Unraveling the function of bacterial-type phosphoenolpyruvate carboxylase in vascular plants

Thesis (Master, Biology) -- Queen's University, 2016-09-29 20:09:46.997

Investigating the Role of PDE4D1/2 in Vascular Smooth Muscle Cell Desensitization

Thesis (Master, Biochemistry) -- Queen's University, 2016-10-14 02:44:01.604

Caractérisation de différents mécanismes immunologiques conduisant au dommage glomérulaire chez le greffé rénal avec rejet humoral; les effets des anticorps anti-HLA sur l’expression endothéliale et les niveaux sériques de thrombomoduline chez les patients transplantés

La greffe rénale est le meilleur traitement de l’insuffisance rénale terminale. Par contre, la perte prématurée du greffon est un problème majeur chez les greffés qui est due majoritairement au rejet. La classification de Banff reconnait 2 catégories de rejets : une réaction médiée par les anticorps (ABMR) et/ou une réaction cellulaire (TCMR). L’ABMR est caractérisé par le développement de novo d’anticorps contre le donneur (DSA) en circulation et des dommages histologiques, comme la glomérulopathie du transplant. De novo, les DSA anti-HLA-II sont plus fréquemment associés à la glomérulopathie du transplant que les anti-HLA-I et sont associés à un moins bon pronostic clinique. Toutefois, le mécanisme par lequel les anti-HLA-II sont plus dommageables demeure mal connu. Mon hypothèse est que les anticorps anti-HLA sont suffisants pour perturber l’hémostase de l’endothélium glomérulaire. Plus particulièrement, nous croyons que les anticorps anti-HLA-II, diminuent l’expression de la thrombomoduline (TBM), ce qui pourrait mener aux lésions endothéliales glomérulaires associées à la glomérulopathie du transplant. Pour évaluer cette hypothèse, j’ai utilisé un modèle in vitro d’endothélium glomérulaire humain et du sérum de patients transplantés rénaux. Nous avons observé que l’expression membranaire de la TBM augmentait de manière dosedépendante en présence d‘anti-HLA-I, mais pas anti-HLA-II. Toutefois, lors de la mesure intracellulaire nous avons observé une accumulation cytosolique en réponse à une stimulation par les anti-HLA-II. De plus, nous avons observé une association significative entre la présence de DSA circulants anti-HLA-II dans les patients transplantés rénaux et un faible taux de TBM sérique. Ces résultats indiquent que la liaison des anticorps anti-HLA-I et II produit des effets différents sur l’expression endothéliale de la TBM. Les anticorps anti-HLA-II pourraient être associés à un état prothrombotique qui pourrait expliquer l’occurrence plus élevée de lésions microangiopathiques dans l’allogreffe et la moins bonne condition observée chez les patients ayant ces anticorps.

Influence de l’hypoxie dans la régulation du pH et les conséquences dans la progression tumorale et la résistance à la chimiothérapie

