The role of cathepsin K in lung development and newborn chronic lung injury.

Chronic lung diseases, specifically bronchopulmonary dysplasia (BPD), are still causing mortality and morbidity amongst newborn infants. High protease activity has been suggested to have a deleterious role in oxygen-induced lung injuries. Cathepsin K (CatK) is a potent protease found in fetal lungs, degrading collagen and elastin. We hypothesized that CatK may be an important modulator of chronic lung injury in newborn infants and neonatal mice. First we measured CatK protein levels in repeated tracheal aspirate fluid samples from 13 intubated preterm infants during the first two weeks of life. The amount of CatK at 9-13 days was low in infants developing chronic lung disease. Consequently, we studied CatK mRNA expression in oxygen-exposed wild-type (WT) rats at postnatal day (PN) 14 and found decreased pulmonary mRNA expression of CatK in whole lung samples. Thereafter we demonstrated that CatK deficiency modifies lung development by accelerating the thinning of alveolar walls in newborn mice. In hyperoxia-exposed newborn mice CatK deficiency resulted in increased number of pulmonary foam cells, macrophages and amount of reduced glutathione in lung homogenates indicating intensified pulmonary oxidative stress and worse pulmonary outcome due to CatK deficiency. Conversely, transgenic overexpression of CatK caused slight enlargement of distal airspaces with increased alveolar chord length in room air in neonatal mice. While hyperoxic exposure inhibited alveolarization and resulted in enlarged airspaces in wild-type mice, these changes were significantly milder in CatK overexpressing mice at PN7. Finally, we showed that the expression of macrophage scavenger receptor 2 (MSR2) mRNA was down-regulated in oxygen-exposed CatK-deficient mice analyzed by microarray analysis. Our results demonstrate that CatK seems to participate in normal lung development and its expression is altered during pulmonary injury. In the presence of pulmonary risk factors, like high oxygen exposure, low amount of CatK may contribute to aggravated lung injury while sustained or slightly elevated amount of CatK may even protect the newborn lungs from excessive injury. Besides collagen degrading and antifibrotic function of CatK in the lungs, it is obvious that CatK may affect macrophage activity and modify oxidative stress response. In conclusion, pulmonary proteases, specifically CatK, have distinct roles in lung homeostasis and injury development, and although suggested, broad range inhibition of proteases may not be beneficial in newborn lung injury.

The interplay of JNK and SCG10 during cortical development and in excitotoxic responses in brain

Initially identified as stress activated protein kinases (SAPKs), the c-Jun Nterminal kinases (JNKs) are currently accepted as potent regulators of various physiologically important cellular events. Named after their competence to phosphorylate transcription factor c-Jun in response to UVtreatment, JNKs play a key role in cell proliferation, cell death or cell migration. Interestingly, these functions are crucial for proper brain formation. The family consists of three JNK isoforms, JNK1, JNK2 and JNK3. Unlike brain specific JNK3 isoform, JNK1 and JNK2 are ubiquitously expressed. It is estimated that ten splice variants exist. However, the detailed cellular functions of these remain undetermined. In addition, physiological conditions keep the activities of JNK2 and JNK3 low in comparison with JNK1, whereas cellular stress raises the activity of these isoforms dramatically. Importantly, JNK1 activity is constitutively high in neurons, yet it does not stimulate cell death. This suggests a valuable role for JNK1 in brain development, but also as an important mediator of cell wellbeing. The aim of this thesis was to characterize the functional relationship between JNK1 and SCG10. We found that SCG10 is a bona fide target for JNK. By employing differential centrifugation we showed that SCG10 co-localized with active JNK, MKK7 and JIP1 in a fraction containing endosomes and Golgi vesicles. Investigation of JNK knockout tissues using phosphospecific antibodies recognizing JNK-specific phosphorylation sites on SCG10 (Ser 62/Ser 73) showed that phosphorylation of endogenous SCG10 was dramatically decreased in Jnk1-/- brains. Moreover, we found that JNK and SCG10 co-express during early embryonic days in brain regions that undergo extensive neuronal migration. Our study revealed that selective inhibition of JNK in the cytoplasm significantly increased both the frequency of exit from the multipolar stage and radial migration rate. However, as a consequence, it led to ill-defined cellular organization. Furthermore, we found that multipolar exit and radial migration in Jnk1 deficient mice can be connected to changes in phosphorylation state of SCG10. Also, the expression of a pseudo-phosphorylated mutant form of SCG10, mimicking the JNK1- phopshorylated form, brings migration rate back to normal in Jnk1 knockout mouse embryos. Furthermore, we investigated the role of SCG10 and JNK in regulation of Golgi apparatus (GA) biogenesis and whether pathological JNK action could be discernible by its deregulation. We found that SCG10 maintains GA integrity as with the absence of SCG10 neurons present more compact fragmented GA structure, as shown by the knockdown approach. Interestingly, neurons isolated from Jnk1-/- mice show similar characteristics. Block of ER to GA is believed to be involved in development of Parkinson's disease. Hence, by using a pharmacological approach (Brefeldin A treatment), we showed that GA recovery is delayed upon removal of the drug in Jnk1-/- neurons to an extent similar to the shRNA SCG10-treated cells. Finally, we investigated the role of the JNK1-SCG10 duo in the maintenance of GA biogenesis following excitotoxic insult. Although the GA underwent fragmentation in response to NMDA treatment, we observed a substantial delay in GA disintegration in neurons lacking either JNK1 or SCG10.

