Lethal weapons : novel approaches for receptor-targeted cancer cell elimination

The currently used forms of cancer therapy are associated with drug resistance and toxicity to healthy tissues. Thus, more efficient methods are needed for cancer-specific induction of growth arrest and programmed cell death, also known as apoptosis. Therapeutic forms of tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) are investigated in clinical trials due to the capability of TRAIL to trigger apoptosis specifically in cancer cells by activation of cell surface death receptors. Many tumors, however, have acquired resistance to TRAIL-induced apoptosis and sensitizing drugs for combinatorial treatments are, therefore, in high demand. This study demonstrates that lignans, natural polyphenols enriched in seeds and cereal, have a remarkable sensitizing effect on TRAIL-induced cell death at non-toxic lignan concentrations. In TRAIL-resistant and androgen-dependent prostate cancer cells we observe that lignans repress receptor tyrosine kinase (RTK) activity and downregulate cell survival signaling via the Akt pathway, which leads to increased TRAIL sensitivity. A structure-activity relationship analysis reveals that the γ-butyrolactone ring of the dibenzylbutyrolactone lignans is essential for the rapidly reversible TRAIL-sensitizing activity of these compounds. Furthermore, the lignan nortrachelogenin (NTG) is identified as the most efficient of the 27 tested lignans and norlignans in sensitization of androgen-deprived prostate cancer cells to TRAIL-induced apoptosis. While this combinatorial anticancer approach may leave normal cells unharmed, several efficient cancer drugs are too toxic, insoluble or unstable to be used in systemic therapy. To enable use of such drugs and to protect normal cells from cytotoxic effects, cancer-targeted drug delivery vehicles of nanometer scale have recently been generated. The newly developed nanoparticle system that we tested in vitro for cancer cell targeting combines the efficient drug-loading capacity of mesoporous silica to the versatile particle surface functionalization of hyperbranched poly(ethylene imine), PEI. The mesoporous hybrid silica nanoparticles (MSNs) were functionalized with folic acid to promote targeted internalization by folate receptor overexpressing cancer cells. The presented results demonstrate that the developed carrier system can be employed in vitro for cancer selective delivery of adsorbed or covalently conjugated molecules and furthermore, for selective induction of apoptotic cell death in folate receptor expressing cancer cells. The tested carrier system displays potential for simultaneous delivery of several anticancer agents specifically to cancer cells also in vivo.

A Farewell to Flat Biology. Three-dimensional Cell Culture Models in Cancer Drug Target Identification and Validation

Cells of epithelial origin, e.g. from breast and prostate cancers, effectively differentiate into complex multicellular structures when cultured in three-dimensions (3D) instead of conventional two-dimensional (2D) adherent surfaces. The spectrum of different organotypic morphologies is highly dependent on the culture environment that can be either non-adherent or scaffold-based. When embedded in physiological extracellular matrices (ECMs), such as laminin-rich basement membrane extracts, normal epithelial cells differentiate into acinar spheroids reminiscent of glandular ductal structures. Transformed cancer cells, in contrast, typically fail to undergo acinar morphogenic patterns, forming poorly differentiated or invasive multicellular structures. The 3D cancer spheroids are widely accepted to better recapitulate various tumorigenic processes and drug responses. So far, however, 3D models have been employed predominantly in the Academia, whereas the pharmaceutical industry has yet to adopt a more widely and routine use. This is mainly due to poor characterisation of cell models, lack of standardised workflows and high throughput cell culture platforms, and the availability of proper readout and quantification tools. In this thesis, a complete workflow has been established entailing well-characterised 3D cell culture models for prostate cancer, a standardised 3D cell culture routine based on high-throughput-ready platform, automated image acquisition with concomitant morphometric image analysis, and data visualisation, in order to enable large-scale high-content screens. Our integrated suite of software and statistical analysis tools were optimised and validated using a comprehensive panel of prostate cancer cell lines and 3D models. The tools quantify multiple key cancer-relevant morphological features, ranging from cancer cell invasion through multicellular differentiation to growth, and detect dynamic changes both in morphology and function, such as cell death and apoptosis, in response to experimental perturbations including RNA interference and small molecule inhibitors. Our panel of cell lines included many non-transformed and most currently available classic prostate cancer cell lines, which were characterised for their morphogenetic properties in 3D laminin-rich ECM. The phenotypes and gene expression profiles were evaluated concerning their relevance for pre-clinical drug discovery, disease modelling and basic research. In addition, a spontaneous model for invasive transformation was discovered, displaying a highdegree of epithelial plasticity. This plasticity is mediated by an abundant bioactive serum lipid, lysophosphatidic acid (LPA), and its receptor LPAR1. The invasive transformation was caused by abrupt cytoskeletal rearrangement through impaired G protein alpha 12/13 and RhoA/ROCK, and mediated by upregulated adenylyl cyclase/cyclic AMP (cAMP)/protein kinase A, and Rac/ PAK pathways. The spontaneous invasion model tangibly exemplifies the biological relevance of organotypic cell culture models. Overall, this thesis work underlines the power of novel morphometric screening tools in drug discovery.

