Regulation of the expression of components of the exocytotic machinery of insulin-secreting cells by microRNAs

Fine-tuning of insulin secretion from pancreatic beta-cells participates in blood glucose homeostasis. Defects in this process can lead to chronic hyperglycemia and diabetes mellitus. Several proteins controlling insulin exocytosis have been identified, but the mechanisms regulating their expression remain poorly understood. Here, we show that two non-coding microRNAs, miR124a and miR96, modulate the expression of proteins involved in insulin exocytosis and affect secretion of the beta-cell line MIN6B1. miR124a increases the levels of SNAP25, Rab3A and synapsin-1A and decreases those of Rab27A and Noc2. Inhibition of Rab27A expression is mediated by direct binding to the 3'-untranslated region of Rab27A mRNA. The effect on the other genes is indirect and linked to changes in mRNA levels. Over-expression of miR124a leads to exaggerated hormone release under basal conditions and a reduction in glucose-induced secretion. miR96 increases mRNA and protein levels of granuphilin, a negative modulator of insulin exocytosis, and decreases the expression of Noc2, resulting in lower capacity of MIN6B1 cells to respond to secretagogues. Our data identify miR124a and miR96 as novel regulators of the expression of proteins playing a critical role in insulin exocytosis and in the release of other hormones and neurotransmitters

Regulation of free corticosterone and CBG capacity under different environmental conditions in altricial nestlings.

The concentration of circulating glucocorticoids is regulated in response to environmental and endogenous conditions. Total circulating corticosterone, the main glucocorticoid in birds, consists of a fraction which is bound to corticosterone-binding globulins (CBG) and a free fraction. There is increasing evidence that the environment modulates free corticosterone levels through varying the concentration of CBG, but experimental evidence is lacking. To test the hypothesis that the regulation of chronic stress in response to endogenous and environmental conditions involves variation in both corticosterone release and CBG capacity, we performed an experiment with barn owl (Tyto alba) nestlings in two different years with pronounced differences in environmental conditions and in nestlings experimentally fed ad libitum. In half of the individuals we implanted a corticosterone-releasing pellet to artificially increase corticosterone levels and in the other half we implanted a placebo pellet. We then repeatedly collected blood samples to measure the change in total and free corticosterone levels as well as CBG capacity. The increase in circulating total corticosterone after artificial corticosterone administration varied with environmental conditions and with the food regime of the nestlings. The highest total corticosterone levels were found in nestlings growing up in poor environmental conditions and the lowest in ad libitum fed nestlings. CBG was highest in the year with poor environmental conditions, so that, contrary to total corticosterone, free corticosterone levels were low under poor environmental conditions. When nestlings were fed ad libitum total corticosterone, CBG and free corticosterone did not increase when administering corticosterone. These results suggest that depending on the individual history an animal experienced during development the HPA-axis is regulated differently.

Functional interactions of peroxisome proliferator-activated receptor, retinoid-X receptor, and Sp1 in the transcriptional regulation of the acyl-coenzyme-A oxidase promoter.

Peroxisome proliferator-activated receptor (PPARs) are members of the nuclear receptor superfamily. For transcriptional activation of their target genes, PPARs heterodimerize with the retinoid-X receptor (RXR). The convergence of the PPAR and RXR signaling pathways has been shown to have an important function in lipid metabolism. The promoter of the gene encoding the acyl-coenzyme-A oxidase (ACO), the rate-limiting enzyme in peroxisomal beta-oxidation of fatty acids, is a target site of PPAR action. In this study, we examined the role and the contribution of both cis-and trans-acting factors in the transcriptional regulation of this gene using transient transfections in insect cells. We identified several functional cis-acting elements present in the promoter of the ACO gene and established that PPAR-dependent as well as PPAR-independent mechanisms can activate the ACO promoter in these cells. We show that the PPAR/RXR heterodimer exerts its effect through two response elements within the ACO promoter, in synergy with the transcription factor Sp1 via five Sp1-binding sites. Furthermore, this functional interaction also occurs when Sp1 is co-expressed with PPAR or RXR alone, indicating that activation can occur independently of PPAR/RXR heterodimers.

Endocannabinoid regulation of acute and protracted nicotine withdrawal: effect of FAAH inhibition.

