Memory and long-term potentiation (LTP) dissociated: Normal spatial memory despite CA1 LTP elimination with Kv1.4 antisense

Long-term potentiation (LTP) in the hippocampal slice preparation has been proposed as an in vitro model for long-term memory. However, correlation of LTP with memory in living animals has been difficult to demonstrate. Furthermore, in the last few years evidence has accumulated that dissociate the two. Because potassium channels might determine the weight of synapses in networks, we studied the role of Kv1.4, a presynaptic A-type voltage-dependent K+ channel, in both memory and LTP. Reverse transcription–PCR and Western blot analysis with specific antibodies showed that antisense oligodeoxyribonucleotide to Kv1.4 microinjected intraventricularly into rat brains obstructed hippocampal Kv1.4 mRNA, “knocking down” the protein in the hippocampus. This antisense knockdown had no effect on rat spatial maze learning, memory, or exploratory behavior, but eliminated both early- and late-phase LTP and reduced paired-pulse facilitation (a presynaptic effect) in CA1 pyramidal neurons without affecting dentate gyrus LTP. This presynaptic Kv1.4 knockdown together with previous postsynaptic Kv1.1 knockdown demonstrates that CA1 LTP is neither necessary nor sufficient for rat spatial memory.

Zic2 regulates the kinetics of neurulation

Mutation in human ZIC2, a zinc finger protein homologous to Drosophila odd-paired, causes holoprosencephaly (HPE), which is a common, severe malformation of the brain in humans. However, the pathogenesis is largely unknown. Here we show that reduced expression (knockdown) of mouse Zic2 causes neurulation delay, resulting in HPE and spina bifida. Differentiation of the most dorsal neural plate, which gives rise to both roof plate and neural crest cells, also was delayed as indicated by the expression lag of a roof plate marker, Wnt3a. In addition the development of neural crest derivatives such as dorsal root ganglion was impaired. These results suggest that the Zic2 expression level is crucial for the timing of neurulation. Because the Zic2 knockdown mouse is the first mutant with HPE and spina bifida to survive to the perinatal period, the mouse will promote analyses of not only the neurulation but also the pathogenesis of human HPE.

Hyperactivity and impaired response habituation in hyperdopaminergic mice

Abnormal dopaminergic transmission is implicated in schizophrenia, attention deficit hyperactivity disorder, and drug addiction. In an attempt to model aspects of these disorders, we have generated hyperdopaminergic mutant mice by reducing expression of the dopamine transporter (DAT) to 10% of wild-type levels (DAT knockdown). Fast-scan cyclic voltammetry and in vivo microdialysis revealed that released dopamine was cleared at a slow rate in knockdown mice, which resulted in a higher extracellular dopamine concentration. Unlike the DAT knockout mice, the DAT knockdown mice do not display a growth retardation phenotype. They have normal home cage activity but display hyperactivity and impaired response habituation in novel environments. In addition, we show that both the indirect dopamine receptor agonist amphetamine and the direct agonists apomorphine and quinpirole inhibit locomotor activity in the DAT knockdown mice, leading to the hypothesis that a shift in the balance between dopamine auto and heteroreceptor function may contribute to the therapeutic effect of psychostimulants in attention deficit hyperactivity disorder.

Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase antisense oligodeoxynucleotides protect against cytosine arabinonucleoside-induced apoptosis in cultured cerebellar neurons.

Cytosine arabinonucleoside (AraC) is a pyrimidine antimetabolite that kills proliferating cells by inhibiting DNA synthesis and, importantly, is also an inducer of apoptosis. We recently reported that age-induced apoptotic cell death of cultured cerebellar neurons is directly associated with an over-expression of a particulate 38-kDa protein, identified by us as glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH; EC 1.2.1.12). We now show that the AraC-induced neuronal death of immature cerebellar granule cells in culture is effectively delayed by actinomycin-D, cycloheximide, or aurintricarboxylic acid (a DNase inhibitor). Furthermore, two GAPDH antisense, but not their corresponding sense, oligodeoxyribonucleotides markedly arrested AraC-induced apoptosis. This protection was more effective than that induced by the above-mentioned classical inhibitors of apoptosis. Prior to AraC-induced neuronal death, GAPDH mRNA levels increased by approximately 2.5-fold, and this mRNA accumulation was blocked by actinomycin-D and the GAPDH antisense (but not sense) oligonucleotide. Like actinomycin-D, a GAPDH antisense oligonucleotide also suppressed the AraC-induced over-expression of the 38-kDa particulate protein (i.e., GAPDH), while the corresponding sense oligonucleotide was totally ineffective. Thus, the present results show that GAPDH over-expression is involved in AraC-induced apoptosis of cultured cerebellar granule cells.

