction of proinflammatory cytokines in dendritic cells requires TLR2 and TLR4, these results support the concept that renal damage triggers an innate immune response, which contributes to the pathogenesis of AKI.

Phosphorylation regulates the microtubule-destabilizing activity of stathmin and its interaction with tubulin.

Stathmin is a regulator of microtubule dynamics which undergoes extensive phosphorylation during the cell cycle as well as in response to various extracellular factors. Four serine residues are targets for protein kinases: Ser-25 and Ser-38 for proline-directed kinases such as mitogen-activated protein kinase and cyclin-dependent protein kinase, and Ser-16 and Ser-63 for cAMP-dependent protein kinase. We studied the effect of phosphorylation on the microtubule-destabilizing activity of stathmin and on its interaction with tubulin in vitro. We show that triple phosphorylation on Ser-16, Ser-25, and Ser-38 efficiently inhibits its activity and prevents its binding to tubulin.

Placental growth factor-1 and epithelial haemato-retinal barrier breakdown: potential implication in the pathogenesis of diabetic retinopathy.

AIMS/HYPOTHESIS: Disruption of the retinal pigment epithelial (RPE) barrier contributes to sub-retinal fluid and retinal oedema as observed in diabetic retinopathy. High placental growth factor (PLGF) vitreous levels have been found in diabetic patients. This work aimed to elucidate the influence of PLGF-1 on a human RPE cell line (ARPE-19) barrier in vitro and on normal rat eyes in vivo. METHODS: ARPE-19 permeability was measured using transepithelial resistance and inulin flux under stimulation of PLGF-1, vascular endothelial growth factor (VEGF)-E and VEGF 165. Using RT-PCR, we evaluated the effect of hypoxic conditions or insulin on transepithelial resistance and on PLGF-1 and VEGF receptors. The involvement of mitogen-activated protein kinase (MEK, also known as MAPK)/extracellular signal-regulated kinase (ERK, also known as EPHB2) signalling pathways under PLGF-1 stimulation was evaluated by western blot analysis and specific inhibitors. The effect of PLGF-1 on the external haemato-retinal barrier was evaluated after intravitreous injection of PLGF-1 in the rat eye; evaluation was by semi-thin analysis and zonula occludens-1 immunolocalisation on flat-mounted RPE. RESULTS: In vitro, PLGF-1 induced a reversible decrease of transepithelial resistance and enhanced tritiated inulin flux. These effects were specifically abolished by an antisense oligonucleotide directed at VEGF receptor 1. Exposure of ARPE-19 cells to hypoxic conditions or to insulin induced an upregulation of PLGF-1 expression along with increased transcellular permeability. The PLGF-1-induced RPE cell permeability involved the MEK signalling pathway. Injection of PLGF-1 in the rat eye vitreous induced an opening of the RPE tight junctions with subsequent sub-retinal fluid accumulation, retinal oedema and cytoplasm translocation of junction proteins. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: Our results indicate that PLGF-1 may be a potential regulation target for the control of diabetic retinal and macular oedema.

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.

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.

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.

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