High altitude journeys and flights are associated with the increased risk of flares in IBD patients

Background: There is increasing experimental evidence that hypoxia induces inflammation in the gastrointestinal tract. Hypoxia-inducible transcription factor (HIF)-1α influences adaptive immunity and has been shown to induce barrier-protective genes in the case of experimentally-induced colitis. The clinical impact of hypoxia in patients with inflammatory bowel disease (IBD) is so far poorly investigated. Aim: We wanted to evaluate if flights and journeys to regions ≥2000 meter above sea level are associated with the occurrence of flares in IBD patients in the following 4 weeks. Methods: A questionnaire was completed by inpatients and outpatients of the IBD clinics of three tertiary referral centers presenting with an IBD flare in the period from Sept 1st 2009 to August 31st 2010. Patients were inquired about their habits in the 4 weeks prior to the flare. Patients with flares were matched with an IBD group in remission during the observation period (according to age, gender, smoking habits, and medication). Results: A total of 103 IBD patients were included (43 Crohn's disease (CD), whereof 65% female, 60 ulcerative colitis, whereof 47% female, mean age 39.3±14.6 years for CD and 43.1±14.2 years for UC). Fifty-two patients with flares were matched to 51 patients without flare. Overall, IBD-patients with flares had significantly more frequently a flight and/or journey to regions ≥ 2000 meters above sea level in the observation period compared to the patients in remission (21/52 (40.4%) vs. 8/51 (15.7%), p=0.005). There was a statistically significant correlation between the occurrence of a flare and a flight and/or journey to regions ≥ 2000 meters above sea level among CD patients with flares as compared to CD patients in remission (8/21 (38.1%) vs. 2/22 (9.1%), p=0.024). A trend for more frequent flights and high-altitude journeys was observed in UC patients with flares (13/31 (41.9%) vs. 6/29 (20.7%), p=0.077). Mean flight duration was 5.8±4.3 hours. The groups were controlled for the following factors (always flare group cited first): age (39.6±13.4 vs. 43.5±14.6, p=0.102), smoking (16/52 vs. 10/51, p=0.120), regular sports activities (32/ 52 vs. 33/51, p=0.739), treatment with antibiotics in the 4 weeks before flare (8/52 vs. 7/ 51, p=0.811), NSAID intake (12/52 vs. 7/51, p=0.221), frequency of chronic obstructive pulmonary disease (both groups 0) and oxygen therapy (both groups 0). Conclusion: IBD patients with a flare had significantly more frequent flights and/or high-altitude journeys within four weeks prior to the IBD flare compared to the group that was in remission. We conclude that flights and stays in high altitude are a risk factor for IBD flares.

VEGF gene expression in adult human thymus fat: a correlative study with hypoxic induced factor and cyclooxygenase-2.

It is well known that the adult human thymus degenerates into fat tissue; however, it has never been considered as a potential source of angiogenic factors. Recently, we have described that this fat (TAT) produces angiogenic factors and induces human endothelial cell proliferation and migration, indicating its potential angiogenic properties. DESIGN Adult thymus fat and subcutaneous adipose tissue specimens were obtained from 28 patients undergoing cardiac surgery, making this tissue readily available as a prime source of adipose tissue. We focused our investigation on determining VEGF gene expression and characterizing the different genes, mediators of inflammation and adipogenesis, and which are known to play a relevant role in angiogenesis regulation. RESULTS We found that VEGF-A was the isoform most expressed in TAT. This expression was accompanied by an upregulation of HIF-1alpha, COX-2 and HO-1 proteins, and by increased HIF-1 DNA binding activity, compared to SAT. Furthermore, we observed that TAT contains a high percentage of mature adipocytes, 0.25% of macrophage cells, 15% of endothelial cells and a very low percentage of thymocyte cells, suggesting the cellular variability of TAT, which could explain the differences in gene expression observed in TAT. Subsequently, we showed that the expression of genes known as adipogenic mediators, including PPARgamma1/gamma2, FABP-4 and adiponectin was similar in both TAT and SAT. Moreover the expression of these latter genes presented a significantly positive correlation with VEGF, suggesting the potential association between VEGF and the generation of adipose tissue in adult thymus. CONCLUSION Here we suggest that this fat has a potential angiogenic function related to ongoing adipogenesis, which substitutes immune functions within the adult thymus. The expression of VEGF seems to be associated with COX-2, HO-1 and adipogenesis related genes, suggesting the importance that this new fat has acquired in research in relation to adipogenesis and angiogenesis.