Evidence shows that the endocannabinoid system modulates the addictive properties of nicotine. In the present study, we hypothesized that spontaneous withdrawal resulting from removal of chronically implanted transdermal nicotine patches is regulated by the endocannabinoid system. A 7-day nicotine dependence procedure (5.2 mg/rat/day) elicited occurrence of reliable nicotine abstinence symptoms in Wistar rats. Somatic and affective withdrawal signs were observed at 16 and 34 hours following removal of nicotine patches, respectively. Further behavioral manifestations including decrease in locomotor activity and increased weight gain also occurred during withdrawal. Expression of spontaneous nicotine withdrawal was accompanied by fluctuation in levels of the endocannabinoid anandamide (AEA) in several brain structures including the amygdala, the hippocampus, the hypothalamus and the prefrontal cortex. Conversely, levels of 2-arachidonoyl-sn-glycerol were not significantly altered. Pharmacological inhibition of fatty acid amide hydrolase (FAAH), the enzyme responsible for the intracellular degradation of AEA, by URB597 (0.1 and 0.3 mg/kg, i.p.), reduced withdrawal-induced anxiety as assessed by the elevated plus maze test and the shock-probe defensive burying paradigm, but did not prevent the occurrence of somatic signs. Together, the results indicate that pharmacological strategies aimed at enhancing endocannabinoid signaling may offer therapeutic advantages to treat the negative affective state produced by nicotine withdrawal, which is critical for the maintenance of tobacco use.

Lack of evidence for KRAS oncogenic mutations in triple-negative breast cancer.

BACKGROUND Mutational analysis of the KRAS gene has recently been established as a complementary in vitro diagnostic tool for the identification of patients with colorectal cancer who will not benefit from anti-epidermal growth factor receptor (EGFR) therapies. Assessment of the mutation status of KRAS might also be of potential relevance in other EGFR-overexpressing tumors, such as those occurring in breast cancer. Although KRAS is mutated in only a minor fraction of breast tumors (5%), about 60% of the basal-like subtype express EGFR and, therefore could be targeted by EGFR inhibitors. We aimed to study the mutation frequency of KRAS in that subtype of breast tumors to provide a molecular basis for the evaluation of anti-EGFR therapies. METHODS Total, genomic DNA was obtained from a group of 35 formalin-fixed paraffin-embedded, triple-negative breast tumor samples. Among these, 77.1% (27/35) were defined as basal-like by immunostaining specific for the established surrogate markers cytokeratin (CK) 5/6 and/or EGFR. KRAS mutational status was determined in the purified DNA samples by Real Time (RT)-PCR using primers specific for the detection of wild-type KRAS or the following seven oncogenic somatic mutations: Gly12Ala, Gly12Asp, Gly12Arg, Gly12Cys, Gly12Ser, Gly12Val and Gly13Asp. RESULTS We found no evidence of KRAS oncogenic mutations in all analyzed tumors. CONCLUSIONS This study indicates that KRAS mutations are very infrequent in triple-negative breast tumors and that EGFR inhibitors may be of potential benefit in the treatment of basal-like breast tumors, which overexpress EGFR in about 60% of all cases.

Molecular evidence for a functional ecdysone signaling system in Brugia malayi.

BACKGROUND: Filarial nematodes, including Brugia malayi, the causative agent of lymphatic filariasis, undergo molting in both arthropod and mammalian hosts to complete their life cycles. An understanding of how these parasites cross developmental checkpoints may reveal potential targets for intervention. Pharmacological evidence suggests that ecdysteroids play a role in parasitic nematode molting and fertility although their specific function remains unknown. In insects, ecdysone triggers molting through the activation of the ecdysone receptor: a heterodimer of EcR (ecdysone receptor) and USP (Ultraspiracle). METHODS AND FINDINGS: We report the cloning and characterization of a B. malayi EcR homologue (Bma-EcR). Bma-EcR dimerizes with insect and nematode USP/RXRs and binds to DNA encoding a canonical ecdysone response element (EcRE). In support of the existence of an active ecdysone receptor in Brugia we also cloned a Brugia rxr (retinoid X receptor) homolog (Bma-RXR) and demonstrate that Bma-EcR and Bma-RXR interact to form an active heterodimer using a mammalian two-hybrid activation assay. The Bma-EcR ligand-binding domain (LBD) exhibits ligand-dependent transactivation via a GAL4 fusion protein combined with a chimeric RXR in mammalian cells treated with Ponasterone-A or a synthetic ecdysone agonist. Furthermore, we demonstrate specific up-regulation of reporter gene activity in transgenic B. malayi embryos transfected with a luciferase construct controlled by an EcRE engineered in a B. malayi promoter, in the presence of 20-hydroxy-ecdysone. CONCLUSIONS: Our study identifies and characterizes the two components (Bma-EcR and Bma-RXR) necessary for constituting a functional ecdysteroid receptor in B. malayi. Importantly, the ligand binding domain of BmaEcR is shown to be capable of responding to ecdysteroid ligands, and conversely, ecdysteroids can activate transcription of genes downstream of an EcRE in live B. malayi embryos. These results together confirm that an ecdysone signaling system operates in B. malayi and strongly suggest that Bma-EcR plays a central role in it. Furthermore, our study proposes that existing compounds targeting the insect ecdysone signaling pathway should be considered as potential pharmacological agents against filarial parasites.

