Interleukin-4 induced leukocyte differentiation

Monocytes, macrophages and dendritic cells (DCs) are important mediators of innate immune system, whereas T lymphocytes are the effector cells of adaptive immune responses. DCs play a crucial role in bridging innate and adaptive immunity. Naïve CD4+ Th progenitors (Thp) differentiate to functionally distinct effector T cell subsets including Th1, Th2 and Th17 cells, which while being responsible for specific immune functions have also been implicated in pathological responses, such as autoimmunity, asthma and allergy. The main objective of this thesis is to dissect the signalling networks involved in the IL-4 induced differentiation of two important leukocyte subtypes, Th2 cells and DCs. Gene expression profiling lead to identification of over 200 genes which are differentially expressed during cytokine induced differentiation of human monocytes to DCs or macrophages and which are likely to be essential for the proper biological functions of these cell types. Transcriptome analysis demonstrated the dynamic regulation of gene expression by IL-12 and IL-4 during the initiation of Th cell differentiation, which was partly counteracted by an immunosuppressive cytokine, TGFβ, present in the culture media. Results from RNAi mediated gene knockdown experiments and global gene expression analysis elucidated that SATB1 regulates multiple genes important for Th cell polarization or function as well as may compete with GATA3 for the reciprocal regulation of IL-5 transcription. In conclusion, the results obtained have extended our system-level understanding of the immune cell differentiation processes and provide an excellent basis for the further functional studies which could lead to development of improved therapeutic approaches for a range of immunological conditions.

Novel genes and regulatory systems in epididymal differentiation and sperm maturation of the mouse.

Mammalian spermatozoa gain their fertilizing ability during maturation in the epididymis. Proteins and lipids secreted into the epididymal lumen remodel the sperm membrane, thereby providing the structure necessary for progressive motility and oocyte interaction. In the current study, genetically modified mouse models were utilized to determine the role of novel genes and regulatory systems in the postnatal development and function of the epididymis. Ablation of the mouse β-defensin, Defb41, altered the flagellar movements of sperm and reduced the ability of sperm to bind to the oocyte in vitro. The Defb41-deficient iCre knock-in mouse model was furthermore utilized to generate Dicer1 conditional knock-out (cKO) mice. DICER1 is required for production of mature microRNAs in the regulation of gene expression by RNA interference. Dicer1 cKO gave rise to dedifferentiation of the epididymal epithelium and an altered expression of genes involved in lipid synthesis. As a consequence, the cholesterol:polyunsaturated fatty acid ratio of the Dicer1 cKO sperm membrane was increased, which resulted in membrane instability and infertility. In conclusion, the results of the Defb41 study further support the important role of β-defensin family members in sperm maturation. The regulatory role of Dicer1 was also shown to be required for epididymal development. In addition, the study is the first to show a clear connection between lipid homeostasis in the epididymis and sperm membrane integrity. Taken together, the results give important new evidence on the regulatory system guiding epididymal development and function

Effect of fatty acids on leukocyte function

Fatty acids have various effects on immune and inflammatory responses, acting as intracellular and intercellular mediators. Polyunsaturated fatty acids (PUFAs) of the omega-3 family have overall suppressive effects, inhibiting lymphocyte proliferation, antibody and cytokine production, adhesion molecule expression, natural killer cell activity and triggering cell death. The omega-6 PUFAs have both inhibitory and stimulatory effects. The most studied of these is arachidonic acid that can be oxidized to eicosanoids, such as prostaglandins, leukotrienes and thromboxanes, all of which are potent mediators of inflammation. Nevertheless, it has been found that many of the effects of PUFA on immune and inflammatory responses are not dependent on eicosanoid generation. Fatty acids have also been found to modulate phagocytosis, reactive oxygen species production, cytokine production and leukocyte migration, also interfering with antigen presentation by macrophages. The importance of fatty acids in immune function has been corroborated by many clinical trials in which patients show improvement when submitted to fatty acid supplementation. Several mechanisms have been proposed to explain fatty acid modulation of immune response, such as changes in membrane fluidity and signal transduction pathways, regulation of gene transcription, protein acylation, and calcium release. In this review, evidence is presented to support the proposition that changes in cell metabolism also play an important role in the effect of fatty acids on leukocyte functioning, as fatty acids regulate glucose and glutamine metabolism and mitochondrial depolarization.