The insulin receptor substrate 1 associates with phosphotyrosine phosphatase SHPTP2 in liver and muscle of rats

Insulin stimulates the tyrosine kinase activity of its receptor resulting in the phosphorylation of its cytosolic substrate, insulin receptor substrate-1 (IRS-1) which, in turn, associates with proteins containing SH2 domains. It has been shown that IRS-1 associates with the tyrosine phosphatase SHPTP2 in cell cultures. While the effect of the IRS-1/SHPTP2 association on insulin signal transduction is not completely known, this association may dephosphorylate IRS-1 and may play a critical role in the mitogenic actions of insulin. However, there is no physiological demonstration of this pathway of insulin action in animal tissues. In the present study we investigated the ability of insulin to induce association between IRS-1 and SHPTP2 in liver and muscle of intact rats, by co-immunoprecipitation with anti-IRS-1 antibody and anti-SHPTP2 antibody. In both tissues there was an increase in IRS-1 association with SHPTP2 after insulin stimulation. This association occurred when IRS-1 had the highest level of tyrosine phosphorylation and the decrease in this association was more rapid than the decrease in IRS-1 phosphorylation levels. The data provide evidence against the participation of SHPTP2 in IRS-1 dephosphorylation in rat tissues, and suggest that the insulin signal transduction pathway in rat tissues is related mainly to the mitogenic effects of the hormone.

Rarity of DNA sequence alterations in the promoter region of the human androgen receptor gene

The human androgen receptor (AR) gene promoter lies in a GC-rich region containing two principal sites of transcription initiation and a putative Sp1 protein-binding site, without typical "TATA" and "CAAT" boxes. It has been suggested that mutations within the 5'untranslated region (5'UTR) may contribute to the development of prostate cancer by changing the rates of gene transcription and/or translation. In order to investigate this question, the aim of the present study was to search for the presence of mutations or polymorphisms at the AR-5'UTR in 92 prostate cancer patients, where histological diagnosis of adenocarcinoma was established in specimens obtained from transurethral resection or after prostatectomy. The AR-5'UTR was amplified by PCR from genomic DNA samples of the patients and of 100 healthy male blood donors, included as controls. Conformation-sensitive gel electrophoresis was used for DNA sequence alteration screening. Only one band shift was detected in one individual from the blood donor group. Sequencing revealed a new single nucleotide deletion (T) in the most conserved portion of the promoter region at position +36 downstream from the transcription initiation site I. Although the effect of this specific mutation remains unknown, its rarity reveals the high degree of sequence conservation of the human androgen promoter region. Moreover, the absence of detectable variation within the critical 5'UTR in prostate cancer patients indicates a low probability of its involvement in prostate cancer etiology.

Differential binding with ERα and ERβ of the phytoestrogen-rich plant Pueraria mirifica

Variations in the estrogenic activity of the phytoestrogen-rich plant, Pueraria mirifica, were determined with yeast estrogen screen (YES) consisting of human estrogen receptors (hER) hERα and hERβ and human transcriptional intermediary factor 2 (hTIF2) or human steroid receptor coactivator 1 (hSRC1), respectively, together with the β-galactosidase expression cassette. Relative estrogenic potency was expressed by determining the β-galactosidase activity (EC50) of the tuber extracts in relation to 17β-estradiol. Twenty-four and 22 of the plant tuber ethanolic extracts interacted with hERα and hERβ, respectively, with a higher relative estrogenic potency with hERβ than with hERα. Antiestrogenic activity of the plant extracts was also determined by incubation of plant extracts with 17β-estradiol prior to YES assay. The plant extracts tested exhibited antiestrogenic activity. Both the estrogenic and the antiestrogenic activity of the tuber extracts were metabolically activated with the rat liver S9-fraction prior to the assay indicating the positive influence of liver enzymes. Correlation analysis between estrogenic potency and the five major isoflavonoid contents within the previously HPLC-analyzed tuberous samples namely puerarin, daidzin, genistin, daidzein, and genistein revealed a negative result.

