142 resultados para CXCR4 coreceptor
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The entry of human immunodeficiency virus (HIV) into cells depends on a sequential interaction of the gp120 envelope glycoprotein with the cellular receptors CD4 and members of the chemokine receptor family. The CC chemokine receptor CCR5 is such a receptor for several chemokines and a major coreceptor for the entry of R5 HIV type-1 (HIV-1) into cells. Although many studies focus on the interaction of CCR5 with HIV-1, the corresponding interaction sites in CCR5 and gp120 have not been matched. Here we used an approach combining protein structure modeling, docking and molecular dynamics simulation to build a series of structural models of the CCR5 in complexes with gp120 and CD4. Interactions such as hydrogen bonds, salt bridges and van der Waals contacts between CCR5 and gp120 were investigated. Three snapshots of CCR5-gp120-CD4 models revealed that the initial interactions of CCR5 with gp120 are involved in the negatively charged N-terminus (Nt) region of CCR5 and positively charged bridging sheet region of gp120. Further interactions occurred between extracellular loop2 (ECL2) of CCR5 and the base of V3 loop regions of gp120. These interactions may induce the conformational changes in gp120 and lead to the final entry of HIV into the cell. These results not only strongly support the two-step gp120-CCR5 binding mechanism, but also rationalize extensive biological data about the role of CCR5 in HIV-1 gp120 binding and entry, and may guide efforts to design novel inhibitors.
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The chemokine receptor CCR5 is the receptor for several chemokines and major coreceptor for R5 human immunodeficiency virus type-1 strains entry into cell. Three-dimensional models of CCR5 were built by using homology modeling approach and 1 ns molecular dynamics (MD) simulation, because studies of site-directed mutagenesis and chimeric receptors have indicated that the N-terminus (Nt) and extracellular loops (ECLs) of CCR5 are important for ligands binding and viral fusion and entry, special attention was focused on disulfide bond function, conformational flexibility, hydrogen bonding, electrostatic interactions, and solvent-accessible surface area of Nt and ECLs of this protein part. We found that the extracellular segments of CCR5 formed a well-packet globular domain with complex interactions occurred between them in a majority of time of MID simulation, but Nt region could protrude from this domain sometimes. The disulfide bond Cys20-Cys269 is essential in controlling specific orientation of Nt region and maintaining conformational integrity of extracellular domain. RMS comparison analysis between conformers revealed the ECL1 of CCR5 stays relative rigid, whereas the ECL2 and Nt are rather flexible. Solvent-accessible surface area calculations indicated that the charged residues within Nt and ECL2 are often exposed to solvent. Integrating these results with available experimental data, a two-step gp120-CCR5 binding mechanism was proposed. The dynamic interaction of CCR5 extracellular domain with gp120 was emphasized. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.
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To understand better the molecular mechanisms of differential migration of antibody-secreting cells (ASCs) into mouse genital tracts, and regulation by sex hormones, surface markers, hormone receptors and adhesion molecules in mouse SG2 and PA4 hybridoma cells, respectively, secreting IgG2b and polymeric IgA antibody were detected by flow cytometry or RT-PCR. Semiquantitative RT-PCR was also used for measuring mRNA expression of adhesion molecules and chemokines (VCAM-1, ICAM-1, P-selectin, JAM-1 and CXCL12) in genital tracts of various adult mouse groups. The mRNAs of androgen receptor, estrogen receptor beta and CXCR4 were expressed in the ASCs. Sex hormones had no effect on expression of these molecules in ASCs. Except for VCAM-1, mRNA of all examined genes was expressed in normal mouse genital tracts. The mean of relative amounts of ICAM-1 and CXCL12 mRNA in all examined organs of females were higher (2.1- and 1.9-fold) than those in males. After orchiectomy or ovariectomy, the expression of ICAM-1, CXCL12 and P-selectin mRNA in the examined organs increased, except JAM-1 in male and CXCL12 in female. Sex hormone treatment recovered the changes to normal levels of mRNA expression in many examined genital tissues. In combination with our previous work, preferential migration of ASCs into female genital tract and regulation of migration by sex hormones are associated with expression patterns of adhesion molecules and chemokines in genital tract rather than in ASCs. (C) 2006 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.
