Vitamin D Receptor and Jak-STAT Signaling Crosstalk Results in Calcitriol-Mediated Increase of Hepatocellular Response to IFN-α.

Recent clinical research suggests a role for vitamin D in the response to IFN-α-based therapy of chronic hepatitis C. Therefore, we aimed to explore the underlying mechanisms in vitro. Huh-7.5 cells harboring subgenomic hepatitis C virus (HCV) replicons or infected with cell culture-derived HCV were exposed to bioactive 1,25-dihydroxyvitamin D3 (calcitriol) with or without IFN-α. In these experiments, calcitriol alone had no effect on the HCV life cycle. However, calcitriol enhanced the inhibitory effect of IFN-α on HCV replication. This effect was based on a calcitriol-mediated increase of IFN-α-induced gene expression. Further mechanistic studies revealed a constitutive inhibitory interaction between the inactive vitamin D receptor (VDR) and Stat1, which was released upon stimulation with calcitriol and IFN-α. As a consequence, IFN-α-induced binding of phosphorylated Stat1 to its DNA target sequences was enhanced by calcitriol. Importantly, and in line with these observations, silencing of the VDR resulted in an enhanced hepatocellular response to IFN-α. Our findings identify the VDR as a novel suppressor of IFN-α-induced signaling through the Jak-STAT pathway.

Arabidopsis jasmonate signaling pathway.

Jasmonates control defense gene expression and male fertility in the model plant Arabidopsis thaliana. In both cases, the involvement of the jasmonate pathway is complex, involving large-scale transcriptional reprogramming. Additionally, jasmonate signaling is hard-wired into the auxin, ethylene, and salicylate signal networks, all of which are under intense investigation in Arabidopsis. In male fertility, jasmonic acid (JA) is the essential signal intervening both at the level of anther elongation and in pollen dehiscense. A number of genes potentially involved in jasmonate-dependent anther elongation have recently been discovered. In the case of defense, at least two jasmonates, JA and its precursor 12-oxo-phytodienoic acid (OPDA), are necessary for the fine-tuning of defense gene expression in response to various microbial pathogens and arthropod herbivores. However, only OPDA is required for full resistance to some insects and fungi. Other jasmonates probably affect yet more physiological responses. A series of breakthroughs have identified the SKP/CULLIN/F-BOX (SCF), CORONATINE INSENSITIVE (COI1) complex, acting together with the CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 9 (COP9) signalosome, as central regulatory components of jasmonate signaling in Arabidopsis. The studies, mostly involving mutational approaches, have paved the way for suppressor screens that are expected to further extend our knowledge of jasmonate signaling. When these and other new mutants affecting jasmonate signaling are characterized, new nodes will be added to the Arabidopsis Jasmonate Signaling Pathway Connections Map, and the lists of target genes regulated by jasmonates in Arabidopsis will be expanded.

Regulation of the AKAP-LBC signaling complex : molecular characterization and functional implications

