Effect of photodynamic therapy on the extracellular matrix and associated components

In many countries, photodynamic therapy (PDT) has been recognized as a standard treatment for malignant conditions (for example, esophageal and lung cancers) and non-malignant ones such as age-related macular degeneration and actinic keratoses. The administration of a non-toxic photosensitizer, its selective retention in highly proliferating cells and the later activation of this molecule by light to form reactive oxygen species that cause cell death is the principle of PDT. Three important mechanisms are responsible for the PDT effectiveness: a) direct tumor cell kill; b) damage of the tumor vasculature; c) post-treatment immunological response associated with the leukocyte stimulation and release of many inflammatory mediators like cytokines, growth factors, components of the complement system, acute phase proteins, and other immunoregulators. Due to the potential applications of this therapy, many studies have been reported regarding the effect of the treatment on cell survival/death, cell proliferation, matrix assembly, proteases and inhibitors, among others. Studies have demonstrated that PDT alters the extracellular matrix profoundly. For example, PDT induces collagen matrix changes, including cross-linking. The extracellular matrix is vital for tissue organization in multicellular organisms. In cooperation with growth factors and cytokines, it provides cells with key signals in a variety of physiological and pathological processes, for example, adhesion/migration and cell proliferation/differentiation/death. Thus, the focus of the present paper is related to the effects of PDT observed on the extracellular matrix and on the molecules associated with it, such as, adhesion molecules, matrix metalloproteinases, growth factors, and immunological mediators.

Involvement of glutamate and reactive oxygen species in methylmercury neurotoxicity

This review addresses the mechanisms of methylmercury (MeHg)-induced neurotoxicity, specifically examining the role of oxidative stress in mediating neuronal damage. A number of critical findings point to a central role for astrocytes in mediating MeHg-induced neurotoxicity as evidenced by the following observations: a) MeHg preferentially accumulates in astrocytes; b) MeHg specifically inhibits glutamate uptake in astrocytes; c) neuronal dysfunction is secondary to disturbances in astrocytes. The generation of reactive oxygen species (ROS) by MeHg has been observed in various experimental paradigms. For example, MeHg enhances ROS formation both in vivo (rodent cerebellum) and in vitro (isolated rat brain synaptosomes), as well as in neuronal and mixed reaggregating cell cultures. Antioxidants, including selenocompounds, can rescue astrocytes from MeHg-induced cytotoxicity by reducing ROS formation. We emphasize that oxidative stress plays a significant role in mediating MeHg-induced neurotoxic damage with active involvement of the mitochondria in this process. Furthermore, we provide a mechanistic overview on oxidative stress induced by MeHg that is triggered by a series of molecular events such as activation of various kinases, stress proteins and other immediate early genes culminating in cell damage.

Bone metabolism and vascular calcification

Osteoporosis and atherosclerosis are chronic degenerative diseases which have been considered to be independent and whose common characteristic is increasing incidence with age. At present, growing evidence indicates the existence of a correlation between cardiovascular disease and osteoporosis, irrespective of age. The morbidity and mortality of osteoporosis is mainly related to the occurrence of fractures. Atherosclerosis shows a high rate of morbidity and especially mortality because of its clinical repercussions such as angina pectoris, acute myocardial infarction, stroke, and peripheral vascular insufficiency. Atherosclerotic disease is characterized by the accumulation of lipid material in the arterial wall resulting from autoimmune and inflammatory mechanisms. More than 90% of these fatty plaques undergo calcification. The correlation between osteoporosis and atherosclerosis is being established by studies of the underlying physiopathological mechanisms, which seem to coincide in many biochemical pathways, and of the risk factors for vascular disease, which have also been associated with a higher incidence of low-bone mineral density. In addition, there is evidence indicating an action of antiresorptive drugs on the reduction of cardiovascular risks and the effect of statins, antihypertensives and insulin on bone mass increase. The mechanism of arterial calcification resembles the process of osteogenesis, involving various cells, proteins and cytokines that lead to tissue mineralization. The authors review the factors responsible for atherosclerotic disease that correlate with low-bone mineral density.