CYR61 and alphaVbeta5 integrin cooperate to promote invasion and metastasis of tumors growing in preirradiated stroma.

Radiotherapy is widely used to treat human cancer. Patients locally recurring after radiotherapy, however, have increased risk of metastatic progression and poor prognosis. The clinical management of postradiation recurrences remains an unresolved issue. Tumors growing in preirradiated tissues have an increased fraction of hypoxic cells and are more metastatic, a condition known as tumor bed effect. The transcription factor hypoxia inducible factor (HIF)-1 promotes invasion and metastasis of hypoxic tumors, but its role in the tumor bed effect has not been reported. Here, we show that tumor cells derived from SCCVII and HCT116 tumors growing in a preirradiated bed, or selected in vitro through repeated cycles of severe hypoxia, retain invasive and metastatic capacities when returned to normoxia. HIF activity, although facilitating metastatic spreading of tumors growing in a preirradiated bed, is not essential. Through gene expression profiling and gain- and loss-of-function experiments, we identified the matricellular protein CYR61 and alphaVbeta5 integrin as proteins cooperating to mediate these effects. The anti-alphaV integrin monoclonal antibody 17E6 and the small molecular alphaVbeta3/alphaVbeta5 integrin inhibitor EMD121974 suppressed invasion and metastasis induced by CYR61 and attenuated metastasis of tumors growing within a preirradiated field. These results represent a conceptual advance to the understanding of the tumor bed effect and identify CYR61 and alphaVbeta5 integrin as proteins that cooperate to mediate metastasis. They also identify alphaV integrin inhibition as a potential therapeutic approach for preventing metastasis in patients at risk for postradiation recurrences.

Characterization of the effects of radiation therapy on the tumour microenvironment and their consequences on cancer progression

RESUME La radiothérapie est utilisée avec succès pour le traitement d'un grand nombre de pathologies tumorales (1). Cependant, les récidives post-actiniques sont associées à un risque accru de développer des métastases régionales et à distance (2, 3). La prise en charge de ce type de patients demeure insatisfaisante à l'heure actuelle, principalement parce que les mécanismes physio-pathologiques sous- sous-jacents restent mal compris. Etant donné le rôle primordial du stroma dans la progression tumorale (4) et l'importance des effets de la radiothérapie sur le micro-environnement des tumeurs (5), nous avons émis l'hypothèse que la radiothérapie pouvait engendrer des modifications stromales susceptibles de contribuer à l'émergence d'un phénotype tumoral plus agressif. Nous avons observé que l'exposition préalable d'un environnement tumoral à des radiations ionisantes engendre une inhibition locale et à long terme de l'angiogenèse. Cette inhibition conduit à la création d'un environnement tumoral hypoxique favorisant l'invasion et la métastatisation tumorale. Les mécanismes sous-jacents impliquent l'activation de gènes prométastatiques sous le contrôle du facteur de transcription HIF-1, ainsi que la sélection hypoxique de cellules hautement invasives et métastatiques. Par des analyses de profile d'expression génétique ainsi que par des analyses fonctionnelles, nous avons identifié la protéine matri-cellulaire CYR61 ainsi que ses partenaires d'interaction, les intégrines aVb5/aVb3, comme médiateurs importants de ces effets. De plus, une corrélation significative a également été trouvée entre le niveau d'expression de CYR61 et le taux d'hypoxie dans un grand nombre de carcinomes mammaires chez l'humain. Une association a aussi été observée entre le niveau d'expression de CYR61 et le pronostic de patientes souffrant d'un cancer du sein traité par chimiothérapie adjuvante. Globalement ces résultats identifient l'interaction entre la protéine CYR61 et ses récepteurs aVb5/aVb3 comme un mécanisme important du processus de métastatisation et en font une cible thérapeutique potentielle pour le traitement de patients souffrant d'une récidive tumorale après un traitement de radiothérapie. Finalement, bien que l'inhibition de l'angiogenèse soit locale dans ce cas particulier, nos résultats justifient une surveillance particulière des patients souffrant d'une pathologie tumorale et étant au bénéfice d'un traitement inhibiteur de l'angiogenèse. SUMMARY Radiotherapy is successfully used to treat a large variety of tumours (1 ). However, cancer patients experiencing local recurrent disease after radiation therapy are at increased risk of developing regional and distant metastasis (2, 3). The clinical management of this condition represents a difficult and challenging issue, mainly because the underlying physio-pathological mechanisms remain poorly understood. Given the well established role of the tumour stroma in promoting cancer progression (4) and since radiotherapy is known to persistently alter the tumour microenvironment (5), we hypothesized that ionising radiations may generate stromal modifications contributing to the metastatic spread of relapsing tumours. Here, we report that irradiation of the prospective tumour microenvironment promotes tumour invasion and metastasis through a mechanism of local and sustained impairment of angiogenesis leading to both HIF-1 dependent activation of pro-metastatic genes and hypoxia-mediated selection of highly metastatic tumour cell variants. Through gene expression profiling and functional experiments, we identified the matricellular signalling protein CYR61 and its interaction partners aVb5/ aVb3 integrins as critical mediators of these effects. Furthermore, we found a significant correlation between CYR61 expression and the hypoxic status of a large number of human mammary carcinomas. A positive correlation between increased levels of CYR61 expression and shorter relapse free survival was also identified in breast cancer patients treated with adjuvant chemotherapy. Together, these results identify CYR61 and aVb5/aVb3 integrins as critical mediators of metastasis and potential therapeutic targets to improve outcome in patients with post-radiation tumour recurrences. Finally, although inhibition of angiogenesis is local in this setting, our data warrant close monitoring of tumour progression in patients under anti-angiogenic therapy.