Relationship of cytokines and cytokine signaling to immunodeficiency disorders in the mouse

The contributions of cytokines to the development and progression of disease in a mouse model of retrovirus-induced immunodeficiency (MAIDS) are controversial. Some studies have indicated an etiologic role for type 2 cytokines, while others have emphasized the importance of type 1 cytokines. We have used mice deficient in expression of IL-4, IL-10, IL-4 and IL-10, IFN-g, or ICSBP - a transcriptional protein involved in IFN signaling - to examine their contributions to this disorder. Our results demonstrate that expression of type 2 cytokines is an epiphenomenon of infection and that IFN-g is a driving force in disease progression. In addition, exogenously administered IL-12 prevents many manifestations of disease while blocking retrovirus expression. Interruption of the IFN signaling pathways in ICSBP-/- mice blocks induction of MAIDS. Predictably, ICSBP-deficient mice exhibit impaired responses to challenge with several other viruses. This immunodeficiency is associated with impaired production of IFN-g and IL-12. Unexpectedly, however, the ICSBP-/- mice also develop a syndrome with many similarities to chronic myelogenous leukemia in humans. The chronic phase of this disease is followed by a fatal blast crisis characterized by clonal expansions of undifferentiated cells. ICSBP is thus an important determinant of hematopoietic growth and differentiation as well as a prominent signaling molecule for IFNs

P-selectin, carcinoma metastasis and heparin: novel mechanistic connections with therapeutic implications

Metastasis is a multistep cascade initiated when malignant cells penetrate the tissue surrounding the primary tumor and enter the bloodstream. Classic studies indicated that blood platelets form complexes around tumor cells in the circulation and facilitate metastases. In other work, the anticoagulant drug heparin diminished metastasis in murine models, as well is in preliminary human studies. However, attempts to follow up the latter observation using vitamin K antagonists failed, indicating that the primary mechanism of heparin action was unrelated to its anticoagulant properties. Other studies showed that the overexpression of sialylated fucosylated glycans in human carcinomas is associated with a poor prognosis. We have now brought all these observations together into one mechanistic explanation, which has therapeutic implications. Carcinoma cells expressing sialylated fucosylated mucins can interact with platelets, leukocytes and endothelium via the selectin family of cell adhesion molecules. The initial organ colonization of intravenously injected carcinoma cells is attenuated in P-selectin-deficient mice, in mice receiving tumor cells pretreated with O-sialoglycoprotease (to selectively remove mucins from cell surfaces), or in mice receiving a single dose of heparin prior to tumor cell injection. In each case, we found that formation of a platelet coating on cancer cells was impeded, allowing increased access of leukocytes to the tumor cells. Several weeks later, all animals showed a decrease in the extent of established metastasis, indicating a long-lasting effect of the short-term intervention. The absence of obvious synergism amongst the three treatments suggests that they all act via a common pathway. Thus, a major mechanism of heparin action in cancer may be inhibition of P-selectin-mediated platelet coating of tumor cells during the initial phase of the metastatic process. We therefore suggest that heparin use in cancer be re-explored, specifically during the time interval between initial visualization of a primary tumor until just after definitive surgical removal.