In vivo fluctuation of Tax, Foxp3, CTLA-4, and GITR mRNA expression in CD4+CD25+ T cells of patients with human T-lymphotropic virus type 1-associated myelopathy

HTLV-1 Tax expression exerts an inhibitory effect on the Foxp3 transcription factor in CD4+CD25+ T-regulatory cells (Treg). For a better understanding of the role of Tax mRNA in the gene expression of cellular markers we measured Tax, Foxp3, CTLA-4, GITR, TGF-β, and IL-10 mRNA in Treg cells of 50 patients with human T-lymphotropic virus type 1 (HTLV-1)-associated myelopathy/tropical spastic paraparesis (HAM/TSP; 27 women and 23 men; mean age: 56.7 years). The control group consisted of 23 non-infected subjects (12 women and 11 men) with a mean age of 51.3 years. Real-time PCR was used to measure mRNA of Tax proteins and several cellular markers of Treg function. Determinations revealed a high level of Tax mRNA in HAM/TSP (124.35 copies/100 CD4+CD25+ T cells). Foxp3, GITR, and CTLA-4 mRNA levels were lower in HAM/TSP patients (mean ± SD, 22.07 ± 0.78, 9.63 ± 0.36, and 4.54 ± 0.39, respectively) than in non-infected controls (47.15 ± 12.94, 22.14 ± 1.91, and 21.07 ± 2.31). Both groups had similar levels of TGF-β and IL-10. An inverse relationship was found between Tax levels and Foxp3, CTLA-4, and GITR levels. Conversely, there was a direct correlation between levels of Foxp3, GITR, and CTLA-4. Disease severity and evolution time did not correlate with Tax or Foxp3 levels. The present results suggest that Tax and Foxp3 mRNA vary with the same degree of disease severity in HAM/TSP patients. Tax fluctuations may affect CTLA-4 and GITR expression via the Foxp3 pathway, causing virus-induced dysfunction of CD4+CD25+ T cells in HAM/TSP patients.

Protein turnover, amino acid requirements and recommendations for athletes and active populations

Skeletal muscle is the major deposit of protein molecules. As for any cell or tissue, total muscle protein reflects a dynamic turnover between net protein synthesis and degradation. Noninvasive and invasive techniques have been applied to determine amino acid catabolism and muscle protein building at rest, during exercise and during the recovery period after a single experiment or training sessions. Stable isotopic tracers (13C-lysine, 15N-glycine, ²H5-phenylalanine) and arteriovenous differences have been used in studies of skeletal muscle and collagen tissues under resting and exercise conditions. There are different fractional synthesis rates in skeletal muscle and tendon tissues, but there is no major difference between collagen and myofibrillar protein synthesis. Strenuous exercise provokes increased proteolysis and decreased protein synthesis, the opposite occurring during the recovery period. Individuals who exercise respond differently when resistance and endurance types of contractions are compared. Endurance exercise induces a greater oxidative capacity (enzymes) compared to resistance exercise, which induces fiber hypertrophy (myofibrils). Nitrogen balance (difference between protein intake and protein degradation) for athletes is usually balanced when the intake of protein reaches 1.2 g·kg-1·day-1 compared to 0.8 g·kg-1·day-1 in resting individuals. Muscular activities promote a cascade of signals leading to the stimulation of eukaryotic initiation of myofibrillar protein synthesis. As suggested in several publications, a bolus of 15-20 g protein (from skimmed milk or whey proteins) and carbohydrate (± 30 g maltodextrine) drinks is needed immediately after stopping exercise to stimulate muscle protein and tendon collagen turnover within 1 h.

Serotonin regulates osteoblast proliferation and function in vitro

The monoamine serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT), a well-known neurotransmitter, also has important functions outside the central nervous system. The objective of this study was to investigate the role of 5-HT in the proliferation, differentiation, and function of osteoblasts in vitro. We treated rat primary calvarial osteoblasts with various concentrations of 5-HT (1 nM to 10 µM) and assessed the rate of osteoblast proliferation, expression levels of osteoblast-specific proteins and genes, and the ability to form mineralized nodules. Next, we detected which 5-HT receptor subtypes were expressed in rat osteoblasts at different stages of osteoblast differentiation. We found that 5-HT could inhibit osteoblast proliferation, differentiation, and mineralization at low concentrations, but this inhibitory effect was mitigated at relatively high concentrations. Six of the 5-HT receptor subtypes (5-HT1A, 5-HT1B, 5-HT1D, 5-HT2A, 5-HT2B, and 5-HT2C) were found to exist in rat osteoblasts. Of these, 5-HT2A and 5-HT1Breceptors had the highest expression levels, at both early and late stages of differentiation. Our results indicated that 5-HT can regulate osteoblast proliferation and function in vitro.