CPU0213, a novel endothelin type A and type B receptor antagonist, protects against myocardial ischemia/reperfusion injury in rats

The efficacy of endothelin receptor antagonists in protecting against myocardial ischemia/reperfusion (I/R) injury is controversial, and the mechanisms remain unclear. The aim of this study was to investigate the effects of CPU0123, a novel endothelin type A and type B receptor antagonist, on myocardial I/R injury and to explore the mechanisms involved. Male Sprague-Dawley rats weighing 200-250 g were randomized to three groups (6-7 per group): group 1, Sham; group 2, I/R + vehicle. Rats were subjected to in vivo myocardial I/R injury by ligation of the left anterior descending coronary artery and 0.5% sodium carboxymethyl cellulose (1 mL/kg) was injected intraperitoneally immediately prior to coronary occlusion. Group 3, I/R + CPU0213. Rats were subjected to identical surgical procedures and CPU0213 (30 mg/kg) was injected intraperitoneally immediately prior to coronary occlusion. Infarct size, cardiac function and biochemical changes were measured. CPU0213 pretreatment reduced infarct size as a percentage of the ischemic area by 44.5% (I/R + vehicle: 61.3 ± 3.2 vs I/R + CPU0213: 34.0 ± 5.5%, P < 0.05) and improved ejection fraction by 17.2% (I/R + vehicle: 58.4 ± 2.8 vs I/R + CPU0213: 68.5 ± 2.2%, P < 0.05) compared to vehicle-treated animals. This protection was associated with inhibition of myocardial inflammation and oxidative stress. Moreover, reduction in Akt (protein kinase B) and endothelial nitric oxide synthase (eNOS) phosphorylation induced by myocardial I/R injury was limited by CPU0213 (P < 0.05). These data suggest that CPU0123, a non-selective antagonist, has protective effects against myocardial I/R injury in rats, which may be related to the Akt/eNOS pathway.

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

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

The role of Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II and calcineurin in TNF-α-induced myocardial hypertrophy

We investigated whether Ca2+/calmodulin-dependent kinase II (CaMKII) and calcineurin (CaN) are involved in myocardial hypertrophy induced by tumor necrosis factor α (TNF-α). The cardiomyocytes of neonatal Wistar rats (1-2 days old) were cultured and stimulated by TNF-α (100 μg/L), and Ca2+ signal transduction was blocked by several antagonists, including BAPTA (4 µM), KN-93 (0.2 µM) and cyclosporin A (CsA, 0.2 µM). Protein content, protein synthesis, cardiomyocyte volumes, [Ca2+]i transients, CaMKIIδB and CaN were evaluated by the Lowry method, [³H]-leucine incorporation, a computerized image analysis system, a Till imaging system, and Western blot analysis, respectively. TNF-α induced a significant increase in protein content in a dose-dependent manner from 10 µg/L (53.56 µg protein/well) to 100 μg/L (72.18 µg protein/well), and in a time-dependent manner from 12 h (37.42 µg protein/well) to 72 h (42.81 µg protein/well). TNF-α (100 μg/L) significantly increased the amplitude of spontaneous [Ca2+]i transients, the total protein content, cell size, and [³H]-leucine incorporation in cultured cardiomyocytes, which was abolished by 4 µM BAPTA, an intracellular Ca2+ chelator. The increases in protein content, cell size and [³H]-leucine incorporation were abolished by 0.2 µM KN-93 or 0.2 µM CsA. TNF-α increased the expression of CaMKIIδB by 35.21% and that of CaN by 22.22% compared to control. These effects were abolished by 4 µM BAPTA, which itself had no effect. These results suggest that TNF-α induces increases in [Ca2+]i, CaMKIIδB and CaN and promotes cardiac hypertrophy. Therefore, we hypothesize that the Ca2+/CaMKII- and CaN-dependent signaling pathways are involved in myocardial hypertrophy induced by TNF-α.