Adenylyl cyclase types I and VI but not II and V are selectively inhibited by nitric oxide

Adenylyl cyclase (AC) isoforms catalyze the synthesis of 3',5'-cyclic AMP from ATP. These isoforms are critically involved in the regulation of gene transcription, metabolism, and ion channel activity among others. Nitric oxide (NO) is a gaseous product whose synthesis from L-arginine is catalyzed by the enzyme NO synthase. It has been well established that NO activates the enzyme guanylyl cyclase, but little has been reported on the effects of NO on other important second messengers, such as AC. In the present study, the effects of sodium nitroprusside (SNP), a nitric oxide-releasing compound, on COS-7 cells transfected with plasmids containing AC types I, II, V and VI were evaluated. Total inhibition (~98.5%) of cAMP production was observed in COS-7 cells transfected with the AC I isoform and previously treated with SNP (10 mM) for 30 min, when stimulated with ionomycin. A high inhibition (~76%) of cAMP production was also observed in COS-7 cells transfected with the AC VI isoform and previously treated with SNP (10 mM) for 30 min, when stimulated with forskolin. No effect on cAMP production was observed in cells transfected with AC isoforms II and V.

Assessment of chromatin activity in mouse and human tissues

Pancreatic deoxyribonuclease preferentially digests active genes during all phases of the cell cycle including mitosis. Recently, a DNAse I-directed in ~ nick translation technique has been used to demonstrate differences in the DNAse I sensitivity of euchromatic and heterochromatic regions of mitotic chromosomes. This ill ~ technique has been used in this study to ask whether facultative heterochromatin of the inactive X chromosome can be distinguished from the active X chromosome in mouse and human tissues. In addition to this, in ~ nick translation has been used to distinguish constitutive heterochromatin in mouse and human mitotic chromosomes. Based on relative levels of DNAse I sensitivity, the inactive X chromosome could not be distinguished from the active X chromosome in either mouse or human tissues but regions of constitutive heterochromatin could be distinguished by their relative DNAse I insensitivity. The use of !D situ nick translation was also applied to tissue sections of 7.5 day mouse embryos to ask whether differing levels of DNAse I sensitivity could be detected between different tissue types. Differences in DNAse I sensitivities were detected in three tissues examined; embryonic ectoderm, an embryo-derived tissue, and two extraembryonic tissues, extraembryonic ectoderm and ectoplacental cone. Embryonic ectoderm and extraembryonic ectoderm nuclei possessed comparable levels of DNAse I sensitivity while ectoplacental cone was significantly less DNAse I sensitive. This suggests that tissue-specific mechanisms such as chromatin structure may be involved in the regulation of gene activity in certain tissue types. This may also shed some light on possible tissue specific mechanisms regulating X chromosome activity in the developing mouse embryo.