Whole-exome sequencing detects somatic mutations of IDH1 in metaphyseal chondromatosis with D-2-hydroxyglutaric aciduria (MC-HGA).

We used exome sequencing of blood DNA in four unrelated patients to identify the genetic basis of metaphyseal chondromatosis with urinary excretion of D-2-hydroxy-glutaric acid (MC-HGA), a rare entity comprising severe chondrodysplasia, organic aciduria, and variable cerebral involvement. No evidence for recessive mutations was found; instead, two patients showed mutations in IDH1 predicting p.R132H and p.R132S as apparent somatic mosaicism. Sanger sequencing confirmed the presence of the mutation in blood DNA in one patient, and in blood and saliva (but not in fibroblast) DNA in the other patient. Mutations at codon 132 of IDH1 change the enzymatic specificity of the cytoplasmic isocitrate dehydrogenase enzyme. They result in increased D-2-hydroxy-glutarate production, α-ketoglutarate depletion, activation of HIF-1α (a key regulator of chondrocyte proliferation at the growth plate), and reduction of N-acetyl-aspartyl-glutamate level in glial cells. Thus, somatic mutations in IDH1 may explain all features of MC-HGA, including sporadic occurrence, metaphyseal disorganization, and chondromatosis, urinary excretion of D-2-hydroxy-glutaric acid, and reduced cerebral myelinization.

Differential expression and hypoxic regulation of adenosine receptors and TRPC channels in the developing heart.

Objectives: To characterize the modifications of gene expression of adenosine receptors (AR), TRPC channels, HIF-1α and iNOS during the early cardiogenesis in response to chronic hypoxia exposure. Methods: 4-day-old chick embryos were subjected in ovo to 6H, 12H and 24H of hypoxia (10% O2). The mRNA expression was quantified by RT-qPCR. Results: The targeted genes were found to be expressed at mRNA level with a differential expression pattern within the heart. Hypoxia has no significant effect on mRNA expression of ARs, TRPCs channels and iNOS within the heart. By contrast, HIF-1α mRNA expression shows a tendency to be down-regulated by hypoxia. Conclusion: These results suggest that an intrauterine oxygen lack does not significantly affect expression of genes involved in adenosine signaling and in calcium handling by store operated channels (TRPC).

Blocking hypoxia-induced autophagy in tumors restores cytotoxic T-cell activity and promotes regression.