Tumor growth reduction is regulated at the gene level in Walker 256 tumor-bearing rats supplemented with fish oil rich in EPA and DHA

We investigated the effect of fish oil (FO) supplementation on tumor growth, cyclooxygenase 2 (COX-2), peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ), and RelA gene and protein expression in Walker 256 tumor-bearing rats. Male Wistar rats (70 days old) were fed with regular chow (group W) or chow supplemented with 1 g/kg body weight FO daily (group WFO) until they reached 100 days of age. Both groups were then inoculated with a suspension of Walker 256 ascitic tumor cells (3×107 cells/mL). After 14 days the rats were killed, total RNA was isolated from the tumor tissue, and relative mRNA expression was measured using the 2-ΔΔCT method. FO significantly decreased tumor growth (W=13.18±1.58 vsWFO=5.40±0.88 g, P<0.05). FO supplementation also resulted in a significant decrease in COX-2 (W=100.1±1.62 vsWFO=59.39±5.53, P<0.001) and PPARγ (W=100.4±1.04vs WFO=88.22±1.46, P<0.05) protein expression. Relative mRNA expression was W=1.06±0.022 vsWFO=0.31±0.04 (P<0.001) for COX-2, W=1.08±0.02vs WFO=0.52±0.08 (P<0.001) for PPARγ, and W=1.04±0.02 vs WFO=0.82±0.04 (P<0.05) for RelA. FO reduced tumor growth by attenuating inflammatory gene expression associated with carcinogenesis.

Epidermal growth factor receptor (EGFR) mutations in lung cancer: preclinical and clinical data

Lung cancer leads cancer-related mortality worldwide. Non-small-cell lung cancer (NSCLC), the most prevalent subtype of this recalcitrant cancer, is usually diagnosed at advanced stages, and available systemic therapies are mostly palliative. The probing of the NSCLC kinome has identified numerous nonoverlapping driver genomic events, including epidermal growth factor receptor (EGFR) gene mutations. This review provides a synopsis of preclinical and clinical data on EGFR mutated NSCLC and EGFR tyrosine kinase inhibitors (TKIs). Classic somatic EGFR kinase domain mutations (such as L858R and exon 19 deletions) make tumors addicted to their signaling cascades and generate a therapeutic window for the use of ATP-mimetic EGFR TKIs. The latter inhibit these kinases and their downstream effectors, and induce apoptosis in preclinical models. The aforementioned EGFR mutations are stout predictors of response and augmentation of progression-free survival when gefitinib, erlotinib, and afatinib are used for patients with advanced NSCLC. The benefits associated with these EGFR TKIs are limited by the mechanisms of tumor resistance, such as the gatekeeper EGFR-T790M mutation, and bypass activation of signaling cascades. Ongoing preclinical efforts for treating resistance have started to translate into patient care (including clinical trials of the covalent EGFR-T790M TKIs AZD9291 and CO-1686) and hold promise to further boost the median survival of patients with EGFR mutated NSCLC.