Role of immunoglobulin E and mast cells in murine models of asthma

Immunoglobulin E (IgE) and mast cells are believed to play important roles in allergic inflammation. However, their contributions to the pathogenesis of human asthma have not been clearly established. Significant progress has been made recently in our understanding of airway inflammation and airway hyperresponsiveness through studies of murine models of asthma and genetically engineered mice. Some of the studies have provided significant insights into the role of IgE and mast cells in the allergic airway response. In these models mice are immunized systemically with soluble protein antigens and then receive an antigen challenge through the airways. Bronchoalveolar lavage fluid from mice with allergic airway inflammation contains significant amounts of IgE. The IgE can capture the antigen presented to the airways and the immune complexes so formed can augment allergic airway response in a high-affinity IgE receptor (FcepsilonRI)-dependent manner. Previously, there were conflicting reports regarding the role of mast cells in murine models of asthma, based on studies of mast cell-deficient mice. More recent studies have suggested that the extent to which mast cells contribute to murine models of asthma depends on the experimental conditions employed to generate the airway response. This conclusion was further supported by studies using FcepsilonRI-deficient mice. Therefore, IgE-dependent activation of mast cells plays an important role in the development of allergic airway inflammation and airway hyperresponsiveness in mice under specific conditions. The murine models used should be of value for testing inhibitors of IgE or mast cells for the development of therapeutic agents for human asthma.

The role of IFN-gamma and IL-4 in gastric mucosa inflammation associated with Helicobacter heilmannii type 1 infection

Although Helicobacter heilmannii infection is less common than H. pylori infection in humans, it is considered to be of medical importance because of its association with gastritis, gastric ulcer, carcinoma, and mucosa-associated lymphoid tissue lymphoma of the stomach. However, there have been no studies evaluating the role of the Th cell response in H. heilmannii gastric infection. We evaluated the participation of pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokines, IFN-gamma and IL-4, in H. heilmannii gastric infection in genetically IFN-gamma- or IL-4-deficient mice. The serum IFN-gamma and IL-4 concentrations were determined by ELISA. The gastric polymorphonuclear infiltrate was higher (P = 0.007) in H. heilmannii-positive than in H. heilmannii-negative wild-type (WT) C57BL/6 mice, whereas no significant inflammation was demonstrable in the stomach of H. heilmannii-positive IFN-gamma-/- C57BL/6 mice. The degree of gastric inflammatory cells, especially in oxyntic mucosa, was also higher (P = 0.007) in infected IL-4-/- than in WT BALB/c mice. Serum IFN-gamma levels were significantly higher in IL-4-/- than in WT BALB/c mice, independently of H. heilmannii-positive or -negative status. Although no difference in serum IFN-gamma levels was seen between H. heilmannii-positive (11.3 ± 3.07 pg/mL, mean ± SD) and -negative (11.07 ± 3.5 pg/mL) WT BALB/c mice, in the group of IL-4-/- animals, the serum concentration of IFN-g was significantly higher in the infected ones (38.16 ± 10.5 pg/mL, P = 0.04). In contrast, serum IL-4 levels were significantly decreased in H. heilmannii-positive (N = 10) WT BALB/c animals compared to the negative (N = 10) animals. In conclusion, H. heilmannii infection induces a predominantly Th1 immune response, with IFN-gamma playing a central role in gastric inflammation.

Roles of mitogen-activated protein kinases and angiotensin II in renal development

Experimental and clinical evidence suggests that angiotensin II (AII) participates in renal development. Renal AII content is several-fold higher in newborn rats and mice than in adult animals. AII receptors are also expressed in higher amounts in the kidneys of newborn rats. The kidneys of fetuses whose mother received a type 1 AII receptor (AT1) antagonist during gestation present several morphological alterations. Mutations in genes that encode components of the renin-angiotensin system are associated with autosomal recessive renal tubular dysgenesis. Morphological changes were detected in the kidneys of 3-week-old angiotensin-deficient mice. Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) are important mediators that transduce extracellular stimuli to intracellular responses. The MAPK family comprises three major subgroups, namely extracellular signal-regulated protein kinase (ERK), c-jun N-terminal kinases (JNK), and p38 MAPK (p38). Important events in renal growth during nephrogenesis such as cellular proliferation and differentiation accompanied by apoptosis on a large scale can be mediated by MAPK pathways. A decrease in glomerulus number was observed in embryos cultured for 48 and 120 h with ERK or p38 inhibitors. Many effects of AII are mediated by MAPK pathways. Treatment with losartan during lactation provoked changes in renal function and structure associated with alterations in AT1 and type 2 AII (AT2) receptors and p-JNK and p-p38 expression in the kidney. Several studies have shown that AII and MAPKs play an important role in renal development. However, the relationship between the effects of AII and MAPK activation on renal development is still unclear.