Exon shuffling and the origin of the mitochondrial targeting function in plant cytochrome c1 precursor.

Since most of the examples of "exon shuffling" are between vertebrate genes, the view is often expressed that exon shuffling is limited to the evolutionarily recent lineage of vertebrates. Although exon shuffling in plants has been inferred from the analysis of intron phases of plant genes [Long, M., Rosenberg, C. & Gilbert, W. (1995) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92, 12495-12499] and from the comparison of two functionally unknown sunflower genes [Domon, C. & Steinmetz, A. (1994) Mol. Gen. Genet. 244, 312-317], clear cases of exon shuffling in plant genes remain to be uncovered. Here, we report an example of exon shuffling in two important nucleus-encoded plant genes: cytosolic glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (cytosolic GAPDH or GapC) and cytochrome c1 precursor. The intron-exon structures of the shuffled region indicate that the shuffling event took place at the DNA sequence level. In this case, we can establish a donor-recipient relationship for the exon shuffling. Three amino terminal exons of GapC have been donated to cytochrome c1, where, in a new protein environment, they serve as a source of the mitochondrial targeting function. This finding throws light upon an old important but unsolved question in gene evolution: the origin of presequences or transit peptides that generally exist in nucleus-encoded organelle genes.

A nuclear gene of eubacterial origin in Euglena gracilis reflects cryptic endosymbioses during protist evolution.

Genes for glycolytic and Calvin-cycle glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) of higher eukaryotes derive from ancient gene duplications which occurred in eubacterial genomes; both were transferred to the nucleus during the course of endosymbiosis. We have cloned cDNAs encoding chloroplast and cytosolic GAPDH from the early-branching photosynthetic protist Euglena gracilis and have determined the structure of its nuclear gene for cytosolic GAPDH. The gene contains four introns which possess unusual secondary structures, do not obey the GT-AG rule, and are flanked by 2- to 3-bp direct repeats. A gene phylogeny for these sequences in the context of eubacterial homologues indicates that euglenozoa, like higher eukaryotes, have obtained their GAPDH genes from eubacteria via endosymbiotic (organelle-to-nucleus) gene transfer. The data further suggest that the early-branching protists Giardia lamblia and Entamoeba histolytica--which lack mitochondria--and portions of the trypanosome lineage have acquired GAPDH genes from eubacterial donors which did not ultimately give rise to contemporary membrane-bound organelles. Evidence that "cryptic" (possibly ephemeral) endosymbioses during evolution may have entailed successful gene transfer is preserved in protist nuclear gene sequences.

Evidence that the 50-kDa substrate of brefeldin A-dependent ADP-ribosylation binds GTP and is modulated by the G-protein beta gamma subunit complex.

Brefeldin A, a fungal metabolite that inhibits membrane transport, induces the mono(ADP-ribosyl)ation of two cytosolic proteins of 38 and 50 kDa as judged by SDS/PAGE. The 38-kDa substrate has been previously identified as glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH). We report that the 50-kDa BFA-induced ADP-ribosylated substrate (BARS-50) has native forms of 170 and 130 kDa, as determined by gel filtration of rat brain cytosol, indicating that BARS-50 might exist as a multimeric complex. BARS-50 can bind GTP, as indicated by blot-overlay studies with [alpha-32P]GTP and by photoaffinity labeling with guanosine 5'-[gamma-32P] [beta,gamma-(4-azidoanilido)]triphosphate. Moreover, ADP-ribosylation of BARS-50 was completely inhibited by the beta gamma subunit complex of G proteins, while the ADP-ribosylation of GAPDH was unmodified, indicating that this effect was due to an interaction of the beta gamma complex with BARS-50, rather than with the ADP-ribosylating enzyme. Two-dimensional gel electrophoresis and immunoblot analysis shows that BARS-50 is a group of closely related proteins that appear to be different from all the known GTP-binding proteins.

