Genome-wide association study for birth weight in Nellore cattle points to previously described orthologous genes affecting human and bovine height

Background: Birth weight (BW) is an economically important trait in beef cattle, and is associated with growth- and stature-related traits and calving difficulty. One region of the cattle genome, located on Bos primigenius taurus chromosome 14 (BTA14), has been previously shown to be associated with stature by multiple independent studies, and contains orthologous genes affecting human height. A genome-wide association study (GWAS) for BW in Brazilian Nellore cattle (Bos primigenius indicus) was performed using estimated breeding values (EBVs) of 654 progeny-tested bulls genotyped for over 777,000 single nucleotide polymorphisms (SNPs).Results: The most significant SNP (rs133012258, PGC = 1.34 × 10-9), located at BTA14:25376827, explained 4.62% of the variance in BW EBVs. The surrounding 1 Mb region presented high identity with human, pig and mouse autosomes 8, 4 and 4, respectively, and contains the orthologous height genes PLAG1, CHCHD7, MOS, RPS20, LYN, RDHE2 (SDR16C5) and PENK. The region also overlapped 28 quantitative trait loci (QTLs) previously reported in literature by linkage mapping studies in cattle, including QTLs for birth weight, mature height, carcass weight, stature, pre-weaning average daily gain, calving ease, and gestation length.Conclusions: This study presents the first GWAS applying a high-density SNP panel to identify putative chromosome regions affecting birth weight in Nellore cattle. These results suggest that the QTLs on BTA14 associated with body size in taurine cattle (Bos primigenius taurus) also affect birth weight and size in zebu cattle (Bos primigenius indicus). © 2013 Utsunomiya et al.; licensee BioMed Central Ltd.

Expressão de fatores miogênicos e de microRNAs no músculo esqueléticos de ratos submetidos a estímulo atrófico e recuperação por treinamento físico

Pós-graduação em Biologia Geral e Aplicada - IBB

Expressão de fatores miogênicos e de microRNAs no músculo esqueléticos de ratos submetidos a estímulo atrófico e recuperação por treinamento físico

Pós-graduação em Biologia Geral e Aplicada - IBB

Molecular bases, pathogenic mechanisms and possible therapeutic approach in Leber's Hereditary Optic Neuropathy

Leber’s hereditary optic neuropathy (LHON) is a mitochondrial disease characterized by a rapid loss of central vision and optic atrophy, due to the selective degeneration of retinal ganglion cells. The age of onset is around 20, and the degenerative process is fast and usually the second eye becomes affected in weeks or months. Even if this pathology is well known and has been well characterized, there are still open questions on its pathophysiology, such as the male prevalence, the incomplete penetrance and the tissue selectivity. This maternally inherited disease is caused by mutations in mitochondrial encoded genes of NADH ubiquinone oxidoreductase (complex I) of the respiratory chain. The 90% of LHON cases are caused by one of the three common mitochondrial DNA mutations (11778/ND4, 14484/ND6 and 3460/ND1) and the remaining 10% is caused by rare pathogenic mutations, reported in literature in one or few families. Moreover, there is also a small subset of patients reported with new putative pathogenic nucleotide changes, which awaits to be confirmed. We here clarify some molecular aspects of LHON, mainly the incomplete penetrance and the role of rare mtDNA mutations or variants on LHON expression, and attempt a possible therapeutic approach using the cybrids cell model. We generated novel structural models for mitochondrial encoded complex I subunits and a conservation analysis and pathogenicity prediction have been carried out for LHON reported mutations. This in-silico approach allowed us to locate LHON pathogenic mutations in defined and conserved protein domains and can be a useful tool in the analysis of novel mtDNA variants with unclear pathogenic/functional role. Four rare LHON pathogenic mutations have been identified, confirming that the ND1 and ND6 genes are mutational hot spots for LHON. All mutations were previously described at least once and we validated their pathogenic role, suggesting the need for their screening in LHON diagnostic protocols. Two novel mtDNA variants with a possible pathogenic role have been also identified in two independent branches of a large pedigree. Functional studies are necessary to define their contribution to LHON in this family. It also been demonstrated that the combination of mtDNA rare polymorphic variants is relevant in determining the maternal recurrence of myoclonus in unrelated LHON pedigrees. Thus, we suggest that particular mtDNA backgrounds and /or the presence of specific rare mutations may increase the pathogenic potential of the primary LHON mutations, thereby giving rise to the extraocular clinical features characteristic of the LHON “plus” phenotype. We identified the first molecular parameter that clearly discriminates LHON affected individuals from asymptomatic carriers, the mtDNA copy number. This provides a valuable mechanism for future investigations on variable penetrance in LHON. However, the increased mtDNA content in LHON individuals was not correlated to the functional polymorphism G1444A of PGC-1 alpha, the master regulator of mitochondrial biogenesis, but may be due to gene expression of genes involved in this signaling pathway, such as PGC-1 alpha/beta and Tfam. Future studies will be necessary to identify the biochemical effects of rare pathogenic mutations and to validate the novel candidate mutations here described, in terms of cellular bioenergetic characterization of these variants. Moreover, we were not able to induce mitochondrial biogenesis in cybrids cell lines using bezafibrate. However, other cell line models are available, such as fibroblasts harboring LHON mutations, or other approaches can be used to trigger the mitochondrial biogenesis.