The relationship between hypoxic stress, autophagy, and specific cell-mediated cytotoxicity remains unknown. This study shows that hypoxia-induced resistance of lung tumor to cytolytic T lymphocyte (CTL)-mediated lysis is associated with autophagy induction in target cells. In turn, this correlates with STAT3 phosphorylation on tyrosine 705 residue (pSTAT3) and HIF-1α accumulation. Inhibition of autophagy by siRNA targeting of either beclin1 or Atg5 resulted in impairment of pSTAT3 and restoration of hypoxic tumor cell susceptibility to CTL-mediated lysis. Furthermore, inhibition of pSTAT3 in hypoxic Atg5 or beclin1-targeted tumor cells was found to be associated with the inhibition Src kinase (pSrc). Autophagy-induced pSTAT3 and pSrc regulation seemed to involve the ubiquitin proteasome system and p62/SQSTM1. In vivo experiments using B16-F10 melanoma tumor cells indicated that depletion of beclin1 resulted in an inhibition of B16-F10 tumor growth and increased tumor apoptosis. Moreover, in vivo inhibition of autophagy by hydroxychloroquine in B16-F10 tumor-bearing mice and mice vaccinated with tyrosinase-related protein-2 peptide dramatically increased tumor growth inhibition. Collectively, this study establishes a novel functional link between hypoxia-induced autophagy and the regulation of antigen-specific T-cell lysis and points to a major role of autophagy in the control of in vivo tumor growth.

Molecular Evolution of Metazoan Hypoxia-inducing Factors

Most metazoans rely on aerobic energy production, which is dependent on adequate oxygen supply. In the case of reduced oxygen supply (hypoxia), the most profound changes in gene expression are mediated by transcription factors named hypoxia-inducible factors (HIF alpha). These proteins are post-translationally regulated by prolyl-4-hydroxylase (PHD) enzymes that are direct “sensors” of cellular oxygen levels. This thesis examines the molecular evolution of metazoan HIF systems. In early metazoans the HIF system emerged from pre-existing PHD oxygen sensors and early bHLH-PAS transcription factors. In invertebrates our analysis revealed an unexpected diversity of PHD genes and HIF alpha sequence characteristics. An early branching vertebrate, the epaulette shark (Hemiscyllium ocellatum) was chosen for sequencing and hypoxia preconditioning studies of HIF alpha and PHD genes. As no quantitative PCR reference genes were available, this thesis includes the first study of reference genes in cartilaginous fish species. Applying multiple statistical analysis we also discoveredthat commonly used reference gene software may perform poorly with some data sets. Novel reference genes allowed accurate measurements of the mRNAlevels of the studied target genes. Cartilaginous fishes have three genomic duplicates of both HIF alpha and PHD genes like mammals and teleost fishes. Combining functional divergence and selection analyses it was possible to describe how sequence changes in both HIF alpha and PHD duplicates may have contributed to the differential oxygen sensitivityof HIF alphas. Additionally, novel teleost HIF-1 alpha sequences were produced and used to reveal the molecular evolution of HIF-1 alpha in this lineage rich with hypoxia tolerant species.

The Cellular Oxygen Sensor PHD2 in Cancer Growth

Adequate supply of oxygen is essential for the survival of multicellular organisms. However, in several conditions the supply of oxygen can be disturbed and the tissue oxygenation is compromised. This condition is termed hypoxia. Oxygen homeostasis is maintained by the regulation of both the use and delivery of oxygen through complex, sensitive and cell-type specific transcriptional responses to hypoxia. This is mainly achieved by one master regulator, a transcription factor called hypoxiainducible factor 1 (HIF-1). The amount of HIF-1 is under tight oxygen-dependent control by a family of oxygen-dependent prolyl hydroxylase domain proteins (PHDs) that function as the cellular oxygen sensors. Three family members (PHD1-3) are known to regulate HIF of which the PHD2 isoform is thought to be the main regulator of HIF-1. The supply of oxygen can be disturbed in pathophysiological conditions, such as ischemic disorders and cancer. Cancer cells in the hypoxic parts of the tumors exploit the ability of HIF-1 to turn on the mechanisms for their survival, resistance to treatment, and escape from the oxygen- and nutrient-deprived environment. In this study, the expression and regulation of PHD2 were studied in normal and cancerous tissues, and its significance in tumor growth. The results show that the expression of PHD2 is induced in hypoxic cells. It is overexpressed in head and neck squamous cell carcinomas and colon adenocarcinomas. Although PHD2 normally resides in the cytoplasm, nuclear translocation of PHD2 was also seen in a subset of tumor cells. Together with the overexpression, the nuclear localization correlated with the aggressiveness of the tumors. The nuclear localization of PHD2 caused an increase in the anchorage-independent growth of cancer cells. This study provides information on the role of PHD2, the main regulator of HIF expression, in cancer progression. This knowledge may prove to be valuable in targeting the HIF pathway in cancer treatment.