Investigação do papel de SIGIRR/IL-1R8 no crosstalk entre células tumorais e o infiltrado leucocitário

Células tumorais desenvolvem diversas estratégias para escapar da identificação e eliminação pelo sistema imune. Dessa forma, a investigação dos mecanismos envolvidos na comunicação celular no microambiente tumoral e na desregulação local do sistema imune é crítica para uma melhor compreensão da progressão da doença e para o desenvolvimento de alternativas terapêuticas mais eficazes. Nós aqui demonstramos que SIGIRR/IL-1R8, um importante regulador negativo de receptores de Interleucina-1 (ILRs) e receptores do tipo Toll (TLRs), apresenta expressão aumentada em uma linhagem celular epitelial mamária transformada pela superexpressão do oncogene HER2 e em tumores primários de mama, e promove o crescimento tumoral e metástase através da modulação da inflamação associada ao câncer e da atenuação da resposta imune antitumoral. Observamos que IL-1R8 tem sua expressão correlacionada com HER2 em tecidos mamários e sua alta expressão é fator de pior prognóstico em câncer de mama de baixo grau. Notavelmente, níveis aumentados de IL-1R8 foram observados especialmente nos subtipos HER2+ e Luminais de tumores de mama, e sua expressão aumentada em células epiteliais de mama transformadas por HER2 diminui a ativação da via de NF-κB e a expressão de diferentes citocinas pro-inflamatórias (IL-6, IL-8, TNF, CSF2, CSF3 e IFN-β1). Meio condicionado de células transformadas por HER2, mas não de variantes celulares com o gene IL-1R8 silenciado, induz a polarização de macrófagos para o fenótipo M2 e inibe a ativação de células NK. Em um modelo murino transgênico de tumorigênese espontânea mediada por HER2, MMTV-neu, verificamos que a deficiência de IL-1R8 (IL-1R8-/-neu) retardou o aparecimento de tumores e reduziu a incidência, a carga tumoral e a disseminação metastática. Contudo, não foram observadas diferenças significativas no crescimento tumoral quando animais IL-1R8-/-neu receberam medula óssea de animais IL-1R8+/+, confirmando um papel importante da expressão de IL-1R8 em células não hematopoiéticas na tumorigênese da mama. Tumores IL-1R8+/+neu apresentaram maiores níveis de citocinas pró-inflamatórias como IL-1β e VEGF, e menores níveis da citocina imunomodulatória IFN-γ. Além disso, tumores que expressavam IL-1R8 apresentaram menor infiltrado de células NK maduras, células dendríticas (DCs) e linfócitos T-CD8+ e um maior infiltrado de macrófagos M2 e linfócitos T-CD4+. Coletivamente, esses resultados indicam que a expressão de IL-1R8 em tumores de mama pode representar um novo mecanismo de escape da resposta imune e suportam IL-1R8 como potencial alvo terapêutico.

Contribuição das células-tronco mesenquimais para as propriedades tumorigênicas de células de glioblastoma humano

