Detection of functional antigen-specific T cells from urine of non-muscle invasive bladder cancer patients.

To gain further insights into the role of T lymphocytes in immune responses against bladder tumors, we developed a method that monitors the presence of functional antigen-specific T cells in the urine of non-muscle invasive bladder cancer patients. As relatively few immune cells can usually be recovered from urine, we examined different isolation/amplification protocols and took advantage of patients treated with weekly intravesical instillations of Bacillus Calmette-Guérin, resulting in large amounts of immune cells into urine. Our findings demonstrate that, upon in vitro amplification, antigen-specific T cells can be detected by an interferon γ (IFNγ)-specific ELISPOT assay.

N-Glycosylation and conserved cysteine residues in RAMP3 play a critical role for the functional expression of CRLR/RAMP3 adrenomedullin receptor.

The calcitonin receptor-like receptor (CRLR) and receptor activity modifying protein-3 (RAMP3) can assemble into a CRLR/RAMP3 heterodimeric receptor that exhibits the characteristics of a high affinity adrenomedullin receptor. RAMP3 participates in adrenomedullin (AM) binding via its extracellular N-terminus characterized by the presence of six highly conserved cysteine residues and four N-glycosylation consensus sites. Here, we assessed the usage of these conserved residues in cotranslational modifications of RAMP3 and addressed their role in functional expression of the CRLR/RAMP3 receptor. Using a Xenopus oocyte expression system, we show that (i) RAMP3 is assembled with CRLR as a multiple N-glycosylated species in which two, three, or four consensus sites are used; (ii) elimination of all N-glycans in RAMP3 results in a significant inhibition of receptor [(125)I]AM binding and an increase in the EC(50) value for AM; (iii) several lines of indirect evidence indicate that each of the six cysteines is involved in disulfide bond formation; (iv) when all cysteines are mutated to serines, RAMP3 is N-glycosylated at all four consensus sites, suggesting that disulfide bond formation inhibits N-gylcosylation; and (v) elimination of all cysteines abolishes adrenomedullin binding and leads to a complete loss of receptor function. Our data demonstrate that cotranslational modifications of RAMP3 play a critical role in the function of the CRLR/RAMP3 adrenomedullin receptor.

Biomarkers for the assessment of chlorpyrifos effects on earthworms and on soil functional parameters

The objective of this work was to evaluate the effects of chlorpyrifos on earthworms and on soil functional parameters. An integrated laboratory-field study was performed in a wheat field in Argentina, sprayed with chlorpyrifos at two recommended application rates (240 or 960 g ha-1 style='vertical-align:baseline'> a.i.). Laboratory tests included neutral red retention time, comet assay (single cell gel electrophoresis), and avoidance behavior, each using the earthworm Eisenia andrei exposed in soil collected 1 or 14 days after pesticide application, and the bait-lamina test. Field tests assessed organic matter breakdown using the litterbag and bait-lamina assays. Earthworm populations in the field were assessed using formalin application and hand-sorting. The neutral red retention time and comet assays were sensitive biomarkers to the effects of chlorpyrifos on the earthworm E. andrei; however, the earthworm avoidance test was not sufficiently robust to assess these effects. Feeding activity of soil biota, assessed by the bait lamina test, was significantly inhibited by chlorpyrifos after 97 days, but recovered by the 118th day of the test. Litterbag test showed no significant differences in comparison to controls. Earthworm abundance in the field was too low to adequately test the sensitivity of this assessment endpoint.

Evolution and functional characterisation of the IR chemosensory receptors in the Drosophila larval gustatory system