Hypoxia-associated biomarkers in rectal cancer treated by preoperative radiotherapy or chemoradiotherapy

Hypoksiaan liittyvät biologiset merkkiaineet leikkausta edeltävällä sädehoidolla tai kemosädehoidolla hoidetussa peräsuolisyövässä Peräsuolensyöpä on yleinen pahanlaatuinen kasvain. Leikkausta edeltävä sädehoito annetaan yleensä T3-T4-kasvaimille. Tutkimuksella pyrittiin selvittämään, voidaanko kasvaimen hapenpuutteeseen liittyvillä biologisilla merkkiaineilla arvioida peräsuolisyövän ennustetta leikkausta edeltävän sädehoidon tai kemosädehoidon jälkeen. Tällaisia merkkiaineita ovat hapenpuutteen vaikutuksesta aktivoituva HIF-1alfa hiilihappoanhydraasi IX (CA IX), sokerin kuljetukseen solussa osallistuva GLUT-1 sekä solun tukirankaproteiini ezrin. Tutkimukseen otettiin 178 potilasta, jotka olivat saaneet ennen leikkausta lyhyen (n=77) tai pitkän sädehoidon (n=10), pitkän sädehoidon ja solunsalpaajahoidon (n=37) tai ei mitään hoitoa (n=54). Lisäksi osalta leikkausta edeltävää sädehoitoa saaneelta potilaalta tutkittiin hoitoja edeltävät, diagnostiset näytteet (n=80). Tutkimuksessa käytettiin immunehistokemiallisia värjäysmenetelmiä. Kasvaimen regressiota (TRG) arvioitiin pitkän sädehoidon jälkeisistä näytteistä. Leikkausnäytteissä negatiivinen/heikko CA IX intensiteetti liittyi sekä pidempään tautispesifiseen (p=0.034) että tautivapaaseen elinaikaan (p=0.003) ja pitkän sädehoidon jälkeen HIF-1alfa-negatiivisuus pidempään tautispesifiseen (p=0.001) sekä negatiivinen/heikko GLUT-1 pidempään tautivapaaseen elinaikaan (p=0.066). Voimakas ezrin-ilmentymä diagnostisissa näytteissä liittyi lyhyempään tautivapaaseen ja tautispesifiseen (p=0.027 ja p=0.002) ennusteeseen. Monimuuttuja-analyysissä vahva CA IX intensiteetti leikkausnäytteissä ennusti itsenäisesti huonompaa tautivapaata ja tautispesifistä selviytymistä. Erinomainen TRG liittyi negatiiviseen/heikkoon CA IX- (p=0.057), ezrin- (p=0.012) ja GLUT-1 -ilmentymään (p=0.013) leikkausnäytteissä. Kun kaikki neljä merkkiainetta analysoitiin yhdessä monimuuttuja-analyysissä, CA IX intensiteetti leikkausnäytteissä ennusti itsenäisesti tautispesifistä elinaikaa. Voimakas CA IX-ilmentymä leikkausnäytteissä ja positiivinen HIF-1alfa- ja vahva GLUT-1-ilmentymä pitkän sädehoidon jälkeisissä leikkausnäytteissä sekä vahva ezrin-ilmentymä diagnostisissa näytteissä liittyivät epäsuotuisaan ennusteeseen. Monimuuttujaanalyysissä kohtalainen/voimakas CA IX intensiteetti leikkausnäytteissä ennusti itsenäisesti huonompaa tautivapaata ja tautispesifistä elinaikaa. CA IX on vahva biologinen merkkiaine peräsuolisyövässä.

Hypoksisen fenotyypin pään ja kaulan alueen levyepiteelikarsinooman sädehoitoresistenssi

