Level of G protein-coupled receptor kinase-2 determines myocardial ischemia/reperfusion injury via pro- and anti-apoptotic mechanisms

Activation of prosurvival kinases and subsequent nitric oxide (NO) production by certain G protein-coupled receptors (GPCRs) protects myocardium in ischemia/reperfusion injury (I/R) models. GPCR signaling pathways are regulated by GPCR kinases (GRKs), and GRK2 has been shown to be a critical molecule in normal and pathological cardiac function.

GPR87 is an overexpressed G-protein coupled receptor in squamous cell carcinoma of the lung

Lung cancer is the leading cause of cancer death worldwide. The overall 5-year survival after therapy is about 16% and there is a clear need for better treatment options, such as therapies targeting specific molecular structures. G-protein coupled receptors (GPCRs), as the largest family of cell surface receptors, represent an important group of potential targets for diagnostics and therapy. We therefore used laser capture microdissection and GPCR-focused Affymetrix microarrays to examine the expression of 929 GPCR transcripts in tissue samples of 10 patients with squamous cell carcinoma and 7 with adenocarcinoma in order to identify novel targets in non-small cell lung carcinoma (NSCLC). The relative gene expression levels were calculated in tumour samples compared to samples of the neighbouring alveolar tissue in every patient. Based on this unique study design, we identified 5 significantly overexpressed GPCRs in squamous cell carcinoma, in the following decreasing order of expression: GPR87 > CMKOR1 > FZD10 > LGR4 > P2RY11. All are non-olfactory and GRAFS (glutamate, rhodopsin, adhesion, frizzled/taste2, secretin family) classified. GPR87, LGR4 and CMKOR1 are orphan receptors. GPR87 stands out as a candidate for further target validation due to its marked overexpression and correlation on a mutation-based level to squamous cell carcinoma.

Les immigrants juifs et le judaisme aux états-unis

par Anatole Leroy-Beaulieu

Catalogue d'une collection Anconienne dont la plus grande partie dérive de la bibliothèque appartenant aux célèbres C. J. D. Azulai et son fils Rafael

mise en vente par Samuel Schönblum

Supplément aux catalogues des manuscrits hébreux et samaritains de la Bibliothèque Impériale : (Paris 1866)

par M. Steinschneider

Ligand-stimulated internalization of a Dictyostelium discoideum G protein-coupled cAMP receptor

The social amoeba, Dictyostelium discoideum, undergoes a remarkable starvation-induced program of development that transforms a population of unicellular amoebae into a fruiting body composed of resistant spores suspended on a stalk. During this development, secreted cAMP drives chemotaxis of the amoebae, leading to their aggregation, and subsequent differentiation and morphogenesis. Four sequentially expressed G protein-coupled receptors (GPCRs) for cAMP play critical roles in this process. The first of these, cAR1, is essential for aggregation as it mediates chemotaxis as well as the propagation of secreted cAMP waves throughout aggregating populations. Ligand-induced internalization has been shown to regulate a variety of GPCRs. However, little was known at the outset of this study about the role of internalization in the regulation of cAR1 function or, for that matter, in developmental systems in general. For this study, cAMP-induced cAR1 internalization was assessed by measuring (1) the reduction of cell surface binding sites for [ 3H]cAMP and (2) the redistribution of YFP-tagged receptors to the cell's interior, cAMP was found to induce little or no loss of ligand binding (LLB) in vegetative cells. However, the ability to induce LLB increased progressively over the initial 6 hrs of development, reaching ∼70% in cells undergoing aggregation. Despite these reductions in surface binding, detectable cAR1-YFP redistribution could be induced by cAMP only after the cells reached the mound stage (10 hrs) and was found to occur naturally by the ensuing slug stage (18 hrs). Site-directed substitution of a cluster of 5 serines in the receptor's cytoplasmic tail that was previously shown to be the principal site of cAMP-induced cAR1 phosphorylation impaired both LLB and receptor redistribution and furthermore resulted in mound-stage developmental arrest, suggesting that phosphorylation of cAR1 is a prerequisite for its internalization and that cAR1 internalization is required for post-aggregative development. To assess the involvement of clathrin mediated endocytosis, Dictyostelium cells lacking the clathrin light chain gene (clc-) or either of two dynamin genes were examined and found to be defective in LLB and, in the case of clc- cells, also cAR1 redistribution and turnover. Furthermore, cAR1 overexpression in clc- cells (like the serine mutant in wild-type cells) promoted developmental arrest in mounds. The mound-arrest phenotype was also recapitulated in a wild-type background by the specific expression of cAR1 in prestalk cells (but not prespore cells), suggesting that development depends critically on internalization and clearance of cAR1 from these cells. Persistent cAR1 expression following aggregation was found to be associated with aberrant expression of prestalk and prespore genes, which may adversely affect development in the prestalk cell lineage. The PI3 kinase-TORC2 signal transduction pathway, known to be important for Dictyostelium chemotaxis and internalization of yeast pheromone receptors, was examined using chemical inhibitors and null cells and found to be necessary for cAR1 internalization. In conclusion, cAR1 was shown to be similar to other GPCRs in that its internalization depends on phosphorylation of cytoplasmic domain serines, utilizes clathrin and dynamin, and involves the TORC2 complex. In addition, the findings presented here that cAR1 internalization is both developmentally regulated and required for normal development represent a novel regulatory paradigm that might pertain to other GPCRs known to play important roles in the development of humans and other metazoans. ^