RÉSUMÉ Les protéines d'ancrage de la protéine kinase A (AKAPs) constituent une grande famille de protéines qui ciblent la protéine kinase A (PKA) à proximité de ses substrats physiologiques pour assurer leur régulation. Une nouvelle protéine de cette famille, appelée AKAP-Lbc, a été récemment caractérisée et fonctionne comme un facteur d'échange de nucléotides guanine (GEF) pour la petite GTPase Rho. AKAP-Lbc est régulée par différents signaux qui activent et désactivent son activité Rho-GEF. Son activation est assurée par la sous-unité alpha de la protéine G hétérotrimérique G12, tandis que son inhibition dépend de son interaction avec la PKA et 14-3-3. AKAP-Lbc est principalement exprimée dans le coeur et pourrait réguler des processus importants tels que l'hypertrophie et la différenciation des cardiomyocytes. Ainsi, il est crucial d'élucider les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de son activité Rho-GEF. Le but général de ce travail de thèse est la caractérisation de deux nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de l'activité de AKAP-Lbc. Le premier mécanisme consiste en la régulation de l'activité de AKAP-Lbc par son homo-oligomérisation. Mes travaux montrent que l'homo-oligomérisation maintient AKAP-Lbc inactive, dans une conformation permettant à la PKA ancrée et à 14-3-3 d'exercer leur effet inhibiteur sur l'activité de AKAP-Lbc. Le second mécanisme concerne la régulation de l'activité de AKAP-Lbc via une nouvelle interaction entre AKAP-Lbc et la protéine LC3. LC3 joue un rôle crucial dans l'autophagie, un processus cellulaire qui adresse les protéines cytoplasmiques au lysosome pour leur dégradation. Ce mécanisme est particulièrement important pour le survie des cardiomyocytes durant les périodes d'absence de nutriments. Mes travaux mettent en évidence que LC3 inhibe l'activité Rho-GEF de AKAP-Lbc, ce qui suggère que, au-delà son rôle bien établi dans l'autophagie, LC3 participerait à la régulation de la signalisation de Rho. Prises ensembles, ces études contribuent à comprendre comment le complexe de signalisation formé par AKAP-Lbc régule la signalisation de Rho dans les cellules. Au-delà de leur intérêt au niveau biochimique, ces travaux pourraient aussi contribuer à élucider les réseaux de signalisation qui régulent des phénomènes physiologiques dans le coeur. ABSTRACT A-kinase anchoring proteins (AKAPs) are a group of functionally related proteins, which target the cAMP dependent protein kinase A (PKA) in close proximity to its physiological substrates for ensuring their regulation. A novel PKA anchoring protein, termed AKAP-Lbc, has been recently characterized, which also functions as a guanine nucleotide exchange factor (GEF) for the small GTPase Rho. AKAP-Lbc is regulated in a bi-directional manner by signals which activate or deactivate its Rho-GEF activity. Activation is mediated by the alpha subunit of the heterotrimeric G protein G12, whereas inhibition occurs following its interaction with PKA and 14-3-3. AKAP-Lbc is predominantly expressed in the heart and might regulate important processes such as hypertrophy and differentiation of cardiomyocytes. Therefore ít is crucial to elucidate the molecular mechanisms involved in the regulation of the Rho-GEF activity of AKAP-Lbc. The general aim of the present thesis work is the characterization of two novel molecular mechanisms involved in the regulation of the Rho-GEF activity of AKAP-Lbc. The first mechanism consists of the. regulation of AKAP-Lbc activity through its homooligomerization. I report here that homo-oligomerization maintains AKAP-Lbc inactive, under a conformation suitable for ensuring the inhibitory effect of anchored PKA and 14-33 on AKAP-Lbc activity. The second mechanism concerns the regulation of AKAP-Lbc activity through a novel interaction between AKAP-Lbc and ubiquitin-like protein LC3. LC3 is a key mediator of autophagy, which is a cellular process that targets cytosolic proteins to the lysosome for degradation. This process is particularly important for cardiomyocyte survival during conditions of nutrient starvation. Here, I show that LC3 is a negative regulator of the Rho-GEF activity of AKAP-Lbc, which suggests that, beyond its well established role in autophagy, LC3 can participate in the regulation of Rho signaling in cells. Overall, these findings contribute to understand how the AKAP-Lbc signaling complex can regulate the Rho signaling in cells. Beyond its interest at the biochemical level, this work might also contribute to elucidate the signaling network that regulate physiological events in the heart.

Id Gene regulation and function in the prosensory domains of the chicken inner ear: a link between Bmp Signaling and Atoh1

Bone morphogenetic proteins (Bmps) regulate the expression of the proneural gene Atoh1 and the generation of hair cells in the developing inner ear. The present work explored the role of Inhibitor of Differentiation genes (Id1-3) in this process. The results show that Id genes are expressed in the prosensory domains of the otic vesicle, along with Bmp4 and Bmp7. Those domains exhibit high levels of the phosphorylated form of Bmp-responding R-Smads (P-Smad1,5,8), and of Bmp-dependent Smad transcriptional activity as shown by the BRE-tk-EGFP reporter. Increased Bmp signaling induces the expression of Id1-3 along with the inhibition of Atoh1. Conversely, the Bmp antagonist Noggin or the Bmp-receptor inhibitor Dorsomorphin elicit opposite effects, indicating that Bmp signaling is necessary for Id expression and Atoh1 regulation in the otocyst. The forced expression of Id3 is sufficient to reduce Atoh1 expression and to prevent the expression of hair cell differentiation markers. Together, these results suggest that Ids are part of the machinery that mediates the regulation of hair cell differentiation exerted by Bmps. In agreement with that, during hair cell differentiation Bmp4 expression, P-Smad1,5,8 levels and Id expression are downregulated from hair cells. However, Ids are also downregulated from the supporting cells which contrarily to hair cells exhibit high levels of Bmp4 expression, P-Smad1,5,8, and BRE-tk-EGFP activity, suggesting that in these cells Ids escape from Bmp/Smad signaling. The differential regulation of Ids in time and space may underlie the multiple functions of Bmp signaling during sensory organ development.

Inhibitor of apoptosis proteins limit RIP3 kinase-dependent interleukin-1 activation.

Interleukin-1β (IL-1β) is a potent inflammatory cytokine that is usually cleaved and activated by inflammasome-associated caspase-1. To determine whether IL-1β activation is regulated by inhibitor of apoptosis (IAP) proteins, we treated macrophages with an IAP-antagonist "Smac mimetic" compound or genetically deleted the genes that encode the three IAP family members cIAP1, cIAP2, and XIAP. After Toll-like receptor priming, IAP inhibition triggered cleavage of IL-1β that was mediated not only by the NLRP3-caspase-1 inflammasome, but also by caspase-8 in a caspase-1-independent manner. In the absence of IAPs, rapid and full generation of active IL-1β by the NLRP3-caspase-1 inflammasome, or by caspase-8, required the kinase RIP3 and reactive oxygen species production. These results demonstrate that activation of the cell death-inducing ripoptosome platform and RIP3 can generate bioactive IL-1β and implicate them as additional targets for the treatment of pathological IL-1-driven inflammatory responses.

