Impaired activation of protein kinase C-zeta by insulin and phosphatidylinositol-3,4,5-(PO4)3 in cultured preadipocyte-derived adipocytes and myotubes of obese subjects.

Insulin resistance in obesity is partly due to diminished glucose transport in myocytes and adipocytes, but underlying mechanisms are uncertain. Insulin-stimulated glucose transport requires activation of phosphatidylinositol (PI) 3-kinase (3K), operating downstream of insulin receptor substrate-1. PI3K stimulates glucose transport through increases in PI-3,4,5-(PO(4))(3) (PIP(3)), which activates atypical protein kinase C (aPKC) and protein kinase B (PKB/Akt). However, previous studies suggest that activation of aPKC, but not PKB, is impaired in intact muscles and cultured myocytes of obese subjects. Presently, we examined insulin activation of glucose transport and signaling factors in cultured adipocytes derived from preadipocytes harvested during elective liposuction in lean and obese women. Relative to adipocytes of lean women, insulin-stimulated [(3)H]2-deoxyglucose uptake and activation of insulin receptor substrate-1/PI3K and aPKCs, but not PKB, were diminished in adipocytes of obese women. Additionally, the direct activation of aPKCs by PIP(3) in vitro was diminished in aPKCs isolated from adipocytes of obese women. Similar impairment in aPKC activation by PIP(3) was observed in cultured myocytes of obese glucose-intolerant subjects. These findings suggest the presence of defects in PI3K and aPKC activation that persist in cultured cells and limit insulin-stimulated glucose transport in adipocytes and myocytes of obese subjects.

Zoledronate inhibits endothelial cell adhesion, migration and survival through the suppression of multiple, prenylation-dependent signaling pathways.

BACKGROUND: Recent evidence indicates that zoledronate, a nitrogen-containing bisphosphonate used to treat conditions of increased bone resorption, may have anti-angiogenic activity. The endothelial cells signaling events modulated by zoledronate remain largely elusive. OBJECTIVES: The aim of this work was to identify signaling events suppressed by zoledronate in endothelial cells and responsible for some of its biological effects. METHODS: Human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) were exposed to zoledronate, isoprenoid analogs (i.e. farnesol and geranylgeraniol) and various inhibitors of signaling, and the effect on adhesion, survival, migration, actin cytoskeleton and signaling events characterized. RESULTS: Zoledronate reduced Ras prenylation, Ras and RhoA translocation to the membrane, and sustained ERK1/2 phosphorylation and tumor necrosis factor (TNF) induced JNK phosphorylation. Isoprenoid analogs attenuated zoledronate effects on HUVEC adhesion, actin stress fibers and focal adhesions, migration and survival. Isoprenoid analogs also restored Ras prenylation, RhoA translocation to the membrane, sustained FAK and ERK1/2 phosphorylation and prevented suppression of protein kinase B (PKB) and JNK phosphorylation in HUVEC exposed to TNF in the presence of zoledronate. Pharmacological inhibition of Rock, a RhoA target mediating actin fiber formation, phosphatidylinositol 3-kinase, an activator of PKB, MEK1/2, an activator of ERK1/2, and JNK, recapitulated individual zoledronate effects, consistent with the involvement of these molecules and pathways and their inhibition in the zoledronate effects. CONCLUSIONS: This work has demonstrated that zoledronate inhibits HUVEC adhesion, survival, migration and actin stress fiber formation by interfering with protein prenylation and has identified ERK1/2, JNK, Rock, FAK and PKB as kinases affected by zoledronate in a prenylation-dependent manner.

IFNalpha activates dormant haematopoietic stem cells in vivo.