In vitro protein digestibility of enzymatically pre-treated bean (Phaseolus vulgaris L.) flour using commercial protease and Bacillus sp. protease

The common bean (Phaseolus vulgaris L.) is a staple food in the Brazilian diet and represents the major source of dietary protein and other micronutrients and minerals. Despite the considerable protein concentration in beans, the food is considered of low biological value when compared to animal proteins and other plant protein sources. To improve the availability of protein in beans, enzymatic treatments were performed in four cultivars (ON, OPNS, TAL and VC3). The approach was a completely randomized design with four replicates. We used a 4 × 3 factorial arrangement (four cultivars and three treatments: treatment 1-addition of commercial protease (Trypsin 250, Difco), treatment 2-addition of protease from Bacillus sp., and treatment 3:-control without enzyme addition). The enzyme: substrate ratio was 5% w/w (amount of enzyme per total protein in bean flour). The approach was a completely randomized design with four replicates. A 4 × 3 factorial arrangement (four cultivars and three treatments, the same as those mentioned above) was used. The concentration of total protein (g.100 g-1 of dry matter) in the samples ranged from 16.94 to 18.06%, while the concentration of total phenolics was between 0.78 and 1.12% (g Eq. tannic acid.100 g-1 dry matter). The in vitro protein digestibility of enzymatically untreated bean flour (control) ranged from 47.30 to 56.17% based on the digestibility of casein. Concentrations of P, K, Ca, Mg, and Zn observed in the four cultivars tested were within the average values available in the literature. Treatment 2 with protease from Bacillus sp. induced decreases in the levels of Cu and Mn. The average Fe content increased in all bean flour samples when treated with proteases, reaching a maximum increase of 102% in the TAL flour treated with protease from Bacillus sp. The digestibility of all beans tested was significantly increased (p < 0.05) after the enzyme treatment. The greatest change was observed in the OPNS cultivar treated with protease from Bacillus sp., which increased its digestibility from 54.4% (control treatment) to 81.6%.

Macrocospic and physiochemical characterization of a sugarless and gluten-free cake enriched with fibers made from pumpkin seed (Cucurbita maxima, L.) flour and cornstarch

The Consumers' interest for products with caloric reduction has increased, and their development is a technological challenge. The consumption of cakes has grown in importance and the demand for dietary products has stimulated the use of sweeteners and the optimization of bakery products. The consumption of fibers is related to chronic diseases prevention. Pumpkin seeds (maximum Cucurbita, L.), rich in fibers, can be used as a source of fiber in food products. A gluten-free diet is not easy to follow since gluten free products are not always available. The objective of this work was to perform a physicochemical characterization of cakes prepared with flours blends (FB) based on Pumpkin Seed Flour (PSF). The cakes were elaborated with FB in the ratios of 30:70 (C30) and 40:60 (C40) of PSF and cornstarch (CS), respectively. The results showed gluten absence and near-neutral pH. The chemical analysis of C30 and B40 showed increase of ashes, lipids, proteins, and insoluble dietary fiber and a decrease in the content of carbohydrates and calories. The chemical composition of C40 presented the greatest content of lipids, proteins, and dietary fibers, the lowest content of calories, and the best physical parameters. Therefore, both products proved suitable for human consumption.