Tumor necrosis-like weak inducer of apoptosis as a proinflammatory cytokine in human adipocyte cells: up-regulation in severe obesity is mediated by inflammation but not hypoxia.

CONTEXT Adipose tissue hypoxia and endoplasmic reticulum (ER) stress may link the presence of chronic inflammation and macrophage infiltration in severely obese subjects. We previously reported the up-regulation of TNF-like weak inducer of apoptosis (TWEAK)/fibroblast growth factor-inducible 14 (Fn14) axis in adipose tissue of severely obese type 2 diabetic subjects. OBJECTIVES The objective of the study was to examine TWEAK and Fn14 adipose tissue expression in obesity, severe obesity, and type 2 diabetes in relation to hypoxia and ER stress. DESIGN In the obesity study, 19 lean, 28 overweight, and 15 obese nondiabetic subjects were studied. In the severe obesity study, 23 severely obese and 35 control subjects were studied. In the type 2 diabetes study, 11 type 2 diabetic and 36 control subjects were studied. The expression levels of the following genes were analyzed in paired samples of sc and visceral adipose tissue: Fn14, TWEAK, VISFATIN, HYOU1, FIAF, HIF-1a, VEGF, GLUT-1, GRP78, and XBP-1. The effect of hypoxia, inflammation, and ER stress on the expression of TWEAK and Fn14 was examined in human adipocyte and macrophage cell lines. RESULTS Up-regulation of TWEAK/Fn14 and hypoxia and ER stress surrogate gene expression was observed in sc and visceral adipose tissue only in our severely obese cohort. Hypoxia modulates TWEAK or Fn14 expression in neither adipocytes nor macrophages. On the contrary, inflammation up-regulated TWEAK in macrophages and Fn14 expression in adipocytes. Moreover, TWEAK had a proinflammatory effect in adipocytes mediated by the nuclear factor-kappaB and ERK but not JNK signaling pathways. CONCLUSIONS Our data suggest that TWEAK acts as a pro-inflammatory cytokine in the adipose tissue and that inflammation, but not hypoxia, may be behind its up-regulation in severe obesity.

Schistosomiasis differentially affects vasoconstrictor responses: up-regulation of 5-HT receptor-mediated aorta contraction

Schistosomiasis, classified by the World Health Organization as a neglected tropical disease, is an intravascular parasitic disease associated to a chronic inflammatory state. Evidence implicating inflammation in vascular dysfunction continues to mount, which, broadly defined, reflects a failure in the control of intracellular Ca2+ and consequently, vascular contraction. Therefore, we measured aorta contraction induced by 5-hydroxytryptamine (5-HT) and endothelin-1 (ET-1), two important regulators of vascular contraction. Isometric aortic contractions were determined in control and Schistosoma mansoni-infected mice. In the infected animals, 5-HT induced a 50% higher contraction in relation to controls and we also observed an increased contraction in response to Ca2+ mobilisation from sarcoplasmic reticulum. Nevertheless, Rho kinase inhibition reduced the contraction in response to 5-HT equally in both groups, discarding an increase of the contractile machinery sensitivity to Ca2+. Furthermore, no alteration was observed for contractions induced by ET-1 in both groups. Our data suggest that an immune-vascular interaction occurs in schistosomiasis, altering vascular contraction outside the mesenteric portal system. More importantly, it affects distinct intracellular signalling involved in aorta contraction, in this case increasing 5-HT receptor signalling.

