FLIP: a targetable mediator of resistance to radiation in non-small cell lung cancer

Resistance to radiotherapy due to insufficient cancer cell death is a significant cause of treatment failure in non-small cell lung cancer (NSCLC). The endogenous caspase-8 inhibitor, FLIP, is a critical regulator of cell death that is frequently overexpressed in NSCLC and is an established inhibitor of apoptotic cell death induced via the extrinsic death receptor pathway. Apoptosis induced by ionizing radiation (IR) has been considered to be mediated predominantly via the intrinsic apoptotic pathway; however, we found that IR-induced apoptosis was significantly attenuated in NSCLC cells when caspase-8 was depleted using RNA interference (RNAi), suggesting involvement of the extrinsic apoptosis pathway. Moreover, overexpression of wild-type FLIP, but not a mutant form that cannot bind the critical death receptor adaptor protein FADD, also attenuated IR-induced apoptosis, confirming the importance of the extrinsic apoptotic pathway as a determinant of response to IR in NSCLC. Importantly, when FLIP protein levels were down-regulated by RNAi, IR-induced cell death was significantly enhanced. The clinically relevant histone deacetylase (HDAC) inhibitors vorinostat and entinostat were subsequently found to sensitize a subset of NSCLC cell lines to IR in a manner that was dependent on their ability to suppress FLIP expression and promote activation of caspase-8. Entinostat also enhanced the anti-tumor activity of IR in vivo. Therefore, FLIP down-regulation induced by HDAC inhibitors is a potential clinical strategy to radio-sensitize NSCLC and thereby improve response to radiotherapy. Overall, this study provides the first evidence that pharmacological inhibition of FLIP may improve response of NCSLC to IR.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Intolérence à l'effort en hypertension artérielle pulmonaire : Implication des déterminants périphériques

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie caractérisée par l’augmentation progressive des résistances vasculaires pulmonaires causant une augmentation de la pression artérielle pulmonaire qui mène au décès prématuré des patients. Malgré une amélioration rapide ces dernières années des traitements spécifiques, les patients souffrant d’HTAP demeurent dyspnéiques et intolérants à l’effort. L’atteinte vasculaire pulmonaire est actuellement irréversible. Elle est également la source de plusieurs anomalies au niveau des systèmes cardiovasculaires, ventilatoires et musculaires constituant les principaux déterminants physiologiques de la capacité à l’effort des patients. Cette thèse a investigué différentes facettes de la tolérance à l’effort en HTAP : les différents mécanismes ayant un impact sur l’apport musculaire en oxygène, l’altération des voies de signalisation cellulaire impliquées dans l’angiogenèse musculaire et les mécanismes ayant un impact sur la régulation du débit sanguin et l’oxygénation cérébrale en HTAP. Nous avons premièrement documenté une diminution de l’apport en oxygène aux muscles squelettiques à l’effort des patients en relation avec une diminution de la densité capillaire musculaire. Ce défaut d’angiogenèse corrélait d’ailleurs avec la capacité à l’effort des sujets. Par la suite, nous avons étudié les voies de signalisations cellulaires de l’angiogenèse musculaire. Ces résultats ont permis de démontrer une diminution de l’expression de miR-126, unique aux patients HTAP, qui était responsable de la diminution de la densité capillaire et qui contribuait à leur intolérance à l’effort. De plus, il était possible de moduler in vivo l’expression de miR-126. L’expérimentation in vivo, à l’aide d’un modèle murin d’HTAP, a permis de rétablir l’expression de miR-126, d’augmenter la microcirculation musculaire et d’améliorer la tolérance à l’effort des animaux, ce qui met en lumière le potentiel thérapeutique de l’angiogenèse musculaire pour améliorer la capacité à l’effort en HTAP. Notre dernier projet a démontré que les patients HTAP présentaient une diminution de débit sanguin cérébral. Ce projet a également démontré que les changements de pression artérielle sont moins bien amortis par les vaisseaux cérébraux des patients et que leurs vaisseaux cérébraux étaient moins réactifs aux changements de CO2. Les patients présentaient aussi une augmentation de la sensibilité des chémorécepteurs centraux qui contribuait à augmenter leur ventilation au repos, mais aussi à l’exercice. Finalement, à l’effort, nous avons démontré que le débit sanguin cérébral des patients HTAP était principalement influencé par la pression artérielle alors que chez les sujets sains, le débit sanguin cérébral était influencé principalement par la PETCO2. Nous avons également démontré que les patients HTAP présentaient une diminution progressive de leur oxygénation cérébrale, qui corrélait avec leur capacité à l’effort. Les résultats obtenus au cours de ce doctorat démontrent bien que la capacité à l’effort en HTAP est aussi déterminée par plusieurs anomalies physiopathologiques périphériques.