Chemosensory receptor gene families encode divergent proteins capable of detecting a huge diversity of environmental stimuli that are constantly changing over evolutionary time as organisms adapt to distinct ecological niches. While olfaction is dedicated to the detection of volatile compounds, taste is key to assess food quality for nutritional value and presence of toxic substances. The sense of taste also provides initial signals to mediate endocrine regulation of appetite and food metabolism and plays a role in kin recognition. The fruit fly Drosophila melanogaster is a very good model for studying smell and taste because these senses are very important in insects and because a broad variety of genetic tools are available in Drosophila. Recently, a family of 66 chemosensory receptors, the Ionotropic Receptors (IRs) was described in fruit flies. IRs are distantly related to ionotropic glutamate receptors (iGluRs), but their evolutionary origin from these synaptic receptors is unclear. While 16 IRs are expressed in the olfactory system, nothing is known about the other members of this repertoire. In this thesis, I describe bioinformatic, expression and functional analyses of the IRs aimed at understanding how these receptors have evolved, and at characterising the role of the non-olfactory IRs. I show that these have emerged at the basis of the protostome lineage and probably have acquired their sensory function very early. Moreover, although several IRs are conserved across insects, there are rapid and dramatic changes in the size and divergence of IR repertoires across species. I then performed a comprehensive analysis of IR expression in the larva of Drosophila melanogaster, which is a good model to study taste and feeding mechanisms as it spends most of its time eating or foraging. I found that most of the divergent members of the IR repertoire are expressed in both peripheral and internal gustatory neurons, suggesting that these are involved in taste perception. Finally, through the establishment of a new neurophysiological assay in larvae, I identified for the first time subsets of IR neurons that preferentially detect sugars and amino acids, indicating that IRs might be involved in sensing these compounds. Together, my results indicate that IRs are an evolutionarily dynamic and functionally versatile family of receptors. In contrast to the olfactory IRs that are well-conserved, gustatory IRs are rapidly evolving species-specific receptors that are likely to be involved in detecting a wide variety of tastants. - La plupart des animaux possèdent de grandes familles de récepteurs chimiosensoriels dont la fonction est de détecter l'immense diversité de composés chimiques présents dans l'environnement. Ces récepteurs évoluent en même temps que les organismes s'adaptent à leur écosystème. Il existe deux manières de percevoir ces signaux chimiques : l'olfaction et le goût. Alors que le système olfactif perçoit les composés volatiles, le sens du goût permet d'évaluer, par contact, la qualité de la nourriture, de détecter des substances toxiques et de réguler l'appétit et le métabolisme. L'un des organismes modèles les plus pertinents pour étudier le sens du goût est le stade larvaire de la mouche du vinaigre Drosophila melanogaster. En effet, la principale fonction du stade larvaire est de trouver de la nourriture et de manger. De plus, il est possible d'utiliser tous les outils génétiques développés chez la drosophile. Récemment, une nouvelle famille de 66 récepteurs chimiosensoriels appelés Récepteurs Ionotropiques (IRs) a été découverte chez la drosophile. Bien que leur orogine soit peu claire, ces récepteurs sont similaires aux récepteurs ionotropiques glutamatergiques impliqués dans la transmission synaptique. 16 IRs sont exprimés dans le système olfactif de la mouche adulte, mais pour l'instant on ne connaît rien des autres membres de cette famille. Durant ma thèse, j'ai effectué des recherches sur l'évolution de ces récepteurs ainsi que sur l'expression et la fonction des IRs non olfactifs. Je démontre que les IRs sont apparus chez l'ancêtre commun des protostomiens et ont probablement acquis leur fonction sensorielle très rapidement. De plus, bien qu'un certain nombre d'IRs olfactifs soient conservés chez les insectes, d'importantes variations dans la taille et la divergence des répertoires d'IRs entre les espèces ont été constatées. J'ai également découvert qu'un grand nombre d'IRs non olfactifs sont exprimés dans différents organes gustatifs, ce qui leur confère probablement une fonction dans la perception des goûts. Finalement, pour la première fois, des neurones exprimant des IRs ont été identifiés pour leur fonction dans la perception de sucres et d'acides aminés chez la larve. Mes résultats présentent les IRs comme une famille très dynamique, aux fonctions très variées, qui joue un rôle tant dans l'odorat que dans le goût, et dont la fonction est restée importante tout au long de l'évolution. De plus, l'identification de neurones spécialisés dans la perception de certains composés permettra l'étude des circuits neuronaux impliqués dans le traitement de ces informations.

A functional microsatellite of the macrophage migration inhibitory factor gene associated with meningococcal disease.