Identification of a conserved cluster in the RH domain of GRK critical for activation by GPCRs

One of the most critical aspects of G Protein Coupled Receptors (GPCRs) regulation is their rapid and acute desensitization following agonist stimulation. Phosphorylation of these receptors by GPCR kinases (GRK) is a major mechanism of desensitization. Considerable evidence from studies of rhodopsin kinase and GRK2 suggests there is an allosteric docking site for the receptor distinct from the GRK catalytic site. While the agonist-activated GPCR appears crucial for GRK activation, the molecular details of this interaction remain unclear. Recent studies suggested an important role for the N- and C-termini and domains in the small lobe of the kinase domain in allosteric activation; however, neither the mechanism of action of that site nor the RH domain contributions have been elucidated. To search for the allosteric site, we first indentified evolutionarily conserved sites within the RH and kinase domains presumably deterministic of protein function employing evolutionary trace (ET) methodology and crystal structures of GRK6. Focusing on a conserved cluster centered on helices 3, 9, and 10 in the RH domain, key residues of GRK5 and 6 were targeted for mutagenesis and functional assays. We found that a number of double mutations within helices 3, 9, and 10 and the N-terminus markedly reduced (50–90%) the constitutive phosphorylation of the β-2 Adrenergic Receptor (β2AR) in intact cells and phosphorylation of light-activated rhodopsin (Rho*) in vitro as compared to wild type (WT) GRK5 or 6. Based on these results, we designed peptide mimetics of GRK5 helix 9 both computationally and through chemical modifications with the goal of both confirming the importance of helix 9 and developing a useful inhibitor to disrupt the GPCR-GRK interaction. Several peptides were found to block Rho* phosphorylation by GRK5 including the native helix 9 sequence, Peptide Builder designed-peptide preserving only the key ET residues, and chemically locked helices. Most peptidomimetics showed inhibition of GRK5 activity greater than 80 % with an IC50 of ∼ 30 µM. Alanine scanning of helix 9 has further revealed both essential and non-essential residues for inhibition. Importantly, substitution of Arg 169 by an alanine in the native helix 9-based peptide gave an almost complete inhibition at 30 µM with an IC50 of ∼ 10 µM. In summary we report a previously unrecognized crucial role for the RH domain of GRK5 and 6, and the subsequent identification of a lead peptide inhibitor of protein-protein interaction with potential for specific blockade of GPCR desensitization. ^

Mechanisms Governing the Activation and Trafficking of Yeast G Protein-coupled Receptors