Maintenance of the blood system is dependent on dormant haematopoietic stem cells (HSCs) with long-term self-renewal capacity. After injury these cells are induced to proliferate to quickly re-establish homeostasis. The signalling molecules promoting the exit of HSCs out of the dormant stage remain largely unknown. Here we show that in response to treatment of mice with interferon-alpha (IFNalpha), HSCs efficiently exit G(0) and enter an active cell cycle. HSCs respond to IFNalpha treatment by the increased phosphorylation of STAT1 and PKB/Akt (also known as AKT1), the expression of IFNalpha target genes, and the upregulation of stem cell antigen-1 (Sca-1, also known as LY6A). HSCs lacking the IFNalpha/beta receptor (IFNAR), STAT1 (ref. 3) or Sca-1 (ref. 4) are insensitive to IFNalpha stimulation, demonstrating that STAT1 and Sca-1 mediate IFNalpha-induced HSC proliferation. Although dormant HSCs are resistant to the anti-proliferative chemotherapeutic agent 5-fluoro-uracil, HSCs pre-treated (primed) with IFNalpha and thus induced to proliferate are efficiently eliminated by 5-fluoro-uracil exposure in vivo. Conversely, HSCs chronically activated by IFNalpha are functionally compromised and are rapidly out-competed by non-activatable Ifnar(-/-) cells in competitive repopulation assays. Whereas chronic activation of the IFNalpha pathway in HSCs impairs their function, acute IFNalpha treatment promotes the proliferation of dormant HSCs in vivo. These data may help to clarify the so far unexplained clinical effects of IFNalpha on leukaemic cells, and raise the possibility for new applications of type I interferons to target cancer stem cells.

Sensitization of endothelial cells to TNFα-induced death

RESUME L'angiogénèse tumorale est un processus essentiel au développement des tumeurs. Les intégrines, molécules d'adhésions transmembranaires, sont d'importants effecteurs de l'angiogenèse. En permettant l'adhésion à la matrice extra-cellulaire, les intégrines transmettant des signaux de survie, de migration, et de prolifération. Le facteur de nécrose tumorale α (TNFα) est utilisé pour le traitement régional de cancers chez l'homme. II agit en détruisant sélectivement les vaisseaux angiogéniques. Cependant, son administration systémique chez l'homme est limitée par les réactions de vaso-dilatation sévères qu'il provoque. Le but de mon travail fut de rechercher des conditions permettant la sensibilisation des cellules endothéliales au TNFα et qui pourraient être applicables en clinique, ceci afin d'accroître l'efficacité de cette molécule. Nous avons testé la possibilité d'interférer avec les signaux de survie provenant des intégrines. Pour cela, des cellules endothéliales furent cultivées dans des conditions d'adhésion ou en suspension, ou alors exposées dans des conditions d'adhésion au zoledronate (biphosphonate contenant du nitrogène). Dans ces conditions, les effets du TNFα sur les cellules endothéliales furent étudiés, en particulier l'induction de la mort cellulaire. Dans ce travail, nous montrons que le zoledronate sensibilise les cellules endothéliales à la nécrose induite par TNFα. Cet effet s'accompagne de l'inhibition de la phosphorylation de FAK, PKB, et JNK, ainsi que de l'inhibition de la prénylation des protéines. En revanche, l'activation de NF-kB et p38 n'est pas perturbée. La restoration de la prénylation des protéines empêche la mort des HUVEC traitées par zoledronate et TNFα, et rétablit la phosphorylation de FAK, PKB, et JNK. Des essais d'angiogénèse in vivo montrent que le zoledronate inhibe l'angiogénèse induite par FGF-2. Le zoledronate encapsulé dans des liposomes permet de ralentir la croissance tumorale et synergise avec le TNFα en l'inhibant. L'inihibtion de la prénylation des protéines est un des mécanismes de sensibilisation du zoledronate au TNFα. In vivo, la synergie de leur association sur la croissance tumorale est efficace. Ces résultats encouragent la poursuite de l'étude des effets de ces deux drogues sur la croissance tumorale. SUMMARY The formation of tumor-associated vessels is essential for tumor progression. Cell adhesion molecules of the integrin family are important mediators of angiogenesis, by providing adhesive signals necessary for endothelial cell migration, proliferation and survival. Anti-angiogenic therapies are currently considered as highly promising in the treatment of human cancer. Tumor Necrosis Factor α (TNFα) is used for the regional treatment of human cancer, whose mechanisms of action involved selective disruption of angiogenic tumor vessels. Systemic administration of TNFα in humans, however, induces a severe inflammatory condition that prevents its use far the treatments of tumors localized outside of limbs. The aim of my work was to find strategies to sensitize angiogenic endothelial cells to TNFα-induced death, which could be potentially translated into clinical setting to improve the therapeutic efficacy of TNFα. We specifically tested the hypothesis whether interference with integrin-mediated adhesion and signaling may sensitize endothelial cells to TNFα-induced death. To test this hypothesis we cultured endothelial cells (EC) under conditions of cell-matrix or cell-cell adhesion or exposed matrix-adherent EC to the nitrogen-containing bisphosphonate zoledronate, and characterized the effect on TNFα-mediated signaling events and cell death. We show that zoledronate sensitizes HUVEC to TNFα-induced necrosis-like programmed cell death. This effect was associated with suppression of sustained phosphorylation of PKB and JNK and decreased protein prenylation, whereas TNFα-induced activation of NF-kB and p38 were not inhibited. Restoration of protein prenylation rescued HUVEC from zoledronate and TNFα-induced death, and restored FAK, PKB and JNK phosphorylation. By using in vivo angiogenesis assay we showed that zoledronate suppressed FGF-2-induced angiogenesis. Liposome-encapulated zoledronate partially inhibited tumor growth and synergized with TNFα to fully suppress tumor growth. Taken together, this work has identified protein prenylation as a mechanisms by which zoledronate sensitizes endothelial cells to TNFα-induced death in vitro and provides initial evidence that zoledronate synergizes with TNFα in vivo resulting in improved anti-tumor activity. These results warrant further study of the anti-tumor effects of zoledronate and TNFα and should be further studies in view of their clinical relevance.

