Production d'IgG sialylées en CHO et impact sur leurs fonctions effectrices

La sialylation des N-glycanes du fragment Fc des immunogobulines G (IgG) est une modification peu fréquente des IgG humaines. Pourtant, elle est l’objet de beaucoup d’attention depuis que deux articles fondateurs ont été publiés, qui montrent l’un que la sialylation des IgG diminue leur capacité à déclencher la cytotoxicité cellulaire dépendant de l’anticorps (ADCC), et l’autre que les IgG sialylées en α2,6 seraient la fraction efficace des IgG intraveineuses (IgIV) anti-inflammatoires. Les anticorps monoclonaux thérapeutiques, qui sont le plus souvent des IgG recombinantes produites en culture de cellules de mammifère, connaissent depuis la fin des années 90 un succès et une croissance phénoménaux sur le marché pharmaceutique. La maîtrise de la N-glycosylation du Fc des IgG est une clé de l’efficacité des anticorps monoclonaux. Si les IgG sialylées sont des molécules peu fréquentes in vivo, elles sont très rares en culture cellulaire. Dans cette étude, nous avons développé une méthode de production d’IgG avec une sialylation de type humain en cellules CHO. Nous avons travaillé principalement sur la mise au point d’une stratégie de production d’IgG sialylées par co-expression transitoire d’une IgG1 avec la β1,4-galactosyltransférase I (β4GTI) et la β-galactoside-α2,6-sialyltransférase I (ST6GalI). Nous avons montré que cette méthode permettait d’enrichir l’IgG1 en glycane fucosylé di-galactosylé mono-α2,6-sialylé G2FS(6)1, qui est le glycane sialylé présent sur les IgG humaines. Nous avons ensuite adapté cette méthode à la production d’IgG présentant des profils de glycosylation riches en acides sialiques, riches en galactose terminal, et/ou appauvris en fucosylation. L’analyse des profils de glycosylation obtenus par la co-expression de diverses combinaisons enzymatiques avec l’IgG1 native ou une version mutante de l’IgG1 (F243A), a permis de discuter des influences respectives de la sous-galactosylation des IgG1 en CHO et des contraintes structurales du Fc dans la limitation de la sialylation des IgG en CHO. Nous avons ensuite utilisé les IgG1 produites avec différents profils de glycosylation afin d’évaluer l’impact de la sialylation α2,6 sur l’interaction de l’IgG avec le récepteur FcγRIIIa, principal récepteur impliqué dans la réponse ADCC. Nous avons montré que la sialylation α2,6 augmentait la stabilité du complexe formé par l’IgG avec le FcγRIIIa, mais que ce bénéfice n’était pas directement traduit par une augmentation de l’efficacité ADCC de l’anticorps. Enfin, nous avons débuté le développement d’une plateforme d’expression stable d’IgG sialylées compatible avec une production à l’échelle industrielle. Nous avons obtenu une lignée capable de produire des IgG enrichies en G2FS(6)1 à hauteur de 400 mg/L. Cette étude a contribué à une meilleure compréhension de l’impact de la sialylation sur les fonctions effectrices des IgG, et a permis d’augmenter la maîtrise des techniques de modulation du profil de glycosylation des IgG en culture cellulaire.

Bcl-xL (S49) and (S62) sequential phosphorylation/dephosphorylation during mitosis prevents chromosome instability and aneuploidy

Une caractéristique intéressante de la protéine Bcl-xL est la présence d'un domaine en boucle non-structurée entre les hélices α1 and α2 de la protéine. Ce domaine protéique n'est pas essentiel pour sa fonction anti-apoptotique et absent chez CED-9, la protéine orthologue chez Caenorhabditis elegans. A l'intérieur de ce domaine, Bcl-xL subit une phosphorylation et déphosphorylation dynamique sur les résidus Ser49 et Ser62 en phase G2 du cycle cellulaire et lors de la mitose. Lorsque ces résidus sont mutés et les protéines exprimées dans des cellules cancéreuses, les cellules démontrent plusieurs défauts mitotiques liés à l'instabilité chromosomique. Pour analyser les effets de Bcl-xL Ser49 et Ser62 dans les cellules normales, les présentes études ont été réalisées dans des cellules diploïdes humaines normales, et in vivo chez Caenorhabditis elegans. Dans une première étude, nous avons utilisé la lignée cellulaire de cellules fibroblastiques diploïdes humaines normales BJ, exprimant Bcl-xL (type sauvage), (S49A), (S49D), (S62A), (S62D) et les double (S49/62A) et (S49/62D) mutants. Les cellules exprimant les mutants de phosphorylation ont montré des cinétiques de doublement de la population cellulaire réduites. Ces effets sur la cinétique de doublement de la population cellulaire corrèle avec l'apparition de la sénescence cellulaire, sans impact sur les taux de mort cellulaire. Ces cellules sénescentes affichent des phénotypes typiques de sénescence associés notamment à haut niveau de l'activité β-galactosidase associée à la sénescence, la sécrétion d' interleukine-6, l'activation de p53 et de p21WAF1/ Cip1, un inhibiteur des complexes kinase cycline-dépendant, ainsi que la formation de foyers de chromatine nucléaire associés à γH2A.X. Les analyses de fluorescence par hybridation in situ et des caryotypes par coloration au Giemsa ont révélé que l'expression des mutants de phosphorylation de Bcl-xL provoquent de l'instabilité chromosomique et l'aneuploïdie. Ces résultats suggèrent que les cycles de phosphorylation et déphosphorylation dynamiques de Bcl-xL Ser49 et Ser62 sont importants dans le maintien de l'intégrité des chromosomes lors de la mitose dans les cellules normales. Dans une deuxième étude, nous avons entrepris des expériences chez Caenorhabditis elegans pour comprendre l'importance des résidus Ser49 et Ser62 de Bcl-xL in vivo. Les vers transgéniques portant les mutations de Bcl-xL (S49A, S62A, S49D, S62D et S49/62A) ont été générés et leurs effets ont été analysés sur les cellules germinales des jeunes vers adultes. Les vers portant les mutations de Bcl-xL ont montré une diminution de ponte et d'éclosion des oeufs, des variations de la longueur de leurs régions mitotiques et des zones de transition, des anomalies chromosomiques à leur stade de diplotène, et une augmentation de l'apoptose des cellules germinales. Certaines de ces souches transgéniques, en particulier les variants Ser/Ala, ont également montré des variations de durée de vie par rapport aux vers témoins. Ces observations in vivo ont confirmé l'importance de Ser49 et Ser62 à l'intérieur du domaine à boucle de Bcl-xL pour le maintien de la stabilité chromosomique. Ces études auront une incidence sur les futures stratégies visant à développer et à identifier des composés qui pourraient cibler non seulement le domaine anti-apoptotique de la protéine Bcl-xL, mais aussi son domaine mitotique pour la thérapie du cancer.