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Gene therapy has emerged as a realistic prospect for the treatment of cancer due to its potential for selective tumour cell targeting. The greatest challenge gene delivery vectors face is the ability to safely and efficiently deliver genes into target cells. The overall objectives of this thesis are to evaluate the efficacy of various gene delivery methods in a clinically relevant tumour model and to also investigate potential strategies for tumour selective delivery. We began with the development of a tumour slice model system using patient waste tissue. This model involves the use of fresh human tumour tissue, cut into thin slices and maintained ex vivo and is universally applicable to gene delivery methods, using a real-time luminescence detection method to assess gene delivery. The nature of the ex vivo culture system permitted examination of specific physiological variables, the influence of intratumoural factors and tissue specific effects on vector expression. Adenoviral vectors under the control of the human CXCR4 promoter demonstrated a 'tumour on' and 'normal off' expression profile when compared with the ubiquitously active CMV promoter when tested in patient tumour tissue. In addition, we developed an ex vivo system of changing oxygenation using the hypoxia inducer, cobalt, to mimic the transient hypoxic conditions found in solid tumours. We found that Adenoviral transgene expression was robust in the cycling hypoxic conditions relevant to solid tumours and re-oxygenation of chronically hypoxic tissue enhanced transgene expression. Finally, we demonstrated an AAV-based tumour targeting strategy using a tumour-selective promoter allowing for the efficient targeting of AAV vectors to cancer cells and the sparing of normal tissue in both murine metastatic liver tumours models and patient tissue. The thesis highlights the importance of indepth preclinical assessment of novel therapeutics and may serve as a platform for further testing of novel gene delivery approaches.
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Several human monoclonal antibodies (hmAbs) exhibit relatively potent and broad neutralizing activity against HIV-1, but there has not been much success in using them as potential therapeutics. We have previously hypothesized and demonstrated that small engineered antibodies can target highly conserved epitopes that are not accessible by full-size antibodies. However, their potency has not been comparatively evaluated with known HIV-1-neutralizing hmAbs against large panels of primary isolates. We report here the inhibitory activity of an engineered single chain antibody fragment (scFv), m9, against several panels of primary HIV-1 isolates from group M (clades A-G) using cell-free and cell-associated virus in cell line-based assays. M9 was much more potent than scFv 17b, and more potent than or comparable to the best-characterized broadly neutralizing hmAbs IgG(1) b12, 2G12, 2F5 and 4E10. It also inhibited cell-to-cell transmission of HIV-1 with higher potency than enfuvirtide (T-20, Fuzeon). M9 competed with a sulfated CCR5 N-terminal peptide for binding to gp120-CD4 complex, suggesting an overlapping epitope with the coreceptor binding site. M9 did not react with phosphatidylserine (PS) and cardiolipin (CL), nor did it react with a panel of autoantigens in an antinuclear autoantibody (ANA) assay. We further found that escape mutants resistant to m9 did not emerge in an immune selection assay. These results suggest that m9 is a novel anti-HIV-1 candidate with potential therapeutic or prophylactic properties, and its epitope is a new target for drug or vaccine development.
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Microbicides are women-controlled prophylactics for sexually transmitted infections. The most important class of microbicides target HIV-1 and contain antiviral agents formulated for topical vaginal delivery. Identification of new viral entry inhibitors that target the HIV-1 envelope is important because they can inactivate HIV-1 in the vaginal lumen before virions can come in contact with CD4+ cells in the vaginal mucosa. Carbohydrate binding agents (CBAs) demonstrate the ability to act as entry inhibitors due to their ability to bind to glycans and prevent gp120 binding to CD4+ cells. However, as proteins they present significant challenges in regard to economical production and formulation for resource-poor environments. We have synthesized water-soluble polymer CBAs that contain multiple benzoboroxole moieties. A benzoboroxole-functionalized monomer was synthesized and incorporated into linear oligomers with 2-hydroxypropylmethacrylamide (HPMAm) at different feed ratios using free radical polymerization. The benzoboroxole small molecule analogue demonstrated weak affinity for HIV-1BaL gp120 by SPR; however, the 25 mol % functionalized benzoboroxole oligomer demonstrated a 10-fold decrease in the K(D) for gp120, suggesting an increased avidity for the multivalent polymer construct. High molecular weight polymers functionalized with 25, 50, and 75 mol % benzoboroxole were synthesized and tested for their ability to neutralize HIV-1 entry for two HIV-1 clades and both R5 and X4 coreceptor tropism. All three polymers demonstrated activity against all viral strains tested with EC(50)s that decrease from 15000 nM (1500 microg mL(-1)) for the 25 mol % functionalized polymers to 11 nM (1 microg mL(-1)) for the 75 mol % benzoboroxole-functionalized polymers. These polymers exhibited minimal cytotoxicity after 24 h exposure to a human vaginal cell line.