Macrophage migration inhibitory factor (MIF) is an abundantly expressed proinflammatory cytokine playing a critical role in innate immunity and sepsis and other inflammatory diseases. We examined whether functional MIF gene polymorphisms (-794 CATT(5-8) microsatellite and -173 G/C SNP) were associated with the occurrence and outcome of meningococcal disease in children. The CATT(5) allele was associated with the probability of death predicted by the Pediatric Index of Mortality 2 (P=0.001), which increased in correlation with the CATT(5) copy number (P=0.04). The CATT(5) allele, but not the -173 G/C alleles, was also associated with the actual mortality from meningoccal sepsis [OR 2.72 (1.2-6.4), P=0.02]. A family-based association test (i.e., transmission disequilibrium test) performed in 240 trios with 1 afflicted offspring indicated that CATT(5) was a protective allele (P=0.02) for the occurrence of meningococcal disease. At baseline and after stimulation with Neisseria meningitidis in THP-1 monocytic cells or in a whole-blood assay, CATT(5) was found to be a low-expression MIF allele (P=0.005 and P=0.04 for transcriptional activity; P=0.09 and P=0.09 for MIF production). Taken together, these data suggest that polymorphisms of the MIF gene affecting MIF expression are associated with the occurrence, severity, and outcome of meningococcal disease in children.

Functional studies of a germ-line polymorphism at codon 47 within the p53 gene.

A rare germ-line polymorphism in codon 47 of the p53 gene replaces the wild-type proline (CCG) with a serine (TCG). Restriction analysis of 101 human samples revealed the frequency of the rare allele to be 0% (n = 69) in Caucasians and 4.7% (3/64, n = 32) among African-Americans. To investigate the consequence of this amino acid substitution, a cDNA construct (p53 mut47ser) containing the mutation was introduced into a lung adenocarcinoma cell line (Calu-6) that does not express p53. A growth suppression similar to that obtained after introduction of a wild-type p53 cDNA construct was observed, in contrast to the result obtained by introduction of p53 mut143ala. Furthermore, expression of neither p53 mut47ser nor wild-type p53 was tolerated by growing cells. In transient expression assays, both mut47ser and wild-type p53 activated the expression of a reporter gene linked to a p53 binding sequence (PG13-CAT) and inhibited the expression of the luciferase gene under the control of the Rous sarcoma virus promoter (RSVluc). In the same assay, mut143ala did not activate the expression of PG13-CAT and produced only a slight inhibitory effect on RSVluc. These findings indicate that the p53 variant with a serine at codon 47 should be considered as a rare germ-line polymorphism that does not alter the growth-suppression activity of p53.

Highly functional binding surface for miniaturised solid-phase immunoassays. - A spot story -

Several bioaffinity assays are based on the detection of an analyte which is bound on a solid substrate via biochemical interaction. These so called solid phase assays are based on the adhesion of the primary binding partner on a solid surface, which then binds the analyte to be detected. In this thesis work a novel solid phase based assay technology, known as spot technology, was developed. The spot technology is based on combination of high-capacity solid phases, concentrated in a spot format, utilising modified streptavidin molecules and recombinant antibody fragments. The reduction of the solid phase binding surface to a size of a spot enabled denser binding of the target molecules, providing improved signal intensities and signal-to-background ratio when applied in different solid phase immunoassays. Streptavidin-biotin interactions are commonly utilised in numerous different bioaffinity assays and the ultimate nature of streptavidin to bind biotin is among the strongest non-covalent interaction reported between two biomolecules. In this study native core streptavidin was chemically modified to provide polymerised streptavidin molecules with altered adsorption properties. These streptavidin conjugates, when coated onto polystyrene surface, provided enhanced biotin binding capacity and surface stability when compared to a reference coating constructed with native streptavidin. Furthermore, the combination of chemically modified streptavidin, sitespecifically biotinylated antibody fragments and the spot coating technology provided highly dense solid phase coating with improved binding properties. The performance of the spot assay technology was further demonstrated in different immunoassay configurations. Human thyroid stimulating hormone (TSH) and human cardiac troponin I (cTnI) were used as model analytes to show the applicability of the highly sensitive spot-based solid-phase immunoassay for detection of very low levels of analytes. It was demonstrated that the spot technology provided an assay concept with enhanced sensitivity and short turn-around times, characteristics that are highly suitable for point-of-care applications.