Targeting mTORC2 inhibits colon cancer cell proliferation in vitro and tumor formation in vivo

The mammalian target of rapamycin (mTOR), which exists in two functionally distinct complexes, mTORC1 and mTORC2 plays an important role in tumor growth. Whereas the role of mTORC1 has been well characterized in this process, little is known about the functions of mTORC2 in cancer progression. In this study, we explored the specific role of mTORC2 in colon cancer using a short hairpin RNA expression system to silence the mTORC2-associated protein rictor. We found that downregulation of rictor in HT29 and LS174T colon cancer cells significantly reduced cell proliferation. Knockdown of rictor also resulted in a G1 arrest as observed by cell cycle analysis. We further observed that LS174T cells deficient for rictor failed to form tumors in a nude mice xenograft model. Taken together, these results show that the inhibition of mTORC2 reduces colon cancer cell proliferation in vitro and tumor xenograft formation in vivo. They also suggest that specifically targeting mTORC2 may provide a novel treatment strategy for colorectal cancer.

Zoledronate sensitizes endothelial cells to tumor necrosis factor-induced programmed cell death: evidence for the suppression of sustained activation of focal adhesion kinase and protein kinase B/Akt.

Bisphosphonates are potent inhibitors of osteoclast function widely used to treat conditions of excessive bone resorption, including tumor bone metastases. Recent evidence indicates that bisphosphonates have direct cytotoxic activity on tumor cells and suppress angiogenesis, but the associated molecular events have not been fully characterized. In this study we investigated the effects of zoledronate, a nitrogen-containing bisphosphonate, and clodronate, a non-nitrogen-containing bisphosphonate, on human umbilical vein endothelial cell (HUVEC) adhesion, migration, and survival, three events essential for angiogenesis. Zoledronate inhibited HUVEC adhesion mediated by integrin alphaVbeta3, but not alpha5beta1, blocked migration and disrupted established focal adhesions and actin stress fibers without modifying cell surface integrin expression level or affinity. Zoledronate treatment slightly decreased HUVEC viability and strongly enhanced tumor necrosis factor (TNF)-induced cell death. HUVEC treated with zoledronate and TNF died without evidence of enhanced annexin-V binding, chromatin condensation, or nuclear fragmentation and caspase dependence. Zoledronate inhibited sustained phosphorylation of focal adhesion kinase (FAK) and in combination with TNF, with and without interferon (IFN) gamma, of protein kinase B (PKB/Akt). Constitutive active PKB/Akt protected HUVEC from death induced by zoledronate and TNF/IFNgamma. Phosphorylation of c-Src and activation of NF-kappaB were not affected by zoledronate. Clodronate had no effect on HUVEC adhesion, migration, and survival nor did it enhanced TNF cytotoxicity. Taken together these data demonstrate that zoledronate sensitizes endothelial cells to TNF-induced, caspase-independent programmed cell death and point to the FAK-PKB/Akt pathway as a novel zoledronate target. These results have potential implications to the clinical use of zoledronate as an anti-angiogenic or anti-cancer agent.

Dosage-dependent effects of Akt1/protein kinase Balpha (PKBalpha) and Akt3/PKBgamma on thymus, skin, and cardiovascular and nervous system development in mice.