The role of mitochondria in the regulation of gamma rays induced mTOR-dependent senescence

The first aims of this study were to demonstrate if mitochondrial biogenesis and senescence can be induced simultaneously in cell lines upon exposure to a genotoxic stress, and if the presence of mtDNA mutations which impair the functionality of respiratory complexes can influence the ability of a cell to activate senescence. The data obtained on the oncocytic model XTC.UC1 demonstrated that the presence of mitochondrial dysfunction is involved in the maintenance of a senescent phenotype induced by γ-rays treatment. The involvement of mTORC1 in the regulation of senescence has been shown in this cell line. On the other hand, in cells which do not present mitochondrial dysfunction it has been verified that genotoxic stress determines the activation of both mitochondrial biogenesis and senescence. Further studies are necessary in order to verify if mitochondrial biogenesis sustains the activation of senescence. The second aim of this thesis was to determine the involvement of mTORC1 in the regulation of PGC-1α expression, in order to verify what is the cause of the development of oncocytoma in patients affected by two hereditary cancer syndromes; Cowden and Birt-hogg-Dubé . The study of oncocytic tumors developed by patients affected by these syndromes suggested that the double heterozigosity of the two causative genes, PTEN and FLCN respectively, induce the activation of mTORC1 and therefore the activation of PGC-1α expression. On XTC.UC1 cell line, the most suitable in vitro model, experiments of complementation of PTEN and FLCN were conducted. To date, these results demonstrated that mTORC1 is not involved in the regulation of PGC-1α expression, and PTEN and FLCN seem to have opposite effect on PGC-1α expression.

HIF1α regulates Mitochondrial biogenesis and Cellular senescence induced by Gamma Radiation

Cellular response to γ-rays is mediated by ATM-p53 axis. When p53 is phosphorylated, it can transactivate several genes to induce permanent cell cycle arrest (senescence) or apoptosis. Epithelial and mesenchymal cells are more resistant to radiation-induced apoptosis and respond mainly by activating senescence. Hence, tumor cells in a senescent state might remain as “dormant” malignant in fact through disruption of p53 function, cells may overcome growth arrest. Oncocytic features were acquired in the recurring neoplasia after radiation therapy in patient with colonrectal cancer. Oncocytic tumors are characterized by aberrant biogenesis and are mainly non-aggressive neoplasms. Their low proliferation degree can be explained by chronic destabilization of HIF1α, which presides to adaptation to hypoxia and also plays a pivotal role in hypoxia-related radio-resistance. The aim of the present thesis was to verify whether mitochondrial biogenesis can be induced following radiation treatment, in relation of HIF1α status and whether is predictive of a senescence response. In this study was demonstrate that mitochondrial biogenesis parameters like mitochondrial DNA copy number could be used for the prediction of hypoxic status of tissue after radiation treatment. γ-rays induce an increase of mitochondrial mass and function, in response to a genotoxic stress that pushes cells into senescence. Mitochondrial biogenesis is only indirectly regulated by p53, whose activation triggers a MDM2-mediated HIF1α degradation, leading to the release of PGC-1β inhibition by HIF1α. On the other hand, this protein blunts the mitochondrial response to γ-rays as well as the induction of p21-mediated cell senescence, indicating prevalence of the hypoxic over the genotoxic response. Finally in vivo, post-radiotherapy mtDNA copy number increase well correlates with lack of HIF1α increase in the tissue, concluding this may be a useful molecular tool to infer the trigger of a hypoxic response during radiotherapy, which may lead to failure of activation of senescence.