Luminescence-based assay methods in drug discovery

The drug discovery process is facing new challenges in the evaluation process of the lead compounds as the number of new compounds synthesized is increasing. The potentiality of test compounds is most frequently assayed through the binding of the test compound to the target molecule or receptor, or measuring functional secondary effects caused by the test compound in the target model cells, tissues or organism. Modern homogeneous high-throughput-screening (HTS) assays for purified estrogen receptors (ER) utilize various luminescence based detection methods. Fluorescence polarization (FP) is a standard method for ER ligand binding assay. It was used to demonstrate the performance of two-photon excitation of fluorescence (TPFE) vs. the conventional one-photon excitation method. As result, the TPFE method showed improved dynamics and was found to be comparable with the conventional method. It also held potential for efficient miniaturization. Other luminescence based ER assays utilize energy transfer from a long-lifetime luminescent label e.g. lanthanide chelates (Eu, Tb) to a prompt luminescent label, the signal being read in a time-resolved mode. As an alternative to this method, a new single-label (Eu) time-resolved detection method was developed, based on the quenching of the label by a soluble quencher molecule when displaced from the receptor to the solution phase by an unlabeled competing ligand. The new method was paralleled with the standard FP method. It was shown to yield comparable results with the FP method and found to hold a significantly higher signal-tobackground ratio than FP. Cell-based functional assays for determining the extent of cell surface adhesion molecule (CAM) expression combined with microscopy analysis of the target molecules would provide improved information content, compared to an expression level assay alone. In this work, immune response was simulated by exposing endothelial cells to cytokine stimulation and the resulting increase in the level of adhesion molecule expression was analyzed on fixed cells by means of immunocytochemistry utilizing specific long-lifetime luminophore labeled antibodies against chosen adhesion molecules. Results showed that the method was capable of use in amulti-parametric assay for protein expression levels of several CAMs simultaneously, combined with analysis of the cellular localization of the chosen adhesion molecules through time-resolved luminescence microscopy inspection.

From Unspecific Quenching to Specific Signaling: Functional GTPase Assays Utilizing Quenching Resonance Energy Transfer (QRET) Technology

The aim of the work presented in this study was to demonstrate the wide applicability of a single-label quenching resonance energy transfer (QRET) assay based on time-resolved lanthanide luminescence. QRET technology is proximity dependent method utilizing weak and unspecific interaction between soluble quencher molecule and lanthanide chelate. The interaction between quencher and chelate is lost when the ligand binds to its target molecule. The properties of QRET technology are especially useful in high throughput screening (HTS) assays. At the beginning of this study, only end-point type QRET technology was available. To enable efficient study of enzymatic reactions, the QRET technology was further developed to enable measurement of reaction kinetics. This was performed using proteindeoxyribonuclei acid (DNA) interaction as a first tool to monitor reaction kinetics. Later, the QRET was used to study nucleotide exchange reaction kinetics and mutation induced effects to the small GTPase activity. Small GTPases act as a molecular switch shifting between active GTP bound and inactive GDP bound conformation. The possibility of monitoring reaction kinetics using the QRET technology was evaluated using two homogeneous assays: a direct growth factor detection assay and a nucleotide exchange monitoring assay with small GTPases. To complete the list, a heterogeneous assay for monitoring GTP hydrolysis using small GTPases, was developed. All these small GTPase assays could be performed using nanomolar protein concentrations without GTPase pretreatment. The results from these studies demonstrated that QRET technology can be used to monitor reaction kinetics and further enable the possibility to use the same method for screening.

Muscle strength but not functional capacity is associated with plasma interleukin-6 levels of community-dwelling elderly women