Development of packaging cell lines for rescuing BAV2 viral vectors

The construction of adenovirus vectors for cloning and foreign gene expression requires packaging cell lines that can complement missing viral functions caused by sequence deletions and/or replacement with foreign DNA sequences. In this study, packaging cell lines were designed to provide in trans the missing bovine adenovirus functions, so that recombinant viruses could be generated. Fetal bovine kidney and lUng cells, acquired at the trimester term from a pregnant cow, were tranfected with both digested wild type BAV2 genomic DNA and pCMV-EI. The plasmid pCMV-EI was specifically constructed to express El of BAV2 under the control of the cytomegalovirus enhancer/promoter (CMV). Selection for "true" transformants by continuous passaging showed no success in isolating immortalised cells, since the cells underwent crisis resulting in complete cell death. Moreover, selection for G418 resistance, using the same cells, also did not result in the isolation of an immortalised cell line and the same culture-collapse event was observed. The lack of success in establishing an immortalised cell line from fetal tissue prompted us to transfect a pre-established cell line. We began by transfecting MDBK (Mardin-Dardy bovine kidney) cells with pCMV-El-neo, which contain the bacterial selectable marker neo gene. A series of MDBK-derived cell lines, that constitutively express bovine adenoviral (BAV) early region 1 (El), were then isolated. Cells selected for resistance to the drug G418 were isolated collectively for full characterisation to assess their suitability as packaging cell lines. Individual colonies were isolated by limiting dilution and further tested for El expression and efficiency of DNA uptake. Two cell lines, L-23 and L-24, out of 48 generated foci tested positive for £1 expression using Northern Blot analysis. DNA uptake studies, using both lipofectamine and calcium phosphate methods, were performed to compare these cells, their parental MDBK cells, 8 and the unrelated human 293 cells as a benchmark. The results revealed that the new MDBKderived clones were no more efficient than MDBK cells in the transient expression of transfected DNA and that they were inferior to 293 cells, when using lacZ as the reporter gene. In view of the inherently poor transfection efficiency of MDBK cells and their derivatives, a number of other bovine cells were investigated for their potential as packaging cells. The cell line CCL40 was chosen for its high efficiency in DNA uptake and subsequently transfected with the plasmid vector pCMV El-neo. By selection with the drug G418, two cell lines were isolated, ProCell 1 and ProCell 2. These cell lines were tested for El expression, permissivity to BAV2 and DNA uptake efficiency, revealing a DNA uptake efficiency of 37 % , comparable to that of CCL40. Attempts to rescue BAV2 mutants carrying the lacZ gene in place of £1 or £3 were carried out by co-transfecting wild type viral DNA with either the plasmid pdlElE-Z (which contains BAV2 sequences from 0% to 40.4% with the lacZ gene in place of the £1 region from 1.1% to 8.25%) or with the plasmid pdlE3-5-Z (which contains BAV2 sequences from 64.8% to 100% with the lacZ gene in place of the E3 region from 75.8% to 81.4%). These cotransfections did not result in the generation of a viral mutant. The lack of mutant generation was thought to be caused by the relative inefficiency ofDNA uptake. Consequently, cosBAV2, a cosmid vector carrying the BAV2 genome, was modified to carry the neo reporter gene in place of the £3 region from 75.8% to 81.4%. The use of a single cosmid vector earring the whole genome would eliminate the need for homologous recombination in order to generate a viral vector. Unfortunately, the transfection of cosBAV2- neo also did not result in the generation of a viral mutant. This may have been caused by the size of the £3 deletion, where excess sequences that are essential to the virus' survival might have been deleted. As an extension to this study, the spontaneous E3 deletion, accidently discovered in our viral stock, could be used as site of foreign gene insertion.

Investigating the role of apoptosis regulator EndoG on exogenous DNA uptake, stability, replication and recombination