Pään ja kaulan alueen levyepiteelin syöpiä kutsutaan karsinoomiksi. Kasvaimet luokitellaan vaikeahoitoisiksi ja niihin liittyy korkea potilaskuolleisuus. Yleisimmät pään ja kaulan alueen levyepiteelikarsinooman hoitomenetelmät ovat säde- ja leikkaushoito, joihin liitetään yhdistelmänä kemoterapiaa. Kasvaimen morfologia, sen puutteellinen tai rakenteellisesti poikkeava verisuonitus voi aiheuttaa syöpäkudoksessa hapenpuutteesta kärsiviä hypoksisia alueita. Erityisesti syövässä hapenpuute toimii syöpäsolupopulaatiossa valintatekijänä. Muuttuneet olosuhteet suosivat solupopulaatioita, jotka pystyvät sopeuttamaan genotyyppinsä mukauttamana fenotyyppinsä vähähappiseen ympäristöön. Tämän katsotaan olevan potilaan hoitoennusteen kannalta huono prognostinen merkki. Hapenpuute indusoi soluissa voimakkaan HIF-1- eli hypoksian indusoiman transkriptiofaktori-1 stabilisaation ja ekspression kasvun. Proteiinin on havaittu oleva eräs merkittävin solun sisäisten vasteiden säätelijä hypoksiassa. HIF-1 koostuu kahdesta alayksiköstä, jonka alpha-alayksikön stabiliteetti on hapen osapaineen säätelemä. Mikäli happea on riittävä pitoisuus soluissa, HIF-1alfa hajoaa soluissa. Hypoksiassa alfa-domeeni sitoutuu beta-alayksikköön muodostaen stabiilin toiminnallisen geenien ilmentymiseen vaikuttavan transkriptiofaktorin. Pro gradu- tutkielmassa tarkasteltiin aluksi neljän pään ja kaulan alueen syöpäpotilaiden kasvaimista eristettyjen UT-SCC-solulinjojen (UT-SCC-8, -25, -34 ja -74A) morfologiaa ja kasvua. Solujen jakautumisnopeutta uudella alustalla tutkittiin PE(%)- eli plating efficiency-menetelmällä. Soluja siirrostettiin uudelle kasvualustalle, josta niiden määrä laskettiin vuorokauden kuluttua. UT-SCC-74A-linja sieti parhaiten uuden kasvuympäristön asettaman rasitteen. Sädeherkkyys määritettiin tutkimalla UT-SCC-74A-linjan solujen asteittaista vastetta erisuuruisiin sädeannoksiin (Gy). Tulosten perusteella laskettiin linjan sisäistä sädeherkkyyttä kuvaava AUC-arvo. Työn toisessa osassa tarkasteltiin HIF-1alfa:n ekspression riippuvuutta hapen läsnäolosta soluissa molekyylibiologisin menetelmin. UT-SCC-74A-solulinja osoittautui sädeherkkyysmäärityksessä AUC-arvonsa perusteella suhteellisen säderesistentiksi. Lisäksi kyseisen linjan soluista vaimennettiin HIF-1alfa-geeni, jonka ekspression häviäminen todennettiin hypoksia-altistuskokeiden jälkeen. Proteiinin puuttuminen vähähappisista olosuhteista huolimatta osoitti geeninhiljennyksen onnistuneen koejärjestelyissä.

Inflammation induced by increased frequency of intermittent hypoxia is attenuated by tempol administration

The levels of serum inflammatory cytokines and the activation of nuclear factor kappa B (NF-κB) and hypoxia inducible factor-1α (HIF-1α) in heart tissues in response to different frequencies of intermittent hypoxia (IH) and the antioxidant tempol were evaluated. Wistar rats (64 males, 200-220 g) were randomly divided into 6 experimental groups and 2 control groups. Four groups were exposed to IH 10, 20, 30, or 40 times/h. The other 2 experimental groups were challenged with IH (30 times/h) plus tempol, either beginning on day 0 (IH30T0) or on day 29 (IH30T29). After 6 weeks of challenge, serum levels of tumor necrosis factor (TNF)-α, intracellular adhesion molecule (ICAM)-1, and interleukin-10 were measured, and western blot analysis was used to detect NF-κB p65 and HIF-1α in myocardial tissues. Serum levels of TNF-α and ICAM-1 and myocardial expression of NF-κB p65 and HIF-1α were all significantly higher in IH rats than in controls (P<0.001). Increased IH frequency resulted in more significant changes. Administration of tempol in IH rats significantly reduced levels of TNF-α, ICAM-1, NF-κB and HIF-1α compared with the non-tempol-treated group (F=16.936, P<0.001). IH induced an inflammatory response in a frequency-dependent manner. Additionally, HIF-1α and NF-κB were increased following IH administration. Importantly, tempol treatment attenuated this effect.