Paradoxical effect of a pequi oil-rich diet on the development of atherosclerosis: balance between antioxidant and hyperlipidemic properties

Pequi is the fruit of Caryocar brasiliense and its oil has a high concentration of monounsaturated and saturated fatty acids, which are anti- and pro-atherogenic agents, respectively, and of carotenoids, which give it antioxidant properties. Our objective was to study the effect of the intake of a cholesterol-rich diet supplemented with pequi oil, compared to the same diet containing soybean oil, on atherosclerosis development, and oxidative stress in atherosclerosis-susceptible LDL receptor-deficient mice (LDLr-/-, C57BL/6-background). Female mice were fed a cholesterol-rich diet containing 7% soybean oil (Soybean group, N = 12) or 7% pequi oil (Pequi group, N = 12) for 6 weeks. The Pequi group presented a more atherogenic lipid profile and more advanced atherosclerotic lesions in the aortic root compared to the Soybean group. However, the Pequi group presented a less advanced lesion in the aorta than the Soybean group and showed lower lipid peroxidation (Soybean group: 50.2 ± 7.1; Pequi group: 30.0 ± 4.8 µmol MDA/mg protein) and anti-oxidized LDL autoantibodies (Soybean group: 35.7 ± 9.4; Pequi group: 15.6 ± 3.7 arbitrary units). Peritoneal macrophages from the Pequi group stimulated with zymosan showed a reduction in the release of reactive oxygen species compared to the Soybean group. Our data suggest that a pequi oil-rich diet slows atherogenesis in the initial stages, possibly due to its antioxidant activity. However, the increase of serum cholesterol induces a more prominent LDL migration toward the intimae of arteries, increasing the advanced atherosclerotic plaque. In conclusion, pequi oil associated with an atherogenic diet worsens the lipid profile and accelerates the formation of advanced atherosclerotic lesions despite its antioxidant action.

Prolonged acceptance of skin grafts induced by B cells places regulatory T cells on the histopathology scene

The participation of regulatory T (Treg) cells in B cell-induced T cell tolerance has been claimed in different models. In skin grafts, naive B cells were shown to induce graft tolerance. However, neither the contribution of Treg cells to B cell-induced skin tolerance nor their contribution to the histopathological diagnosis of graft acceptance has been addressed. Here, using male C57BL/6 naive B cells to tolerize female animals, we show that skin graft tolerance is dependent on CD25+ Treg cell activity and independent of B cell-derived IL-10. In fact, B cells from IL-10-deficient mice were able to induce skin graft tolerance while Treg depletion of the host inhibited 100% graft survival. We questioned how Treg cell-mediated tolerance would impact on histopathology. B cell-tolerized skin grafts showed pathological scores as high as a rejected skin from naive, non-tolerized mice due to loss of skin appendages, reduced keratinization and mononuclear cell infiltrate. However, in tolerized mice, 40% of graft infiltrating CD4+ cells were FoxP3+ Treg cells with a high Treg:Teff (effector T cell) ratio (6:1) as compared to non-tolerized mice where Tregs comprise less than 8% of total infiltrating CD4 cells with a Treg:Teff ratio below 1:1. These results render Treg cells an obligatory target for histopathological studies on tissue rejection that may help to diagnose and predict the outcome of a transplanted organ.