Endonuclease G (EndoG) is a well conserved mitochondrial nuclease with dual lethal and vital roles in the cell. It non-specifically cleaves endogenous DNA following apoptosis induction, but is also active in non-apoptotic cells for mitochondrial DNA (mtDNA) replication and may also be important for replication, repair and recombination of genomic DNA. The aim of our study was to examine whether EndoG exerts similar activities on exogenous DNA substrates such as plasmid DNA (pDNA) and viral DNA vectors, considering their importance in gene therapy applications. The effects of EndoG knockdown on pDNA stability and levels of encoded reporter gene expression were evaluated in the cervical carcinoma HeLa cells. Transfection of pDNA vectors encoding short-hairpin RNAs (shRNAs) reduced levels of EndoG mRNA and nuclease activity in HeLa cells. In physiological circumstances, EndoG knockdown did not have an effect on the stability of pDNA or the levels of encoded transgene expression as measured over a four day time-course. However, when endogenous expression of EndoG was induced by an extrinsic stimulus (a cationic liposome transfection reagent), targeting of EndoG by shRNA improved the perceived stability and transgene expression of pDNA vectors. Therefore, EndoG is not a mediator of exogenous DNA clearance, but in non-physiological circumstances it may non-specifically cleave intracellular DNA regardless of its origin. To investigate possible effects of EndoG on viral DNA vectors, we constructed and evaluated AdsiEndoG, a first generation adenovirus (Ad5 ΔE1) vector encoding a shRNA directed against EndoG mRNA, along with appropriate Ad5 ΔE1 controls. Infection of HeLa cells with AdsiEndoG at a multiplicity of infection (MOI) of 10 p.f.u./cell resulted in an early cell proliferation defect, absent from cells infected at equivalent MOI with control Ad5 ΔE1 vectors. Replication of Ad5 ΔE1 DNA was detected for all vectors, but AdsiEndoG DNA accumulated to levels that were 50 fold higher than initially, four days after infection, compared to 14 fold for the next highest control Ad5 ΔE1 vector. Deregulation of the cell cycle by EndoG depletion, which is characterized by an accumulation of cells in the G2/M transition, is the most likely reason for the observed cell proliferation defect. The enhanced replication of AdsiEndoG is consistent with this conclusion, as Ad5 ΔE1 DNA replication is intimately related to cell cycling and prolongation or delay in G2/M greatly enhances this process. Furthermore, infection of HeLa with AdsiEndoG at MOI of 50 p.f.u./cell resulted in an almost complete disappearance of viable, adherent tumour cells from culture, whereas almost a third of the cells were still adherent after infection with control Ad5 ΔE1 vectors, relative to the non-infected control. Therefore, targeting of EndoG by RNAi is a viable strategy for improving the oncolytic properties of first generation adenovirus vectors. In addition, AdsiEndoG-mediated knockdown of EndoG reduced homologous recombination between pDNA substrates in HeLa cells. The effect was modest but, nevertheless demonstrated that the proposed role of EndoG in homologous recombination of cellular DNA also extends to exogenous DNA substrates.

Représentation et recherche de motifs cycliques et structuraux d’ARN connus dans les structures secondaires

L'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique (ARN) sont des polymères de nucléotides essentiels à la cellule. À l'inverse de l'ADN qui sert principalement à stocker l'information génétique, les ARN sont impliqués dans plusieurs processus métaboliques. Par exemple, ils transmettent l’information génétique codée dans l’ADN. Ils sont essentiels pour la maturation des autres ARN, la régulation de l’expression génétique, la prévention de la dégradation des chromosomes et le ciblage des protéines dans la cellule. La polyvalence fonctionnelle de l'ARN résulte de sa plus grande diversité structurale. Notre laboratoire a développé MC-Fold, un algorithme pour prédire la structure des ARN qu'on représente avec des graphes d'interactions inter-nucléotidiques. Les sommets de ces graphes représentent les nucléotides et les arêtes leurs interactions. Notre laboratoire a aussi observé qu'un petit ensemble de cycles d'interactions à lui seul définit la structure de n'importe quel motif d'ARN. La formation de ces cycles dépend de la séquence de nucléotides et MC-Fold détermine les cycles les plus probables étant donnée cette séquence. Mon projet de maîtrise a été, dans un premier temps, de définir une base de données des motifs structuraux et fonctionnels d'ARN, bdMotifs, en terme de ces cycles. Par la suite, j’ai implanté un algorithme, MC-Motifs, qui recherche ces motifs dans des graphes d'interactions et, entre autres, ceux générés par MC-Fold. Finalement, j’ai validé mon algorithme sur des ARN dont la structure est connue, tels que les ARN ribosomaux (ARNr) 5S, 16S et 23S, et l'ARN utilisé pour prédire la structure des riborégulateurs. Le mémoire est divisé en cinq chapitres. Le premier chapitre présente la structure chimique, les fonctions cellulaires de l'ARN et le repliement structural du polymère. Dans le deuxième chapitre, je décris la base de données bdMotifs. Dans le troisième chapitre, l’algorithme de recherche MC-Motifs est introduit. Le quatrième chapitre présente les résultats de la validation et des prédictions. Finalement, le dernier chapitre porte sur la discussion des résultats suivis d’une conclusion sur le travail.