Effects of sequential enzymatic hydrolysis on structural, bioactive and functional properties of Phaseolus lunatus protein isolate

Significant initiatives exist within the global food market to search for new, alternative protein sources with better technological, functional, and nutritional properties. Lima bean (Phaseolus lunatus L.) protein isolate was hydrolyzed using a sequential pepsin-pancreatin enzymatic system. Hydrolysis was performed to produce limited (LH) and extensive hydrolysate (EH), each with different degrees of hydrolysis (DH). The effects of hydrolysis were evaluated in vitro in both hydrolysates based on structural, functional and bioactive properties. Structural properties analyzed by electrophoretic profile indicated that LH showed residual structures very similar to protein isolate (PI), although composed of mixtures of polypeptides that increased hydrophobic surface and denaturation temperature. Functionality of LH was associated with amino acid composition and hydrophobic/hydrophilic balance, which increased solubility at values close to the isoelectric point. Foaming and emulsifying activity index values were also higher than those of PI. EH showed a structure composed of mixtures of polypeptides and peptides of low molecular weight, whose intrinsic hydrophobicity and amino acid profile values were associated with antioxidant capacity, as well as inhibiting angiotensin-converting enzyme. The results obtained indicated the potential of Phaseolus lunatus hydrolysates to be incorporated into foods to improve techno-functional properties and impart bioactive properties.

Amputation and heat induced protein synthesis in the regenerating forelimb of Notophthalmus viridescens

This thesis compares the responses of regenerating forelimb tissues of the newt Notophthalmu..f vlridescens to the stresses of hyperthermia and ID.echanical injury of amputation. In particular, both quantitative and qualitative changes in the synthesis of soluble proteins in stump tissues, including those of the heat shock protein family (HSP70-1ike) were examined. Results from SDS-PAGEfluorography indicate that the trauma of amputation mimics the heat shock response both quantitatively and temporally in its transient repression of the synthesis of most normal cellular proteins, and qualitatively. in the locaJized expression of two unique proteins (hsp30 and hsp70). Fluorography of proteins separated by twodimensional gets revealed that thelCl4:alizedt amputation induced 70kDa protein (amp70) was distinct from the more basic newt hsp/hsc70 isoforms. Although limb amputation resulted in an increase in the synthesis of HSP70 mRNA analogous to that induced by heat 3.b.OCKf amp70 did not cross-react with murine monoclonal antibodies directed against both the inducible and cognate HSP70 proteins of the human. Thus, the possible relationship of amp70 to other members of the HSP70-1ike protein family remains unclear. Western analyses indicated that the levels of the constitutive form of HSP70 (hsc70) were found to be regulated in a stage-dependent manner in the distal stump tissues of the regen,erating forelimb of the newt. The highest levels were found in the mid-late bud stage, a period during which rapidly dividing blastema cells begin to redifferentiate in a proximodistal direction. Immediately after amputation) hsc70 synthesis and accumulation was depressed below steady-state levels measured in the unamputated limb~ The results are discussed in light of a possible role for HSPs and amputatio~ induced proteins in the epimorphic regeneration of the amphibian limb.

Aspects of the hemes and modulation of hydrogen donors in catalases from bovine liver, yeast, and escherichia coli

Catalase is the enzyme which decomposes hydrogen peroxide to water and oxygen. Escherichia coli contains two catalases. Hydroperoxidase I (HPI) is a bifunctional catalase-peroxidase. Hydroperoxidase II (HPII) is only catalytically active toward H202. Expression of the genes encoding these proteins is controlled by different regimes. HPJI is thought to be a hexamer, having one heme d cis group per enzymatic subunit. HPII wild type protein and heme containing mutant proteins were obtained from the laboratory of P. Loewen (Univ. of Manitoba). Mutants constructed by oligonucleotidedirected mutagenesis were targeted for replacement of either the His128 residue or the Asn201 residue in the vicinity of the HPII heme crevice. His128 is the residue thought to be analogous to the His74 distal axial ligand of the heme in the bovine liver enzyme, and Asn201 is believed to be a residue critical to the function of the enzyme because of its role in orienting and interacting with the substrate molecule. Investigation of the nature of the hemes via absorption spectroscopy of the unmodified catalase proteins and their derived pyridine hemochromes showed that while the bovine and Saccharomyces cerevisiae catalase enzymes are protoheme-containing, the HPII wild type protein contains heme d, and the mutant proteins contain either solely protoheme, or heme d-protoheme mixtures. Cyanide binding studies supported this, as ligand binding was monophasic for the bovine, Saccharomyces cerevisiae, and wild type HPII enzymes, but biphasic for several of the HPII mutant proteins. Several mammalian catalases, and at least two prokaryotic catalases, are known to be NADPH binding. The function of this cofactor appears to be the prevention of inactivation of the enzyme, which occurs via formation of the inactive secondary catalase peroxide compound (compound II). No physiologically plausible scheme has yet been proposed for the NADPH mediation of catalase activity. This study has shown, via fluorescence and affinity chromatography techniques, that NADPH binds to the T (Typical) and A (Atypical) catalases of Saccharomyces cerevisiae, and that wild type HPII apparently does not bind NADPH. This study has also shown that NADPH is unlike any other hydrogen donor to catalase, and addresses its features as a unique donor by proposing a mechanism whereby NADPH is oxidized and catalase is protected from inactivation via the formation of protein radical species. Migration of this radical to a position close to the NADPH is also proposed as an adjunct hypothesis, based on similar electron migrations that are known to occur within metmyoglobin and cytochrome c peroxidase when reacted with H202. Validation of these hypotheses may be obtained in appropriate future experiments.