Profiling of signal transduction in human memory T cells

Résumé pour un large public: La vaccination a eu un impact énorme sur la santé mondiale. Mais, quel est le principe d'un vaccin? Il est basé sur la 'mémoire immunologique', qui est une particularité exclusive des systèmes immunitaires des organismes évolués. Suite à une infection par un pathogène, des cellules spécialisées de notre système immunitaire (les lymphocytes) le reconnaissent et initient une réaction immunitaire qui a pour but son élimination. Pendant cette réaction se développent aussi des cellules, appelées cellules lymphocytaires mémoire, qui persistent pour longue durée et qui ont la capacité de stimuler une réaction immunitaire très efficace immédiatement après une seconde exposition à ce même pathogène. Ce sont ces cellules mémoires (lymphocytes B et T) qui sont à la base de la 'mémoire immunologique' et qui sont stimulées lors de la vaccination. Chez l'homme, deux populations distinctes des lymphocytes T mémoires ont été identifiées: les cellules centrales (CM) et effectrices (EM) mémoires. Ces populations sont fonctionnellement hétérogènes et exercent des rôles distincts et essentiels dans l'immunité protectrice. Typiquement, les cellules effectrices mémoires sont capables de tuer immédiatement le pathogène tandis que les cellules centrales mémoires sont responsables d'initier une réponse immunitaire complète. Pourtant, les mécanismes biochimiques qui contrôlent les fonctions de ces cellules ont été jusqu'à présent peu étudiés à cause de la faible fréquence de ces cellules et de la quantité limitée de tissus humains disponibles pour les analyses. La compréhension de ces mécanismes est cruciale pour la réalisation de vaccins efficaces et pour le développement de nouveaux médicaments capables de moduler la réponse immunitaire lymphocytaire. Dans cette thèse, nous avons d'abord développé et amélioré une technologie appelée 'protéine array en phase inverse' qui possède un niveau de sensibilité beaucoup plus élevé par rapport aux technologies classiquement utilisées dans l'étude des protéines. Grâce à cette technique, nous avons pu comparer la composition protéique du système de transmission des signaux d'activation des cellules CM et EM humaines. L'analyse de 8 à 13 sujets sains a montré que ces populations des cellules mémoires possèdent un système de signalisation protéique différent. En effet, les cellules EM possèdent, par rapport aux cellules CM, des niveaux réduits d'une protéine régulatrice (appelée c-Cbl) que nous avons démontré comme étant responsable des fonctions spécifiques de ces cellules. En effet, en augmentant artificiellement l'expression de cette protéine régulatrice dans les cellules EM jusqu'au niveau de celui des cellules CM, nous avons induit dans les cellules EM des capacités fonctionnelles caractéristiques des cellules CM. En conclusion, notre étude a identifié, pour la première fois chez l'homme, un mécanisme biochimique qui contrôle les fonctions des populations des cellules mémoires. Résumé en Français: Les cellules mémoires persistent inertes dans l'organisme et produisent des réactions immunitaires rapides et robustes contre les pathogènes précédemment rencontrés. Deux populations distinctes des cellules mémoires ont été identifiées chez l'homme: les cellules centrales (CM) et effectrices (EM) mémoires. Ces populations sont fonctionnellement hétérogènes et exercent des rôles distincts et critiques dans l'immunité protectrice. Les mécanismes biochimiques qui contrôlent leurs fonctions ont été jusqu'à présent peu étudiés, bien que leur compréhension soit cruciale pour le développement des vaccins et des nouveaux traitements/médicaments. Les limites majeures à ces études sont la faible fréquence de ces populations et la quantité limitée de tissus humains disponibles. Dans cette thèse nous avons d'abord développé et amélioré la technologie de 'protéine array en phase inverse' afin d'analyser les molécules de signalisation des cellules mémoires CD4 et CD8 humaines isolées ex vivo. L'excellente sensibilité, la reproductibilité et la linéarité de la détection, ont permis de quantifier des variations d'expression protéiques supérieures à 20% dans un lysat équivalent à 20 cellules. Ensuite, grâce à l'analyse de 8 à 13 sujets sains, nous avons prouvé que les cellules mémoires CD8 ont une composition homogène de leur système de signalisation tandis que les cellules CD4 EM expriment significativement de plus grandes quantités de SLP-76 et des niveaux réduits de c-Cbl, Syk, Fyn et LAT par rapport aux cellules CM. En outre, l'expression réduite du régulateur négatif c-Cbl est corrélée avec l'expression des SLP-76, PI3K et LAT uniquement dans les cellules EM. L'évaluation des propriétés fonctionnelles des cellules mémoires a permis de démontrer que l'expression réduite du c-Cbl dans les cellules EM est associé à une diminution de leur seuil d'activation. En effet, grâce a la technique de transduction cytosolique, nous avons augmenté la quantité de c-Cbl des cellules EM à un niveau comparable à celui des cellules CM et constaté une réduction de la capacité des cellules EM à proliférer et sécréter des cytokines. Ce mécanisme de régulation dépend principalement de l'activité d'ubiquitine ligase de c-Cbl comme démontré par l'impact réduit du mutant enzymatiquement déficient de c-Cbl sur les fonctions de cellules EM. En conclusion, cette thèse identifie c-Cbl comme un régulateur critique des réponses fonctionnelles des populations de cellules T mémoires et fournit, pour la première fois chez l'homme, un mécanisme contrôlant l'hétérogénéité fonctionnelle des ces cellules. De plus, elle valide l'utilisation combinée des 'RPP arrays' et de la transduction cytosolique comme outil puissant d'analyse quantitative et fonctionnel des protéines de signalisation. Summary : Memory cells persist in a quiescent state in the body and mediate rapid and vigorous immune responses toward pathogens previously encountered. Two subsets of memory cells, namely central (CM) and effector (EM) memory cells, have been identified in humans. These subsets display high functional heterogeneity and assert critical and distinct roles in the control of protective immunity. The biochemical mechanisms controlling their functional properties remain so far poorly investigated, although their clarification is crucial for design of effective T-cell vaccine and drug development. Major limitations to these studies lie in the low frequency of memory T cell subsets and the limited amount of human specimen available. In this thesis we first implemented the innovative reverse phase protein array approach to profile 15 signalling components in human CD8 and CD4 memory T cells isolated ex vivo. The high degree of sensitivity, reproducibility and linearity achieved, allowed an excellent quantification of variations in protein expression higher than 20% in as few as 20-cell equivalent per spot. Based on the analysis of 8 to 13 healthy subjects, we showed that CD8 memory cells have a homogeneous composition of their signaling machinery while CD4 EM cells express statistically significant increased amounts of SLP-76 and reduced levels of c- Cbl, Syk, Fyn and LAT as compared to CM cells. Moreover, in EM but not CM cells, reduced expression of negative regulator c-Cbl correlated with the expression of SLP-76, PI3K and LAT. Subsequently, we demonstrated that the higher functional properties and the lower functional threshold of EM cells is associated with reduced expression of c-Cbl. Indeed, by increasing c-Cbl content of EM cells to the same level of CM cells using cytosolic transduction, we impaired their proliferation and cytokine production. This regulatory mechanism was primarily dependent on c-Cbl E3 ubiquitin ligase activity as evidenced by the weaker impact of enzymatically deficient c-Cbl C381A mutant on EM cell functions. Together, these results identify c-Cbl as a critical regulator of the functional responses of memory T cell subsets and provides, for the first time in humans, a mechanism controlling the functional heterogeneity of memory CD4 cells. Moreover it validates the combined use of RPP arrays and cytosolic transduction approaches as a powerful tool to quantitatively analyze signalling proteins and functionally assess their roles.