Hepsine et matriptase activent l’hémagglutinine des virus influenza A et B et leur inhibition représente une nouvelle stratégie thérapeutique n’entraînant pas le développement de résistance

Résumé: Chaque année, les épidémies saisonnières d’influenza causent de 3 à 5 millions de cas sévères de maladie, entraînant entre 250 000 et 500 000 décès mondialement. Seulement deux classes d’antiviraux sont actuellement commercialisées pour traiter cette infection respiratoire : les inhibiteurs de la neuraminidase, tels que l’oseltamivir (Tamiflu) et les inhibiteurs du canal ionique M2 (adamantanes). Toutefois, leur utilisation est limitée par l’apparition rapide de résistance virale. Il est donc d’un grand intérêt de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques pour le traitement de l’influenza. Le virus influenza dépend de l’activation de sa protéine de surface hémagglutinine (HA) pour être infectieux. L’activation a lieu par clivage protéolytique au sein d’une séquence d’acides aminés conservée. Ce clivage doit être effectué par une enzyme de l’hôte, étant donné que le génome du virus ne code pour aucune protéase. Pour les virus infectant l’humain, plusieurs études ont montré le potentiel de protéases à sérine transmembranaires de type II (TTSP) à promouvoir la réplication virale : TMPRSS2, TMPRSS4, HAT, MSPL, Desc1 et matriptase, identifiée récemment par notre équipe (Beaulieu, Gravel et al., 2013), activent l’HA des virus influenza A (principalement H1N1 et H3N2). Toutefois, il existe peu d’information sur le clivage de l’HA des virus influenza B, et seulement TMPRSS2 et HAT ont été identifiées comme étant capables d’activer ce type de virus. Les travaux de ce projet de maîtrise visaient à identifier d’autres TTSP pouvant activer l’HA de l’influenza B. L’efficacité de clivage par la matriptase, hepsine, HAT et Desc1 a été étudiée et comparée entre ces TTSP. Ces quatre protéases s’avèrent capables de cliver l’HA de l’influenza B in vitro. Cependant, seul le clivage par matriptase, hepsine et HAT promeut la réplication virale. De plus, ces TTSP peuvent aussi supporter la réplication de virus influenza A. Ainsi, l’utilisation d’un inhibiteur de TTSP, développé en collaboration avec notre laboratoire, permet de bloquer significativement la réplication virale dans les cellules épithéliales bronchiques humaines Calu-3. Cet inhibiteur se lie de façon covalente et lentement réversible au site actif de la TTSP par un mécanisme slow tight-binding. Puisque cet inhibiteur cible une composante de la cellule hôte, et non une protéine virale, il n’entraîne pas le développement de résistance après 15 passages des virus en présence de l’inhibiteur dans les cellules Calu-3. L’inhibition des TTSP activatrices d’HA dans le système respiratoire humain représente donc une nouvelle stratégie thérapeutique pouvant mener au développement d’antiviraux efficaces contre l’influenza.

Utilisation d’un modèle de co-culture cellulaire pour l’évaluation in vitro du transport inverse du cholestérol