Conception de miARN artificiels basée sur la caractérisation de la boucle de régulation miR-20/E2F

La biologie moléculaire et, plus spécifiquement, la régulation de l’expression génique ont été révolutionnées par la découverte des microARN (miARN). Ces petits ARN d’une vingtaine de nucléotides sont impliqués dans la majorité des processus cellulaires et leur expression est dérégulée dans plusieurs maladies, comme le cancer. Un miARN reconnaît ses cibles principalement par son noyau, ce qui lui permet de réguler simultanément la traduction de centaines d’ARN messagers. Nos travaux ont montré l’existence d’une boucle de rétro-activation négative, entre deux miARN du polycistron miR-17-92 et trois facteurs de transcription de la famille E2F. E2F1, 2 et 3 induisent la transcription de miR-20 et miR-17 qui par la suite inhibent leur traduction. Nos résultats suggèrent l’implication de cette boucle dans la résistance à l’apoptose induite par E2F1 dans les cellules du cancer de la prostate, ce qui expliquerait en partie le potentiel oncogénique du polycistron miR-17-92. L’étude de ce motif de régulation nous a donc permis de réaliser le potentiel incroyable qu’ont les miARN à inhiber la traduction de plusieurs gènes. Basé sur les règles de reconnaissance des miARN, nous avons développé et validé MultiTar. Cet outil bioinformatique permet de trouver la séquence d’un miARN artificiel ayant le potentiel d’inhiber la traduction de gènes d’intérêts choisis par l’utilisateur. Afin de valider MultiTar, nous avons généré des multitargets pouvant inhiber l’expression des trois E2F, ce qui nous a permis de comparer leur efficacité à celle de miR-20. Nos miARN artificiels ont la capacité d’inhiber la traduction des E2F et de neutraliser leur fonction redondante de la progression du cycle cellulaire de façon similaire ou supérieur à miR-20. La fonctionnalité de notre programme, ouvre la voie à une stratégie flexible pouvant cibler le caractère multigénique de différents processus cellulaires ou maladies complexes, tel que le cancer. L’utilisation de miARN artificiels pourrait donc représenter une alternative intéressante aux stratégies déjà existantes, qui sont limitées à inhiber des cibles uniques. En plus d’élucider un réseau de régulation complexe impliquant les miARN, nous avons pu tirer profit de leur potentiel d’inhibition par la conception de miARN artificiels.

Élaboration d’un bioessai à haut débit pour la découverte de nouveaux ligands péptidiques chez les végétaux

Suite au projet de séquençage du génome d’Arabidopsis thaliana, plus de 400 récepteurs de types serine/thréonine kinases (Protein Receptor Kinase ou PRK) ont été prédits. Par contre, seulement sept paires de récepteurs/ligands ont été caractérisées jusqu’à présent par des techniques de biochimie et d’analyse, de mutants. Parmi ceux-ci figurent les PRK : BRI1, CLV1, SRK, SR160, Haesa-IDA et PEPR1 qui jouent un rôle important dans le développement, l’auto-incompatibilité sporophytique et les mécanismes de défense. Le but de mon projet de maîtrise était de développer un bioessai à haut débit qui permettra la découverte de ligands peptidiques. Le bioessai utilisera des PRK chimériques composés du domaine extracellulaire (l’ectodomaine) de la PRK à l’étude fusionnée au domaine intracellulaire d’une PRK qui agira comme rapporteur. Deux stratégies sont présentement développées dans notre laboratoire : la première consiste à fusionner la PRK à l’étude avec le domaine intracellulaire (l’endodomaine) du récepteur tyrosine kinase animal EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor). Suite à l’interaction avec une fraction protéique contenant un ligand correspondant à la PRK étudiée, une transphosphorylation de l’endodomaine (le domaine kinase) serait détectable. La seconde stratégie utilise l’endodomaine du récepteur BRI1, un récepteur répondant aux brassinostéroïdes. Suite à l’interaction avec une fraction protéique contenant un ligand correspondant à la PRK étudiée, cette fois-ci nous devrions être en mesure de mesurer l’activation d’un gène rapporteur répondant normalement à une activation par les brassinostéroïdes.