The association of plasma interleukin-6 (IL-6) levels, muscle strength and functional capacity was investigated in a cross-sectional study of community-dwelling elderly women from Belo Horizonte, Brazil. Elderly people who present controlled chronic diseases with no negative impact on physical, psychosocial and mental functionality are considered to be community-dwelling. Psychological and social stress due to unsuccessfully aging can represent a risk for immune system disfunctions. IL-6 levels, isokinetic muscle strength of knee flexion/extension, and functional tests to determine time required to rise from a chair and gait velocity were measured in 57 participants (71.21 ± 7.38 years). Serum levels of IL-6 were measured in duplicate and were performed within one single assay (mouse monoclonal antibody against IL-6; High-Sensitivity, Quantikine®, R & D Systems, USA; intra-assay coefficient of variance = 6.9-7.4%; interassay coefficient of variance = 9.6-6.5%; sensitivity = 0.016-0.110 pg/mL; mean = 0.039 pg/mL). Muscle strength was assessed with the isokinetic dynamometer Biodex System 3 Pro®. After the Shapiro-Wilk normality test was applied, correlations were investigated using Spearman and Kruskal-Wallis tests. Post hoc analysis was performed using the Dunn test. A significant negative correlation was observed between plasma IL-6 levels (1.95 ± 1.77 pg/mL) and muscle strength for knee flexion (70.70 ± 21.14%; r = -0.265; P = 0.047) and extension (271.84 ± 67.85%; r = -0.315; P = 0.017). No significant correlation was observed between IL-6 levels and the functional tests (time to rise from a chair = 14.65 ± 2.82 s and gait velocity = 0.95 ± 0.14 m/s). These results suggest that IL-6 is associated with reduced muscle strength.

Expression, production, and renaturation of a functional single-chain variable antibody fragment (scFv) against human ICAM-1

Intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) is an important factor in the progression of inflammatory responses in vivo. To develop a new anti-inflammatory drug to block the biological activity of ICAM-1, we produced a monoclonal antibody (Ka=4.19×10−8 M) against human ICAM-1. The anti-ICAM-1 single-chain variable antibody fragment (scFv) was expressed at a high level as inclusion bodies in Escherichia coli. We refolded the scFv (Ka=2.35×10−7 M) by ion-exchange chromatography, dialysis, and dilution. The results showed that column chromatography refolding by high-performance Q Sepharose had remarkable advantages over conventional dilution and dialysis methods. Furthermore, the anti-ICAM-1 scFv yield of about 60 mg/L was higher with this method. The purity of the final product was greater than 90%, as shown by denaturing gel electrophoresis. Enzyme-linked immunosorbent assay, cell culture, and animal experiments were used to assess the immunological properties and biological activities of the renatured scFv.

The Development, Validation and Implementation of a Broad-Based ADME Genotyping Assay into Research and Clinical Trials

Afin d’adresser la variabilité interindividuelle observée dans la réponse pharmacocinétique à de nombreux médicaments, nous avons créé un panel de génotypage personnalisée en utilisant des méthodes de conception et d’élaboration d’essais uniques. Celles-ci ont pour but premier de capturer les variations génétiques présentent dans les gènes clés impliqués dans les processus d'absorption, de distribution, de métabolisme et d’excrétion (ADME) de nombreux agents thérapeutiques. Bien que ces gènes et voies de signalement sont impliqués dans plusieurs mécanismes pharmacocinétiques qui sont bien connues, il y a eu jusqu’à présent peu d'efforts envers l’évaluation simultanée d’un grand nombre de ces gènes moyennant un seul outil expérimental. La recherche pharmacogénomique peut être réalisée en utilisant deux approches: 1) les marqueurs fonctionnels peuvent être utilisés pour présélectionner ou stratifier les populations de patients en se basant sur des états métaboliques connus; 2) les marqueurs Tag peuvent être utilisés pour découvrir de nouvelles corrélations génotype-phénotype. Présentement, il existe un besoin pour un outil de recherche qui englobe un grand nombre de gènes ADME et variantes et dont le contenu est applicable à ces deux modèles d'étude. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé un panel d’essais de génotypage de 3,000 marqueurs génétiques ADME qui peuvent satisfaire ce besoin. Dans le cadre de ce projet, les gènes et marqueurs associés avec la famille ADME ont été sélectionnés en collaboration avec plusieurs groupes du milieu universitaire et de l'industrie pharmaceutique. Pendant trois phases de développement de cet essai de génotypage, le taux de conversion pour 3,000 marqueurs a été amélioré de 83% à 97,4% grâce à l'incorporation de nouvelles stratégies ayant pour but de surmonter les zones d'interférence génomiques comprenant entre autres les régions homologues et les polymorphismes sous-jacent les régions d’intérêt. La précision du panel de génotypage a été validée par l’évaluation de plus de 200 échantillons pour lesquelles les génotypes sont connus pour lesquels nous avons obtenu une concordance > 98%. De plus, une comparaison croisée entre nos données provenant de cet essai et des données obtenues par différentes plateformes technologiques déjà disponibles sur le marché a révélé une concordance globale de > 99,5%. L'efficacité de notre stratégie de conception ont été démontrées par l'utilisation réussie de cet essai dans le cadre de plusieurs projets de recherche où plus de 1,000 échantillons ont été testés. Nous avons entre autre évalué avec succès 150 échantillons hépatiques qui ont été largement caractérisés pour plusieurs phénotypes. Dans ces échantillons, nous avons pu valider 13 gènes ADME avec cis-eQTL précédemment rapportés et de découvrir et de 13 autres gènes ADME avec cis eQTLs qui n'avaient pas été observés en utilisant des méthodes standard. Enfin, à l'appui de ce travail, un outil logiciel a été développé, Opitimus Primer, pour aider pour aider au développement du test. Le logiciel a également été utilisé pour aider à l'enrichissement de cibles génomiques pour d'expériences séquençage. Le contenu ainsi que la conception, l’optimisation et la validation de notre panel le distingue largement de l’ensemble des essais commerciaux couramment disponibles sur le marché qui comprennent soit des marqueurs fonctionnels pour seulement un petit nombre de gènes, ou alors n’offre pas une couverture adéquate pour les gènes connus d’ADME. Nous pouvons ainsi conclure que l’essai que nous avons développé est et continuera certainement d’être un outil d’une grande utilité pour les futures études et essais cliniques dans le domaine de la pharmacocinétique, qui bénéficieraient de l'évaluation d'une longue liste complète de gènes d’ADME.