De nouveaux modèles cellulaires in vitro par transfert de milieu et par coculture ont été mis au point afin d’évaluer la capacité des HDL à éliminer l’excès de cholestérol des tissus périphériques et de le transporter vers le foie afin d’être excrété par le foie, un processus nommé le transport inverse du cholestérol (TIC). Le système cellulaire par transfert in vitro où des macrophages J774 sont gorgés de LDL acétylées et marqués au 3H-cholestérol a été préalablement établi afin de mesurer par scintillation l’efflux de cholestérol marqué vers le milieu de culture contenant des accepteurs de cholestérol. Ce milieu conditionné est transféré sur des cellules HepG2 afin d’étudier l’influx du cholestérol marqué. Ce dernier nous permet d’observer un transport de cholestérol de 25 % hors des J774 et un transport de 39 000 cpm dans les HepG2 en utilisant un milieu contenant 2 % de sérums humains mis en commun. Une stimulation des cellules J774 par l’AMPc augmente l’efflux et l’influx d’environ 45 %. Des tests de preuve de concept ont été effectués sur le système cellulaire par co-culture qui utilise des chambres de Boyden où les J774 sont localisées au fond d’un puits et les HepG2 dans un insert, et où le milieu est partagé entre les deux types cellulaires. On a déterminé qu’une confluence densité de 60 000 cellules/cm2 sur un insert constitué d’une membrane de polyester avec des pores de 3,0 μm, sans autre revêtement, permet d’observer un influx spécifique au sérum d’environ 6 000 cpm associés aux cellules HepG2, où 50 % des comptes radioactifs sont dans les cellules et l’autre moitié présente à la surface cellulaire.

Stabilising suppressor of cytokine signalling 3 (SOCS3) protein levels to limit neointimal hyperplasia

Suppressor of cytokine signalling 3 (SOCS3) is a potent inhibitor of the mitogenic, migratory and pro-inflammatory pathways responsible for the development of neointimal hyperplasia (NIH), a key contributor to the failure of vascular reconstructive procedures. However, the protein levels of SOCS3, and therefore its potential to reduce NIH, is limited by its ubiquitylation and high turnover by the proteasome. I hypothesised that stabilisation of endogenous SOCS3 by inhibiting its ubiquitylation has the potential to limit vascular inflammation and NIH. Consequently, the aim of this PhD was to identify the mechanisms promoting the rapid turnover of SOCS3. Initial experiments involved the identification of residues involved in regulating the turnover of SOCS3 at the proteasome. I assessed the ubiquitylation status of a panel of FLAG tagged SOCS3 truncation mutants and identified a C-terminal 44 amino acid region required for SOCS3 ubiquitylation. This region localised to the SOCS box which is involved in binding Elongin B/C and the formation of a functional E3 ubiquitin ligase complex. However, the single lysine residue at position 173, located within this 44 amino acid region, was not required for ubiquitylation. Moreover, Emetine chase assays revealed that loss of either Lys173 or Lys6 (as documented in the literature) had no significant effect on SOCS3 stability 8 hrs post emetine treatment. As mutagenesis studies failed to identify key sites of ubiquitylation responsible for targeting SOCS3 to the proteasome, LC-MS-MS analysis of a SOCS3 co-immunoprecipitate was employed. These data were searched for the presence of a Gly-Gly doublet (+114 Da mass shift) and revealed 8 distinct sites of ubiquitylation (Lys23, Lys28, Lys40, Lys85, Lys91, Lys173, Lys195, Lys206) on SOCS3 however Lys6 ubiquitylation was not detected. As multiple Lys residues were ubiquitylated, I hypothesised that only a Lys-less SOCS3, in which all 8 Lys residues were mutated to Arg, would be resistant to ubiquitylation. Compared to WT SOCS3, Lys-less SOCS3 was indeed found to be completely resistant to ubiquitylation, and significantly more stable than WT SOCS3. These changes occurred in the absence of any detrimental effect on the ability of Lys-less SOCS3 to interact with the Elongin B/C components required to generate a functional E3 ligase complex. In addition, both WT and Lys-less SOCS3 were equally capable of inhibiting cytokine-stimulated STAT3 phosphorylation upon co-expression with a chimeric EpoR-gp130 receptor. To assess whether SOCS3 auto-ubiquitylates I generated an L189A SOCS3 mutant that could no longer bind the Elongins and therefore form the E3 ligase complex required for ubiquitylation. A denaturing IP to assess the ubiquitylation status of this mutant was performed and revealed that, despite an inability to bind the Elongins, the L189A mutant was poly-ubiquitylated similar to WT SOCS3. Together these data suggested that SOCS3 does not auto-ubiquitylate and that a separate E3 ligase must regulate SOCS3 ubiquitylation. This study sought to identify the E3 ligase and deubiquitylating (DUB) enzymes controlling the ubiquitylation of SOCS3. Our initial strategy was to develop a tool to screen an E3 ligase/DUB library, using an siARRAY, to sequentially knockdown all known E3 ligases in the presence of a SOCS3-luciferase fusion protein or endogenous SOCS3 in a high content imaging screening platform. However, due to a poor assay window (<2) and non-specific immunoreactivity of SOCS3 antibodies available, these methods were deemed unsuitable for screening purposes. In the absence of a suitable tool to screen the si-ARRAY, LC-MS-MS analysis of a SOCS3 co-immunoprecipitate (co-IP) was investigated. I performed a SOCS3 under conditions which preserved protein-protein interactions, with the aim of identifying novel E3 ligase and/or DUBs that could potentially interact with SOCS3. These data were searched for E3 ligase or DUB enzymes that may interact with SOCS3 in HEK293 cells and identified two promising candidates i) an E3 ligase known as HectD1 and ii) a DUB known as USP15. This thesis has demonstrated that in the presence of HectD1 overexpression, a slight increase in K63-linked polyubiquitylation of SOCS3 was observed. Mutagenesis also revealed that an N-terminal region of SOCS3 may act as a repressor of this interaction with HectD1. Additionally, USP15 was shown to reduce SOCS3 polyubiquitylation in a HEK293 overexpression system suggesting this may act as a DUB for SOCS3. The C-terminal region of SOCS3 was also shown to play a major role in the interaction with USP15. The original hypothesis of this thesis was that stabilisation of endogenous SOCS3 by inhibiting its ubiquitylation has the potential to limit vascular inflammation and NIH. Consistent with this hypothesis, immunohistochemistry visualisation of SOCS3, in human saphenous vein tissue derived from CABG patients, revealed that while SOCS3 was present throughout the media of these vessels the levels of SOCS3 within the neointima was reduced. Finally, preliminary data supporting the hypothesis that SOCS3 overexpression may limit the proliferation, but not migration, of human saphenous vein smooth muscle cells (HSVSMCs) is presented. It is expected that multiple E3 ligases and DUBs will contribute to the regulation of SOCS3 turnover. However, the identification of candidate E3 ligases or DUBs that play a significant role in SOCS3 turnover may facilitate the development of peptide disruptors or gene therapy targets to attenuate pathological SMC proliferation. A targeted approach, inhibiting the interaction between SOCS3 and identified E3 ligase, that controls the levels of SOCS3, would be expected to reduce the undesirable effects associated with global inhibition of the E3 ligase involved.