We have addressed the mechanisms governing the activation and trafficking of G protein-coupled receptors (GPCRs) by analyzing constitutively active mating pheromone receptors (Ste2p and Ste3p) of the yeast Saccharomyces cerevisiae. Substitution of the highly conserved proline residue in transmembrane segment VI of these receptors causes constitutive signaling. This proline residue may facilitate folding of GPCRs into native, inactive conformations, and/or mediate agonist-induced structural changes leading to G protein activation. Constitutive signaling by mutant receptors is suppressed upon coexpression with wild-type, but not G protein coupling-defective, receptors. Wild-type receptors may therefore sequester a limiting pool of G proteins; this apparent “precoupling” of receptors and G proteins could facilitate signal production at sites where cell surface projections form during mating partner discrimination. Finally, rather than being expressed mainly at the cell surface, constitutively active pheromone receptors accumulate in post-endoplasmic reticulum compartments. This is in contrast to other defective membrane proteins, which apparently are targeted by default to the vacuole. We suggest that the quality-control mechanism that retains receptors in post-endoplasmic reticulum compartments may normally allow wild-type receptors to fold into their native, fully inactive conformations before reaching the cell surface. This may ensure that receptors do not trigger a response in the absence of agonist.

Role of endocytosis in the activation of the extracellular signal-regulated kinase cascade by sequestering and nonsequestering G protein-coupled receptors

Acting through a number of distinct pathways, many G protein-coupled receptors (GPCRs) activate the extracellular signal-regulated kinase (ERK)/mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade. Recently, it has been shown that in some cases, clathrin-mediated endocytosis is required for GPCR activation of the ERK/MAPK cascade, whereas in others it is not. Accordingly, we compared ERK activation mediated by a GPCR that does not undergo agonist-stimulated endocytosis, the α2A adrenergic receptor (α2A AR), with ERK activation mediated by the β2 adrenergic receptor (β2 AR), which is endocytosed. Surprisingly, we found that in COS-7 cells, ERK activation by the α2A AR, like that mediated by both the β2 AR and the epidermal growth factor receptor (EGFR), is sensitive to mechanistically distinct inhibitors of clathrin-mediated endocytosis, including monodansylcadaverine, a mutant dynamin I, and a mutant β-arrestin 1. Moreover, we determined that, as has been shown for many other GPCRs, both α2A and β2 AR-mediated ERK activation involves transactivation of the EGFR. Using confocal immunofluorescence microscopy, we found that stimulation of the β2 AR, the α2A AR, or the EGFR each results in internalization of a green fluorescent protein-tagged EGFR. Although β2 AR stimulation leads to redistribution of both the β2 AR and EGFR, activation of the α2A AR leads to redistribution of the EGFR but the α2A AR remains on the plasma membrane. These findings separate GPCR endocytosis from the requirement for clathrin-mediated endocytosis in EGFR transactivation-mediated ERK activation and suggest that it is the receptor tyrosine kinase or another downstream effector that must engage the endocytic machinery.

Agonist-induced conformational changes in the G-protein-coupling domain of the β2 adrenergic receptor

The majority of extracellular physiologic signaling molecules act by stimulating GTP-binding protein (G-protein)-coupled receptors (GPCRs). To monitor directly the formation of the active state of a prototypical GPCR, we devised a method to site specifically attach fluorescein to an endogenous cysteine (Cys-265) at the cytoplasmic end of transmembrane 6 (TM6) of the β2 adrenergic receptor (β2AR), adjacent to the G-protein-coupling domain. We demonstrate that this tag reports agonist-induced conformational changes in the receptor, with agonists causing a decline in the fluorescence intensity of fluorescein-β2AR that is proportional to the biological efficacy of the agonist. We also find that agonists alter the interaction between the fluorescein at Cys-265 and fluorescence-quenching reagents localized to different molecular environments of the receptor. These observations are consistent with a rotation and/or tilting of TM6 on agonist activation. Our studies, when compared with studies of activation in rhodopsin, indicate a general mechanism for GPCR activation; however, a notable difference is the relatively slow kinetics of the conformational changes in the β2AR, which may reflect the different energetics of activation by diffusible ligands.