Akt/protein kinase B (PKB) plays a critical role in the regulation of metabolism, transcription, cell migration, cell cycle progression, and cell survival. The existence of viable knockout mice for each of the three isoforms suggests functional redundancy. We generated mice with combined mutant alleles of Akt1 and Akt3 to study their effects on mouse development. Here we show that Akt1-/- Akt3+/- mice display multiple defects in the thymus, heart, and skin and die within several days after birth, while Akt1+/- Akt3-/- mice survive normally. Double knockout (Akt1-/-) Akt3-/-) causes embryonic lethality at around embryonic days 11 and 12, with more severe developmental defects in the cardiovascular and nervous systems. Increased apoptosis was found in the developing brain of double mutant embryos. These data indicate that the Akt1 gene is more essential than Akt3 for embryonic development and survival but that both are required for embryo development. Our results indicate isoform-specific and dosage-dependent effects of Akt on animal survival and development.

IFN alpha activates dormant haematopoietic stem cells in vivo

Maintenance of the blood system is dependent on dormant haematopoietic stem cells (HSCs) with long-term self-renewal capacity. After injury these cells are induced to proliferate to quickly reestablish homeostasis(1). The signalling molecules promoting the exit of HSCs out of the dormant stage remain largely unknown. Here we show that in response to treatment of mice with interferon-alpha (IFN alpha), HSCs efficiently exit G(0) and enter an active cell cycle. HSCs respond to IFN alpha treatment by the increased phosphorylation of STAT1 and PKB/Akt (also known as AKT1), the expression of IFN alpha target genes, and the upregulation of stem cell antigen-1 (Sca-1, also known as LY6A). HSCs lacking the IFN alpha/beta receptor (IFNAR)(2), STAT1 (ref. 3) or Sca-1 (ref. 4) are insensitive to IFN alpha stimulation, demonstrating that STAT1 and Sca-1 mediate IFN alpha-induced HSC proliferation. Although dormant HSCs are resistant to the anti-proliferative chemotherapeutic agent 5-fluoro-uracil(1,5), HSCs pre-treated (primed) with IFN alpha and thus induced to proliferate are efficiently eliminated by 5-fluoro-uracil exposure in vivo. Conversely, HSCs chronically activated by IFN alpha are functionally compromised and are rapidly out-competed by non-activatable Ifnar(-/-) cells in competitive repopulation assays. Whereas chronic activation of the IFN alpha pathway in HSCs impairs their function, acute IFN alpha treatment promotes the proliferation of dormant HSCs in vivo. These data may help to clarify the so far unexplained clinical effects of IFN alpha on leukaemic cells(6,7), and raise the possibility for new applications of type I interferons to target cancer stem cells(8).

Asymmetric cancer cell division regulated by AKT.

Human tumors often contain slowly proliferating cancer cells that resist treatment, but we do not know precisely how these cells arise. We show that rapidly proliferating cancer cells can divide asymmetrically to produce slowly proliferating "G0-like" progeny that are enriched following chemotherapy in breast cancer patients. Asymmetric cancer cell division results from asymmetric suppression of AKT/PKB kinase signaling in one daughter cell during telophase of mitosis. Moreover, inhibition of AKT signaling with small-molecule drugs can induce asymmetric cancer cell division and the production of slow proliferators. Cancer cells therefore appear to continuously flux between symmetric and asymmetric division depending on the precise state of their AKT signaling network. This model may have significant implications for understanding how tumors grow, evade treatment, and recur.

Expressed isolated integrin beta1 subunit cytodomain induces endothelial cell death secondary to detachment.

Expression of isolated beta integrin cytoplasmic domains in cultured endothelial cells was reported to induce cell detachment and death. To test whether cell death was the cause or the consequence of cell detachment, we expressed isolated integrin beta1 cytoplasmic and transmembrane domains (CH1) in cultured human umbilical vein endothelial cells (HUVEC), and monitored detachment, viability, caspase activation and signaling. CH1 expression induced dose-dependent cell detachment. At 24 h over 90% of CH1-expressing HUVEC were detached but largely viable (>85%). No evidence of pro-caspase-8,-3, and PARP cleavage or suppression of phosphorylation of ERK, PKB and Ikappa-B was observed. The caspase inhibitor z-VAD did not prevent cell detachment. At 48 h, however, CH1-expressing cells were over 50% dead. As a comparison trypsin-mediated detachment resulted in a time-dependent cell death, paralleled by caspase-3 activation and suppression of ERK, PKB and Ikappa-B phosphoyrylation at 24 h or later after detachment. HUVEC stimulation with agents that strengthen integrin-mediated adhesion (i.e. PMA, the Src inhibitor PP2 and COMP-Ang1) did not prevent CH1-induced detachment. Expression of CH1 in rat carotid artery endothelial cells in vivo caused endothelial cell detachment and increased nuclear DNA fragmentation among detached cells. A construct lacking the integrin cytoplasmic domain (CH2) had no effect on adhesion and cell viability in vitro and in vivo. These results demonstrate that isolated beta1 cytoplasmic domain expression induces caspase-independent detachment of viable endothelial cells and that death is secondary to detachment (i.e. anoikis). They also reveal an essential role for integrins in the adhesion and survival of quiescent endothelial cells in vivo.