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Both clinical experience and a growing medical literature indicate that some persons who have been exposed to human immunodeficiency virus (HIV) infection remain uninfected. Although in some instances this may represent good fortune, cohorts of uninfected persons have been reported who are considered at high risk for infection. In these cohorts a variety of characteristics have been proposed as mediating protection, but to date only the 32–base pair deletion in the chemokine (C‐C motif) receptor 5 gene, which results in complete failure of cell surface expression of this coreceptor, has been associated with high‐level protection from HIV infection. With this in mind, there are probably many other factors that may individually or in combination provide some level of protection from acquisition of HIV infection. Because some of these factors are probably incompletely protective or inconsistently active, identifying them with confidence will be difficult. Nonetheless, clarifying the determinants of protection against HIV infection is a high priority that will require careful selection of high‐risk uninfected cohorts, who should undergo targeted studies of plausible mediators and broad screening for unexpected determinants of protection.
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A steady increase in knowledge of the molecular and antigenic structure of the gp120 and gp41 HIV-1 envelope glycoproteins (Env) is yielding important new insights for vaccine design, but it has been difficult to translate this information to an immunogen that elicits broadly neutralizing antibodies. To help bridge this gap, we used phylogenetically corrected statistical methods to identify amino acid signature patterns in Envs derived from people who have made potently neutralizing antibodies, with the hypothesis that these Envs may share common features that would be useful for incorporation in a vaccine immunogen. Before attempting this, essentially as a control, we explored the utility of our computational methods for defining signatures of complex neutralization phenotypes by analyzing Env sequences from 251 clonal viruses that were differentially sensitive to neutralization by the well-characterized gp120-specific monoclonal antibody, b12. We identified ten b12-neutralization signatures, including seven either in the b12-binding surface of gp120 or in the V2 region of gp120 that have been previously shown to impact b12 sensitivity. A simple algorithm based on the b12 signature pattern was predictive of b12 sensitivity/resistance in an additional blinded panel of 57 viruses. Upon obtaining these reassuring outcomes, we went on to apply these same computational methods to define signature patterns in Env from HIV-1 infected individuals who had potent, broadly neutralizing responses. We analyzed a checkerboard-style neutralization dataset with sera from 69 HIV-1-infected individuals tested against a panel of 25 different Envs. Distinct clusters of sera with high and low neutralization potencies were identified. Six signature positions in Env sequences obtained from the 69 samples were found to be strongly associated with either the high or low potency responses. Five sites were in the CD4-induced coreceptor binding site of gp120, suggesting an important role for this region in the elicitation of broadly neutralizing antibody responses against HIV-1.
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Individuals with genetic defects in CD40 ligand (CD40L) or B-cell antigen receptor coreceptor molecules CD19 and CD81 suffer from an antibody deficiency. Still, these patients carry low levels of memory B cells and serum antibodies.
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The community-wide GPCR Dock assessment is conducted to evaluate the status of molecular modeling and ligand docking for human G protein-coupled receptors. The present round of the assessment was based on the recent structures of dopamine D3 and CXCR4 chemokine receptors bound to small molecule antagonists and CXCR4 with a synthetic cyclopeptide. Thirty-five groups submitted their receptor-ligand complex structure predictions prior to the release of the crystallographic coordinates. With closely related homology modeling templates, as for dopamine D3 receptor, and with incorporation of biochemical and QSAR data, modern computational techniques predicted complex details with accuracy approaching experimental. In contrast, CXCR4 complexes that had less-characterized interactions and only distant homology to the known GPCR structures still remained very challenging. The assessment results provide guidance for modeling and crystallographic communities in method development and target selection for further expansion of the structural coverage of the GPCR universe.