Étude du polymorphisme rs3846662 de l’HMGCR dans le cerveau et le système périphérique

Dans cette thèse, l’impact du polymorphisme rs3846662 sur l’épissage alternatif de la 3-hydroxy-3-méthylglutaryl coenzyme A réductase (HMGCR) a été investigué in vivo, chez des patients atteints d’hypercholestérolémie familiale (HF) ou de maladie d’Alzheimer (MA). Le premier manuscrit adresse la problématique de la normalisation de la quantification relative des ARNm par PCR quantitative. Les découvertes présentées dans ce manuscrit nous ont permis de déterminer avec un haut niveau de confiance les gènes de référence à utiliser pour la quantification relative des niveaux d’ARNm de l’HMGCR dans des échantillons de sang (troisième manuscrit) et de tissus cérébraux post-mortem (quatrième manuscrit). Dans le deuxième manuscrit, nous démontrons grâce à l’emploi de trois cohortes de patients distinctes, soit la population canadienne française du Québec et les deux populations nord américaines « Alzheimer’s Disease Cooperative Study (ADCS) » et « Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) », que le génotype AA au locus rs3846662 confère à ces porteurs une protection considérable contre la MA. Les femmes porteuses de ce génotype voient leur risque de MA diminuer de près de 50% et l’âge d’apparition de leurs premiers symptômes retarder de 3.6 ans. Les porteurs de l’allèle à risque APOE4 voient pour leur part leurs niveaux de plaques séniles et dégénérescences neurofibrillaires diminuer significativement en présence du génotype AA. Enfin, les individus atteints de déficit cognitif léger et porteurs à la fois de l’allèle APOE4 et du génotype protecteur AA voient leur risque de convertir vers la MA chuter de 76 à 27%. Dans le troisième manuscrit, nous constatons que les individus atteints d’HF et porteurs du génotype AA ont, contrairement au modèle établi chez les gens normaux, des niveaux plus élevés de cholestérol total et de LDL-C avant traitement comparativement aux porteurs de l’allèle G. Le fait que cette association n’est observée que chez les non porteurs de l’APOE4 et que les femmes porteuses du génotype AA présentent à la fois une augmentation des niveaux d’ARNm totaux et une résistance aux traitements par statines, nous indique que ce génotype influencerait non seulement l’épissage alternatif, mais également la transcription de l’HMGCR. Comme une revue exhaustive de la littérature ne révèle aucune étude abondant dans ce sens, nos résultats suggèrent l’existence de joueurs encore inconnus qui viennent influencer la relation entre le génotype AA, l’épissage alternatif et les niveaux d’ARNm de l’HMGCR. Dans le quatrième manuscrit, l’absence d’associations entre le génotype AA et les niveaux d’ARNm Δ13 ou de protéines HMGCR nous suggère fortement que ce polymorphisme est non fonctionnel dans le SNC affecté par la MA. Une étude approfondie de la littérature nous a permis d’étayer cette hypothèse puisque les niveaux de HNRNPA1, la ribonucléoprotéine influencée par l’allèle au locus rs3846662, sont considérablement réduits dans la MA et le vieillissement. Il est donc proposé que les effets protecteurs contre la MA associés au génotype AA soient le résultat d’une action indirecte sur le processus physiopathologique.