Characterization of Tollip in the Interleulkin-1 Receptor/Toll Like Receptors signaling pathways

SUMMARY IL-1R and TLRs are key players in innate immunity and inflammation. Tollip was identified as a component of IL-1RI, TLR2 and TLR4 signaling complexes that activate NF-κB and MAP kinase pathways. Tollip was previously shown as a negative regulator of NF-κB and MAP Kinase activation. We have characterized the role of Tollip in IL-R/TLRs induced signaling by the analysis of the Tollip deficient mice. We showed that NF-κB and MAPK (p38, JNK, or ERK1/2) signaling appeared normal in Tollip deficient cells following stimulation with IL-1β, lipopolysaccharide (LPS), and other TLR ligands. Also IL-1β and TLRs ligands induced activation of immune cells was indistinguishable from wild-type cells. Strikingly, in Tollip deficient mice the production of the inflammatory cytokines, IL-6 or TNF-α was significantly reduced relative to control mice after treatment with physiological doses of IL-1β or LPS, whereas no difference was observed at high doses of stimulation with LPS or in LPS induced septic shock. Therefore, Tollip could be critical for regulation of optimal responses to IL-1β and LPS, in addition to its role as negative regulator of the signaling. We also studied the role of Tollip as an endocytic adaptor for IL-1R endocytosis. We could show that Il-1R is ubiquitinated after IL-1β stimulation, and that Tollip's CUE domain binds IL-1RI in an ubiquitin-dependent manner. We followed IL-1R internalization and Tollip localization by confocal microscopy. Consistent with a role for Tollip in sorting of ubiquitinated IL-1RI, a significant amount of Tollip was also localized at the late endosomal compartment. We could show that Tollip is required for efficient lysosomal targeting of ubiquitinated IL-1R1, In the absence of Tollip or in Tollip deficient cells reconstituted with a Tollip mutant (defective in ubiquitin binding) IL-1RI accumulates in enlarged late endosomes. In addition, Tollip was shown to interact with, another endocytic adapter, Toml, and both interact with IL-1RI. In conclusion, we showed that Tollip is required for IL-1β and LPS signaling for cytokine production. In addition we showed and that Tollip has a role as an endocytic adapter, necessary for efficient trafficking and lysosomal degradation of IL-1RI. Resumé Le récepteur à l'interleukine-1 (IL-1R) et les récepteurs "Toll-like" (TLRs) sont des acteurs cruciaux de la réponse immunitaire innée et de l'inflammation. La proteine Tollip a été identifiée comme étant un élément des complexes de signalisation, induits par les récepteurs IL-1RI, TLR-2 et TLR-4, qui mènent à l'activation de la voie des MAP kinases et de NF-κB. Dans de précédentes études, il a été montré que Tollip pouvait inhiber ces deux voies de signalisation. Nous avons voulu caractériser plus précisément le rôle de Tollip dans l'activation des voies de signalisation mitées par IL-1R/TLRs en utilisant une lignée murine déficiente pour la protéine Tollip. Ainsi, en absence de Tollip, les cascades d'activation de NF-κB et MAPK (p38, JNK, or ERK1/2) ne semblent pas affectées après stimulation avec IL-1β, lipopolysaccharide (LPS) ou d' autres ligands des TLR. La réponse des cellules du système immunitaire induite par la stimulation avec IL-1β et les ligands des TLR est également comparable entre les souris sauvages et les souris deficientes pour Tollip. Par contre, dans cette lignée murine, la production de cytokines proinflammatoires IL-6 et TNFα induite par la stimulation à dose physiologique de IL-1β or LPS, est réduite. Cependant, lors de stimulation à plus hautes doses de LPS ou pendant un choc septique induit par de LPS, cette réduction n'est pas observée. Ces résultats montrent que Tollip pourrait avoir un rôle déterminant dans l'activation optimale en réponse à l' IL-1β et au LPS qui s'ajoute à sa fonction inhibitrice des mêmes voies de signalisation. Nous avons aussi étudié le rôle de Tollip comme molécule adaptatatrice du mécanisme endocytique d'internalisation de l' IL-1RI. Ainsi, l' IL-1R est ubiquitiné après stimulation par l' IL-1β , permettant à Tollip de se lier au récepteur. Cette interaction est réalisée entre le domaine CUE de Tollip et l'IL-1R via l'ubiquitine. L'internalisation et la localisation intracellulaire de l'IL-1RI et de Tollip ont été observés par microscopie confocale. En accord avec le rôle de Tollip dans le triage et la recirculation des IL-1R ubiquitiné, une quantité importante de Tollip été détectée dans l' endosome tardif. Nous avons pu démontrer que Tollip était nécessaire pour diriger efficacement ubiquitiné vers les lysosomes. Dans des cellules déficientes pour Tollip, ou reconstituées avec un mutant de Tollip (MF/AA) incapable de lier l'ubiquitine, IL-1RI s'accumule dans des vesicules anormales de l'endosome tardif. Dans ce travail, nous avons pu confirmer et préciser la fonction de la protéine Tollip dans l' activation de la production de cytokines induites par l' IL-1p and le LPS lors de l'inflammation et découvrir son rôle d'adaptateur dans l' internalisation et l'endocytose de l' IL-1RI.