Novel glutathione disulfide transferase function of CC-glutaredoxins involved in disease resistance and flower development

Glutaredoxins are oxidoreductases capable of reducing protein disulfide bridges and glutathione mixed disulfides through the process of deglutathionylation and glutathionylation. Lately, redox-mediated modifications of functional cysteine residues of TGA1 and TGA8 transcription factors have been postulated. Namely, GRX480 and ROXY1 glutaredoxins have been previously shown to interact with TGA proteins and have been suggested to regulate redox state of these proteins. TGA1, together with TGA2, is involved in systemic acquired resistance (SAR) establishment in the plant Arabidopsis thaliana through PR1 (Pathogenesis related 1) gene activation. They both form an enhanceosome complex with the NPR1 protein (non-expressor of pathogenesis related gene 1) which leads to PR1 transcription. Although TGA1 is capable of activating PR1 transcription, the ability of the TGA1 NPR1 enhanceosome complex to assembly is based on the redox status of TGA1. We identified GRX480 as a glutathionylating enzyme that catalyzes the TGA1 glutathione disulfide transferase reaction with a Km of around 20μM GSSG (oxidized glutathione). Out of four cysteine residues found within TGA1, C172 and C266 were found to be glutathionylated by this enzyme. We also confirmed TGA1 glutathionylation in vivo and showed that this modification takes place while TGA1 is associated with the PR1 promoter enzymatically via GRX480. Furthermore, we show that glutathionylation via GRX480 abolishes TGA1's interaction with NPR1 and consequently prevents the TGA1-NPR1 transcription activation of PR1. When glutathionylated, TGA1 is recruited to the PR1 promoter and acts as a repressor. Therefore, glutathionylation is a mechanism that prevents TGA1 NPR1 interaction, allowing TGA1 to function as a repressor of PR1 transcription. Surprisingly, GRX480 was not able to deglutathionylate proteins demonstrating the irreversible nature of the reaction. Moreover, we demonstrate that other members of CC-class glutaredoxins, namely ROXY1 and ROXY2, can also catalyze protein glutathionylation. The TGA8 protein was previously shown to interact with NPR1 analogs, BOP1 and BOP2 proteins. However, unlike the case of TGA1 NPR1 interaction, here we demonstrate that TGA8-BOP1 interaction is not redox regulated and that TGA8 glutathionylation by ROXY1 and ROXY2 enzymes does not abolish this interaction in vitro. However, TGA8 glutathionylation results in TGA8 oligomer disassembly into smaller complexes and monomers. Our results suggest that CC-Grxs are unable to reduce mixed disulfides, instead they efficiently catalyze the opposite reaction which distinguishes them from traditional glutaredoxins. Therefore, they should not be classified as glutaredoxins but as protein glutathione disulfide transferases.