Modulation allostérique du récepteur FP dans le cancer colorectal

Les prostaglandines modulent d’importants rôles physiologiques. Elles sont aussi impliquées dans le développement d’une variété de conditions pathologiques telles l’inflammation, la douleur et le cancer. La prostaglandine PGF2α et son récepteur (récepteur FP) se trouvent impliqué dans la modulation de nombreuses pathologies tels lors de l’accouchement préterme et le cancer colorectal. Récemment, nous avons fait partie d’un groupe de recherche ayant développé des modulateurs allostériques du récepteur FP. Dans une première étude, l’action du PGF2α sur le déclenchement des contractions myométriales a été évaluée, car peu d’information est connue sur la signalisation de cette prostaglandine lors de l’accouchement. Ainsi, nous avons utilisé un peptidomimétique de la deuxième boucle extracellulaire, dénommée PDC113.824. Nos résultats ont démontré que le PDC113.824 permettait de retarder la mise bas chez des souris gestantes, mais agissait de manière différente sur les multiples voies de signalisation de la PGF2α. Ainsi, le PDC113.824 inhibait la voie RhoA-ROCK, dépendante de l’activation de la protéine Gα12 par le. Les protéines RhoA-ROCK sont des acteurs clés dans le remodelage du cytosquelette d’actine et des contractions myométriales lors de l’accouchement. De plus, le PDC113.824 en présence de PGF2α agit comme un modulateur positif sur la voie dépendante de l’activation de la protéine Gαq. Le PDC113.824 serait donc un modulateur allostérique non compétitif possédant des actions à la fois de modulateurs positifs et négatifs sur la signalisation du récepteur FP Dans une seconde étude, des analogues du PDC113.824 ont été conçus et analysés dans un second modèle pathologique, le cancer colorectal. Ce cancer possède de hauts niveaux de récepteur FP. Nous avons donc étudié le rôle du récepteur FP dans le développement et la progression du cancer colorectal et l’effet de modulateurs allostériques. Il est généralement accepté que dans le cancer colorectal, la prostaglandine PGE2 permet la croissance et l’invasion tumorale, ainsi que l’angiogenèse. Toutefois, peu d’informations sont connues sur le rôle du PGF2α dans le cancer colorectal. C’est dans ce contexte que nous avons décidé d’examiner la contribution de ce récepteur dans la progression du cancer colorectal et cherché à déterminer si la modulation des fonctions du récepteur FP a un impact sur la croissance de tumeurs colorectales. Nos recherches ont révélé que l’activation du récepteur FP permet la migration et la prolifération de plusieurs lignées cellulaires humaines et murines d’adénocarcinomes colorectaux. Dans ce contexte, nos expériences ont démontré que la migration des cellules cancéreuses était dépendante de l’activation de la voie Rho. Nos résultats démontrent qu’en effet, l’activation de RhoA, une petite GTPase clé de la voie Gα12, est inhibée de façon sélective par nos composés. De plus, nos molécules allostériques sont également efficaces pour inhiber la voie de signalisation de la ß-caténine, une protéine impliquée dans la genèse du cancer colorectal. In vivo, le traitement de souris avec un des ces modulateurs a permis une inhibition effective de la croissance tumorale. Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent donc que les modulateurs allostériques des récepteurs FP pourraient constituer une nouvelle classe de médicaments utilisés pour le traitement du cancer colorectal.

Co-encapsulation of enzymes and antibodies for chemical deactivation of pathogens on paper