Chromatin regulation in schistosomes and histone modifying enzymes as drug targets

Only one drug is currently available for the treatment and control of schistosomiasis and the increasing risk of selecting strains of schistosome that are resistant to praziquantel means that the development of new drugs is urgent. With this objective we have chosen to target the enzymes modifying histones and in particular the histone acetyltransferases and histone deacetylases (HDAC). Inhibitors of HDACs (HDACi) are under intense study as potential anti-cancer drugs and act via the induction of cell cycle arrest and/or apoptosis. Schistosomes like other parasites can be considered as similar to tumours in that they maintain an intense metabolic activity and rate of cell division that is outside the control of the host. We have shown that HDACi can induce apoptosis and death of schistosomes maintained in culture and have set up a consortium (Schistosome Epigenetics: Targets, Regulation, New Drugs) funded by the European Commission with the aim of developing inhibitors specific for schistosome histone modifying enzymes as novel lead compounds for drug development.

A key role of TRPC channels in the regulation of electromechanical activity of the developing heart.

Aims It is well established that dysfunction of voltage-dependent ion channels results in arrhythmias and conduction disturbances in the foetal and adult heart. However, the involvement of voltage-insensitive cationic TRPC (transient receptor potential canonical) channels remains unclear. We assessed the hypothesis that TRPC channels play a crucial role in the spontaneous activity of the developing heart.Methods and results TRPC isoforms were investigated in isolated hearts obtained from 4-day-old chick embryos. Using RT-PCR, western blotting and co-immunoprecipitation, we report for the first time that TRPC1, 3, 4, 5, 6, and 7 isoforms are expressed at the mRNA and protein levels and that they can form a macromolecular complex with the alpha 1C subunit of the L-type voltage-gated calcium channel (Cav1.2) in atria and ventricle. Using ex vivo electrocardiograms, electrograms of isolated atria and ventricle and ventricular mechanograms, we found that inhibition of TRPC channels by SKF-96365 leads to negative chrono-, dromo-, and inotropic effects, prolongs the QT interval, and provokes first-and second-degree atrioventricular blocks. Pyr3, a specific antagonist of TRPC3, affected essentially atrioventricular conduction. On the other hand, specific blockade of the L-type calcium channel with nifedipine rapidly stopped ventricular contractile activity without affecting rhythmic electrical activity.Conclusions These results give new insights into the key role that TRPC channels, via interaction with the Cav1.2 channel, play in regulation of cardiac pacemaking, conduction, ventricular activity, and contractility during cardiogenesis.

Hybrids and Regulation in the Global Political Economy

While regulation theory literature has made important contributions to the much-debated domain of globalisation by focusing on various aspects of post-Fordism, it has not yet fully engaged with the implications that can be drawn from critical approaches in international political economy. Recent studies have explored the transnational bases of new patterns and agents of change beyond states, firms and institutions traditionally involved in regulatory practices. Hybrid is often used as a default attribute reflecting lack of clear understanding of the breadth of this new type of influence and the opacity of the means involved. Drawing on the insights of philology and mythology, the paper argues that the notion of hybrid is relevant in elucidating the ontological ambiguity between imaginary and real aspects of globalisation. Furthermore, it specifies the categories involved in the analysis of emerging forms of hybrid regulation. Recent scholarship on globalisation tends to focus on the private-public nexus of the subjects involved in new forms of institutional arrangements and authority. Here, subjects, objects and space are analysed as joint issues. By focusing particularly on transformations affecting the role of the state, forms of competition, and their rescaling on a transnational basis, the concept of global hybrid is seen as complementary to the emancipation of regulation approaches from early emphasis on national levels of compromises.

Update of the FANTOM web resource: from mammalian transcriptional landscape to its dynamic regulation.