Circadian clock orchestration of signaling pathways influences mouse metabolism

Circadian clocks, present in organisms leaving in a rhythmic environment, constitute the mechanisms allowing anticipation and adaptation of behavior and physiology in response to these environmental variations. As a consequence, most aspects of metabolism and behavior are under the control of this circadian clock. At a molecular level, in all the studied species, the rhythmic expression of the genes involved are generated by interconnected transcriptional and translational feedback loops. In mammals, the heterodimer composed of BMAL1 and its partners CLOCK or NPAS2 constitutes a transcriptional activator regulating transcription of Per and Cry genes. These genes encode for repressors of the activity of BMAL1:CLOCK or BMAL1: NPAS2 heterodimers, thus closing a negative feedback loop that generates rhythms of approximately 24 hours. The aim of my doctoral work consisted in the investigation of the role of circadian clock in the regulation of different aspects of mouse metabolism through the rhythmic activation of signaling pathways. First, we showed that one way how the circadian clock exerts its function as an oscillator is through the regulation of mRNA translation. Indeed, we present evidence showing that circadian clock influences the temporal translation of a subset of mRNAs involved in ribosome biogenesis by controlling the transcription of translation initiation factors as well as the clock-dependent rhythmic activation of signaling pathways involved in their regulation. Moreover, the circadian oscillator regulates the transcription of ribosomal protein mRNAs and ribosomal RNAs. Thus the circadian clock exerts a major role in coordinating transcription and translation steps underlying ribosome biogenesis. In the second part, we showed the involvement of the circadian clock in lipid metabolism. Indeed, the three PAR bZip transcription factors DBP, TEF and HLF, are regulated by the molecular clock and play key roles in the control of lipid metabolism. Here we present evidence concerning the circadian expression and activity of PPARα via the circadian transcription of genes involved in the release of fatty acids, natural ligands of PPARα. It leads to the rhythmic activation of PPARα itself which could then play its role in the transcription of genes encoding proteins involved in lipid, cholesterol and glucose metabolism. In addition, we considered the possible role of lipid transporters, here SCP2, in the modulation of circadian activation of signaling pathways such as TORC1, PPARα and SREBP, linked to metabolism, and its feedback on the circadian clock. In the last part of this work, we studied the effects of these circadian clock-orchestrated pathways in physiology, as clock disruptions have been shown to be linked to metabolic disorders. We performed in vivo experiments on genetically and high-fat induced obese mice devoid of functional circadian clock. The results obtained showed that clock disruption leads to impaired triglycerides and glucose homeostasis in addition to insulin secretion and sensitivity. -- Les rythmes circadiens, présents chez tout organisme vivant dans un environnement rythmique, constituent l'ensemble de mécanismes permettant des réponses comportementales et physiologiques anticipées et adaptées aux variations environnementales. De ce fait, la plupart des aspects liés au métabolisme et au comportement de ces organismes apparaissent être sous le contrôle de l'horloge circadienne contrôlant ces rythmes. Au niveau moléculaire, dans toutes les espèces étudiées, l'expression rythmique de gènes impliqués sont générés par l'interconnexion de boucles de contrôle transcriptionnelles et traductionnelles. Chez les mammifères, l'hétérodimère composé de BMAL1 et de ses partenaires CLOCK ou NPAS2 constitue un activateur transcriptionnel régulant la transcription des gènes Per et Cry. Ces gènes codent pour des répresseurs de l'activité des hétérodimères BMAL1:CLOCK ou BMAL1:NPAS2. Cela a pour effet de fermer la boucle négative, générant ainsi des rythmes d'environ 24 heures. Le but de mon travail de thèse a consisté en l'investigation du rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de certains aspects du métabolisme chez la souris via la régulation de l'activation rythmique des voies de signalisation. Nous avons tout d'abord montré que l'horloge circadienne exerce sa fonction d'oscillateur notamment