Étude de la fonction ovarienne chez les souris déficientes des enzymes hyaluronidases

Les mammifères femelles naissent avec un très grand nombre de follicules ovariens primordiaux (104-106); par contre, la grande majorité (99%) de ces follicules n’atteignent jamais la maturité et subissent l’atrésie, principalement par l’apoptose des cellules de la granulosa. Notre laboratoire a démontré que les hyaluronidases des mammifères induisent l’apoptose des cellules de la granulosa et sont impliquées dans l’atrésie des follicules mais que cet effet apoptotique ne serait pas dû à leur activité enzymatique. Notre modèle propose que les hyaluronidases aient un rôle dans les follicules non destinés à ovuler. Le but de la présente étude est d’évaluer la folliculogénèse et la fertilité des souris déficientes de ces enzymes. Les résultats montrent que la délétion de Hyal-3 ne semble pas affecter la fonction ovarienne des souris mais qu’il pourrait y avoir un effet compensatoire par Hyal-1 chez les souris déficientes de Hyal-3 étant donné que son expression est augmentée chez ces souris. La délétion de Hyal-1 a pour effet d’augmenter le nombre des follicules primordiaux, primaires et secondaires, particulièrement chez les souris de bas âge, et de diminuer le niveau d’apoptose des cellules de la granulosa. Afin d’évaluer la fonction de Hyal-1, -2 et -3 sans effet compensatoire entre elles, nous avons voulu créer une souris déficiente des ces 3 hyaluronidases spécifiquement dans les gonades en utilisant le système Cre/loxP. Un vecteur contenant la séquence Cre sous le contrôle du promoteur de Inhibin-α, qui conduit l’expression des gènes en aval chez les cellules somatiques des gonades, a été construit avec succès. En conclusion, cette étude nous révèle que Hyal-3 ne semble pas affecter la fonction ovarienne mais que la délétion de Hyal-1 augmente la folliculogénèse et diminue l’apoptose des cellules de la granulosa.

Rôle des Cellules Endothéliales Progénitrices dans la Régulation de la Fonction Plaquettaire

Les Cellules Endothéliales Progénitrices ("Endothelial Progenitor Cells", EPCs) sont des précurseurs endothéliaux qui jouent un rôle émergeant en biologie vasculaire. Les EPCs ont été localisées dans le cordon ombilical, la moelle osseuse, le sang périphérique et dans certains tissus régénérateurs. Les interactions des EPCs avec les cellules sanguines et vasculaires peuvent largement influencer leurs propriétés biologiques et dicter leur fonctionnement pendant la réparation endothéliale. Plus spécifiquement, les interactions des EPCs avec les plaquettes circulantes induisent leur migration, leur recrutement et leur différentiation en cellules endothéliales aux sites de lésions vasculaires. Cependant, l’impact d’une telle interaction sur la fonction plaquettaire n’a pas été recherché. Le but de mon projet était de :1) générer des EPCs à partir des cellules mononucléaires du sang humain périphérique ("Peripheral Blood Mononuclear Cells", PBMCs); 2) étudier les interactions adhésives entre les EPCs et les plaquettes; 3) déterminer leur impact sur la fonction plaquettaire et la formation du thrombus et 4) décrire le mécanisme d’action des EPCs sur les plaquettes et le thrombus. Mises en culture sur une surface de fibronectine dans un milieu conditionné, les PBMCs fraîchement isolées possédaient une morphologie ronde et une petite taille. Après cinq jours, les PBMCs adhérentes donnaient naissance à des colonies, puis formaient une monocouche de cellules aplaties caractéristiques des EPCs après dix jours de culture. Les EPCs différenciées étaient positives pour l’Ulex-lectine et l’Acétyle des lipoprotéines de faible densité ("Acetylated Low Density Lipoprotein", Ac-LDL), exprimaient les marqueurs progéniteurs (CD34, P-sélectine, VEGFR2, vWF et VE-Cadhérine) tandis que les marqueurs leucocytaires (CD14, PSGL-1 et L-sélectine) étaient absents. Ces EPCs interagissaient avec les plaquettes activées par un mécanisme dépendant de la P-sélectine plaquettaire, inhibaient l’activation et l’agrégation plaquettaire et réduisaient significativement l’adhésion plaquettaire, principalement par l’action de prostacycline (PGI2). En fait, ceci était associé avec une augmentation de l’expression de la cyclooxygénase-2 (COX-2) et du monoxyde d’azote (NO) synthéthase inductible (iNOS). Toutefois, les effets inhibiteurs des EPCs sur la fonction plaquettaire ont été renversés par une inhibition de la COX et non pas du NO. Bien que les EPCs fussent en mesure de lier les plaquettes via la P-sélectine, leurs effets prédominants étaient médiés essentiellement par une sécrétion paracrine, impliquant la PGI2. Néanmoins, un rapprochement étroit ou un bref contact entre les EPCs et les plaquettes était requis pour que cette fonction soit complètement réalisée. D’ailleurs, cet aspect a été investigué chez des souris déficientes en P-sélectine (P-sel-/-) et chez leurs congénères de phénotype sauvage (Wild Type, WT). Chez les souris WT, les EPCs inhibaient l’agrégation plaquettaire dans le sang complet de manière concentration-dépendante alors que dans les souris P-sel-/-, l’action des EPCs n’avait pas d’effet significatif. De plus, en utilisant un modèle murin de thrombose artérielle, nous avons démontré que l’infusion systémique des EPCs altéraient la formation du thrombus et réduisaient significativement sa masse chez les souris WT, mais non pas chez les souris P-sel-/-. En outre, le nombre des EPCs incorporées au niveau du thrombus et de la paroi vasculaire était visiblement réduit chez les P-sel-/- par rapport aux souris WT. Dans cette étude, nous sommes parvenus à différentier adéquatement des EPCs à partir des PBMCs, nous avons étudié les interactions adhésives entre les EPCs et les plaquettes, et nous avons décrit leur impact sur la fonction plaquettaire et la formation du thrombus. De plus, nous avons identifié la PGI2 comme étant le principal facteur soluble sécrété par les EPCs en culture et responsable de leurs effets inhibiteurs sur l’activation, l’adhésion et l’agrégation plaquettaire in vitro. De surcroît, nous avons élucidé le mécanisme d’action des EPCs sur l’agrégation plaquettaire et la formation du thrombus, in vivo, et nous avons souligné le rôle de la P-sélectine plaquettaire dans ce processus. Ces résultats ajoutent de nouvelles connaissances sur la biologie des EPCs et définissent leur rôle potentiel dans la régulation de la fonction plaquettaire et la thrombogenèse.