Células-tronco mesenquimais (CTM) apresentam tropismo a tumores, sendo importantes componentes do estroma tumoral. No cérebro, o nicho perivascular é uma importante fonte de CTM, as quais podem contribuir direta e/ou indiretamente para o desenvolvimento de tumores, embora os mecanismos envolvidos sejam pouco conhecidos. No presente trabalho, investigou-se a influência de CTM sobre a proliferação, capacidade invasiva e tumorigenicidade de células de Glioblastoma (GBM) humano. Sabe-se que CTM produzem TGFB1, uma citocina multifuncional envolvida em imunomodulação, proliferação, migração e transição epitelial-mesenquimal de células tumorais. Experimentos in vitro, realizados com meios condicionados de CTM de cordão umbilical humano com silenciamento permanente do gene TGFB1, demonstraram que o TGFB1 secretado por CTM é capaz de aumentar significativamente a proliferação e viabilidade de células de GBM humano da linhagem U87FP635. Esses resultados revelam uma importante ação parácrina dessa citocina regulatória, quando produzida por outros tipos celulares contidos no microambiente tumoral. Entretanto, sob condições experimentais que melhor mimetizam o microambiente tumoral, detectou-se que CTM também afetam o comportamento de células tumorais por um mecanismo alternativo, dependente de contato celular, mas independente dos níveis de TGFB1 secretados pelas CTM. Sob condições de cocultivo celular, envolvendo contato físico entre CTM e células de GBM U87FP635, detectou-se um aumento significativo na quantidade de células tumorais viáveis. Quando cultivadas na forma de esferoides tumorais, o contato com CTM aumentou a capacidade invasiva das células U87FP635. Finalmente, em modelo in vivo ectópico de GBM, células U87FP635 geraram tumores mais desenvolvidos quando coinjetadas com CTM. Esses efeitos pró-tumorigênicos foram observados tanto em contato com CTM controles, quanto com CTM contendo o gene TGFB1 permanentemente silenciado. Assim, esses achados indicam que CTM podem exercer efeitos pró-tumorigênicos por dois mecanismos alternativos e independentes: ação parácrina de TGFB1 secretado por CTM e ação mediada por contato célula-célula. Nas condições experimentais testadas, o mecanismo dependente de contato célula-célula demonstrou ser predominante. O estudo proteômico do secretoma dessas células identificou 126 proteínas diferencialmente expressas além de 10 proteínas exclusivamente detectadas em meios condicionados de cocultivos de CTM com células de GBM U87FP635. Cerca de 80% dessas proteínas exclusivamente secretadas pelo contato célula-célula são componentes de exossomos e estão envolvidas em proliferação celular e desenvolvimento tecidual. Esses resultados apontam uma interação dinâmica de comunicação entre CTM e células tumorais, e revelam algumas proteínas interessantes potencialmente envolvidas em uma ação pró-tumorigênica de CTM mediada por contato celular

Expressão dos genes codificadores de canais de sódio Nav 1.7, Nav 1.8 e Nav 1.9 em portadores da Síndrome de Ardência Bucal

A síndrome de ardência bucal (SAB) é uma condição caracterizada pelo sintoma de ardência na mucosa oral, na ausência de qualquer sinal clínico. Sua etiologia é desconhecida e, até o momento, não dispõe de tratamento efetivo. Há entretanto características de doença neuropática que justificam investigações nesse sentido. O objetivo desse estudo foi mensurar a expressão gênica dos receptores de canais de sódio, Nav 1.7, Nav 1.8 e Nav 1.9, nos pacientes portadores de SAB. A casuística foi composta por dois grupos sendo o grupo de estudo composto por 12 pacientes portadores de SAB, selecionados através do critério estabelecido pela International Headache Society, em 2013 e o grupo controle composto por 4 pacientes não portadores de SAB. As amostras analisadas foram coletadas do dorso lingual, por meio de biópsia realizada com punch de 3 mm e profundidade de 3 mm, estas foram submetidas ao método de análise RT-PCR em tempo real. A expressividade dos genes de canais de sódio foi avaliada nos indivíduos portadores de SAB em relação aos do grupo controle, sendo esta calculada a partir da normalização dos dados da quantificação destes com os da expressão do gene constitutivo (GAPDH), pelo método de Cicle Threshold comparativo e analisados estatisticamente por meio do teste estatístico Mann-Whitnney. Observou-se o aumento da expressão gênica do Nav 1.7 (fold-change = 38.70) e diminuição da expressão gênica do Nav 1.9 (fold-change = 0.89), porém sem diferenças estatisticamente significativas entre os grupos analisados. O gene Nav 1.8 não foi expresso em nenhuma das amostras analisadas. O Nav 1.7 expressa-se tanto em neurônios nociceptivos quanto no sistema nervoso autônomo e mutações no Nav 1.9 tem sido associada a perda de percepção dolorosa. Os resultados obtidos embora não estatisticamente significativos são compatíveis com as características da doença, justificando a extensão dos estudos na linha expressão de genes codificadores dos canais de sódio em pacientes com SAB.