Investigating the role of the isomerase Rrd1/PTPA : from yeast to human

Chez Saccharomyces cerevisiae, les souches mutantes pour Rrd1, une protéine qui possède une activité de peptidyl prolyl cis/trans isomérase, montrent une résistance marquée à la rapamycine et sont sensibles au 4-nitroquinoline 1-oxide, un agent causant des dommages à l’ADN. PTPA, l’homologue de Rrd1 chez les mammifères, est reconnu en tant qu’activateur de protéine phosphatase 2A. Notre laboratoire a précédemment démontré que la surexpression de PTPA mène à l’apoptose de façon indépendante des protéines phosphatase 2A. La fonction moléculaire de Rrd1/PTPA était encore largement inconnue au départ de mon projet de doctorat. Mes recherches ont d’abord montré que Rrd1 est associé à la chromatine ainsi qu’à l’ARN polymérase II. L’analyse in vitro et in vivo par dichroïsme circulaire a révélé que Rrd1 est responsable de changements au niveau de la structure du domaine C-terminal de la grande sous-unité de l’ARN polymérase II, Rpb1, en réponse à la rapamycine et au 4-nitroquinoline 1-oxide. Nous avons également démontré que Rrd1 est requis pour modifier l’occupation de l’ARN polymérase II sur des gènes répondant à un traitement à la rapamycine. Finalement, nous avons montré que suite à un traitement avec la rapamycine, Rrd1 médie la dégradation de l’ARN polymérase II et que ce mécanisme est indépendant de l’ubiquitine. La dernière partie de mon projet était d’acquérir une meilleure connaissance de la fonction de PTPA, l’homologue de Rrd1 chez les mammifères. Nos résultats montrent que le «knockdown» de PTPA n’affecte pas la sensibilité des cellules à différentes drogues telles que la rapamycine, le 4-nitroquinoline 1-oxide ou le peroxyde d’hydrogène (H2O2). Nous avons également tenté d’identifier des partenaires protéiques pour PTPA grâce à la méthode TAP, mais nous ne sommes pas parvenus à identifier de partenaires stables. Nous avons démontré que la surexpression de la protéine PTPA catalytiquement inactive n’induisait pas l’apoptose indiquant que l’activité de PTPA est requise pour produire cet effet. Finalement, nous avons tenté d’étudier PTPA dans un modèle de souris. Dans un premier lieu, nous avons déterminé que PTPA était exprimé surtout au niveau des tissus suivants : la moelle osseuse, le thymus et le cerveau. Nous avons également généré avec succès plusieurs souris chimères dans le but de créer une souris «knockout» pour PTPA, mais l’allèle mutante ne s’est pas transférée au niveau des cellules germinales. Mes résultats ainsi que ceux obtenus par mon laboratoire sur la levure suggèrent un rôle général pour Rrd1 au niveau de la régulation des gènes. La question demeure toujours toutefois à savoir si PTPA peut effectuer un rôle similaire chez les mammifères et une vision différente pour déterminer la fonction de cette protéine sera requise pour adresser adéquatement cette question dans le futur.

Expression des allèles spécifiques chez l'hybride clonal Phoxinus eos-neogaeus (Pisces : Cyprinidae)

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Régulation transcriptionnelle du gène de la protéine de liaison de la chlorophylle-a et de la péridinine chez le dinoflagellé Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés jouent un rôle très important dans l’écologie des océans en y réalisant une grande partie de la production primaire, en formant une association symbiotique avec les coraux et en ayant la capacité de produire des fleurs d’algues potentiellement toxiques pour les communautés côtières humaines et animales. Malgré tout, la biologie moléculaire des dinoflagellés n’a que très peu été étudiée dans les dernières années, les connaissances de processus de base comme la régulation de la transcription y étant fortement limitées. Une tentative pour élucider ce mécanisme a été réalisée chez les dinoflagellés photosynthétiques Lingulodinium polyedrum et Amphidinium carterae. Une expérience d’induction de la transcription du gène de la Peridinin chlorophyll-a binding protein, le complexe majeur de collecte de lumière, a été réalisée par une baisse de l’intensité lumineuse et a montré une faible augmentation (moins de 2 fois) du transcrit à court et long terme. Des expériences de simple-hybride et de retard sur gel (EMSA) ont été faits pour identifier de potentielles interactions protéine-ADN dans la région intergénique du gène PCP organisé en tandem. Ces essais ont été infructueux pour identifier de telles protéines. Une analyse du transcriptome de L. polyedrum a été effectuée, montrant une importante sous-représentation de domaines de liaison à l’ADN classique (comme Heat-shock factor, bZIP ou Myb) et une surreprésentation du domaine d’origine bactérienne Cold shock en comparaison avec d’autres eucaryotes unicellulaires. Ce travail suggère que les mécanismes de régulation transcriptionnelle des dinoflagellés pourraient différer substantiellement de ceux des autres eucaryotes.