Dissection du programme développemental du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus.

Une cascade de facteurs de transcription composée de SIM1, ARNT2, OTP, BRN2 et SIM2 est requise pour la différenciation des cinq types cellulaires qui peuplent le noyau paraventriculaire (PVN) de l’hypothalamus, un régulateur critique de plusieurs processus physiologiques essentiels à la survie. De plus, l’haploinsuffisance de Sim1 est aussi une cause d’hyperphagie isolée chez la souris et chez l’homme. Nous désirons disséquer le programme développemental du PVN, via une approche intégrative, afin d’identifier de nouveaux gènes qui ont le potentiel de réguler l’homéostasie chez l’individu adulte. Premièrement, nous avons utilisé une approche incluant l’analyse du transcriptome du PVN à différents stades du développement de la souris pour identifier de tels gènes. Nous avons comparé les transcriptomes de l’hypothalamus antérieur chez des embryons de souris Sim1+/+ et Sim1-/- à E12.5 issus de la même portée. De cette manière, nous avons identifié 56 gènes agissant en aval de Sim1 dont 5 facteurs de transcription - Irx3, Sax1, Rxrg, Ror et Neurod6. Nous avons également proposé un modèle de développement à deux couches de l’hypothalamus antérieur. Selon ce modèle, les gènes qui occupent un domaine médial dans la zone du manteau caractérisent des cellules qui peupleront le PVN alors que les gènes qui ont une expression latérale identifient des cellules qui donneront plus tard naissance aux structures ventrolatérales de l’hypothalamus. Nous avons aussi démontré que Sim1 est impliqué à la fois dans la différenciation, la migration et la prolifération des neurones qui peuplent le PVN tout comme Otp. Nous avons également isolé par microdissection au laser le PVN et l’hypothalamus médiobasal chez des souris de type sauvage à E14.5 pour en comparer les transcriptomes. Ceci nous a permis d’identifier 34 facteurs de transcription spécifiques au PVN et 76 facteurs spécifiques à l’hypothalamus médiobasal. Ces gènes représentent des régulateurs potentiels du développement hypothalamique. Deuxièmement, nous avons identifié 3 blocs de séquences au sein de la région 5’ d’Otp qui sont conservés chez l’homme, la souris et le poisson. Nous avons construit un transgène qui est composé d’un fragment de 7 kb contenant ces blocs de séquences et d’un gène rapporteur. L’analyse de 4 lignées de souris a montré que ce transgène est uniquement exprimé dans le PVN en développement. Nous avons généré un deuxième transgène dans lequel le fragment de 7 kb est inséré en amont de l’ADNc de Brn2 ou Sim1 et de Gfp. Nous avons obtenu quatre lignées de souris dans lesquels le profil d’expression de Brn2 et de Gfp reproduit celui d’Otp. Nous étudierons le développement du PVN et la prise alimentaire chez ces souris. En parallèle, nous croisons ces lignées avec les souris déficientes en Sim1 pour déterminer si l’expression de Brn2 permet le développement des cellules du PVN en absence de Sim1. En résumé, nous avons généré le premier transgène qui est exprimé spécifiquement dans le PVN. Ce transgène constitue un outil critique pour la dissection du programme développemental de l’hypothalamus. Troisièmement, nous avons caractérisé le développement de l’hypothalamus antérieur chez l’embryon de poulet qui représente un modèle intéressant pour réaliser des études de perte et de gain de fonction au cours du développement de cette structure. Il faut souligner que le modèle de développement à deux couches de l’hypothalamus antérieur semble être conservé chez l’embryon de poulet où il est aussi possible de classer les gènes selon leur profil d’expression médio-latéral et le devenir des régions qu’ils définissent. Finalement, nous croyons que cette approche intégrative nous permettra d’identifier et de caractériser des régulateurs du développement du PVN qui pourront potentiellement être associés à des pathologies chez l’adulte telles que l’obésité ou l’hypertension.