Use of cellular impedance to characterize ligand functional selectivity at G protein-coupled receptors

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) représentent la plus grande famille de cibles thérapeutiques pour le traitement d’une panoplie de pathologies humaines. Bien que plusieurs décennies de recherche aient permis de façonner nos connaissances sur ces protéines membranaires, notre compréhension des déterminants moléculaires de leur activité signalétique reste encore limitée. De ces domaines de recherche, une avancée récente a mis à jour un nouveau phénomène, appelé sélectivité fonctionnelle des ligands, qui a bouleversé les paradigmes décrivant leu fonctionnement de ces récepteurs. Ce concept émane d’observations montrant que l’activité pharmacologique de certains ligands n’est pas nécessairement conservée sur tout le répertoire signalétiques connu du récepteur et peu se restreindre à l'activation sélective d’un sous-groupe de voies de signalisation.Ce nouveau modèle pharmacologique de l'activation des RCPG ouvre de nouvelles possibilités pour la découverte de médicaments plus efficace et sûr, ciblant les RCPGs. En effet, il permet la conception de molécules modulant spécifiquement les voies signalétiques d’intérêt thérapeutique, sans engager les autres voies qui pourraient mener à des effets secondaires indésirables ou de la tolérance. Cette thèse décrit l'utilisation d'une nouvelle approche sans marquage, basée sur la mesure du changement l'impédance cellulaire. Par la mesure des changements cellulaires, comme la morphologie, l’adhésion et/ou la redistribution des macromolécules, cette approche permet de mesurer de façon simultanée l'activité de plusieurs voies de signalisation impliqués dans ces réponses. Utilisant le récepteur β2-adrénergique (β2AR) comme modèle, nous avons démontré que les variations dans l’impédance cellulaire étaient directement liées à l’activation de multiples voies de signalisation suite à la stimulation du récepteur par son ligand. L’agoniste type du β2AR, l’isoprotérénol, s’est avéré induire une réponse d’impédance dose-dépendante constituée, dans le temps, de plusieurs caractéristiques distinctes pouvant être bloquées de façon compétitive par l’antagoniste ICI118,551 Par l’utilisation d’inhibiteurs sélectifs, nous avons été en mesure de déterminer la contribution de plusieurs voies signalétiques canoniques, comme les voies dépendantes de Gs et Gi, la production d’AMPc et l’activation de ERK1/2, sur ces changements. De plus, la dissection de la réponse d’impédance a permis d’identifier une nouvelle voie de mobilisation du Ca2+ contribuant à la réponse globale des changements initiés par la stimulation du β2AR. Dans une autre étude, nous avons rapporté que la réponse calcique induite par le β2AR serait attribuable à une transactivation Gs-dépendant du récepteur purinergique P2Y11, lui-même couplé à la protéine Gq. La mesure d’impédance permettant de distinguer et de décrire une pléiade d’activités signalétiques, nous avons émis l’hypothèse que des ligands arborant des profils signalétiques différents généreraient des réponses d’impédance distinctes. Le criblage d’une librairie de ligands spécifiques au β2AR a révélé une grande variété de signatures d’impédance. Grâce au développement d’une approche computationnelle innovatrice, nous avons été en mesure de regrouper ces signatures en cinq classes de composés, un regroupement qui s’est avéré hautement corrélé avec le profil signalétique des différents ligands. Nous avons ensuite combiné le criblage de composés par impédance avec l’utilisation d’inhibiteurs sélectifs de voies signalétiques afin d’augmenter la résolution du regroupement. En évaluant l’impact d’une voie signalétique donnée sur la signature d’impédance, nous avons été en mesure de révéler une plus grande variété de textures parmi les ligands. De plus, cette méthode s’est avérée efficace pour prédire le profil signalétique d’une librairie de composés non caractérisés, ciblant le β2AR. Ces travaux ont mené à l’élaboration d’une méthode permettant d’exprimer visuellement la sélectivité fonctionnelle de ligands et ont révélé de nouvelles classes de composés pour ce récepteur. Ces nouvelles classes de composés ont ensuite été testées sur des cardiomyocytes humains, confirmant que les composés regroupés dans différentes classes produisent des effets distincts sur la contractilité de ces cellules. Globalement, ces travaux démontrent la pertinence de l’utilisation de l’impédance cellulaire pour une évaluation précise des différences fonctionnelles parmi les composés ciblant les RCPGs. En fournissant une représentation pluridimensionnelle de la signalisation émanant des RCPGs à l’aide d’un seul essai ne requérant pas de marquage, les signatures d’impédance représentent une stratégie simple et innovante pour l’évaluation de la fonctionnalité sélective des ligands. Cette méthode pourrait être d’une grande utilité dans le processus de découverte de nouveaux médicaments.