The international Functional Annotation Of the Mammalian Genomes 4 (FANTOM4) research collaboration set out to better understand the transcriptional network that regulates macrophage differentiation and to uncover novel components of the transcriptome employing a series of high-throughput experiments. The primary and unique technique is cap analysis of gene expression (CAGE), sequencing mRNA 5'-ends with a second-generation sequencer to quantify promoter activities even in the absence of gene annotation. Additional genome-wide experiments complement the setup including short RNA sequencing, microarray gene expression profiling on large-scale perturbation experiments and ChIP-chip for epigenetic marks and transcription factors. All the experiments are performed in a differentiation time course of the THP-1 human leukemic cell line. Furthermore, we performed a large-scale mammalian two-hybrid (M2H) assay between transcription factors and monitored their expression profile across human and mouse tissues with qRT-PCR to address combinatorial effects of regulation by transcription factors. These interdependent data have been analyzed individually and in combination with each other and are published in related but distinct papers. We provide all data together with systematic annotation in an integrated view as resource for the scientific community (http://fantom.gsc.riken.jp/4/). Additionally, we assembled a rich set of derived analysis results including published predicted and validated regulatory interactions. Here we introduce the resource and its update after the initial release.

Epigenetic regulation of human cancer/testis antigen gene, HAGE, in chronic myeloid leukemia.

BACKGROUND AND OBJECTIVES Cancer testis antigens (CTA) provide attractive targets for cancer-specific immunotherapy. Although CTA genes are expressed in some normal tissues, such as the testis, this immunologically protected site lacks MHC I expression and as such, does not present self antigens to T cells. To date, CTA genes have been shown to be expressed in a range of solid tumors via demethylation of their promoter CpG islands, but rarely in chronic myeloid leukemia (CML) or other hematologic malignancies. DESIGN AND METHODS In this study, the methylation status of the HAGE CTA gene promoter was analyzed by quantitative methylation-specific polymerase chain reaction (MSP) and sequencing in four Philadelphia-positive cell lines (TCC-S, K562, KU812 and KYO-1) and in CML samples taken from patients in chronic phase (CP n=215) or blast crisis (BC n=47). HAGE expression was assessed by quantitative reverse transcriptase-polymerase chain reaction. RESULTS The TCC-S cell line showed demethylation of HAGE that was associated with over-expression of this gene. HAGE hypomethylation was significantly more frequent in BC (46%) than in CP (22%) (p=0.01) and was correlated with high expression levels of HAGE transcripts (p<0.0001). Of note, in CP-CML, extensive HAGE hypomethylation was associated with poorer prognosis in terms of cytogenetic response to interferon (p=0.01) or imatinib (p=0.01), molecular response to imatinib (p=0.003) and progression-free survival (p=0.05). INTERPRETATIONS AND CONCLUSION: The methylation status of the HAGE promoter directly correlates with its expression in both CML cell lines and patients and is associated with advanced disease and poor outcome.

Regulation of the cardiac voltage-gated sodium channel Nav1.5 : regulation of Nav1.5 by ubiquitin-protein ligases of the Nedd4/Nedd4-like family and characterisation of two novel mutations in the gene encoding Nav1.5 (SCN5A) implicated in the Brugada syndrome triggered by fever