Étude du rôle de la MAP Kinase non-conventionnelle ERK3 dans le développement thymique et l'activation des lymphocytes T

Les voies de signalisation des MAP kinases (MAPK) conventionnelles jouent des rôles essentiels pendant le développement des lymphocytes T (LT) ainsi que lors de leur activation suite à la reconnaissance antigénique. En raison de ses différences structurelles ainsi que de son mode de régulation, ERK3 fait partie des MAPK dites non-conventionnelles. Encore aujourd’hui, les événements menant à l’activation de ERK3, ses substrats ou partenaires ainsi que sa fonction physiologique demeurent peu caractérisés. Nous avons entrepris dans cette thèse d’étudier le rôle de ERK3 lors du développement et de l’activation des LT en utilisant un modèle de souris déficient pour l’expression de ERK3. Nous avons premièrement établi que ERK3 est exprimée chez les thymocytes. Ensuite, nous avons évalué le développement thymique chez la souris ERK3-déficiente et nous avons observé une diminution significative de la cellularité aux étapes DN1, DP et SP CD4+ du développement des LT. La création de chimères hématopoïétiques ERK3-déficientes nous a permis de démontrer que la diminution du nombre de cellules observée aux étapes DN1 et DP est autonome aux thymocytes alors que le phénotype observé à l’étape SP CD4+ est dépendant de l’abolition simultanée de ERK3 dans l’épithélium thymique et dans les thymocytes. Une étude plus approfondie de l’étape DP nous a permis de démontrer qu’en absence de ERK3, les cellules DP meurent plus abondamment et accumulent des cassures doubles brins (DSB) dans leur ADN. De plus, nous avons démontré que ces cassures dans l’ADN sont réalisées par les enzymes RAG et qu’en absence de ces dernières, la cellularité thymique est presque rétablie chez la souris ERK3-déficiente. Ces résultats suggèrent que ERK3 est impliquée dans un mécanisme essentiel à la régulation des DSB pendant le réarrangement V(D)J de la chaîne  du récepteur des cellules T (RCT). Dans le deuxième article présenté dans cette thèse, nous avons montré que ERK3 est exprimé chez les LT périphériques, mais seulement suite à leur activation via le RCT. Une fois activés in vitro les LT ERK3-déficients présentent une diminution marquée de leur prolifération et dans la production de cytokines. De plus, les LT ERK3-déficients survivent de façon équivalente aux LT normaux, mais étonnamment, ils expriment des niveaux plus faibles de la molécule anti-apoptotique Bcl-2. Ces résultats suggèrent que la prolifération réduite des LT ERK3-déficients est la conséquence d’une altération majeure de leur activation. Ainsi, nos résultats établissent que ERK3 est une MAPK qui joue des rôles essentiels et uniques dans le développement thymique et dans l’activation des lymphocytes T périphériques. Grâce à ces travaux, nous attribuons pour la toute première fois une fonction in vivo pour ERK3 au cours de deux différentes étapes de la vie d’un LT.