au niveau de la régulation de la traduction des ARNm. En effet, nous présentons des preuves montrant que l'horloge circadienne influence la traduction temporelle d'un groupe d'ARNm impliqués dans la biogénèse des ribosomes en contrôlant la transcription de facteurs d'initiation de la traduction ainsi que l'activation rythmique des voies de signalisation qui sont impliquées dans leur régulation. De plus, l'oscillateur circadien régule la transcription d'ARNm codant pour les protéines ribosomales et d'ARN ribosomaux. De cette façon, l'horloge circadienne exerce un rôle majeur dans la coordination des étapes de transcription et traduction permettant la biogénèse des ribosomes. Dans la deuxième partie, nous montrons les implications de l'horloge circadienne dans le métabolisme des lipides. En effet, DBP, TEF et HLF, trois facteurs de transcription de la famille des PAR bZip qui sont régulés par l'horloge circadienne, jouent un rôle clé dans le contrôle du métabolisme des lipides par l'horloge circadienne. Nous apportons ici des preuves concernant l'expression et l'activité rythmiques de PPARα via la transcription circadienne de gènes impliqués dans le relargage d'acides gras, ligands naturels de PPARα, conduisant à l'activation circadienne de PPARα lui-même, pouvant ainsi jouer son rôle de facteur de transcription de gènes codant pour des protéines impliquées dans le métabolisme des lipides, du cholestérol et du glucose. De plus, nous nous sommes penchés sur le rôle possible de transporteurs de lipides, ici SCP2, dans la modulation de l'activation circadienne de voies de signalisation, telles que TORC1, PPARα et SREBP, qui sont liées au métabolisme, ainsi que son impact sur l'horloge elle-même. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons étudié les effets de l'activation de ces voies de signalisation régulées par l'horloge circadienne dans le contexte physiologique puisqu'il a été montré que la perturbation de l'horloge pouvait être associée à des désordres métaboliques. Pour ce faire, nous avons fait des expériences in vivo sur des souris déficientes pour l'horloge moléculaire pour lesquelles l'obésité est induite génétiquement ou induite par la nourriture riche en lipides. Les résultats que nous obtenons montrent des dérèglements au niveau de l'homéostasie des triglycérides et du glucose ainsi que sur l'expression et la réponse à l'insuline.

Combined loss of the BH3-only proteins Bim and Bmf restores B-cell development and function in TACI-Ig transgenic mice.

Terminal differentiation of B cells depends on two interconnected survival pathways, elicited by the B-cell receptor (BCR) and the BAFF receptor (BAFF-R), respectively. Loss of either signaling pathway arrests B-cell development. Although BCR-dependent survival depends mainly on the activation of the v-AKT murine thymoma viral oncogene homolog 1 (AKT)/PI3-kinase network, BAFF/BAFF-R-mediated survival engages non-canonical NF-κB signaling as well as MAPK/extracellular-signal regulated kinase and AKT/PI3-kinase modules to allow proper B-cell development. Plasma cell survival, however, is independent of BAFF-R and regulated by APRIL that signals NF-κB activation via alternative receptors, that is, transmembrane activator and CAML interactor (TACI) or B-cell maturation (BCMA). All these complex signaling events are believed to secure survival by increased expression of anti-apoptotic B-cell lymphoma 2 (Bcl2) family proteins in developing and mature B cells. Curiously, how lack of BAFF- or APRIL-mediated signaling triggers B-cell apoptosis remains largely unexplored. Here, we show that two pro-apoptotic members of the 'Bcl2 homology domain 3-only' subgroup of the Bcl2 family, Bcl2 interacting mediator of cell death (Bim) and Bcl2 modifying factor (Bmf), mediate apoptosis in the context of TACI-Ig overexpression that effectively neutralizes BAFF as well as APRIL. Surprisingly, although Bcl2 overexpression triggers B-cell hyperplasia exceeding the one observed in Bim(-/-)Bmf(-/-) mice, Bcl2 transgenic B cells remain susceptible to the effects of TACI-Ig expression in vivo, leading to ameliorated pathology in Vav-Bcl2 transgenic mice. Together, our findings shed new light on the molecular machinery restricting B-cell survival during development, normal homeostasis and under pathological conditions. Our data further suggest that Bcl2 antagonists might improve the potency of BAFF/APRIL-depletion strategies in B-cell-driven pathologies.