Régulation de la lipoprotéine lipase macrophagique et de LOX-1 par des facteurs métaboliques. Implications dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès dans les pays occidentaux et constituent la principale complication associée au diabète. La lipoprotéine lipase (LPL) est une enzyme clé du métabolisme des lipides et est responsable de l'hydrolyse des lipoprotéines riches en triglycérides (TG). Plusieurs études ont démontré que la LPL sécrétée par les macrophages dans la paroi artérielle est pro-athérogénique. La dysfonction endothéliale caractérise les stades précoces du processus athérosclérotique. Il a été observé qu’un récepteur nouvellement identifié des lipoprotéines de basse densité oxydées (LDLox), le récepteur de type lectine des LDLox (LOX-1), est fortement exprimé dans les lésions athérosclérotiques humaines et dans l’aorte de rats diabétiques, suggérant un rôle clé de LOX-1 dans la pathogénèse de l’athérosclérose diabétique. Au vu du rôle potentiel de la LPL macrophagique et du LOX-1 dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2, nous avons évalué la régulation de ces deux molécules pro-athérogéniques par des facteurs métaboliques et inflammatoires augmentés dans le diabète, soit la leptine, l’acide linoléique (LA) et la protéine C-réactive (CRP). Nos résultats démontrent que : 1) Dans les cellules endothéliales aortiques humaines (HAECs), LA augmente l’expression protéique de LOX-1 de façon temps- et dose-dépendante; 2) La pré-incubation de HAECs avec des antioxydants et des inhibiteurs de la NADPH oxydase, de la protéine kinase C (PKC) et du facteur nucléaire-kappa B (NF-kB), inhibe l’effet stimulant de LA sur l’expression protéique de LOX-1; 3) Dans les HAECs traitées avec LA, on observe une augmentation d’expression des isoformes classiques de la PKC; 4) LA augmente de manière significative l’expression génique de LOX-1 ainsi que la liaison des protéines nucléaires extraites des HAECs à la séquence régulatrice NF-kB présente dans le promoteur du gène de LOX-1; 5) LA augmente, via LOX-1, la captation des LDLox par les cellules endothéliales. Pris dans leur ensemble, ces résultats démontrent que LA augmente l’expression endothéliale de LOX-1 in vitro et appuient le rôle clé de LA dans la dysfonction endothéliale associée au diabète. Au vu de nos études antérieures démontrant qu’une expression accrue de LPL macrophagique chez les patients diabétiques de type 2 et que l’augmentation de facteurs métaboliques dans cette maladie, soit l’homocystéine (Hcys), les acides gras et les produits terminaux de glycation (AGE), accroissent l’expression de la LPL macrophagique, nous avons par la suite déterminé l’effet, in vitro, de deux autres facteurs métaboliques et inflammatoires surexprimés dans le diabète, soit la leptine et la CRP, sur l’expression de la LPL macrophagique. Les concentrations plasmatiques de leptine sont élevées chez les patients diabétiques et sont associées à un accroissement des risques cardiovasculaires. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la leptine augmente l’expression de la LPL, tant au niveau génique que protéique; 2) L’effet stimulant de la leptine sur la LPL est aboli par la pré-incubation avec un anticorps dirigé contre les récepteurs à la leptine (Ob-R), des inhibiteurs de la PKC et des antioxydants; 3) La leptine augmente l’expression membranaire des isoformes classiques de la PKC et la diminution de l’expression endogène de la PKC, abolit l’effet de la leptine sur l’expression de la LPL macrophagique; 4) Dans les macrophages murins, la leptine augmente le taux de synthèse de la LPL et augmente la liaison de protéines nucléaires à la séquence protéine activée-1 (AP-1) du promoteur du gène de la LPL. Ces observations supportent la possibilité que la leptine puisse représenter un facteur stimulant de la LPL macrophagique dans le diabète. Finalement, nous avons déterminé, in vitro, l’effet de la CRP sur l’expression de la LPL macrophagique. La CRP est une molécule inflammatoire et un puissant prédicteur d’événements cardiovasculaires. Des concentrations élevées de CRP sérique sont documentées chez les patients diabétiques de type 2. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la CRP augmente l’expression de la LPL au niveau génique et protéique et la liaison de la CRP aux récepteurs CD32 est nécessaire pour médier ses effets; 2) La pré-incubation de macrophages humains avec des antioxydants, des inhibiteurs de la PKC et de la protéine kinase mitogénique activée (MAPK), prévient l’induction de la LPL par la CRP; 3) La CRP augmente l’activité de la LPL, la génération intracellulaire d’espèces radicalaires oxygénées (ROS), l’expression d’isoformes classiques de la PKC et la phosphorylation des kinases extracellulaires régulées 1/2 (ERK 1/2); 4) Les macrophages murins traités avec la CRP démontrent une augmentation de la liaison des protéines nucléaires à la séquence AP-1 du promoteur du gène de la LPL. Ces données suggèrent que la LPL puisse représenter un nouveau facteur médiant les effets délétères de la CRP dans la vasculopathie diabétique. Dans l’ensemble nos études démontrent le rôle clé de facteurs métaboliques et inflammatoires dans la régulation vasculaire de la LPL et du LOX-1 dans le diabète. Nos données suggèrent que la LPL et le LOX-1 puissent représenter des contributeurs clé de l’athérogénèse accélérée associée au diabète chez l’humain. Mots-clés : athérosclérose, maladies cardiovasculaires, diabète de type 2, macrophage, LPL, cellules endothéliales, LOX-1, stress oxydatif, leptine, LA, CRP.