PGC-1 alfa como regulador inflamatório na esteato-hepatite não-alcoólica

A doença hepática gordurosa não-alcoólica (NAFLD, do inglês) é a manifestação clínica hepática da síndrome metabólica, cuja incidência aumenta consideravelmente em todo o mundo. A NAFLD pode progredir para um estado de esteatohepatite não-alcoólica (NASH, do inglês), caracterizado por inflamação hepatocelular, com ou sem fibrose. Dados na literatura mostram que o coativador-1 alfa do receptor ativado por proliferadores de peroxissoma gama (PGC-1alfa), além de estar envolvido em diversos processos metabólicos, representa uma estratégia terapêutica promissora na modulação da inflamação. Neste projeto investigamos as alterações inflamatórias no fígado induzida por dieta hiperlipídica e o papel do PGC-1alfa nesse processo. Camundongos C57black/6 receberam dieta hiperlipídica contendo 30% de gordura por 10 semanas. O peso dos animais foi avaliado semanalmente. Após a eutanásia, o tecido adiposo intra-abdominal (retroperitoneal e periepididimal) foi coletado e pesado. Analisamos o perfil glicêmico e lipídico sérico e expressão de genes envolvidos no metabolismo glicêmico e lipídico. Avaliou-se também o aspecto histológico e a inflamação do tecido hepático por quantificação das citocinas IL-6, TNF-alfa e IL-1beta. A dieta rica em gordura conduziu a um aumento dos depósitos de gordura intra-abdominal, hiperglicemia e hiperlipidemia. Os animais também apresentavam esteatohepatite, com aumento de citocinas pró-inflamatórias e diminuição na expressão de PGC-1alfa no tecido hepático. O envolvimento do PGC-1alfa na produção de mediadores inflamatórios por hepatócitos foi avaliado em células HepG2 utilizando RNA de interferência (RNAi). O knockdown da expressão de PGC-1alfa causou aumento na expressão e liberação de IL-6 em hepatócitos via aumento na fosforilação de IkBalfa e consequente ativação do NFkB. Portanto, nossos dados mostram que o PGC-1alfa inibe a produção de mediadores inflamatórios (IL-6) em hepatócitos, e fornecem novas evidências das conexões existentes entre as vias metabólicas e imunes

A role for Dynamin-dependent endocytosis during Drosophila gastrulation

Gastrulation, a process conserved among many higher organisms, is the directed migration of cells into layers that will establish various tissues targeted to become anatomical structures. This process is accomplished through another conserved morphogenetic event, known as cell intercalation. Early in development, this movement of cells within an organized tissue leads to unique cellular arrangements where neighboring cells contract their shared interfaces in order to meet at a shared vertex. In this thesis, I present work that demonstrates a requirement for Dynamin-dependent endocytosis during these contraction events. Using quantitative analysis, I have identified varied cell behaviors during experiments which knockdown the function of dynamin. In addition, I demonstrate the existence of an antagonistic relationship between Dynamin and the Myosin II motor protein. Lastly, localization and functional studies I performed for this work suggest a role for Sorting Nexin proteins during plasma membrane reorganization required for Dynamin-dependent endocytosis.

Dispersión y genes relacionados con la resistencia a insecticidas en Triatoma infestans: su vinculación con el control del vector de la enfermedad de Chagas