Production d'IgG sialylées en CHO et impact sur leurs fonctions effectrices

La sialylation des N-glycanes du fragment Fc des immunogobulines G (IgG) est une modification peu fréquente des IgG humaines. Pourtant, elle est l’objet de beaucoup d’attention depuis que deux articles fondateurs ont été publiés, qui montrent l’un que la sialylation des IgG diminue leur capacité à déclencher la cytotoxicité cellulaire dépendant de l’anticorps (ADCC), et l’autre que les IgG sialylées en α2,6 seraient la fraction efficace des IgG intraveineuses (IgIV) anti-inflammatoires. Les anticorps monoclonaux thérapeutiques, qui sont le plus souvent des IgG recombinantes produites en culture de cellules de mammifère, connaissent depuis la fin des années 90 un succès et une croissance phénoménaux sur le marché pharmaceutique. La maîtrise de la N-glycosylation du Fc des IgG est une clé de l’efficacité des anticorps monoclonaux. Si les IgG sialylées sont des molécules peu fréquentes in vivo, elles sont très rares en culture cellulaire. Dans cette étude, nous avons développé une méthode de production d’IgG avec une sialylation de type humain en cellules CHO. Nous avons travaillé principalement sur la mise au point d’une stratégie de production d’IgG sialylées par co-expression transitoire d’une IgG1 avec la β1,4-galactosyltransférase I (β4GTI) et la β-galactoside-α2,6-sialyltransférase I (ST6GalI). Nous avons montré que cette méthode permettait d’enrichir l’IgG1 en glycane fucosylé di-galactosylé mono-α2,6-sialylé G2FS(6)1, qui est le glycane sialylé présent sur les IgG humaines. Nous avons ensuite adapté cette méthode à la production d’IgG présentant des profils de glycosylation riches en acides sialiques, riches en galactose terminal, et/ou appauvris en fucosylation. L’analyse des profils de glycosylation obtenus par la co-expression de diverses combinaisons enzymatiques avec l’IgG1 native ou une version mutante de l’IgG1 (F243A), a permis de discuter des influences respectives de la sous-galactosylation des IgG1 en CHO et des contraintes structurales du Fc dans la limitation de la sialylation des IgG en CHO. Nous avons ensuite utilisé les IgG1 produites avec différents profils de glycosylation afin d’évaluer l’impact de la sialylation α2,6 sur l’interaction de l’IgG avec le récepteur FcγRIIIa, principal récepteur impliqué dans la réponse ADCC. Nous avons montré que la sialylation α2,6 augmentait la stabilité du complexe formé par l’IgG avec le FcγRIIIa, mais que ce bénéfice n’était pas directement traduit par une augmentation de l’efficacité ADCC de l’anticorps. Enfin, nous avons débuté le développement d’une plateforme d’expression stable d’IgG sialylées compatible avec une production à l’échelle industrielle. Nous avons obtenu une lignée capable de produire des IgG enrichies en G2FS(6)1 à hauteur de 400 mg/L. Cette étude a contribué à une meilleure compréhension de l’impact de la sialylation sur les fonctions effectrices des IgG, et a permis d’augmenter la maîtrise des techniques de modulation du profil de glycosylation des IgG en culture cellulaire.

Bcl-xL (S49) and (S62) sequential phosphorylation/dephosphorylation during mitosis prevents chromosome instability and aneuploidy