Identification de modifications post-traductionnelles de Staufen1 et étude de leur fonction régulatrice

La régulation post-transcriptionnelle joue un rôle de premier plan dans le contrôle fin de l’expression génique en permettant une modulation de la synthèse de protéines dans le temps et l’espace, en fonction des besoins de la cellule. Ainsi, des protéines reconnaissant des éléments d’ARN présents sur des transcrits peuvent influencer toutes les étapes de leur existence, soit leur épissage, leur export nucléaire, leur localisation subcellulaire, leur traduction et leur dégradation. Staufen1 (Stau1) est un membre de la famille des protéines liant l’ARN double-brin qui contribue à la régulation post-transcriptionnelle par son implication dans des mécanismes qui vont promouvoir l’épissage alternatif, le transport, la dé-répression de la traduction et l’induction de la dégradation d’ARN messagers (ARNm) spécifiques. L’identité des cibles potentielles de Stau1 est maintenant connue puisqu’une étude à l’échelle du génome a montré que la protéine s’associe à près de 7% du transcriptome des cellules HEK293T. Ces ARNm se classent dans un large éventail de catégories fonctionnelles, mais il est tout de même intéressant de noter qu’une grande proportion d’entre eux code pour des protéines reliées au métabolisme cellulaire et à la régulation de processus cellulaires. En considérant toutes ces informations, nous avons émis l’hypothèse que les différentes activités de Stau1 puissent être modulées afin de contrôler adéquatement l’expression des transcrits liés par la protéine. Dans la mesure où certains ARNm faisant partie des complexes définis par la présence de Stau1 codent pour des régulateurs clés de la prolifération cellulaire, nous avons voulu examiner si l’expression de la protéine varie au cours du cycle de division cellulaire. Nous avons montré que l’abondance de Stau1 est maximale en début de mitose et qu’elle diminue ensuite lorsque les cellules complètent la division cellulaire. Nous avons ensuite découvert que cette baisse d’expression de Stau1 en sortie de mitose dépend du complexe promoteur d’anaphase/cyclosome (APC/C). En soutien à l’idée que Stau1 soit une cible de cette ubiquitine ligase de type E3, nous avons de plus démontré que Stau1 est ubiquitiné et dégradé par le protéasome. Ce contrôle des niveaux de Stau1 semble important puisque la surexpression de la protéine retarde la sortie de mitose et entraîne une diminution importante de la prolifération cellulaire. Par ailleurs, nous avons supposé que les différentes fonctions de Stau1 puissent également être sujettes à une régulation. Compte tenu que les activités de nombreuses protéines liant l’ARN peuvent être contrôlées par des modifications post-traductionnelles telles que la phosphorylation, nous avons voulu tester la possibilité que Stau1 soit phosphorylé. L’immunopurification de Stau1 et son analyse par spectrométrie de masse nous a permis d’identifier trois phosphosites dans la protéine. L’évaluation du rôle de ces événements de phosphorylation à l’aide de mutants phoshomimétiques ou non-phoshorylables a révélé que la modification de Stau1 pourrait compromettre son association à la protéine UPF1. Comme cette interaction est nécessaire pour déstabiliser les transcrits liés par Stau1, nos résultats suggèrent fortement que la fonction de Stau1 dans la dégradation d’ARNm est régulée négativement par sa phosphorylation. Toutes ces données mettent en lumière l’importance des modifications post-traductionnelles telles que l’ubiquitination et la phosphorylation dans la modulation de l’expression et des fonctions de Stau 1. Somme toute, il est vraisemblable que ces mécanismes de contrôle puissent avoir un impact significatif sur le destin des ARNm liés par Stau1, particulièrement dans un contexte de progression dans le cycle cellulaire.