Molecular mechanisms of muscle plasticity with exercise

The skeletal muscle phenotype is subject to considerable malleability depending on use. Low-intensity endurance type exercise leads to qualitative changes of muscle tissue characterized mainly by an increase in structures supporting oxygen delivery and consumption. High-load strength-type exercise leads to growth of muscle fibers dominated by an increase in contractile proteins. In low-intensity exercise, stress-induced signaling leads to transcriptional upregulation of a multitude of genes with Ca2+ signaling and the energy status of the muscle cells sensed through AMPK being major input determinants. Several parallel signaling pathways converge on the transcriptional co-activator PGC-1α, perceived as being the coordinator of much of the transcriptional and posttranscriptional processes. High-load training is dominated by a translational upregulation controlled by mTOR mainly influenced by an insulin/growth factor-dependent signaling cascade as well as mechanical and nutritional cues. Exercise-induced muscle growth is further supported by DNA recruitment through activation and incorporation of satellite cells. Crucial nodes of strength and endurance exercise signaling networks are shared making these training modes interdependent. Robustness of exercise-related signaling is the consequence of signaling being multiple parallel with feed-back and feed-forward control over single and multiple signaling levels. We currently have a good descriptive understanding of the molecular mechanisms controlling muscle phenotypic plasticity. We lack understanding of the precise interactions among partners of signaling networks and accordingly models to predict signaling outcome of entire networks. A major current challenge is to verify and apply available knowledge gained in model systems to predict human phenotypic plasticity.

Genetic integration of a nuclear -encoded mitochondrial gene with cardiac function

Cardiovascular disease (CVD) is the leading cause of death in the United States. One manifestation of CVD known to increase mortality is an enlarged, or hypertrophic heart. Hypertrophic cardiomyocytes adapt to increased contractile demand at the genetic level with a re-emergence of the fetal gene program and a downregulation of fatty acid oxidation genes with concomitant increased reliance on glucose-based metabolism. To understand the transcriptional regulatory pathways that implement hypertrophic directives we analyzed the upstream promoter region of the muscle specific isoform of the nuclear-encoded mitochondrial gene, carnitine palmitoyltransferase-1β (CPT-1β) in cultured rat neonatal cardiac myocytes. This enzyme catalyzes the rate-limiting step of fatty acid entry into β-oxidation and is downregulated in cardiac hypertrophy and failure, making it an attractive model for the study of hypertrophic gene regulation and metabolic adaptations. We demonstrate that the muscle-enriched transcription factors GATA-4 and SRF synergistically activate CPT-1β; moreover, DNA binding to cognate sites and intact protein structure are required. This mechanism coordinates upregulation of energy generating processes with activation of the energy consuming contractile promoter for cardiac α-actin. We hypothesized that fatty acid or glucose responsive transcription factors may also regulate CPT-1β. Oleate weakly stimulates CPT-1β activity; in contrast, the glucose responsive Upstream Stimulatory Factors (USF) dramatically depresses the CPT-1β reporter. USF regulates CPT-1β through a novel physical interaction with the cofactor PGC-1 and abrogation of MEF2A/PGC-1 synergistic stimulation. In this way, USF can inversely regulate metabolic gene programs and may play a role in the shift of metabolic substrate preference seen in hypertrophy. Failing hearts have elevated expression of the nuclear hormone receptor COUP-TF. We report that COUP-TF significantly suppresses reporter transcription independent of DNA binding and specific interactions with GATA-4, Nkx2.5 or USF. In summary, CPT-1β transcriptional regulation integrates mitochondrial gene expression with two essential cardiac functions: contraction and metabolic substrate oxidation. ^

The adaptive response of humans to exercise: Impact of exercise intensity, fibre-type specific responses and molecular patterns of response