Abstract: The genesis of the cardiac action potential, which accounts for the cardiac contraction, is due to the sodium current INa mediated by the voltage-gated sodium channel Nav1.5. Several cardiac arrhythmias such as the Brugada syndrome are known te be caused by mutations in SCN5A, the gene encoding Nav1.5. Studies of these mutations allowed a better understanding of biophysical and functional properties of Nav1.5. However, only few investigations have been performed in order to understand the regulation of Nav1.5. During my thesis, I investigated different mechanisms of regulation of Nav1.5 using a heterologous expression system, HEK293 cells, coupled with a technique of sodium current recording: the patch clamp in whole cell configuration. In previous studies it has been shown that an enzyme of the Nedd4 family (Nedd4-2) regulates an epithelial sodium channel via the interaction with PY-motifs present in the latter. Interestingly, Nav1.5 contains a similar PY-motif, which motivated us to study the role of Nedd4-2 expressed in heart for the regulation of Nav1.5. In a second study, we investigated the implication of two Nav1.5 mutants, which were either less functional or net functional (Nav1.5 R535X and Nav1.5 L325R respectively) implied in the genesis of the Brugada syndrome by fever. Our results established two mechanisms implied in Nav1.5 regulation. The first one implies that following the interaction between the PY-motif of Nav1.5 and Nedd4- 2 Nav1.5 is ubiquitinated by Nedd4-2. This ubiquitination leads to the internalization of Nav1 .5. The second mechanism is a phenomenon called the "dominant negative" effect of Nav1.5 L325R on Nay1.5 where the decrease of 'Na is potentially due to the retention of Nav1.5 by Nav1.5 L325R in an undefined intracellular compartment. These studies defined two mechanisms of Nav1.5 regulation, which could play an important role for the genesis of cardiac arrhythmias where molecular processes are still poorly understood. Résumé La genèse du potentiel d'action cardiaque, permettant la contraction cardiaque, est due au courant sodique INa issu des canaux sodiques cardiaques dépendants du voltage Nav1.5. Nombreuses arythmies cardiaques telles que le syndrome de Brugada sont connues pour être liées à des mutations du gène SCN5A, codant pour Nav1.5. L'étude de ces mutations a permis une meilleure compréhension des propriétés structurelles et fonctionnelles de Nav1.5 et leurs implications dans la genèse de ces pathologies. Néanmoins peu d'études ont été menées afin de comprendre les mécanismes de régulation de Nav1.5. Mon travail de thèse a consisté à étudier des mécanismes de régulation de Nav1.5 en utilisant un système d'expression hétérologue, les cellules HEK293, couplé à une technique d'enregistrement des courants sodiques, le "patch clamp" en configuration cellule entière. La présence sur Nav1.5 d'un motif-PY similaire à ceux nécessaires pour la régulation d'un canal épithélial sodique par une enzyme de la famille de Nedd4, nous a amenée à étudier le rôle de ces ubiquitine-ligases, en particulier Nedd4-2, dans la régulation de Nav1.5. La seconde étude s'est intéressée aux conséquences de deux mutations de SCN5A codant pour deux mutants peu ou pas fonctionnels (Nav1.5 L325R et Nav1.5 R535X respectivement) retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par un état fébrile. Nos résultats ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de Nav1.5 L'un par Nedd4-2 qui implique rubiquitination de Nav1.5 par cette ligase suite à l'interaction entre le motif-PY de Nav1.5 et Nedd4-2. Cette modification déclenche l'internalisation du canal impliquée dans la diminution d'INa. Le second mécanisme quant à lui est un effet "dominant négatif" de Nav1.5 L325R sur Nav1.5 aboutissant à une diminution d'INa suite à la séquestration intracellulaire potentielle de Nav1.5 par Nav1.5 L325R. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de Nav1.5 pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des arythmies cardiaques dont les processus moléculaires au sein des cardiomyocytes, impliquant des modifications du courant sodiques, sont encore mal compris. Résumé destiné à un large public La dépolarisation électrique de la membrane des cellules cardiaques permet la contraction du coeur. La génèse de cette activité électrique est due au courant sodique issu d'un type de canal à sodium situé dans la membrane des cellules cardiaques. De nombreuses pathologies provoquant des troubles du rythme cardiaque sont issues de mutations du gène qui code pour ce canal à sodium. Ces canaux mutants, entrainant diverses pathologies cardiaques telles que le syndrome de Brugada, ont été largement étudiées. Néanmoins, peu de travaux ont été réalisés sur les mécanismes de régulation de ce canal à sodium non muté. Mon travail de thèse a consisté à étudier certains des mécanismes de régulation de ce canal à sodium en utilisant une technique permettant l'enregistrement des courants sodiques issus de l'expression de ces canaux à sodium à la membrane de cellules mammifères. La présence sur ce canal à sodium d'une structure spécifique, similaire à celle nécessaire pour la régulation d'un canal épithélial à sodium par une enzyme appelée Nedd4-2, nous a amenée à étudier le rôle de cette enzyme dans la régulation de ce canal à sodium. La seconde étude s'est intéressée aux rôles de deux mutations du gène codant pour ce canal à sodium retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par la fièvre. Nos résultats nous ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium diminuant le courant sodique l'un par l'action de l'enzyme Nedd4-2, suite à son interaction avec ce canal, qui modifie ce canal à sodium (ubiquitination) diminuant de ce fait la densité membranaire du canal. L'autre par un mécanisme suggérant un effet négatif de l'un des canaux mutants sur l'expression à la membrane du canal à sodium non muté. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des troubles du rythme cardiaques dont les mécanismes cellulaires sont encore incompris.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.