Une caractéristique intéressante de la protéine Bcl-xL est la présence d'un domaine en boucle non-structurée entre les hélices α1 and α2 de la protéine. Ce domaine protéique n'est pas essentiel pour sa fonction anti-apoptotique et absent chez CED-9, la protéine orthologue chez Caenorhabditis elegans. A l'intérieur de ce domaine, Bcl-xL subit une phosphorylation et déphosphorylation dynamique sur les résidus Ser49 et Ser62 en phase G2 du cycle cellulaire et lors de la mitose. Lorsque ces résidus sont mutés et les protéines exprimées dans des cellules cancéreuses, les cellules démontrent plusieurs défauts mitotiques liés à l'instabilité chromosomique. Pour analyser les effets de Bcl-xL Ser49 et Ser62 dans les cellules normales, les présentes études ont été réalisées dans des cellules diploïdes humaines normales, et in vivo chez Caenorhabditis elegans. Dans une première étude, nous avons utilisé la lignée cellulaire de cellules fibroblastiques diploïdes humaines normales BJ, exprimant Bcl-xL (type sauvage), (S49A), (S49D), (S62A), (S62D) et les double (S49/62A) et (S49/62D) mutants. Les cellules exprimant les mutants de phosphorylation ont montré des cinétiques de doublement de la population cellulaire réduites. Ces effets sur la cinétique de doublement de la population cellulaire corrèle avec l'apparition de la sénescence cellulaire, sans impact sur les taux de mort cellulaire. Ces cellules sénescentes affichent des phénotypes typiques de sénescence associés notamment à haut niveau de l'activité β-galactosidase associée à la sénescence, la sécrétion d' interleukine-6, l'activation de p53 et de p21WAF1/ Cip1, un inhibiteur des complexes kinase cycline-dépendant, ainsi que la formation de foyers de chromatine nucléaire associés à γH2A.X. Les analyses de fluorescence par hybridation in situ et des caryotypes par coloration au Giemsa ont révélé que l'expression des mutants de phosphorylation de Bcl-xL provoquent de l'instabilité chromosomique et l'aneuploïdie. Ces résultats suggèrent que les cycles de phosphorylation et déphosphorylation dynamiques de Bcl-xL Ser49 et Ser62 sont importants dans le maintien de l'intégrité des chromosomes lors de la mitose dans les cellules normales. Dans une deuxième étude, nous avons entrepris des expériences chez Caenorhabditis elegans pour comprendre l'importance des résidus Ser49 et Ser62 de Bcl-xL in vivo. Les vers transgéniques portant les mutations de Bcl-xL (S49A, S62A, S49D, S62D et S49/62A) ont été générés et leurs effets ont été analysés sur les cellules germinales des jeunes vers adultes. Les vers portant les mutations de Bcl-xL ont montré une diminution de ponte et d'éclosion des oeufs, des variations de la longueur de leurs régions mitotiques et des zones de transition, des anomalies chromosomiques à leur stade de diplotène, et une augmentation de l'apoptose des cellules germinales. Certaines de ces souches transgéniques, en particulier les variants Ser/Ala, ont également montré des variations de durée de vie par rapport aux vers témoins. Ces observations in vivo ont confirmé l'importance de Ser49 et Ser62 à l'intérieur du domaine à boucle de Bcl-xL pour le maintien de la stabilité chromosomique. Ces études auront une incidence sur les futures stratégies visant à développer et à identifier des composés qui pourraient cibler non seulement le domaine anti-apoptotique de la protéine Bcl-xL, mais aussi son domaine mitotique pour la thérapie du cancer.

Cytotoxic, anti-inflammatory and antioxidant activities of four different extracts of Galega officinalis L (Goat’s rue)

Purpose: To evaluate the cytotoxic, anti-inflammatory and antioxidant activities of four different solvent extracts obtained from the aerial parts of Galega officinalis L Methods: The hexane, DCM, methanol and water extracts of G. officinalis were successively obtained by soxhlet extraction method. The cytotoxic activity of the extracts was assessed against human lung carcinoma (A-549), human colorectal adenocarcinoma (HT-29), human brain glioblastoma (U-87), and colon adenocarcinoma (DLD-1) by Resazurine test. The antioxidant activity of extracts were determined by Folin-Ciocalteau, oxygen radical absorbing capacity (ORAC), and 2’.7’-dichlorofluorescin-diacetate (DCFH-DA) cell-based assay while their anti-inflammatory activity was determined by nitric oxide (NO) assay. Results: DCM extract showed strong cytotoxic activity against lung adenocarcinoma and brain glioblastoma cell lines, with IC50 (concentration inhibiting 50 % of cell growth) values of 11 ± 0.4 and 16 ± 3 μg/mL, respectively. The hexane extract showed moderate anticancer activity against the same cell lines (59 ± 13 and 63 ± 16 μg/mL, respectively). DCM extract also showed significant anti-inflammatory activity, inhibiting NO release by 86.7 % at 40 μg/mL in lipopolysaccharide (LPS) - stimulated murine RAW 264.7 macrophages. Of all test extracts, the methanol extract of G. officinalis showed the highest antioxidant activity with 2.33 ± 0.09 μmol Trolox/mg , 7.10 ± 0.9 g tannic acid equivalent (TAE), and IC50 of 44 ± 4 μg/mL. Conclusion: The findings of this study suggest that DCM extract may possess anticancer effect against lung adenocarcinoma and brain glioblastoma, as well as serve as an anti-inflammatory agent.