The role of transcription factor Pitx1 and its regulation by hypoxia in Adolescent Idiopathic Scoliosis

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est définie comme une courbure de la colonne vertébrale supérieure à 10 degrés, qui est de cause inconnue et qui affecte de façon prépondérante les adolescents. Des études précédentes sur des modèles murins ont démontré une inactivation partielle du gène Pitx1. Cette inactivation partielle provoque une déformation spinale sévère lors du développement des souris Pitx1+/-, ce qui est grandement similaire au phénotype de la SIA. En se basant sur ces observations, nous postulons que la perte de fonction de Pitx1 pourrait avoir un rôle dans la SIA et pourrait être régulée par des mécanismes moléculaires spécifiques. En effet, des études faites sur l’expression de Pitx1 révèlent une perte de son expression dans les ostéoblastes dérivés de patients SIA au niveau de l’ARNm. Nous émettons l’hypothèse que la perte de Pitx1 dans la SIA pourrait être déclenchée par des facteurs hypoxiques puisqu’il est connu que Pitx1 est réprimé par l’hypoxie et que HIF-2 alpha est surexprimés dans les ostéoblastes des patients SIA même dans des conditions normoxiques. De plus, nous avons découvert une mutation dans le domaine ODD des HIF-1 alpha chez certains patients SIA (3,1%). Une fonction connue de ce domaine est de stabiliser et d’augmenter l’activité transcriptionnelle de HIF-1 alpha dans des conditions normoxiques. Nous avons confirmé, par la technique EMSA, l’existence d’un élément de réponse fonctionnel à l’hypoxie au niveau du promoteur de Pitx1. Cependant, des co-transfections avec des vecteurs d’expression pour HIF-1 alpha et HIF-2 alpha, en présence de leur sous-unité beta ARNT, ont conduit à une activation du promoteur de Pitx1 dans la lignée cellulaire MG-63 ainsi que dans les ostéoblastes des sujets contrôles. Il est intéressant de constater qu’aucune activité du promoteur de Pitx1 dans les ostéoblastes SIA n’a été observée, même après la co-expression de HIF-2 alpha et ARNT, confirmant le fait que l’expression de Pitx1 est abrogée dans la SIA. Dans l’ensemble, nos résultats démontrent un rôle important de Pitx1 dans la SIA et une possible régulation par des facteurs hypoxiques.

Rôles des kinases IKK et IKK-related dans les maladies inflammatoires chroniques : implications dans l’athérosclérose et la réponse hypoxique

L’inflammation est un procédé complexe qui vise l’élimination de l’agent causal de dommages tissulaires en vue de faciliter la réparation du tissu affecté. La persistance de l’agent causal ou l’incapacité à résoudre l’inflammation mène à un dérèglement homéostatique chronique qui peut avoir une incidence sur la morbidité et la mortalité. L’athérosclérose est une condition inflammatoire chronique des vaisseaux sanguins dont l’origine est multifactorielle. L’hypertension et l’état infectieux représentent respectivement des facteurs de risque classiques et émergents du développement de cette maladie. Les fondements initiaux de l’inflammation font intervenir l’immunité innée, la première ligne de défense dont disposent les cellules pour répondre à un signal de danger. Le but de cette thèse est d’examiner le rôle pro-inflammatoire d’une famille de kinases essentielles à l’immunité innée, soit celle des kinases de IkappaB (IKK) et des kinases IKK-related. Les kinases IKKalpha et IKKbeta forment le complexe IKK avec la molécule adaptatrice NEMO/IKKgamma. Ce complexe est chargé d’effectuer la phosphorylation de l’inhibiteur de NF-kappaB, IkappaBalpha, ce qui mène à sa dégradation et à la libération du facteur de transcription NF-kappaB. Nous montrons que le peptide vasoactif angiotensine II (AngII) induit l’activité phosphotransférase d’IKKbeta dans les VSMC par immunoprécipitation de NEMO puis essai kinase in vitro. Grâce à une approche ARN interférence (ARNi) dirigée contre IKK, nous montrons que cette kinase est responsable de la phosphorylation de p65/RelA. Nous montrons que le mécanisme d’induction de NF-kappaB par l’AngII est atypique, puisqu’il ne module pas IkappaBalpha, et montrons à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques que l’activation de p65 est indépendante des voies MEK-ERK-RSK, PI3K et de la transactivation du récepteur de l’EGF. Les kinases IKK-related Tank-binding kinase 1 (TBK1) et IKK-i sont quant à elles principalement activées suite à une infection bactérienne ou virale. Ces kinases phosphorylent directement le facteur de transcription interferon regulatory factor (IRF)-3. Nous montrons que le cytomégalovirus humain, un pathogène associé à l’athérosclérose, a la capacité d’induire l’activation de TBK1 dans les VSMC. L’usage d’ARNi dirigé contre TBK1 et IKKi montre que les 2 kinases sont impliquées dans l’activation d’IRF-3. De plus, nous montrons à l’aide d’une lignée de VSMC exprimant une version dominante négative d’IRF-3 que ce dernier est essentiel à la synthèse des chimiokines RANTES et IP-10, tel qu’analysé par RT-PCR. Par ailleurs, il a récemment été montré que les kinases IKK-related étaient étroitement liées à la transformation oncogénique, et que TBK1 était pro-angiogénique. Or, l’angiogenèse est le plus souvent modulée par la réponse hypoxique qui est d’ailleurs commune à la majorité des processus inflammatoires. Le facteur de transcription hypoxia inducible factor (HIF)-1 module l’angiogenèse, l’inflammation et la survie cellulaire. Nous montrons à l’aide de cellules Tbk1 et Ikbke -/- et d’une approche lentivirale que TBK1 est spécifiquement impliquée dans l’induction traductionnelle de HIF-1alpha en condition de stress hypoxique. L’expression de TBK1 est induite sous ces conditions, et cette kinase module la phosphorylation de ERK, RSK, Akt et TSC1. Les résultats originaux présentés dans cette thèse montrent donc que les kinases IKK et IKK-related exercent leurs actions pro-inflammatoires par des mécanismes distincts.