Searching for novel gene functions in yeast : identification of thousands of novel molecular interactions by protein-fragment complementation assay followed by automated gene function prediction and high-throughput lipidomics

La compréhension de processus biologiques complexes requiert des approches expérimentales et informatiques sophistiquées. Les récents progrès dans le domaine des stratégies génomiques fonctionnelles mettent dorénavant à notre disposition de puissants outils de collecte de données sur l’interconnectivité des gènes, des protéines et des petites molécules, dans le but d’étudier les principes organisationnels de leurs réseaux cellulaires. L’intégration de ces connaissances au sein d’un cadre de référence en biologie systémique permettrait la prédiction de nouvelles fonctions de gènes qui demeurent non caractérisées à ce jour. Afin de réaliser de telles prédictions à l’échelle génomique chez la levure Saccharomyces cerevisiae, nous avons développé une stratégie innovatrice qui combine le criblage interactomique à haut débit des interactions protéines-protéines, la prédiction de la fonction des gènes in silico ainsi que la validation de ces prédictions avec la lipidomique à haut débit. D’abord, nous avons exécuté un dépistage à grande échelle des interactions protéines-protéines à l’aide de la complémentation de fragments protéiques. Cette méthode a permis de déceler des interactions in vivo entre les protéines exprimées par leurs promoteurs naturels. De plus, aucun biais lié aux interactions des membranes n’a pu être mis en évidence avec cette méthode, comparativement aux autres techniques existantes qui décèlent les interactions protéines-protéines. Conséquemment, nous avons découvert plusieurs nouvelles interactions et nous avons augmenté la couverture d’un interactome d’homéostasie lipidique dont la compréhension demeure encore incomplète à ce jour. Par la suite, nous avons appliqué un algorithme d’apprentissage afin d’identifier huit gènes non caractérisés ayant un rôle potentiel dans le métabolisme des lipides. Finalement, nous avons étudié si ces gènes et un groupe de régulateurs transcriptionnels distincts, non préalablement impliqués avec les lipides, avaient un rôle dans l’homéostasie des lipides. Dans ce but, nous avons analysé les lipidomes des délétions mutantes de gènes sélectionnés. Afin d’examiner une grande quantité de souches, nous avons développé une plateforme à haut débit pour le criblage lipidomique à contenu élevé des bibliothèques de levures mutantes. Cette plateforme consiste en la spectrométrie de masse à haute resolution Orbitrap et en un cadre de traitement des données dédié et supportant le phénotypage des lipides de centaines de mutations de Saccharomyces cerevisiae. Les méthodes expérimentales en lipidomiques ont confirmé les prédictions fonctionnelles en démontrant certaines différences au sein des phénotypes métaboliques lipidiques des délétions mutantes ayant une absence des gènes YBR141C et YJR015W, connus pour leur implication dans le métabolisme des lipides. Une altération du phénotype lipidique a également été observé pour une délétion mutante du facteur de transcription KAR4 qui n’avait pas été auparavant lié au métabolisme lipidique. Tous ces résultats démontrent qu’un processus qui intègre l’acquisition de nouvelles interactions moléculaires, la prédiction informatique des fonctions des gènes et une plateforme lipidomique innovatrice à haut débit , constitue un ajout important aux méthodologies existantes en biologie systémique. Les développements en méthodologies génomiques fonctionnelles et en technologies lipidomiques fournissent donc de nouveaux moyens pour étudier les réseaux biologiques des eucaryotes supérieurs, incluant les mammifères. Par conséquent, le stratégie présenté ici détient un potentiel d’application au sein d’organismes plus complexes.