Élucidation et identification des différents interacteurs impliqués dans le mécanisme de régulation du LDLR par la protéine PCSK9

Résumé : Les maladies cardiovasculaires représentent la principale cause de mortalité mondiale, soit le tiers des décès annuels selon l’Organisation mondiale de la Santé. L’hypercholestérolémie, caractérisée par une élévation des niveaux plasmatiques de lipoprotéines de faible densité (LDL), est l’un des facteurs de risque majeur pour les maladies cardiovasculaires. La proprotéine convertase subtilisine/kexine type 9 (PCSK9) joue un rôle essentiel dans l’homéostasie du cholestérol sanguin par la régulation des niveaux protéiques du récepteur LDL (LDLR). PCSK9 est capable de se lier au LDLR et favorise l’internalisation et la dégradation du récepteur dans les lysosomes. L’inhibition de PCSK9 s’avère une cible thérapeutique validée pour le traitement de l’hypercholestérolémie et la prévention des maladies cardiovasculaires. Par contre, plusieurs mécanismes responsables de la régulation et la dégradation du complexe PCSK9-LDLR n’ont pas encore été complètement caractérisés comme la régulation par la protéine annexin A2 (AnxA2), un inhibiteur endogène de PCSK9. De plus, plusieurs évidences suggèrent la présence d’une ou plusieurs protéines, encore inconnues, impliquées dans le mécanisme d’action de PCSK9. Celles-ci pourraient réguler l’internalisation et le transport du complexe PCSK9-LDLR vers les lysosomes. Les objectifs de cette thèse sont de mieux définir le rôle et l’impact de l’AnxA2 sur la protéine PCSK9 en plus d’identifier de nouveaux partenaires d’interactions de PCSK9 pour mieux caractériser son mécanisme d’action sur la régulation des niveaux de LDLR. Nous avons démontré que l’inhibition de PCSK9 par l’AnxA2 extracellulaire s’effectue via sa liaison aux domaines M1+M2 de la région C-terminale de PCSK9 et nous avons mis en évidence les premières preuves d’un contrôle intracellulaire de l’AnxA2 sur la traduction de l’ARNm de PCSK9. Nos résultats révèlent une liaison de l’AnxA2 à l’ARN messager de PCSK9 qui cause une répression traductionnelle. Nous avons également identifié la protéine glypican-3 (GPC3) comme un nouveau partenaire d’interaction extracellulaire avec le PCSK9 et intracellulaire avec le complexe PCSK9-LDLR dans le réticulum endoplasmique des cellules HepG2 et Huh7. Nos études démontrent que GPC3 réduit l’activité extracellulaire de PCSK9 en agissant comme un compétiteur du LDLR pour la liaison avec PCSK9. Une meilleure compréhension des mécanismes de régulation et de dégradation du complexe PCKS9-LDLR permettra de mieux évaluer l’impact et l’efficacité des inhibiteurs de la protéine PCSK9.