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Impaired PTEN function is a genetic hallmark of aggressive prostate cancers (CaP) and is associated with increased CXCL8 expression and signaling. The current aim was to further characterize biological responses and mechanisms underpinning CXCL8-promoted progression of PTEN-depleted prostate cancer, focusing on characterizing the potential interplay between CXCL8 and other disease-promoting chemokines resident within the prostate tumor microenvironment. Autocrine CXCL8-stimulation (i) increased expression of CXCR1 and CXCR2 in PTEN-deficient CaP cells suggesting a self-potentiating signaling axis and (ii) induced expression of CXCR4 and CCR2 in PTEN-wild-type and PTEN-depleted CaP cells. In contrast, paracrine CXCL8 signaling induced expression and secretion of the chemokines CCL2 and CXCL12 from prostate stromal WPMY-1 fibroblasts and monocytic macrophage-like THP-1 cells. In vitro studies demonstrated functional co-operation of tumor-derived CXCL8 with stromal-derived chemokines. CXCL12-induced migration of PC3 cells and CCL2-induced proliferation of prostate cancer cells were dependent upon intrinsic CXCL8 signaling within the prostate cancer cells. For example, in co-culture experiments, CXCL12/CXCR4 signaling but not CCL2/CCR2 signaling supported fibroblast-mediated migration of PC3 cells while CXCL12/CXCR4 and CCL2/CCR2 signaling underpinned monocyte-enhanced migration of PC3 cells. Combined inhibition of both CXCL8 and CXCL12 signaling was more effective in inhibiting fibroblast-promoted cell motility while repression of CXCL8 attenuated CCL2-promoted proliferation of prostate cancer cells. We conclude that tumor-derived CXCL8 signaling from PTEN-deficient tumor cells increases the sensitivity and responsiveness of CaP cells to stromal chemokines by concurrently upregulating receptor expression in cancer cells and inducing stromal chemokine synthesis. Combined chemokine targeting may be required to inhibit their multi-faceted actions in promoting the invasion and proliferation of aggressive CaP.
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Affiliation: Département de microbiologie et immunologie, Faculté de médecine, Université de Montréal & Institut de Recherches Cliniques de Montréal
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L’injection de cellules souches provenant de la moelle osseuse est reconnue pour améliorer la fonction ventriculaire ainsi que le remodelage cicatriciel après un infarctus du myocarde (IM). Le Stromal Cell-derived factor-1 alpha (SDF-1 alpha), une chimiokine induite par l’ischémie cardiaque, représente une grande importance en raison de son rôle dans le recrutement de cellules inflammatoires et de cellules souches de la moelle osseuse vers les sites endommagés. Quoique les recherches sur le rôle de la chimiokine SDF-1 alpha dans le remodelage ventriculaire se multiplient, son implication dans la phase aiguë du remodelage reste inexplorée. Le but de la présente étude est de déterminer l’effet du SDF-1 alpha sur la taille de la cicatrice, l’hypertrophie cardiaque ainsi que la fonction ventriculaire chez des rats et des souris une semaine après un IM. La stratégie utilisée implique l’administration de l’AMD3100 (1 mg/kg, 24 heures après l’IM, pendant 6 jours), l’antagoniste sélectif du récepteur du SDF-1 alpha, le CXCR4. Ce récepteur est couplé à une protéine G alpha i et induit la migration et la prolifération cellulaire. Chez les rats du groupe IM, l’expression de la chimiokine a été détectée surtout dans les cellules musculaires lisses et les cellules endothéliales des vaisseaux cicatriciels. Le profil d’expression de la chimiokine dans le cœur infarci indique un gradient de concentration vers la cicatrice. Une semaine après l’IM, le traitement avec l’AMD3100 a diminué la taille de la cicatrice, résultant en une amélioration de la fonction ventriculaire et une diminution de l’élévation de l’expression de l’ARNm de l’ANP dans le ventricule gauche non infarci (VGNI). Chez les souris, le traitement avec l’AMD3100 a engendré les mêmes effets, soit une diminution de la taille de la cicatrice ainsi qu’une amélioration de la fonction ventriculaire. La réduction de la taille de la région infarcie chez les souris traitées avec l’AMD3100 est associée avec une atténuation de l’infiltration des neutrophiles dans la région ischémique. Ces résultats suggèrent que le blocage pharmacologique de l’axe SDF-1 alpha/CXCR4 lors de la phase aiguë du remodelage ventriculaire après un IM diminue la taille de la cicatrice et améliore la fonction ventriculaire, en partie, par la diminution de la réaction inflammatoire.