Prédiction des impacts pharmacocinétiques des interactions médicamenteuses impliquant des CYP3A et les glycoprotéines-P : développement de modèles physiologiques et analyse de sensibilité

Les propriétés pharmacocinétiques d’un nouveau médicament et les risques d’interactions médicamenteuses doivent être investigués très tôt dans le processus de recherche et développement. L’objectif principal de cette thèse était de concevoir des approches prédictives de modélisation du devenir du médicament dans l’organisme en présence et en absence de modulation d’activité métabolique et de transport. Le premier volet de recherche consistait à intégrer dans un modèle pharmacocinétique à base physiologique (PBPK), le transport d’efflux membranaire gouverné par les glycoprotéines-P (P-gp) dans le cœur et le cerveau. Cette approche, basée sur des extrapolations in vitro-in vivo, a permis de prédire la distribution tissulaire de la dompéridone chez des souris normales et des souris déficientes pour les gènes codant pour la P-gp. Le modèle a confirmé le rôle protecteur des P-gp au niveau cérébral, et a suggéré un rôle négligeable des P-gp dans la distribution tissulaire cardiaque pour la dompéridone. Le deuxième volet de cette recherche était de procéder à l’analyse de sensibilité globale (ASG) du modèle PBPK précédemment développé, afin d’identifier les paramètres importants impliqués dans la variabilité des prédictions, tout en tenant compte des corrélations entre les paramètres physiologiques. Les paramètres importants ont été identifiés et étaient principalement les paramètres limitants des mécanismes de transport à travers la membrane capillaire. Le dernier volet du projet doctoral consistait à développer un modèle PBPK apte à prédire les profils plasmatiques et paramètres pharmacocinétiques de substrats de CYP3A administrés par voie orale à des volontaires sains, et de quantifier l’impact d’interactions médicamenteuses métaboliques (IMM) sur la pharmacocinétique de ces substrats. Les prédictions des profils plasmatiques et des paramètres pharmacocinétiques des substrats des CYP3A ont été très comparables à ceux mesurés lors d’études cliniques. Quelques écarts ont été observés entre les prédictions et les profils plasmatiques cliniques mesurés lors d’IMM. Cependant, l’impact de ces inhibitions sur les paramètres pharmacocinétiques des substrats étudiés et l’effet inhibiteur des furanocoumarins contenus dans le jus de pamplemousse ont été prédits dans un intervalle d’erreur très acceptable. Ces travaux ont contribué à démontrer la capacité des modèles PBPK à prédire les impacts pharmacocinétiques des interactions médicamenteuses avec une précision acceptable et prometteuse.

Étude de l’implication de MK2 dans la réponse vasculaire à l’endothéline-1

L’endothéline-1 (ET-1) est un puissant agent vasoconstricteur dont la production est dérégulée dans plusieurs maladies inflammatoires où l’expression des cyclooxygénases-1/2 (COX-1/2) est augmentée. Puisqu’il est connu que la voie p38 MAPK est impliquée dans la régulation de l’ET-1 au niveau de l’ARNm, nous avons étudié le rôle de l’un de ses substrats, la kinase MK2 dans la régulation post-transcriptionnelle de l’ET-1 et des COX. Pour ce faire, nous avons utilisé des souris MK2-déficientes (MK2-/-) ainsi que des contrôles (MK2+/+) issus de la même portée. Des paramètres de la fonction cardiaque ont été mesurés sous anesthésie à l’aide d’un cathéter Millar et la réactivité vasculaire de l’artère fémorale a été mesurée par myographe. L’expression de ET-1, COX-1 et COX-2 a été quantifiée dans la cellule endothéliale aortique (CE) par qPCR. En réponse à l’ET-1 (100 nM), l’expression de la préproET-1 dans les CE augmente en fonction du temps (p<0.05) : cette variation est accentuée chez les souris MK2-/-. Bien que la pression artérielle soit similaire entre les souris MK2+/+ et MK2-/-, l’inhibition de COX (indométacine, 1 μM) augmente (p<0.05) la contraction à l’ET-1 des vaisseaux isolés provenant de souris MK2+/+ mais pas des MK2-/-. Ces données suggèrent un rôle de MK2 dans la réponse vasculaire à l’ET-1 et possiblement dans la signalisation post-récepteur de l’ET-1 en général.