The role of non-coding RNA in the development of pulmonary arterial hypertension

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a progressive disease of the small pulmonary arteries, characterised by pulmonary vascular remodelling due to excessive proliferation and resistance to apoptosis of pulmonary artery endothelial cells (PAECs) and pulmonary artery smooth muscle cells (PASMCs). The increased pulmonary vascular resistance and elevated pulmonary artery pressures result in right heart failure and premature death. Germline mutations of the bone morphogenetic protein receptor-2 (bmpr2) gene, a receptor of the transforming growth factor beta (TGF-β) superfamily, account for approximately 75%-80% of the cases of heritable form of PAH (HPAH) and 20% of sporadic cases or idiopathic PAH (IPAH). IPAH patients without known bmpr2 mutations show reduced expression of BMPR2. However only ~ 20% of bmpr2-mutation carriers will develop the disease, due to an incomplete penetrance, thus the need for a ‘second hit’ including other genetic and/or environmental factors is accepted. Diagnosis of PAH occurs most frequently when patients have reached an advanced stage of disease. Although modern PAH therapies can markedly improve a patient’s symptoms and slow the rate of clinical deterioration, the mortality rate from PAH remains unacceptably high. Therefore, the development of novel therapeutic approaches is required for the treatment of this multifaceted disease. Noncoding RNAs (ncRNAs) include microRNAs (miRNAs) and long noncoding RNAs (lncRNAs). MiRNAs are ~ 22 nucleotide long and act as negative regulators of gene ex-pression via degradation or translational inhibition of their target mRNAs. Previous studies showed extensive evidence for the role of miRNAs in the development of PAH. LncRNAs are transcribed RNA molecules greater than 200 nucleotides in length. Similar to classical mRNA, lncRNAs are translated by RNA polymerase II and are generally alternatively spliced and polyadenylated. LncRNAs are highly versatile and function to regulate gene expression by diverse mechanisms. Unlike miRNAs, which exhibit well-defined actions in negatively regulating gene expression via the 3’-UTR of mRNAs, lncRNAs play more diverse and unpredictable regulatory roles. Although a number of lncRNAs have been intensively investigated in the cancer field, studies of the role of lncRNAs in vascular diseases such as PAH are still at a very early stage. The aim of this study was to investigate the involvement of specific ncRNAs in the development of PAH using experimental animal models and cell culture. The first ncRNA we focused on was miR-143, which is up-regulated in the lung and right ventricle tissues of various animal models of PH, as well as in the lungs and PASMCs of PAH patients. We show that genetic ablation of miR-143 is protective against the development of chronic hypoxia induced PH in mice, assessed via measurement of right ventricular systolic pressure (RVSP), right ventricular hypertrophy (RVH) and pulmonary vascular remodelling. We further report that knockdown of miR-143-3p in WT mice via anti-miR-143-3p administration prior to exposure of mice to chronic hypoxia significantly decreases certain indices of PH (RVSP) although no significant changes in RVH and pulmo-nary vascular remodelling were observed. However, a reversal study using antimiR-143-3p treatment to modulate miR-143-3p demonstrated a protective effect on RVSP, RVH, and muscularisation of pulmonary arteries in the mouse chronic hypoxia induced PH model. In vitro experiments showed that miR-143-3p overexpression promotes PASMC migration and inhibits PASMC apoptosis, while knockdown miR-143-3p elicits the opposite effect, with no effects observed on cellular proliferation. Interestingly, miR-143-3p-enriched exosomes derived from PASMCs mediated cell-to-cell communication between PASMCs and PAECs, contributing to the pro-migratory and pro-angiogenic phenotype of PAECs that underlies the pathogenesis of PAH. Previous work has shown that miR-145-5p expression is upregulated in the chronic hypoxia induced mouse model of PH, as well as in PAH patients. Genetic ablation and pharmacological inhibition (subcutaneous injection) of miR-145-5p exert a protective against the de-velopment of PAH. In order to explore the potential for alternative, more lung targeted delivery strategies, miR-145-5p expression was inhibited in WT mice using intranasal-delivered antimiR-145-5p both prior to and post exposure to chronic hypoxia. The decreased expression of miR-145-5p in lung showed no beneficial effect on the development of PH compared with control antimiRNA treated mice exposed to chronic hypoxia. Thus, miR-143-3p modulated both cellular and exosome-mediated responses in pulmonary vascular cells, while the inhibition of miR-143-3p prevented the development of experimental pulmonary hypertension. We focused on two lncRNAs in this project: Myocardin-induced Smooth Muscle Long noncoding RNA, Inducer of Differentiation (MYOSLID) and non-annotated Myolnc16, which were identified from RNA sequencing studies in human coronary artery smooth muscle cells (HCASMCs) that overexpress myocardin. MYOSLID was significantly in-creased in PASMCs from patients with IPAH compared to healthy controls and increased in circulating endothelial progenitor cells (EPCs) from bmpr2 mutant PAH patients. Exposure of PASMCs to hypoxia in vitro led to a significant upregulation in MYOSLID expres-sion. MYOSLID expression was also induced by treatment of PASMC with BMP4, TGF-β and PDGF, which are known to be triggers of PAH in vitro. Small interfering RNA (siR-NA)-mediated knockdown MYOSLID inhibited migration and induced cell apoptosis without affecting cell proliferation and upregulated several genes in the BMP pathway in-cluding bmpr1α, bmpr2, id1, and id3. Modulation of MYOSLID also affected expression of BMPR2 at the protein level. In addition, MYOSLID knockdown affected the BMP-Smad and BMP-non-Smad signalling pathways in PASMCs assessed by phosphorylation of Smad1/5/9 and ERK1/2, respectively. In PAECs, MYOSLID expression was also induced by hypoxia exposure, VEGF and FGF2 treatment. In addition, MYOSLID knockdown sig-nificantly decreased the proliferation of PAECs. Thus, MYOSLID may be a novel modulator in pulmonary vascular cell functions, likely through the BMP-Smad and –non-Smad pathways. Treatment of PASMCs with inflammatory cytokines (IL-1 and TNF-α) significantly in-duced the expression of Myolnc16 at a very early time point. Knockdown of Myolnc16 in vitro decreased the expression of il-6, and upregulated the expression of il-1 and il-8 in PASMCs. Moreover, the expression levels of chemokines (cxcl1, cxcl6 and cxcl8) were sig-nificantly decreased with Myolnc16 knockdown. In addition, Myolnc16 knockdown decreased the MAP kinase signalling pathway assessed by phosphorylation of ERK1/2 and p38 MAPK and inhibited cell migration and proliferation in PASMCs. Thus, Myolnc16 may a novel modulator of PASMCs functions through anti-inflammatory signalling pathways. In summary, in this thesis we have demonstrated how miR-143-3p plays a protective role in the development of PH both in vivo animal models and patients, as well as in vitro cell cul-ture. Moreover, we have showed the role of two novel lncRNAs in pulmonary vascular cells. These ncRNAs represent potential novel therapeutic targets for the treatment of PAH with further work addressing to investigate the target genes, and the pathways modulated by these ncRNAs during the development of PAH.

Anti-proliferative effects of novel hydroxyamides and triazoles

Chemotherapy is a major cancer treatment option. The synthesis of new compounds with anti-proliferative properties and specificity is a current challenge in drug-discovery today. Our goal was to develop compounds, either hydroxyamides derived from D-glucuronic acid or triazole-cinchone hybrids, and to evaluate their anti-proliferative properties. Anti-proliferative activity of the newly synthesized compounds was examined against human breast adenocarcinoma (MCF-7) and human colon carcinoma (MDST8) cell-lines. Cell growth and viability was analysed by the Cell-Counting Kit-8 method. The 5-fluoroacil was used as a positive control. The compounds were studied between 10-9-10-5M. Fifteen compounds from the hydroxyamide family and two triazole compounds were investigated. Most of the compounds from the hydroxyamide family revealed mild (~20%) to moderate (50%) anti-proliferative effects in both cell-lines, with the exception of Hydroxyamide B1 which did not affect MDST8 proliferation, and hydroxyamide B3 where proliferation of MDST8 was inhibited by 90%. Triazoles (A and B) evoked a strong (~100%) anti-proliferative effect of MDST8 cell-lines. Proliferation of MCF-7 was selectively and effectively (~98%) inhibited by triazole B while triazole A had a mild effect. In conclusion, when compared to hydroxyamides, triazoles evoked a stronger anti-proliferative effect and might be promising anti-tumoral drugs.