Résumé : La formation de métastases s’inscrit comme la finalité d’un processus darwinien dans lequel les cellules tumorales subissent des altérations génétiques et épigénétiques dans l’unique but de préserver un avantage prolifératif. L’environnement hypoxique, caractéristique des tumeurs solides, se révèle comme une pression de sélection et un facteur déterminant dans la progression tumorale. Face à l’hypoxie, une des adaptations majeures des cellules tumorales est le déséquilibre du pH cellulaire qui mène à la formation de métastases et à la résistance à la chimiothérapie. Cette thèse met en lumière de nouveaux liens moléculaires entre l’hypoxie et la régulation du pH dans des contextes d’invasion cellulaire et de chimiorésistance. Les échangeurs d’ions NHE1 et NHE6 sont au cœur de ces études où de nouveaux rôles dans la progression du cancer leur ont été attribués. Premièrement, nous avons observé l’influence de l’hypoxie sur la régulation de NHE1 par p90RSK et les conséquences fonctionnelles de cette interaction dans l’invasion cellulaire par les invadopodes. En conditions hypoxiques, NHE1 est activé par p90RSK résultant en une acidification extracellulaire. En modifiant le pH, NHE1 stimule la formation des invadopodes et la dégradation de la matrice extracellulaire. Ainsi, la phosphorylation de NHE1 par p90RSK en hypoxie apparaît comme un biomarqueur potentiel des cancers métastatiques. Peu étudié, le pH endosomal peut intervenir dans la chimiorésistance mais les mécanismes sont inconnus. Nous avons développé une méthode pour mesurer précisément le pH endosomal par microscopie. Ceci a permis d’illuminer un nouveau mécanisme de résistance induit par l’hypoxie et mettant en vedette l’échangeur NHE6. L’hypoxie favorise l’interaction de NHE6 avec RACK1 à la membrane plasmique empêchant la localisation endosomale de l’échangeur. Cette interaction mène à la séquestration de la doxorubicine dans des endosomes sur-acidifiés. Ces travaux mettent en évidence pour la première fois le rôle du pH endosomal et l’échangeur NHE6 comme des éléments centraux de la chimiorésistance induite par l’hypoxie. Cette thèse renforce donc l’idée voulant que les interactions entre les cellules tumorales et le microenvironnement hypoxique sont le « talon d’Achille » du cancer et la régulation du pH cellulaire est primordiale dans l’adaptation des cellules à l’hypoxie et l’instauration du phénotype malin du cancer. La découverte de nouveaux rôles pro-tumoraux pour NHE1 et NHE6 les placent à l’avant-plan pour le développement de stratégies thérapeutiques orientées contre la formation de métastases et la chimiorésistance.

Characterization of glutathione S transferases from the plant-parasitic nematode, Bursaphelenchus xylophilus

We have previously identified two secreted glutathione S-transferases (GST) expressed in the pharyngeal gland cell of Bursaphelenchus xylophilus, which are upregulated post infection of the host. This study examines the functional role of GSTs in B. xylophilus biology. We analysed the expression profiles of all predicted GSTs in the genome and the results showed that they belong to kappa and cytosolic subfamilies and the majority are upregulated post infection of the host. A small percentage is potentially secreted and none is downregulated post infection of the host. One secreted protein was confirmed as a functional GST and is within a cluster that showed the highest expression fold change in infection. This enzyme has a protective activity that may involve host defences, namely in the presence of terpenoid compounds and peroxide products. These results suggest that GSTs secreted into the host participate in the detoxification of host-derived defence compounds and enable successful parasitism.

Protein-based nanomaterials as protein heterogeneous nucleants and structural studies on enzymes from two photosynthetic organisms

Proteins, the most essential biological macromolecules, are involved in nearly every aspect of life. The elucidation of their three-dimensional structures through X-ray analysis has significantly contributed to our understanding of fundamental mechanisms in life processes. However, the obstacle of obtaining high-resolution protein crystals remains significant. Thus, searching for materials that can effectively induce nucleation of crystals is a promising and active field. This thesis work characterizes and prepares albumin nanoparticles as heterogeneous nucleants for protein crystallization. These stable Bovine Serum Albumin nanoparticles were synthesized via the desolvation method, purified efficiently, and characterized in terms of dimension, morphology, and secondary structure. The ability of BSA-NPs to induce macromolecule nucleation was tested on three model proteins, exhibiting significant results, with larger NPs inducing more nucleation. The second part of this work focuses on the structural study, mainly through X-ray crystallography, of five chloroplast and cytosolic enzymes involved in the fundamental cellular processes of two photosynthetic organisms, Chlamydomonas reinhardtii and Arabidopsis thaliana. The structures of three enzymes involved in the Calvin-Benson-Bassham Cycle, phosphoribulokinase, troseposphatisomerase, and ribulosiophosphate epimerase from Chlamydomonas reinhardtii, were solved to investigate their catalytic and regulatory mechanisms. Additionally, the structure of nitrosylated-CrTPI made it possible to identify Cys14 as a target for nitrosylation, and the crystallographic structure of CrRPE was solved for the first time, providing insights into its catalytic and regulatory properties. Finally, the structure of S-nitrosoglutathione reductase, AtGSNOR, was compared with that of AtADH1, revealing differences in their catalytic sites. Overall, seven crystallographic structures, including partially oxidized CrPRK, CrPRK/ATP, CrPRK/ADP/Ru5P, CrTPI-nitrosylated, apo-CrRPE, apo-AtGSNOR, and AtADH1-NADH, were solved and are yet to be deposited in the PDB.