Entre las especies transmisoras de la enfermedad de Chagas de mayor importancia a nivel sanitario se destaca Triatoma infestans, considerada el principal vector en América del Sur (entre las latitudes 10° y 46° S). Los programas de control de la transmisión de la enfermedad promueven la eliminación de las poblaciones del vector T. infestans mediante la fumigación con insecticidas en las regiones endémicas. Sin embargo, esta estrategia, presenta dificultades debido en parte a la extensión y variabilidad de las áreas endémicas y por otro lado, al tiempo requerido para prevenir la recuperación de las poblaciones tratadas con insecticidas. La efectividad a largo plazo de las campañas de control es en gran medida dependiente del conocimiento de la estructura de las poblaciones del vector. El análisis de la estructura genética con un enfoque filogeográfico de poblaciones del vector en regiones endémicas de Argentina, mediante secuencias de genes mitocondriales y nucleares descriptas por primera vez para ese fin, permitirá aportar nuevas bases para la comprensión de la dinámica y evolución de las poblaciones del insecto vector y resolver interrogantes sobre procesos como por ejemplo los de dispersión y recolonización de la especie transmisora que afectan en forma directa a la eficiencia de los intentos de control. Los patrones de dispersión de esta especie estarían estrechamente vinculados con la transmisión de la enfermedad de Chagas. Por lo tanto, esta información podría ser de utilidad para la optimización del diseño de las intervenciones de control a implementar en el área endémica que conducirían a una disminución del impacto que esta enfermedad provoca en la población. Por otra parte, se han observado fallas en el control del vector debido a la existencia de resistencia a los insecticidas piretroides. Entre los mecanismos que confieren resistencia a insecticidas se han descripto los que implican cambios en canales de sodio, conocido como resistencia “knockdown” (Kdr), y aquellos que provocan un aumento de la actividad de enzimas responsables de su metabolismo. Con respecto al último mecanismo, las evidencias sugieren que las enzimas mono-oxigenasas citocromo P450 tienen comunmente un rol primario en la resistencia a insecticidas piretroides. Incrementos en la expresión a nivel de la transcripción de genes de citocromos P450 (CYP450) son frecuentemente considerados responsables de aumentar el metabolismo de insecticidas y parece ser un fenómeno común en la evolución del desarrollo de resistencia en insectos. El estudio de la posible relación de genes CYP450, que proponemos caracterizar en T. infestans, con la resistencia a insecticidas podría aportar nuevas bases para el desarrollo del manejo de esa resistencia. Sin embargo, mientras que existen múltiples genes CYP450 en el genoma de insectos, sólo un gen NADPH citocromo P450 reductasa (CPR) existe en el genoma de cada insecto. Por este motivo, se propone también caracterizar en el vector este gen que codifica para una enzima que actúa en la transferencia de electrones desde la forma reducida de NADPH a los citocromos P450, así como investigar el efecto de su silenciamiento en poblaciones de T. infestans resistentes a insecticidas piretroides. Además, con el propósito de analizar si la existencia de resistencia a insecticidas piretroides puede ser el resultado de la acción de los citocromo P450 y/o de otros factores, se investigará en las poblaciones resistentes la posible existencia de una mutación de un gen de canal de sodio relacionada con resistencia a insecticidas (Kdr) que ha sido descripta para T. infestans. Este estudio proveería información de utilidad para el desarrollo de estrategias alternativas de control que serían de suma importancia en regiones en las que las poblaciones de este vector presentan resistencia a los insecticidas y, por lo tanto, tendría claramente implicancias importantes para el manejo de la resistencia en este vector.

The white gene and locomotor recovery from anoxia in Drosophila melanogaster

Locomotor recovery from anoxia is complicated and little is known about the molecular and cellular mechanisms regulating anoxic recovery in Drosophila. For this thesis I established a protocol for large-scale analysis of locomotor activity in adult flies with exposure to a transient anoxia. Using this protocol I observed that wild-type Canton-S flies recovered faster and more consistently from anoxia than the white-eyed mutant w1118, which carries a null allele of w1118 in an isogenic genetic background. Both Canton-S and w1118 are commonly used controls in the Drosophila community. Genetic analysis including serial backcrossing, RNAi knockdown, w+ duplication to Y chromosome as well as gene mutation revealed a strong association between the white gene and the timing of locomotor recovery. I also found that the locomotor recovery phenotype is independent of white-associated eye pigmentation, that heterozygous w+ allele was haplo-insufficient to induce fast and consistent locomotor recovery from anoxia in female flies, and that mini-white is insufficient to promote fast and consistent locomotor recovery. Moreover, locomotor recovery was delayed in flies with RNAi knockdown of white in subsets of serotonin neurons in the central nervous system. I further demonstrated that mutations of phosphodiesterase genes (PDE) displayed wild-type-like fast and consistent locomotor recovery, and that locomotor recovery was light-sensitive in the night in w1118. The delayed locomotor recovery and the light sensitivity were eliminated in PDE mutants that were dual-specific or cyclic guanosine monophosphate (cGMP)-specific. Up-regulation of cGMP using multiple approaches including PDE mutation, sildenafil feeding or specific expression of an atypical soluble guanylyl cyclase (Gyc88E) was sufficient to suppress w-RNAi induced delay of locomotor recovery. Taken together, these data strongly support the hypothesis that White transports cGMP and promotes fast and consistent locomotor recovery from anoxia.