Étude du rôle de la tyrosine kinase Src dans la régulation de la signalisation des récepteurs opioïdes delta (∆OR)

Les opioïdes sont les analgésiques les plus efficaces mais leur utilisation est limitée par la tolérance, un processus lié en partie à la désensibilisation des récepteurs. Le rôle de la présente étude était de mieux caractériser le processus de désensibilisation des récepteurs et plus particulièrement, d’étudier le rôle de la tyrosine kinase Src sur la régulation de la signalisation des récepteurs delta opioïdes. Nos résultats démontrent que l’inhibition pharmacologique avec PP2 (à faible concentration : 20- 40µM) ou encore l’inhibition moléculaire de la kinase avec de faibles concentrations d’ADN d’un mutant dominant inactif de Src (0,2µg/ml) potentialise l’amplitude et la durée de l’activation de la cascade ERK lorsqu’un agoniste, DPDPE (1µM; 5 min), se lie aux récepteurs. Nous avons également démontré que de fortes concentrations d’inhibiteurs de Src (80 et 100µM de PP2 ou 1µg/ml d’ADN du mutant dominant négatif) bloquent la cascade des MAPK suivant la stimulation de DOR par l’agoniste DPDPE. Ces observations indiquent que Src a un effet biphasique sur l’activité de ERK : l’inhibition complète de Src inhibe l’activité de la cascade MAPK alors qu’une inhibition modérée potentialise cette même cascade. Nous pensons aussi que de fortes concentrations des bloqueurs de Src interfèrent avec l’activation de ERK alors que de faibles concentrations interfèrent avec la désensibilisation des récepteurs. Cette possibilité a été testée à l’aide d’essais d’accumulation d’AMPc qui visaient à évaluer l’effet des bloqueurs de Src (PP2, 20 µM; 1h) sur la désensibilisation induite par un agoniste. L'activation de DOR par DPDPE inhibe la production d’AMPc, préalablement stimulée par du forskolin, de façon dose-dépendante. Le maximum d'inhibition observé est de 61%, mais lors d’un prétraitement au DPDPE (1 µM, 30 min) l’inhibition maximale est réduite à 72% de l’inhibition initiale observée. Cependant, un prétraitement des cellules au PP2 (20µM pendant 1 heure) avant d’effectuer la désensibilisation protège contre cette désensibilisation. L’effet protecteur des bloqueurs de Src n’entraîne pas de changement au niveau de l’internalisation des DOR mais l’altération de leur internalisation via un mutant tronqué du DOR ou via un milieu sucré hypertonique (0.4M de saccharose) réduit cette protection. Ces données suggèrent alors que l’internalisation optimale du récepteur est nécessaire pour que l’effet protecteur prenne place. Nous concluons donc que Src contribue à la désensibilisation de DOR après que l’internalisation du DOR soit survenue.

Régulation de l'activité transcriptionnelle de PPARgamma via l'activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a : potentiel anti-athérosclérotique