Le papier bioactif est obtenu par la modification de substrat du papier avec des biomolécules et des réactifs. Ce type de papier est utilisé dans le développement de nouveaux biocapteurs qui sont portables, jetables et économiques visant à capturer, détecter et dans certains cas, désactiver les agents pathogènes. Généralement les papiers bioactifs sont fabriqués par l’incorporation de biomolécules telles que les enzymes et les anticorps sur la surface du papier. L’immobilisation de ces biomolécules sur les surfaces solides est largement utilisée pour différentes applications de diagnostic comme dans immunocapteurs et immunoessais mais en raison de la nature sensible des enzymes, leur intégration au papier à grande échelle a rencontré plusieurs difficultés surtout dans les conditions industrielles. Pendant ce temps, les microcapsules sont une plate-forme intéressante pour l’immobilisation des enzymes et aussi assez efficace pour permettre à la fonctionnalisation du papier à grande échelle car le papier peut être facilement recouvert avec une couche de telles microcapsules. Dans cette étude, nous avons développé une plate-forme générique utilisant des microcapsules à base d’alginate qui peuvent être appliquées aux procédés usuels de production de papier bioactif et antibactérien avec la capacité de capturer des pathogènes à sa surface et de les désactiver grâce à la production d’un réactif anti-pathogène. La conception de cette plate-forme antibactérienne est basée sur la production constante de peroxyde d’hydrogène en tant qu’agent antibactérien à l’intérieur des microcapsules d’alginate. Cette production de peroxyde d’hydrogène est obtenue par oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase encapsulée à l’intérieur des billes d’alginate. Les différentes étapes de cette étude comprennent le piégeage de la glucose oxydase à l’intérieur des microcapsules d’alginate, l’activation et le renforcement de la surface des microcapsules par ajout d’une couche supplémentaire de chitosan, la vérification de la possibilité d’immobilisation des anticorps (immunoglobulines G humaine comme une modèle d’anticorps) sur la surface des microcapsules et enfin, l’évaluation des propriétés antibactériennes de cette plate-forme vis-à-vis l’Escherichia coli K-12 (E. coli K-12) en tant qu’un représentant des agents pathogènes. Après avoir effectué chaque étape, certaines mesures et observations ont été faites en utilisant diverses méthodes et techniques analytiques telles que la méthode de Bradford pour dosage des protéines, l’électroanalyse d’oxygène, la microscopie optique et confocale à balayage laser (CLSM), la spectrométrie de masse avec désorption laser assistée par matrice- temps de vol (MALDI-TOF-MS), etc. Les essais appropriés ont été effectués pour valider la réussite de modification des microcapsules et pour confirmer à ce fait que la glucose oxydase est toujours active après chaque étape de modification. L’activité enzymatique spécifique de la glucose oxydase après l’encapsulation a été évaluée à 120±30 U/g. Aussi, des efforts ont été faits pour immobiliser la glucose oxydase sur des nanoparticules d’or avec deux tailles différentes de diamètre (10,9 nm et 50 nm) afin d’améliorer l’activité enzymatique et augmenter l’efficacité d’encapsulation. Les résultats obtenus lors de cette étude démontrent les modifications réussies sur les microcapsules d’alginate et aussi une réponse favorable de cette plate-forme antibactérienne concernant la désactivation de E. coli K-12. La concentration efficace de l’activité enzymatique afin de désactivation de cet agent pathogénique modèle a été déterminée à 1.3×10-2 U/ml pour une concentration de 6.7×108 cellules/ml de bactéries. D’autres études sont nécessaires pour évaluer l’efficacité de l’anticorps immobilisé dans la désactivation des agents pathogènes et également intégrer la plate-forme sur le papier et valider l’efficacité du système une fois qu’il est déposé sur papier.

Caractérisation bioinformatique des nouvelles protéines mitochondriales chez les moules d’eau douce (Bivalvia : Unionoida)

Malgré que le contenu des génomes mitochondriaux animaux soit dit bien conservé, des nouveaux gènes mitochondriaux ont été identifiés chez plusieurs espèces, surtout des invertébrés. Par exemple, les bivalves exhibant la double transmission uniparentale de leurs génomes mitochondriaux possèdent des nouveaux gènes spécifiques au sexe (M-ORF dans l’ADN de type M, F-ORF dans l’ADN de type F) qui ont été caractérisés in silico chez trois espèces de l’ordre Mytiloida, une espèce de Veneroida et une espèce de Unionoida par une précédente étude. Même si les séquences varient beaucoup entre ces trois ordres, cette étude à montré que des hélices transmembranaires ainsi que des peptides signaux sont conservés pour toutes les séquences. L’étude a aussi montré que les nouveaux gènes pourraient avoir des rôles dans la signalisation cellulaire, le cycle cellulaire et la réponse immunitaire et qu’ils pourraient être le résultat de l’endogénisation de l’ADN viral. Le projet présenté ici a pour but de mieux caractériser ces nouveaux gènes et leur origine potentielle, en plus d’étudier le H-ORF particulier aux hermaphrodites, en ciblant les espèces des unionidés. Les résultats montrent que les hélices transmembranaires et peptides signaux sont conservés chez les unionidés, les protéines semblent être associées à la membrane et être capables de lier des acides nucléiques et protéines, et les fonctions potentielles sont conservées. Les M-ORFs semblent avoir un rôle dans le transport et des processus cellulaires tels que la signalisation, le cycle cellulaire et la division, et l’organisation du cytosquelette. Les F-ORFs semblent être impliqués dans le trafic et transport cellulaire et la réponse immunitaire. Finalement, les H-ORFs semblent être des glycoprotéines structurales avec des rôles dans la signalisation, le transport et la transcription. Les résultats de ce projet pourraient supporter une origine virale ou mitochondriale pour ces gènes.