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L’interaction d’un ligand avec un récepteur à sept domaines transmembranaires (7TMR) couplé aux protéines G, mène à l’adoption de différentes conformations par le récepteur. Ces diverses conformations pourraient expliquer l’activation différentielle des voies de signalisation. Or, le lien entre la conformation et l’activité du récepteur n’est pas tout à fait claire. Selon les modèles classiques pharmacologiques, comme le modèle du complexe ternaire, il n’existe qu’un nombre limité de conformations qu’un récepteur peut adopter. Afin d’établir un lien entre la structure et la fonction des récepteurs, nous avons choisi dans un premier temps, le récepteur de chimiokine CXCR4 comme récepteur modèle. Ce dernier, est une cible thérapeutique prometteuse, impliqué dans l’entrée du VIH-1 dans les cellules cibles et dans la dissémination de métastases cancéreuses. Grâce au transfert d’énergie par résonance de bioluminescence (BRET) nous pouvons détecter les changements conformationnels des homodimères constitutifs de CXCR4 dans les cellules vivantes. En conséquence, nous avons mesuré les conformations de mutants de CXCR4 dont les mutations affecteraient sa fonction. Nous montrons que la capacité des mutants à activer la protéine Galphai est altérée suite au traitement avec l’agoniste SDF-1. Notamment, ces mutations altèrent la conformation du récepteur à l’état basal ainsi que la réponse conformationnelle induite suite au traitement avec l’agoniste SDF-1, l’agoniste partiel AMD3100 ou l’agoniste inverse TC14012. Ainsi, différentes conformations de CXCR4 peuvent donner lieu à une activation similaire de la protéine G, ce qui implique une flexibilité des récepteurs actifs qui ne peut pas être expliquée par le modèle du complexe ternaire (Berchiche et al. 2007). Également, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CCR2, exprimé à la surface des cellules immunitaires. Il joue un rôle important dans l’inflammation et dans des pathologies inflammatoires telles que l’asthme. CCR2 forme des homodimères constitutifs et possède différents ligands naturels dont la redondance fonctionnelle a été suggérée. Nous avons étudié le lien entre les conformations et les activations d’effecteurs (fonctions) de CCR2. Notre hypothèse est que les différents ligands naturels induisent différentes conformations du récepteur menant à différentes fonctions. Nous montrons que les réponses de CCR2 aux différents ligands ne sont pas redondantes au niveau pharmacologique et que les chimiokines CCL8, CCL7 et CCL13 (MCP-2 à MCP-4) sont des agonistes partiels de CCR2, du moins dans les systèmes que nous avons étudiés. Ainsi, l’absence de redondance fonctionnelle parmi les chimiokines liant le même récepteur, ne résulterait pas de mécanismes complexes de régulation in vivo, mais ferait partie de leurs propriétés pharmacologiques intrinsèques (Berchiche et al. 2011). Enfin, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CXCR7. Récemment identifié, CXCR7 est le deuxième récepteur cible de la chimiokine SDF-1. Cette chimiokine a été considérée comme étant capable d’interagir uniquement avec le récepteur CXCR4. Notamment, CXCR4 et CXCR7 possèdent un patron d’expression semblable dans les tissus. Nous avons évalué l’effet de l’AMD3100, ligand synthétique de CXCR4, sur la conformation et la signalisation de CXCR7. Nos résultats montrent qu’AMD3100, tout comme SDF-1, lie CXCR7 et augmente la liaison de SDF-1 à CXCR7. Grâce au BRET, nous montrons aussi qu’AMD3100 seul est un agoniste de CXCR7 et qu’il est un modulateur allostérique positif de la liaison de SDF-1 à CXCR7. Aussi, nous montrons pour la première fois le recrutement de la beta-arrestine 2 à CXCR7 en réponse à un agoniste. L’AMD3100 est un ligand de CXCR4 et de CXCR7 avec des effets opposés, ce qui appelle à la prudence lors de l’utilisation de cette molécule pour l’étude des voies de signalisation impliquant SDF-1 (Kalatskaya et al. 2009). En conclusion, nos travaux amènent des évidences qu’il existe plusieurs conformations actives des récepteurs et appuient les modèles de structure-activité des récepteurs qui prennent en considération leur flexibilité conformationnelle.