Mécanismes moléculaires de l’hypertrophie vasculaire dans le modèle animal d’hypertension essentielle (SHR)

La voie de signalisation des phosphoinositides joue un rôle clé dans la régulation du tonus vasculaire. Plusieurs études rapportent une production endogène de l’angiotensin II (Ang II) et de l’endothéline-1 (ET-1) par les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs) de rats spontanément hypertendus (spontaneously hypertensive rats : SHR). De plus, l’Ang II exogène induit son effet prohypertrophique sur les CMLVs selon un mécanisme dépendant de la protéine Gqα et de la PKCẟ. Cependant, le rôle de l’axe Gqα/PLCβ/PKCẟ dans l’hypertrophie des CMLVs provenant d’un modèle animal de l’hypertension artérielle n’est pas encore étudié. L’objectif principal de cette thèse est d’examiner le rôle de l’axe Gqα/PLCβ1 dans les mécanismes moléculaires de l’hypertrophie des CMLVs provenant d’un modèle animal d’hypertension artérielle essentielle (spontaneously hypertensive rats : SHR). Nos premiers résultats indiquent que contrairement aux CMLVs de SHR âgés de 12 semaines (absence d’hypertrophie cardiaque), les CMLVs de SHR âgés de 16 semaines (présence d’hypertrophie cardiaque) présentent une surexpression protéique endogène de Gqα et de PLCβ1 par rapport aux CMLVs de rats WKY appariés pour l’âge. L’inhibition du taux d’expression protéique de Gqα et de PLCβ1 par des siRNAs spécifiques diminue significativement le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR. De plus, la surexpression endogène des Gqα et PLCβ1, l’hyperphosphorylation de la molécule ERK1/2 et le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR de 16 semaines ont été atténués significativement par des antagonistes des récepteurs AT1 (losartan) et ETA (BQ123), mais pas par l’antagoniste du récepteur ETB (BQ788). L’inhibition pharmacologique des MAPKs par PD98059 diminue significativement la surexpression endogène de Gqα/PLCβ1 et le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR. D’un côté, l’inhibition du stress oxydatif (par DPI, inhibiteur de la NAD(P)H oxidase, et NAC , molécule anti-oxydante), de la molécule c-Src (PP2) et des récepteurs de facteurs de croissance (AG1024 (inhibiteur de l’IGF1-R), AG1478 (inhibiteur de l’EGFR) et AG1295 (inhibiteur du PDGFR)) a permis d’atténuer significativement la surexpression endogène élevée de Gqα/PLCβ1 et l’hypertrophie des CMLVs de SHR. D’un autre côté, DPI, NAC et PP2 atténuent significativement l’hyperphosphorylation de la molécule c-Src, des RTKs (récepteurs à activité tyrosine kinase) et de la molécule ERK1/2. Dans une autre étude, nous avons aussi démontré que la PKCẟ montre une hyperphosphorylation en Tyr311 dans les CMLVs de SHR comparées aux CMLVs de WKY. La rottlerin, utilisée comme inhibiteur spécifique de la PKCẟ, inhibe significativement cette hyperphosphorylation en Tyr311 dépendamment de la concentration. L’inhibition de l’activité de la PKCẟ par la rottlerin a été aussi associée à une atténuation significative de la surexpression protéique endogène de Gqα/PLCβ1 et l’hypertrophie des CMLVs de SHR. De plus, l’inhibition pharmacologique de l’activité de la PKCẟ, en amont du stress oxydatif, a permis d’inhiber significativement l’activité de la NADPH, le taux de production élevée de l’ion superoxyde ainsi que l’hyperphosphorylation de la molécule ERK1/2, de la molécule c-Src et des RTKs. À notre surprise, nous avons aussi remarqué une surexpression protéique de l’EGFR et de l’IGF-1R dans les CMLVs de SHR à l’âge de 16 semaines. L’inhibition pharmacologique de l’activité de la PKCẟ, de la molécule c-Src et du stress oxydatif a permis d’inhiber significativement la surexpression protéique endogène de ces RTKs. De plus, l’inhibition de l’expression protéique de l’EGFR et de la molécule c-Src par des siRNA spécifiques atténue significativement le taux d’expression protéique élevé de Gqα et de PLCβ1 ainsi que le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR. Des siRNAs spécifiques à la PKCẟ ont permis d’atténuer significativement le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR et confirment le rôle important de la PKCẟ dans les mécanismes moléculaires de l’hypertrophie des CMLVs selon une voie dépendante du stress oxydatif. En conclusion, ces résultats suggèrent un rôle important de l’activation endogène de l’axe Gqα-PLCβ-PKCẟ dans le processus d’hypertrophie vasculaire selon un mécanisme impliquant une activation endogène des récepteurs AT1/ETa, de la molécule c-Src, du stress oxidatif, des RTKs et des MAPKs.