Functional characterization of proteins required for mitotic progression and the spindle assembly checkpoint

During mitotic cell division, the genetic material packed into chromosomes is divided equally between two daughter cells. Before the separation of the two copies of a chromosome (sister chromatids), each chromosome has to be properly connected with microtubules of the mitotic spindle apparatus and aligned to the centre of the cell. The spindle assembly checkpoint (SAC) monitors connections between microtubules and chromosomes as well as tension applied across the centromere. Microtubules connect to a chromosome via kinetochores, which are proteinaceous organelles assembled onto the centromeric region of the sister chromatids. Improper kinetochore-microtubule attachments activate the SAC and block chromosome segregation until errors are corrected and all chromosomes are connected to the mitotic spindle in a bipolar manner. The purpose of this surveillance mechanism is to prevent loss or gain of chromosomes in daughter cells that according to current understanding contributes to cancer formation. Numerous proteins participate in the regulation of mitotic progression. In this thesis, the mitotic tasks of three kinetochore proteins, Shugoshin 1 (Sgo1), INCENP, and p38 MAP kinase (p38 MAPK), were investigated. Sgo1 is a protector of centromeric cohesion. It is also described in the tension-sensing mechanism of the SAC and in the regulation of kinetochore-microtubule connections. Our results revealed a central role for Sgo1 in a novel branch of kinetochore assembly. INCENP constitutes part of the chromosomal passenger complex (CPC). The other members of the core complex are the Aurora B kinase, Survivin and Borealin. CPC is an important regulatory element of cell division having several roles at various stages of mitosis. Our results indicated that INCENP and Aurora B are highly dynamic proteins at the mitotic centromeres and suggested a new role for CPC in regulation of chromosome movements and spindle structure during late mitosis. The p38 MAPK has been implicated in G1 and G2 checkpoints during the cell cycle. However, its role in mitotic progression and control of SAC signaling has been controversial. In this thesis, we discovered a novel function for p38γ MAPK in chromosome orientation and spindle structure as well as in promotion of viability of mitotic cells.

Different responses of the GlnB and GlnZ proteins upon in vitro uridylylation by the Azospirillum brasilense GlnD protein

Azospirillum brasilense is a diazotroph found in association with important agricultural crops. In this organism, the regulation of nitrogen fixation by ammonium ions involves several proteins including the uridylyltransferase/uridylyl-removing enzyme, GlnD, which reversibly uridylylates the two PII proteins, GlnB and GlnZ, in response to the concentration of ammonium ions. In the present study, the uridylylation/deuridylylation cycle of A. brasilense GlnB and GlnZ proteins by GlnD was reconstituted in vitro using the purified proteins. The uridylylation assay was analyzed using non-denaturing polyacrylamide gel electrophoresis and fluorescent protein detection. Our results show that the purified A. brasilense GlnB and GlnZ proteins were uridylylated by the purified A. brasilense GlnD protein in a process dependent on ATP and 2-oxoglutarate. The dependence on ATP for uridylylation was similar for both proteins. On the other hand, at micromolar concentration of 2-oxoglutarate (up to 100 µM), GlnB uridylylation was almost twice that of GlnZ, an effect that was not observed at higher concentrations of 2-oxoglutarate (up to 10 mM). Glutamine inhibited uridylylation and stimulated deuridylylation of both GlnB and GlnZ. However, glutamine seemed to inhibit GlnZ uridylylation more efficiently. Our results suggest that the differences in the uridylylation pattern of GlnB and GlnZ might be important for fine-tuning of the signaling pathway of cellular nitrogen status in A. brasilense.

TIME COURSE OF SIGNALING PROCESSES INVOLVED WITH EXTRACELLULAR OSMOTIC - INDUCED GLUCOSE UPTAKE IN MAMMALIAN SKELETAL MUSCLE

Extracellular hyper-osmotic (HYPER) stress increases glucose uptake to defend cell volume, when compared to iso-osmotic (ISO) conditions in skeletal muscle. The purpose of this study was to determine a time course for changes in common signaling proteins involved in glucose uptake during acute hyper-osmotic stress in isolated mammalian skeletal muscle. Rat extensor digitorum longus (EDL) muscles were excised and incubated in a media formulated to mimic ISO (290 ± 10 mmol/kg) or HYPER (400 ± 10 mmol/kg) extracellular condition (Sigma Media-199). Signaling mechanisms were investigated by determining the phosphorylation states of Akt, AMPK, AS160, cPKC and ERK after 30, 45 and 60 minutes of incubation. AS160 was found to be significantly more phosphorylated in HYPER conditions compared to ISO after 30 minutes (p<0.01). It is speculated that AS160 phosphorylation increases glucose transporter 4 (GLUT4) content at the cell surface thereby facilitating an increase in glucose uptake under hyper-osmotic stress.