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La leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) est responsable d’environ 25% de l’ensemble des cancers pédiatriques. Chez 85% des enfants diagnostiqués, la LLA entraîne une prolifération massive et incontrôlée de lymphocytes immatures de type précurseurs B dans la moelle osseuse (LLA pré-B). Des avancées intéressantes ont été faites au cours des trente dernières années et ont mené à une augmentation de l’efficacité des traitements thérapeutiques. Plus de 80% des enfants atteints de LLA seront guéris de cette maladie. Malheureusement, ces traitements manquent de spécificité à cause du manque de connaissances sur les mécanismes moléculaires impliqués durant l’initiation et le développement de la LLA pré-B pédiatrique. En d’autres termes, nous connaissons peu de chose sur l’étiologie de cette maladie. Plus de 25% des enfants atteints de la LLA pré-B présentent la translocation chromosomique t(12;21)(p13;q22) qui implique les gènes ETV6 et AML1. Celle-ci est formée in utero et mène à l’expression de la protéine chimère transcriptionnelle ETV6-AML1, dont la présence seule ne suffit pas au développement de la LLA pré-B. Ainsi, d’autres événements génétiques sont nécessaires au développement de cette leucémie. La délétion de l’allèle résiduel de ETV6 est un événement génétique fréquemment rencontré au moment du diagnostic de la LLA pré-B t(12;21)+. Cette délétion entraîne l’inactivation complète de ETV6 dans les lymphocytes pré-B leucémiques. ETV6 est un répresseur transcriptionnel de la famille Ets. Mon hypothèse de recherche est que ETV6 agit comme gène suppresseur de tumeur dans la LLA pré-B pédiatrique. L’inactivation de ETV6 causerait une dérégulation de l’expression de ses cibles transcriptionnelles et, par le fait même, favoriserait l’initiation et le déroulement de la leucémogenèse pédiatrique. Dans le cadre de mon projet, comme peu de cibles transcriptionnelles de ETV6 sont connues, j’ai effectué des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine et des essais luciférases qui ont permis d’identifier six nouvelles cibles transcriptionnelles: TP53 (p53 et Δ133p53), SPHK1, IL-18, PTGER4 et LUM. J’ai démontré que la régulation transcriptionnelle médiée par ETV6 requiert la présence de ses deux domaines fonctionnels: PNT (interactions protéiques) et ETS (liaison à l’ADN). Ces domaines favorisent la reconnaissance d’un site EBS consensus dans une région située près du promoteur de base. Ce mécanisme peut dépendre du promoteur régulé par ETV6, mais également du contexte cellulaire. Des études fonctionnelles réalisées sur des lymphocytes pré-B leucémiques ont permis de mesurer l’impact de la dérégulation de l’expression des cibles transcriptionnelles de ETV6 sur trois voies biologiques: la prolifération cellulaire, l’apoptose induite par un stress génotoxique et la migration cellulaire dirigée par la voie de signalisation CXCL12/CXCR4. Ceci a permis de démontrer l’implication des gènes SPHK1, IL-18 et PTGER4 durant la leucémogenèse pédiatrique. Cette étude est une des premières à suggérer le rôle de ETV6 comme gène suppresseur de tumeur dans la LLA pré-B pédiatrique. Suite à l’inactivation du répresseur transcriptionnel ETV6, l’augmentation de l’expression de ses cibles transcriptionnelles favoriserait la prolifération et la survie des lymphocytes pré-B leucémiques dans la moelle osseuse. L’identification de nouveaux gènes impliqués dans le développement de la LLA pré-B pédiatrique ouvre la porte au développement de nouveaux traitements thérapeutiques qui pourront présenter une meilleure spécificité envers l’étiologie de la maladie.