Modulation de la voie de signalisation de Gαq par l’hyperglycémie : mécanisme moléculaire

Les complications vasculaires telles que l’augmentation de la contractilité et la prolifération cellulaire sont les complications les plus communes observées dans le diabète et l’hyperglycémie chronique est un facteur important dans ces processus. La voie de signalisation de Gαq joue un rôle important dans la régulation du tonus vasculaire et l’altération de celle-ci peut contribuer aux complications vasculaires observées dans les cas de diabète et d’hyperglycémie. Il a été observé que les taux et l’activité des protéines kinase C (PKC) et du diacylglycérol (DAG) sont augmentés dans ces conditions. Cependant, aucune étude n’a démontré l’implication de Gαq/11 et des PLCβ, molécules de signalisation en amont de PKC/DAG. Plusieurs études révèlent que l’augmentation des taux et de l’activité des PKC et du DAG induite par l’hyperglycémie dans des cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) est attribuée à l’augmentation du stress oxydatif. De plus, les niveaux de certains peptides vasoactifs, tels que l’angiotensine II et l’endothéline-1, augmentés dans les conditions de diabète/d’hyperglycémie, peuvent contribuer à l’augmentation du stress oxydatif observée. Le travail présenté dans cette thèse avait pour but d’examiner les effets de l’hyperglycémie sur les niveaux d’expression protéique de Gαq/11 et de ses molécules associées, ainsi que d’étudier le mécanisme moléculaire par lequel l’hyperglycémie module la voie de signalisation de Gαq dans les CMLV. Dans la première étude, nous avons examiné si l’hyperglycémie pouvait moduler l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ1 et PLCβ2. Le prétraitement des CMLV A10 avec 26 mM de glucose durant 72 heures augmente l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 en comparaison avec les CMLV témoins. Le traitement avec des antagonistes aux récepteurs AT1 de l’Ang II, et ETA/ETB de l’ET-1, atténue la hausse de Gαq, de Gα11, de PLCβ1 et de PLCβ2 induite par l’hyperglycémie. De plus, la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 était plus élevée dans les CMLV exposée à 26 mM de glucose. Le traitement des CMLV A10 avec l’Ang II et l’ET-1 augmente également les niveaux d’expression des protéines Gα q/11 et PLCβ. Cette augmentation de l’expression est restaurée au niveau des CMLV témoins par les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ dans les CMLV induite par l’hyperglycémie est attribuée à l’activation des récepteurs AT1, ETA et ETB. Dans la seconde étude, nous avons examiné l’implication du stress oxydatif dans l’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. Nous avons également déterminé le mécanisme responsable de l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie. L’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ des CMLV A10 exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec l’antioxydant diphenyleneiodonium (DPI), et la catalase, un chélateur du peroxyde d’hydrogène, mais pas par le 111Mn-tetralis(benzoic acid porphyrin) (MnTBAP) ni par l’acide urique, des chélateurs du peroxynitrite. De plus, l’augmentation de la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 dans les CMLV exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec le DPI et la catalase. Ces résultats suggèrent que l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie contribue à l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq. De plus, l’augmentation de la production d’anion superoxyde (O2-), de l’activité de la NADPH oxydase et de l’expression des protéines p22(phox) et p47(phox) induite par l’hyperglycémie est revenue à un niveau basal après un traitement avec les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’hyperglycémie augmente les niveaux endogènes de l’Ang II et de l’ET-1, ce qui augmente le stress oxydatif par la formation d’O2- et de H2O2 et peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gq/11α et de leurs molécules de signalisation. Puisqu’il a été observé que l’hyperglycémie transactive les récepteurs aux facteurs de croissance tels que le récepteur au facteur de croissance épidermique (EGF-R) et le récepteur au facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF-R), nous avons entrepris d’examiner, dans la troisième étude, l’implication d’EGF-R et de PDGF-R dans l’augmentation des niveaux de Gαq/11, de PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. L’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 induite par l’hyperglycémie est revenue au niveau basal après un traitement avec les inhibiteurs d’EGF-R (AG1478) et de PDGF-R (AG1295) et par l’inhibiteur de c-Src, PP2. L’augmentation de la phosphorylation d’EGF-R et de PDGF-R induite par l’hyperglycémie a été abolie par AG1478, AG1295 et PP2. De plus, l’augmentation des niveaux de Gαq/11, et de PLCβ induite par l’hyperglycémie est atténuée par l’inhibiteur des MAPK, le PD98059, et par l’inhibiteur d’AKT, le wortmannin. L’augmentation de la phosphorylation d’ERK et d’AKT était également atténuée par AG1478 et AG1295. Ces résultats suggèrent que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par c-Src peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gα q/11/PLC et de leur signalisation par la voie des MAPK/PI3K. En conclusion, les études présentées dans cette thèse indiquent que l’hyperglycémie augmente les niveaux de Gαq/11 et de PLCβ. Nous avons émis des évidences qui démontrent que l’augmentation endogène de l’Ang II et de l’ET-1 par l’hyperglycémie peut contribuer à l’augmentation de la production d’O2- et de H2O2 résultant ainsi en une augmentation du stress oxydatif qui pourrait être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et de leur signalisation dans les conditions d’hyperglycémie. Finalement, nous avons démontré que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par l’hyperglycémie peut être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq dans les cas de diabète et d’hyperglycémie.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