In an attempt to improve the current understanding of the adaptive response to exercise in humans, this dissertation performed a series of studies designed to examine the impact of training intensity and mode on aerobic capacity and performance, fibre-type specific adaptations to training, and individual patterns of response across molecular, morphological and genetic factors. Project #1 determined that training intensity, session dose, baseline VO2max and total training volume do not influence the magnitude of change in VO2max by performing a meta-regression, and meta-analysis of 28 different studies. The intensity of training had no effect on the magnitude of increase in maximal oxygen uptake in young healthy participants, but similar adaptations were achieved with lower training doses following high intensity training. Project # 2 determined the acute molecular response, and training-induced adaptations in aerobic performance, aerobic capacity and muscle phenotype following high-intensity interval training (HIT) or endurance exercise (END). The acute molecular response (fibre recruitment and signal activation) and training-induced adaptations in aerobic capacity, aerobic performance, and muscle phenotype were similar following HIT and END. Project # 3 examined the impact of baseline muscle morphology and molecular characteristics on the training response, and if muscle adaptations are coordinated. The muscle phenotype of individuals who experience the largest improvements (high responders) were lower before training for some muscle characteristics and molecular adaptations were coordinated within individual participants. Project # 4 examined the impact of 2 different intensities of HIT on the expression of nuclear and mitochondrial encoded genes targeted by PGC-1α. A systematic upregulation of nuclear and mitochondrial encoded genes was not present in the early recovery period following acute HIT, but the expression of mitochondrial genes were coordinated at an individual level. Collectively, results from the current dissertation contribute to our understanding of the molecular mechanisms influencing skeletal muscle and whole-body adaptive responses to acute exercise and training in humans.

The adaptive response of humans to exercise: Impact of exercise intensity, fibre-type specific responses and molecular patterns of response

In an attempt to improve the current understanding of the adaptive response to exercise in humans, this dissertation performed a series of studies designed to examine the impact of training intensity and mode on aerobic capacity and performance, fibre-type specific adaptations to training, and individual patterns of response across molecular, morphological and genetic factors. Project #1 determined that training intensity, session dose, baseline VO2max and total training volume do not influence the magnitude of change in VO2max by performing a meta-regression, and meta-analysis of 28 different studies. The intensity of training had no effect on the magnitude of increase in maximal oxygen uptake in young healthy participants, but similar adaptations were achieved with lower training doses following high intensity training. Project # 2 determined the acute molecular response, and training-induced adaptations in aerobic performance, aerobic capacity and muscle phenotype following high-intensity interval training (HIT) or endurance exercise (END). The acute molecular response (fibre recruitment and signal activation) and training-induced adaptations in aerobic capacity, aerobic performance, and muscle phenotype were similar following HIT and END. Project # 3 examined the impact of baseline muscle morphology and molecular characteristics on the training response, and if muscle adaptations are coordinated. The muscle phenotype of individuals who experience the largest improvements (high responders) were lower before training for some muscle characteristics and molecular adaptations were coordinated within individual participants. Project # 4 examined the impact of 2 different intensities of HIT on the expression of nuclear and mitochondrial encoded genes targeted by PGC-1α. A systematic upregulation of nuclear and mitochondrial encoded genes was not present in the early recovery period following acute HIT, but the expression of mitochondrial genes were coordinated at an individual level. Collectively, results from the current dissertation contribute to our understanding of the molecular mechanisms influencing skeletal muscle and whole-body adaptive responses to acute exercise and training in humans.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

The role of coactivator associated arginine methyltransferase 1 (CARM1) in nuclear receptor mediated transcription