Study of genes involved in her2-positive breast cancer progression for identification of new therapeutic targets

HER2 overexpression is observed in 20-30% of invasive breast carcinomas and it is correlated with poor prognosis. Although targeted therapies have revolutionized the treatment of HER2-positive breast cancer, a high number of patients presented primary or acquired resistance to monoclonal antibodies and tyrosine kinase inhibitors. Tumor heterogenicity, epithelial to mesenchymal transition (EMT) and cancer stem cells are key factors in target therapy resistance and tumor progression. The aim of this project was to discover alternative therapeutic strategies to over-come tumor resistance by harnessing immune system and looking for new targetable molecules. The results reported introduce a virus-like particles-based vaccine against HER2 as promising therapeutic approach to treat HER2-positive tumors. The high and persistent anti-HER2 antibody titers elicited by the vaccine significantly inhibited tumor growth and metastases onset. Furthermore, the polyclonal response induced by the vaccine also inhibited human HER2-positive breast cancer cells resistant to trastuzumab in vitro, suggesting its efficacy also on trastuzumab resistant tumors. To identify new therapeutic targets to treat progressed breast cancer, we took advantage from a dynamic model of HER2 expression obtained in our laboratory, in which HER2 loss and cancer progression were associated with the acquisition of EMT and stemness features. Targeting EMT-involved molecules, such as PDGFR-β, or the induction of epithelial markers, like E-cadherin, proved to be successful strategy to impair HER2-negative tumor growth. Density alterations, which might be induced by anti-HER2 target therapies, in cell culture condition of a cell line with a labile HER2 expression, caused HER2 loss probably as consequence of more aggressive subpopulations which prevail over the others. These subpopulations showed an increased EMT and stemness profile, confirming that targeting EMT-involved molecules or antigen expressed by cancer stem cells together with anti-HER2 target therapies is a valid strategy to inhibit HER2-positive cells and simultaneously prevent selection of more aggressive clone.

Enhanced inhibition of murine prostatic carcinoma growth by immunization with or administration of viable human umbilical vein endothelial cells and CRM197

Vaccination with xenogeneic and syngeneic endothelial cells is effective for inhibiting tumor growth. Nontoxic diphtheria toxin (CRM197), as an immunogen or as a specific inhibitor of heparin-binding EGF-like growth factor, has shown promising antitumor activity. Therefore, immunization with or administration of viable human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) combined with CRM197 could have an enhanced antitumor effect. Six-week-old C57BL/6J male mice were vaccinated with viable HUVECs, 1 x 10(6) viable HUVECs combined with 100 μg CRM197, or 100 μg CRM197 alone by ip injections once a week for 4 consecutive weeks. RM-1 cells (5 x 10(5)) were inoculated by sc injection as a preventive procedure. During the therapeutic procedure, 6-week-old male C57BL/6J mice were challenged with 1 x 10(5) RM-1 cells, then injected sc with 1 x 10(6) viable HUVECs, 1 x 10(6) viable HUVECs + 100 μg CRM197, and 100 μg CRM197 alone twice a week for 4 consecutive weeks. Tumor volume and life span were monitored. We also investigated the effects of immunization with HUVECs on the aortic arch wall and on wound healing. Vaccination with or administration of viable HUVECs+CRM197 enhanced the inhibition of RM-1 prostatic carcinoma by 24 and 29%, respectively, and prolonged the life span for 3 and 4 days, respectively, compared with those of only vaccination or administration with viable HUVECs of tumor-bearing C57BL/6J mice. Furthermore, HUVEC immunization caused some damage to the aortic arch wall but did not have remarkable effects on the rate of wound healing; the wounds healed in approximately 13 days. Treatment with CRM197 in combination with viable HUVECs resulted in a marked enhancement of the antitumor effect in the preventive or therapeutic treatment for prostatic carcinoma in vivo, suggesting a novel combination for anti-cancer therapy.

Laminin-derived peptide AG73 regulates migration, invasion, and protease activity of human oral squamous cell carcinoma cells through syndecan-1 and beta 1 integrin

Squamous cell carcinoma is a prevalent head and neck tumor with high mortality. We studied the role played by laminin alpha 1 chain peptide AG73 on migration, invasion, and protease activity of cells (OSCC) from human oral squamous cell carcinoma. Immunohistochemistry and immunofluorescence analyzed expression of laminin alpha 1 chain and MMP9 in oral squamous cells carcinoma in vivo and in vitro. Migratory activity of AG73-treated OSCC cells was investigated by monolayer wound assays and in chemotaxis chambers. AG73-induced invasion was assessed in Boyden chambers. Invasion depends on MMPs. Conditioned media from cells grown on AG73 was subjected to zymography. We searched for AG73 receptors related to these activities in OSCC cells. Immunofluorescence analyzed AG73induced colocalization of syndecan-1 and beta 1 integrin. Cells had these receptors silenced by siRNA, followed by treatment with AG73 and analysis of migration, invasion, and protease activity. Oral squamous cell carcinoma expresses laminin alpha 1 chain and MMP9. OSCC cells treated with AG73 showed increased migration, invasion, and protease activity. AG73 induced colocalization of syndecan-1 and beta 1 integrin. Knockdown of these receptors decreased AG73-dependent migration, invasion, and protease activity. Syndecan-1 and beta 1 integrin signaling downstream of AG73 regulate migration, invasion, and MMP production by OSCC cells.