In vitro expansion of U87-MG human glioblastoma cells under hypoxic conditions affects glucose metabolism and subsequent in vivo growth

International audience

Nitrate metabolism in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes.

PPARα regulates endothelial progenitor cell maturation and myeloid lineage differentiation through a NADPH oxidase-dependent mechanism in mice

International audience

Antioxidants attenuate hyperglycaemia-mediated brain endothelial cell dysfunction and blood–brain barrier hyperpermeability

Aims: Hyperglycaemia (HG), in stroke patients, is associated with worse neurological outcome by compromising endothelial cell function and the blood–brain barrier (BBB) integrity. We have studied the contribution of HG-mediated generation of oxidative stress to these pathologies and examined whether antioxidants as well as normalization of glucose levels following hyperglycaemic insult reverse these phenomena. Methods: Human brain microvascular endothelial cell (HBMEC) and human astrocyte co-cultures were used to simulate the human BBB. The integrity of the BBB was measured by transendothelial electrical resistance using STX electrodes and an EVOM resistance meter, while enzyme activities were measured by specific spectrophotometric assays. Results: After 5 days of hyperglycaemic insult, there was a significant increase in BBB permeability that was reversed by glucose normalization. Co-treatment of cells with HG and a number of antioxidants including vitamin C, free radical scavengers and antioxidant enzymes including catalase and superoxide dismutase mimetics attenuated the detrimental effects of HG. Inhibition of p38 mitogen-activated protein kinase (p38MAPK) and protein kinase C but not phosphoinositide 3 kinase (PI3 kinase) also reversed HG-induced BBB hyperpermeability. In HBMEC, HG enhanced pro-oxidant (NAD(P)H oxidase) enzyme activity and expression that were normalized by reverting to normoglycaemia. Conclusions: HG impairs brain microvascular endothelial function through involvements of oxidative stress and several signal transduction pathways.

Mir-190b negatively contributes to the Trypanosoma cruzi -infected cell survival by repressing PTEN protein expression

Chagas disease, which is caused by the intracellular protozoan Trypanosoma cruzi , is a serious health problem in Latin America. The heart is one of the major organs affected by this parasitic infection. The pathogenesis of tissue remodelling, particularly regarding cardiomyocyte behaviour after parasite infection, and the molecular mechanisms that occur immediately following parasite entry into host cells are not yet completely understood. Previous studies have reported that the establishment of parasitism is connected to the activation of the phosphatidylinositol- 3 kinase (PI3K), which controls important steps in cellular metabolism by regulating the production of the second messenger phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate. Particularly, the tumour suppressor PTEN is a negative regulator of PI3K signalling. However, mechanistic details of the modulatory activity of PTEN on Chagas disease have not been elucidated. To address this question, H9c2 cells were infected with T. cruzi Berenice 62 strain and the expression of a specific set of microRNAs (miRNAs) were investigated. Our cellular model demonstrated that miRNA-190b is correlated to the decrease of cellular viability rates by negatively modulating PTEN protein expression in T. cruzi-infected cells.

Mineral stress response of Vitis cell wall transcriptome: identification, characterization and expression of genes from key families involved in wall biosynthesis and modification

Doutoramento em Engenharia Agronómica - Instituto Superior de Agronomia - UL

Glycogen Synthase Kinase 3 Influences Cell Motility and Chemotaxis by Regulating Phosphatidylinositol 3 Kinase Localization in Dictyostelium discoideum

Glycogen Synthase Kinase 3 (GSK3), a serine/threonine kinase initially characterized in the context of glycogen metabolism, has been repeatedly realized as a multitasking protein that can regulate numerous cellular events in both metazoa and protozoa. I recently found GSK3 plays a role in regulating chemotaxis, a guided cell movement in response to an external chemical gradient, in one of the best studied model systems for chemotaxis - Dictyostelium discoideum. It was initially found that comparing to wild type cells, gsk3- cells showed aberrant chemotaxis with a significant decrease in both speed and chemotactic indices. In Dictyostelium, phosphatidylinositol 3,4,5-triphosphate (PIP3) signaling is one of the best characterized pathways that regulate chemotaxis. Molecular analysis uncovered that gsk3- cells suffer from high basal level of PIP3, the product of PI3K. Upon chemoattractant cAMP stimulation, wild type cells displayed a transient increase in the level of PIP3. In contrast, gsk3- cells exhibited neither significant increase nor adaptation. On the other hand, no aberrant dynamic of phosphatase and tensin homolog (PTEN), which antagonizes PI3K function, was observed. Upon membrane localization of PI3K, PI3K become activated by Ras, which will in turn further facilitate membrane localization of PI3K in an F-Actin dependent manner. The gsk3- cells treated with F-Actin inhibitor Latrunculin-A showed no significant difference in the PIP3 level. I also showed GSK3 affected the phosphorylation level of the localization domain of PI3K1 (PI3K1-LD). PI3K1-LD proteins from gsk3- cells displayed less phosphorylation on serine residues compared to that from wild type cells. When the potential GSK3 phosphorylation sites of PI3K1-LD were substituted with aspartic acids (Phosphomimetic substitution), its membrane localization was suppressed in gsk3- cells. When these serine residues of PI3K1-LD were substituted with alanine, aberrantly high level of membrane localization of the PI3K1-LD was monitored in wild type cells. Wild type, phosphomimetic, and alanine substitution of PI3K1-LD fused with GFP proteins also displayed identical localization behavior as suggested by the cell fraction studies. Lastly, I identified that all three potential GSK3 phosphorylation sites on PI3K1-LD could be phosphorylated in vitro by GSK3.

The role of mitochondrial derived peptides (MDPs) in metabolism

The term "mitokines" refers to signals derived from mitochondria that have an impact on other cells or tissues (Durieux et al., 2011). Rather than being simply a set of DNA composed by 37 genes, the mitochondrial DNA (mtDNA) is quite complex and includes small RNAs (Mercer et al., 2011). Mitochondrial-derived peptides (MDPs) are encoded by functional short open reading frames (sORFs) in the mtDNA.

Effective Cell-Centred Time-Domain Maxwell's Equations Numerical Solvers

This research work analyses techniques for implementing a cell-centred finite-volume time-domain (ccFV-TD) computational methodology for the purpose of studying microwave heating. Various state-of-the-art spatial and temporal discretisation methods employed to solve Maxwell's equations on multidimensional structured grid networks are investigated, and the dispersive and dissipative errors inherent in those techniques examined. Both staggered and unstaggered grid approaches are considered. Upwind schemes using a Riemann solver and intensity vector splitting are studied and evaluated. Staggered and unstaggered Leapfrog and Runge-Kutta time integration methods are analysed in terms of phase and amplitude error to identify which method is the most accurate and efficient for simulating microwave heating processes. The implementation and migration of typical electromagnetic boundary conditions. from staggered in space to cell-centred approaches also is deliberated. In particular, an existing perfectly matched layer absorbing boundary methodology is adapted to formulate a new cell-centred boundary implementation for the ccFV-TD solvers. Finally for microwave heating purposes, a comparison of analytical and numerical results for standard case studies in rectangular waveguides allows the accuracy of the developed methods to be assessed.