Signaling of angiotensin II-induced vascular protein synthesis in conduit and resistance arteries in vivo

Affiliation: Faculté de pharmacie, Université de Montréal & Institut de recherches cliniques de Montréal

Mechanism of Inducible Costimulator (ICOS)-mediated calcium signaling

Le Costimulateur Inductible (ICOS) est un récepteur exprimé à la surface des cellules T CD4 auxiliaires et T CD8 cytotoxiques. Il fut démontré à l’aide de modèles murins de transplantation de moelle osseuse que ICOS joue un rôle important dans l’induction de la maladie du greffon contre l’hôte aigüe (GVHD). ICOS potentialise deux signaux médiés par le récepteur de cellules T (TCR) : l’activation de la phosphoinositide 3-kinase (PI3K) ainsi que la mobilisation interne de calcium. En conditions in vitro, dans les cellules CD4 et CD8, ICOS réussi à potentialiser le flux de calcium médié par le TCR indépendamment de PI3K. La voie de signalisation de ICOS impliquée dans la GVHD demeure inconnue. Cependant, en utilisant une lignée de souris ‘knock-in’ nommée ICOS-Y181F, dans laquelle le cellules T ont sélectivement perdu la capacité d’activer PI3K par l’entremise d’ICOS, nous avons démontré que les cellules T peuvent utiliser un mécanisme ICOS indépendant de PI3K afin d’induire la GVHD. La mobilisation interne du Ca2+ mène à l’activation de NFAT, un facteur de transcription clé régulant des gènes comme IFN-γ, qui exprime une des cytokines clés impliquées dans la GVHD. Nous émettons comme hypothèse que la capacité pathogénique intacte des cellules T ICOSY181F à induire la GVHD, repose sur la signalisation du Ca2+ indépendante de PI3K. Le but de mon projet est d’identifier les résidus responsables de cette signalisation de Ca2+ médiée par ICOS ainsi que le mécanisme par lequel ce récepteur fonctionne. À l’aide de la mutagénèse dirigée, j’ai généré des mutants d’ICOS et j’ai analysé par cytométrie en flux leur capacité à activer le flux de Ca2+. J’ai ainsi identifié un groupe de lysine sur la queue cytoplasmique d’ICOS situé à proximité de la membrane comme étant essentiel à la fonction de potentialisation du flux de Ca2+. Je fournis également des preuves de l’implication de la kinase Lck, membre de la famille de kinases Src, dans la voie de signalisation de ICOS médiant la potentialisation du flux de Ca2+. Ainsi, ICOS s’associe à Lck et mène à une augmentation de l’activation de PLCγ1, la protéine effectrice clé causant la sortie de Ca2+ de la réserve intracellulaire. En conclusion, notre étude permet de comprendre davantage une des voies de signalisation d’ICOS. L’influx de Ca2+ dans les cellules T implique la voie ICOS-Lck-PLCγ1. Une compréhension plus approfondie de cette voie de signalisation pourrait s’avérer bénéfique afin d’élaborer de nouvelles stratégies menant à la prévention de maladies reliées à ICOS, comme la GVHD.

Platelet endothelial cell adhesion molecule-1 signaling inhibits the activation of human platelets

Platelet endothelial cell adhesion molecule-1 (PECAM-1/CD31) is a 130-kd transmembrane glycoprotein and a member of the growing family of receptors with immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motifs (ITIMs). PECAM-1 is expressed on platelets, certain T cells, monocytes, neutrophils, and vascular endothelial cells and is involved in a range of cellular processes, though the role of PECAM-1 in platelets is unclear. Cross-linking of PECAM-1 results in phosphorylation of the ITIM allowing the recruitment of signaling proteins that bind by way of Src-homology domain 2 interactions. Proteins that have been implicated in the negative regulation of cellular activation by ITIM-bearing receptors include the tyrosine phosphatases SHP-1 and SHP-2. Tyrosine phosphorylation of immunoreceptor tyrosine-based activatory motif (ITAM)-bearing receptors such as the collagen receptor GPVI-Fc receptor gamma-chain complex on platelets leads to activation. Increasing evidence suggests that ITIM- and ITAM-containing receptors may act antagonistically when expressed on the same cell. In this study it is demonstrated that cross-linking PECAM-1 inhibits the aggregation and secretion of platelets in response to collagen and the GPVI-selective agonist convulxin. In these experiments thrombin-mediated platelet aggregation and secretion were also reduced, albeit to a lesser degree than for collagen, suggesting that PECAM-1 function may not be restricted to the inhibition of ITAM-containing receptor pathways. PECAM-1 activation also inhibited platelet protein tyrosine phosphorylation stimulated by convulxin and thrombin; this was accompanied by inhibition of the mobilization of calcium from intracellular stores. These data suggest that PECAM-1 may play a role in the regulation of platelet function in vivo.