Les sécrétines peptidiques de l’hormone de croissance (GHRPs) constituent une classe de peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance (GH). Cette activité est médiée par leur liaison à un récepteur couplé aux protéines G : le récepteur des sécrétines de l’hormone de croissance (GHS-R1a), identifié subséquemment comme le récepteur de la ghréline. La ghréline est un peptide de 28 acides aminés sécrété principalement par les cellules de la muqueuse de l’estomac, qui exerce de nombreux effets périphériques indépendamment de la sécrétion de l’hormone de croissance. Les effets indépendants de la sécrétion de GH incluent, entre autres, des actions sur le contrôle de la prise de nourriture, le métabolisme énergétique, la fonction cardiaque, le système immunitaire et la prolifération cellulaire. L’étude de la distribution périphérique des sites de liaison des GHRPs nous a permis d’identifier un second site, le CD36, un récepteur scavenger exprimé dans plusieurs tissus dont le myocarde, l’endothélium de la microvasculature et les monocytes/macrophages. Le CD36 exprimé à la surface du macrophage joue un rôle clé dans l’initiation du développement de l’athérosclérose par la liaison et l’internalisation des lipoprotéines de faible densité oxydées (LDLox) dans l’espace sous-endothélial de l’artère. L’hexaréline, un analogue GHRP, a été développé comme agent thérapeutique pour stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance par l’hypophyse. Sa propriété de liaison aux récepteurs GHS-R1a et CD36 situés en périphérie et particulièrement sa capacité d’interférer avec la liaison des LDLox par le CD36 nous ont incité à évaluer la capacité de l’hexaréline à moduler le métabolisme lipidique du macrophage. L’objectif principal de ce projet a été de déterminer les effets de l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a, par l’hexaréline et la ghréline, le ligand endogène du GHS-R1a, sur la physiologie du macrophage et de déterminer son potentiel anti-athérosclérotique. Les résultats montrent premièrement que l’hexaréline et la ghréline augmentent l’expression des transporteurs ABCA1 et ABCG1, impliqués dans le transport inverse du cholestérol, via un mécanisme contrôlé par le récepteur nucléaire PPARγ. La régulation de l’activité transcriptionnelle de PPARγ par l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a se fait indépendamment de la présence du domaine de liaison du ligand (LBD) de PPARγ et est conséquente de changements dans l’état de phosphorylation de PPARγ. Une étude plus approfondie de la signalisation résultant de la liaison de la ghréline sur le GHS-R1a révèle que PPARγ est activé par un mécanisme de concertation entre les voies de signalisation Gαq/PI3-K/Akt et Fyn/Dok-1/ERK au niveau du macrophage. Le rôle de PPARγ dans la régulation du métabolisme lipidique par l’hexaréline a été démontré par l’utilisation de macrophages de souris hétérozygotes pour le gène de Ppar gamma, qui présentent une forte diminution de l’activation des gènes de la cascade métabolique PPARγ-LXRα-transporteurs ABC en réponse à l’hexaréline. L’injection quotidienne d’hexaréline à un modèle de souris prédisposées au développement de l’athérosclérose, les souris déficientes en apoE sous une diète riche en cholestérol et en lipides, se traduit également en une diminution significative de la présence de lésions athérosclérotiques correspondant à une augmentation de l’expression des gènes cibles de PPARγ et LXRα dans les macrophages péritonéaux provenant des animaux traités à l’hexaréline. L’ensemble des résultats obtenus dans cette thèse identifie certains nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de PPARγ et du métabolisme du cholestérol dans le macrophage via les récepteurs CD36 et GHS-R1a. Ils pourraient servir de cibles thérapeutiques dans une perspective de traitement des maladies cardiovasculaires.

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

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

HIV-1 Vpr up-regulates expression of ligands for the activating NKG2D receptor and promotes NK cell-mediated killing

HIV upregulates cell-surface expression of specific ligands for the activating NKG2D receptor, including ULBP-1, -2, -3, but not MICA or MICB, in infected cells both in vitro and in vivo. However, the viral factor(s) involved in NKG2D ligand expression still remains undefined. HIV-1 Vpr activates the DNA damage/stress-sensing ATR kinase and promotes G2 cell-cycle arrest, conditions known to upregulate NKG2D ligands. We report here that HIV-1 selectively induces cell-surface expression of ULBP-2 in primary CD4+ T-lymphocytes by a process that is Vpr-dependent. Importantly, Vpr enhanced the susceptibility of HIV-1-infected cells to NK cell-mediated killing. Strikingly, Vpr alone was sufficient to upregulate expression of all NKG2D ligands and thus promoted efficient NKG2D-dependent NK cell-mediated killing. Delivery of virion-associated Vpr via defective HIV-1 particles induced analogous biological effects in non-infected target cells, suggesting that Vpr may act similarly beyond infected cells. All these activities relied on Vpr ability to activate the ATR-mediated DNA damage/stress checkpoint. Overall, these results indicate that Vpr is a key determinant responsible for HIV-1-induced upregulation of NKG2D ligands and further suggest an immunomodulatory role for Vpr that may not only contribute to HIV-1-induced CD4+ T-lymphocyte depletion but may also take part in HIV-1-induced NK cell dysfunction.