A phylogenomics approach to resolving fungal evolution, and phylogenetic method development

Bien que les champignons soient régulièrement utilisés comme modèle d'étude des systèmes eucaryotes, leurs relations phylogénétiques soulèvent encore des questions controversées. Parmi celles-ci, la classification des zygomycètes reste inconsistante. Ils sont potentiellement paraphylétiques, i.e. regroupent de lignées fongiques non directement affiliées. La position phylogénétique du genre Schizosaccharomyces est aussi controversée: appartient-il aux Taphrinomycotina (précédemment connus comme archiascomycetes) comme prédit par l'analyse de gènes nucléaires, ou est-il plutôt relié aux Saccharomycotina (levures bourgeonnantes) tel que le suggère la phylogénie mitochondriale? Une autre question concerne la position phylogénétique des nucléariides, un groupe d'eucaryotes amiboïdes que l'on suppose étroitement relié aux champignons. Des analyses multi-gènes réalisées antérieurement n'ont pu conclure, étant donné le choix d'un nombre réduit de taxons et l'utilisation de six gènes nucléaires seulement. Nous avons abordé ces questions par le biais d'inférences phylogénétiques et tests statistiques appliqués à des assemblages de données phylogénomiques nucléaires et mitochondriales. D'après nos résultats, les zygomycètes sont paraphylétiques (Chapitre 2) bien que le signal phylogénétique issu du jeu de données mitochondriales disponibles est insuffisant pour résoudre l'ordre de cet embranchement avec une confiance statistique significative. Dans le Chapitre 3, nous montrons à l'aide d'un jeu de données nucléaires important (plus de cent protéines) et avec supports statistiques concluants, que le genre Schizosaccharomyces appartient aux Taphrinomycotina. De plus, nous démontrons que le regroupement conflictuel des Schizosaccharomyces avec les Saccharomycotina, venant des données mitochondriales, est le résultat d'un type d'erreur phylogénétique connu: l'attraction des longues branches (ALB), un artéfact menant au regroupement d'espèces dont le taux d'évolution rapide n'est pas représentatif de leur véritable position dans l'arbre phylogénétique. Dans le Chapitre 4, en utilisant encore un important jeu de données nucléaires, nous démontrons avec support statistique significatif que les nucleariides constituent le groupe lié de plus près aux champignons. Nous confirmons aussi la paraphylie des zygomycètes traditionnels tel que suggéré précédemment, avec support statistique significatif, bien que ne pouvant placer tous les membres du groupe avec confiance. Nos résultats remettent en cause des aspects d'une récente reclassification taxonomique des zygomycètes et de leurs voisins, les chytridiomycètes. Contrer ou minimiser les artéfacts phylogénétiques telle l'attraction des longues branches (ALB) constitue une question récurrente majeure. Dans ce sens, nous avons développé une nouvelle méthode (Chapitre 5) qui identifie et élimine dans une séquence les sites présentant une grande variation du taux d'évolution (sites fortement hétérotaches - sites HH); ces sites sont connus comme contribuant significativement au phénomène d'ALB. Notre méthode est basée sur un test de rapport de vraisemblance (likelihood ratio test, LRT). Deux jeux de données publiés précédemment sont utilisés pour démontrer que le retrait graduel des sites HH chez les espèces à évolution accélérée (sensibles à l'ALB) augmente significativement le support pour la topologie « vraie » attendue, et ce, de façon plus efficace comparée à d'autres méthodes publiées de retrait de sites de séquences. Néanmoins, et de façon générale, la manipulation de données préalable à l'analyse est loin d’être idéale. Les développements futurs devront viser l'intégration de l'identification et la pondération des sites HH au processus d'inférence phylogénétique lui-même.