Arginine methylation has been implicated in the regulation of gene expression. The coactivator-associated arginine methyltransferase 1 (CARMI/PRMT4) binds the p160 family of steroid receptor coactivators (SRCs). This association enhances transcriptional activation by nuclear receptors. Here, we generated and characterized CARM1 knockout mice. Embryos with a targeted disruption of CARM1 are 35% smaller in size than the wild-type littermates and die perinatally. We also generated Carm1-/- and Carm1+/+ mouse embryonic fibroblasts and tested gene expression in response to estrogen. Estrogenresponsive gene expression was aberrant in Carm1-/- fibroblasts and embryos, thus emphasizing the role of arginine methylation as a transcription activation tag. We subsequently studied the role of CARM1 in estrogen signaling in viva in the mammary gland. Conditional knockout of CARM1 in mammary gland and Carml-1-embryonic mammary anlagen transplant experiments did not show any defects in growth and development of the glands. To further dissect the role of CARM1 in estrogen receptor mediated transactivation, we performed cDNA microarray and serial analysis of gene expression on Carm1-/- and Carm1+/+ embryos treated with the estrogen analog, DES. Our results indicate global changes in estrogen regulated genes as well as genes involved in lipid homeostasis. Marker genes for Peroxisome Proliferator Activated Receptor γ (PPARγ) activity, adipsin and aP2, are downregulated in the Carm1-/- embryos. Furthermore, OCT frozen sections of 18.5dpc embryos, processed simultaneously for oil red O staining to look for neutral fat, reveals greatly reduced brown fat accumulation in the Carm1-/- embryos in contrast to wild-type and gain-of-function Carm1 transgenic (ubiquitous) embryo. We used a well-established 3T3-L1 preadipocyte cell line to knockdown CARM1 by short hairpin RNA. 3T3-L1 cells with CARM1 knockdown showed greatly reduced potential to differentiate into mature lipid accumulating adipocytes upon administration of adipogenic stimuli. Ligand-dependent activation of reporter genes by the PPARγ receptor showed that PPRE-luciferase reporter activity was enhanced in the presence of CARM1, additionally, luciferase activity was reduced to background levels when enzyme dead CARM1 (CARM1-VLD) was used. Thus, in this study, we have identified novel pathways that use CARM1 as coactivator and showed that CARM1 functions as a key component of PPARγ receptor mediated gene expression. ^

RAC3, a steroid/nuclear receptor-associated coactivator that is related to SRC-1 and TIF2

Steroids, thyroid hormones, vitamin D3, and retinoids are lipophilic small molecules that regulate diverse biological effects such as cell differentiation, development, and homeostasis. The actions of these hormones are mediated by steroid/nuclear receptors which function as ligand-dependent transcriptional regulators. Transcriptional activation by ligand-bound receptors is a complex process requiring dissociation and recruitment of several additional cofactors. We report here the cloning and characterization of receptor-associated coactivator 3 (RAC3), a human transcriptional coactivator for steroid/nuclear receptors. RAC3 interacts with several liganded receptors through a mechanism which requires their respective ligand-dependent activation domains. RAC3 can activate transcription when tethered to a heterologous DNA-binding domain. Overexpression of RAC3 enhances the ligand-dependent transcriptional activation by the receptors in mammalian cells. Sequence analysis reveals that RAC3 is related to steroid receptor coactivator 1 (SRC-1) and transcriptional intermediate factor 2 (TIF2), two of the most potent coactivators for steroid/nuclear receptors. Thus, RAC3 is a member of a growing coactivator network that should be useful as a tool for understanding hormone action and as a target for developing new therapeutic agents that can block hormone-dependent neoplasia.

Multiprotein bridging factor 1 (MBF1) is an evolutionarily conserved transcriptional coactivator that connects a regulatory factor and TATA element-binding protein

Multiprotein bridging factor 1 (MBF1) is a transcriptional cofactor that bridges between the TATA box-binding protein (TBP) and the Drosophila melanogaster nuclear hormone receptor FTZ-F1 or its silkworm counterpart BmFTZ-F1. A cDNA clone encoding MBF1 was isolated from the silkworm Bombyx mori whose sequence predicts a basic protein consisting of 146 amino acids. Bacterially expressed recombinant MBF1 is functional in interactions with TBP and a positive cofactor MBF2. The recombinant MBF1 also makes a direct contact with FTZ-F1 through the C-terminal region of the FTZ-F1 DNA-binding domain and stimulates the FTZ-F1 binding to its recognition site. The central region of MBF1 (residues 35–113) is essential for the binding of FTZ-F1, MBF2, and TBP. When the recombinant MBF1 was added to a HeLa cell nuclear extract in the presence of MBF2 and FTZ622 bearing the FTZ-F1 DNA-binding domain, it supported selective transcriptional activation of the fushi tarazu gene as natural MBF1 did. Mutations disrupting the binding of FTZ622 to DNA or MBF1, or a MBF2 mutation disrupting the binding to MBF1, all abolished the selective activation of transcription. These results suggest that tethering of the positive cofactor MBF2 to a FTZ-F1-binding site through FTZ-F1 and MBF1 is essential for the binding site-dependent activation of transcription. A homology search in the databases revealed that the deduced amino acid sequence of MBF1 is conserved across species from yeast to human.