Cell death-induced activation of epidermal growth factor receptor in keratinocytes: implications for restricting epidermal damage in dermatitis.

Recent findings have implicated Fas/Fas ligand (FasL) in mediating the death of keratinocytes in spongiotic lesions. We asked whether dying keratinocytes could potentially initiate a protective response of the skin to limit the destruction of the epidermis in the spongiotic areas. In addition to apoptosis, treatment of keratinocyte cultures in vitro with FasL triggers a profound phoshorylation of the epidermal growth factor receptor (EGFR) and of its downstream effectors ERK and protein kinase B (PKB/Akt). Using a variety of inhibitors and blocking antibodies, we demonstrated that: (i) apoptosis is required for the generation of the signal(s) leading to the activation of EGFR, ERK, and Akt; (ii) the activation of EGFR, ERK, and Akt by FasL is indeed mediated by its bona fide receptor Fas; (iii) the activation of EGFR is essential for the subsequent activation of ERK and Akt; and (iv) apoptotic keratinocytes secrete soluble EGFR ligands (including amphiregulin) that are processed from membrane-bound proligand forms by metalloproteinase(s). Our findings demonstrate a potential mechanism for the restriction and repair of spongiotic damage in eczemas.

Neuronal survival induced by neurotrophins requires calmodulin

It has been reported that phosphoinositide 3-kinase (PI 3-kinase) and its downstream target, protein kinase B (PKB), play a central role in the signaling of cell survival triggered by neurotrophins (NTs). In this report, we have analyzed the involvement of Ca2+ and calmodulin (CaM) in the activation of the PKB induced by NTs. We have found that reduction of intracellular Ca2+ concentration or functional blockade of CaM abolished NGF-induced activation of PKB in PC12 cells. Similar results were obtained in cultures of chicken spinal cord motoneurons treated with brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Moreover, CaM inhibition prevented the cell survival triggered by NGF or BDNF. This effect was counteracted by the transient expression of constitutive active forms of the PKB, indicating that CaM regulates NT-induced cell survival through the activation of the PKB. We have investigated the mechanisms whereby CaM regulates the activation of the PKB, and we have found that CaM was necessary for the proper generation and/or accumulation of the products of the PI 3-kinase in intact cells.

Nuclear receptor peroxisome proliferator activated receptor (PPAR) beta/delta in skin wound healing and cancer

We review the functions of peroxisome proliferator activated receptor (PPAR) beta/delta in skin wound healing and cancer. In particular, we highlight the roles of PPAR beta/delta in inhibiting keratinocyte apoptosis at wound edges via activation of the PI3K/PKB alpha/Akt1 pathway and its role during re-epithelialization in regulating keratinocyte adhesion and migration. In fibroblasts, PPAR beta/delta controls IL-1 signalling and thereby contributes to the homeostatic control of keratinocyte proliferation. We discuss its therapeutic potential for treating diabetic wounds and inflammatory skin diseases such as psoriasis and acne vulgaris. PPAR beta/delta is classified as a tumour growth modifier; it is activated by chronic low-grade inflammation, which promotes the production of lipids that, in turn, enhance PPAR beta/delta transcription activity. Our earlier,work unveiled a cascade of events triggered by PPAR beta/delta that involve the oncogene Src, which promotes ultraviolet-induced skin cancer in mice via enhanced EGFR/Erk1/2 signalling and the expression of epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) markers. Interestingly, PPAR beta/delta expression is correlated with the expression of SRC and EMT markers in human skin squamous cell carcinoma. Furthermore, there is a positive interaction between PPAR beta/delta, SRC, and TGF beta 1 at the transcriptional level in various human epithelial cancers. Taken together, these observations suggest the need for evaluating PPAR beta/delta modulators that attenuate or increase its activity, depending on the therapeutic target.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

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