Functional Analysis of Nuclear beta-Adrenergic Receptors in the Myocardium

Récemment plusieurs récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) ont été caractérisés au niveau des membranes intracellulaires, dont la membrane nucléaire. Notre objectif était de déterminer si les sous-types de récepteurs β-adrénergiques (βAR) et leurs machineries de signalisation étaient fonctionnels et localisés à la membrane nucléaire des cardiomyocytes. Nous avons démontré la présence des β1AR et β3AR, mais pas du β2AR à la membrane nucléaire de myocytes ventriculaires adultes par immunobuvardage, par microscopie confocale, et par des essais fonctionnels. De plus, certains partenaires de signalisation comme les protéines GαS, Gαi, l’adénylate cyclase II, et V/VI y étaient également localisés. Les sous-types de βAR nucléaires étaient fonctionnels puisqu'ils pouvaient lier leurs ligands et activer leurs effecteurs. En utilisant des noyaux isolés, nous avons observé que l'agoniste non-sélectif isoprotérénol (ISO), et que le BRL37344, un ligand sélectif du β3AR, stimulaient l'initiation de la synthèse de l’ARN, contrairement à l'agoniste sélectif du β1AR, le xamotérol. Cette synthèse était abolie par la toxine pertussique (PTX). Cependant, la stimulation des récepteurs nucléaires de type B de l’endothéline (ETB) causaient une réduction de l'initiation de la synthèse d’ARN. Les voies de signalisations impliquées dans la régulation de la synthèse d’ARN par les RCPGs ont ensuite été étudiées en utilisant des noyaux isolés stimulés par des agonistes en présence ou absence de différents inhibiteurs des voies MAP Kinases (proteines kinases activées par mitogènes) et de la voie PI3K/PKB. Les protéines impliquées dans les voies de signalisation de p38, JNK, ERK MAP Kinase et PKB étaient présents dans les noyaux isolés. L'inhibition de PKB par la triciribine, inhibait la synthèse d’ARN. Nous avons ensuite pu mettre en évidence par qPCR que la stimulation par l’ISO entrainait une augmentation du niveau d'ARNr 18S ainsi qu’une diminution de l'expression d’ARNm de NFκB. En contraste, l’ET-1 n’avait aucun effet sur le niveau d’expression de l’ARNr 18S. Nous avons ensuite montré que la stimulation par l’ISO réduisait l’expression de plusieurs gènes impliqués dans l'activation de NFκB, tandis que l’inhibition de ERK1/2 et PKB renversait cet effet. Un microarray global nous a ensuite permis de démontrer que les βARs et les ETRs nucléaires régulaient un grand nombre de gènes distincts. Finalement, les βARs et ETRs nucléaires augmentaient aussi une production de NO de noyaux isolés, ce qui pouvait être inhibée par le LNAME. Ces résultats ont été confirmés dans des cardiomyocytes intacts en utilisant des analogues cagés et perméables d’ISO et de l'ET-1: l'augmentation de NO nucléaire détectée par DAF2-DA, causée par l'ET-1 et l'ISO, pouvait être prévenue par le LNAME. Finalement, l’augmentation de l’initiation de la transcription induite par l'ISO était aussi bloquée par le L-NAME ou par un inbitheur de PKG, le KT5823, suggérant que la voie NO-GC-PKG est impliquée dans la régulation de la transcription par les βAR. En conclusion, les βARs et les ETRs nucléaires utilisent des voies de signalisation différentes et exercent ainsi des effets distincts sur l’expression des gènes cardiaques. Ils représentent donc une avenue intéressante pour le développement de drogues pharmacologiques.