Establishing a Robust In Vitro Embryonic Stem Cell Differentiation Assay to Monitor the Hematopoietic Potential of DELES Clones

Afin d’effectuer des études fonctionnelles sur le génome de la souris, notre laboratoire a généré une bibliothèque de clones de cellules souches embryonnaires (ESC) présentant des suppressions chromosomiques chevauchantes aléatoires – la bibliothèque DELES. Cette bibliothèque contient des délétions couvrant environ 25% du génome murin. Dans le laboratoire, nous comptons identifier de nouveaux déterminants du destin des cellules hématopoïétiques en utilisant cet outil. Un crible primaire utilisant la benzidine pour démontrer la présence d'hémoglobine dans des corps embryoïdes (EBS) a permis d’identifier plusieurs clones délétés présentant un phénotype hématopoïétique anormal. Comme cet essai ne vérifie que la présence d'hémoglobine, le but de mon projet est d'établir un essai in vitro de différenciation des ESC permettant de mesurer le potentiel hématopoïétique de clones DELES. Mon hypothèse est que l’essai de différenciation hématopoïétique publié par le Dr Keller peut être importé dans notre laboratoire et utilisé pour étudier l'engagement hématopoïétique des clones DELES. À l’aide d’essais de RT-QPCR et de FACS, j’ai pu contrôler la cinétique de différenciation hématopoïétique en suivant l’expression des gènes hématopoïétiques et des marqueurs de surface comme CD41, c-kit, RUNX1, GATA2, CD45, β-globine 1 et TER-119. Cet essai sera utilisé pour valider le potentiel hématopoïétique des clones DELES candidats identifiés dans le crible principal. Mon projet secondaire vise à utiliser la même stratégie rétro-virale a base de Cre-loxP utilisée pour générer la bibliothèque DELES pour générer une bibliothèque de cellules KBM-7 contenant des suppressions chromosomiques chevauchantes. Mon but ici est de tester si la lignée cellulaire leuémique humaine presque haploïde KBM-7 peut être exploitée en utilisant l'approche DELES pour créer cette bibliothèque. La bibliothèque de clones KBM-7 servira à définir les activités moléculaires de drogues anti-leucémiques potentielless que nous avons identifiées dans le laboratoire parce qu’elles inhibent la croissance cellulaire dans plusieurs échantillons de leucémie myéloïde aiguë dérivés de patients. Elle me permettra également d'identifier les voies de signalisation moléculaires qui, lorsque génétiquement perturbées, peuvent conférer une résistance à ces drogues.