Modulation de l'expression et de l'activité de la NADPH P450 réductase chez le lapin.

L’activité catalytique du cytochrome P450 dépend de la disponibilité d’électrons produits par la NADPH P450 réductase (NPR). Notre étude a pour but de déterminer comment l’expression de la NPR est modulée chez le lapin. Afin de comprendre comment l’expression de la NPR est modulée, des hépatocytes de lapins témoins ont été incubés pendant 2, 4, 24 et 48 heures en présence de plusieurs activateurs de facteurs de transcription connus du cytochrome P450. De plus, des lapins ayant reçu une injection sous-cutanée de térébenthine afin de produire une réaction inflammatoire aseptique sont sacrifiés 48 heures plus tard dans le but d’étudier les effets de l’inflammation sur l’expression de la NPR. La rosiglitazone, le fénofibrate, l’acétate de plomb et le chlorure de cobalt (des inducteurs des PPAR, PPAR, AP-1 et HIF-1), après 48 heures d’incubation, n’ont provoqué aucun changement d’expression ou d’activité de la NPR. Après 48 heures d’incubation, la dexaméthasone (Dexa) a augmenté la quantité d’ARNm (QT-PCR), l’expression et l’activité de la NPR (p<0,05), en plus d’augmenter l’ARNm des récepteurs nucléaires CAR (récepteur constitutif à l’androstane) et PXR (récepteur X prégnane) (p<0.05). Le phénobarbital (PB) a augmenté seulement l’activité de la NPR (p<0.05). Par contre, après 48 heures d’incubation, la combinaison PB et Dexa a augmenté la quantité d’ARNm, ainsi que l’expression et l’activité de la NPR (p<0.05). La combinaison de PB et Dexa a induit une augmentation d’ARNm des récepteurs nucléaires CAR, PXR et RXR (récepteur X du rétinoïde) plus précocement, soit après 2 heures d’incubation (p<0.05). Le PD098059 (PD), un bloqueur de l’activation de MAPK1 (mitogen-activated protein kinase), et l’acide okadaïque (OA), un inhibiteur de la protéine phosphatase 2A (PP2A), ont bloqué l'augmentation d'expression et d'activité de la NPR induite par le PB après 48 heures d’incubation. La réaction inflammatoire aseptique a diminué l’expression et l’activité de la NPR après 48 heures d’incubation (p<0.05). On conclue que la dexaméthasone et le phénobarbital sont des inducteurs potentiels de la NPR et que les voies de signalisation de CAR, PXR et RXR semblent être impliquées dans le contrôle de cette induction. Des études supplémentaires devront être complétées afin de confirmer ces résultats préliminaires.