Di and tripeptides from marine sources can target adipogenic process and contribute to decrease adipocyte number and functions

The effect of 11 marine-derived cryptides was investigated on proliferation, differentiation and maturation of human white pre-adipocytes (HWP). They were all formerly identified as potent Angiotensin-Converting-Enzyme inhibitors.Val-Trp (VW),Val-Tyr (VY), Lys-Tyr (KY), Lys-Trp (KW), Ile-Tyr (IY), Ala-Pro (AP),Val-Ile-Tyr (VIY), Leu-Lys-Pro (LKP), Gly-Pro-Leu (GPL), Ala-Lys-Lys (AKK) and Val-Ala-Pro (VAP) were previously found in fish products and coproducts as well as other marine resources like wakame. Treatment with AP, VAP and AKK greatly affected viability of HWP during the proliferation period while KW and VW treatment reduced the number of viable cells during the differentiation stage. A GPL and IY incubation during the differentiation stage allowed the decrease of their final lipid content, of the GPDH activity and of the mRNA level of adipocyte markers (aP2, GLUT4, LPL and AGT). Moreover, a down regulation of both PPARγ and C/EBPα expression, two key regulators of adipogenesis,was observed.These findings indicate that small bioactive peptides from marine protein hydrolysates can target adipogenesis and thus could regulate energy metabolism disorders

Rearing effect of biofloc on antioxidant and antimicrobial transcriptional response in Litopenaeus stylirostris shrimp facing an experimental sub-lethal hydrogen peroxide stress

This study compares the antioxidant and antimicrobial transcriptional expression of blue shrimps reared according to two different systems, BioFloc Technology (BFT) and Clear sea Water (CW) and their differential responses when facing an experimental sublethal hydrogen peroxide stress. After 30 days of rearing, juvenile shrimps were exposed to H2O2 stress at a concentration of 30 ppm during 6 hours. The oxidative stress caused by H2O2 was examined in the digestive glands of the shrimp, in which antioxidant enzyme (AOE) and antimicrobial peptide (AMP) gene expression were analysed by quantitative real-time PCR. Results showed that rearing conditions did not affect the expression of genes encoding AOEs or AMPs. However, H2O2 stress induced a differential response in expression between shrimps from the two rearing treatments (BFT and CW). Comparative analysis of the expression profiles indicates that catalase transcripts were significantly upregulated by H2O2 stress for BFT shrimps while no change was observed for CW shrimps. In contrast, H2O2 caused down-regulation of superoxide dismutase and glutathione transferase transcripts and of the three AMP transcripts studied (penaeidin 2 and 3, and crustin) for CW shrimps, while no effect was observed on BFT shrimp transcript levels. These results suggested that BFT shrimps maintained antioxidant and AMP responses after stress and therefore can effectively protect their cells against oxidative stress, while CW shrimp immune competence seems to decrease after stress.

ANTICANCER MECHANISM OF TOLFENAMIC ACID IN COLORECTAL CANCER

Colorectal cancer (CRC) is the third leading cause of cancer-related death in the United States. Chemopreventive therapies could be effective way to treat CRC. Tolfenamic acid, one of the NSAIDs, shows anti-cancer activities in several types of cancer. Aberrant Wnt/β-catenin regulation pathway is a major mechanism of colon tumorigenesis. Here, we sought to better define the mechanism by which tolfenamic acid suppresses colorectal tumorigenesis focusing on regulation of β-catenin pathway. Treatment of tolfenamic acid led to a down-regulation of β-catenin expression in dose dependent manner in human colon cancer cell lines without changing mRNA. MG132 inhibited tolfenamic acid-induced downregulation of β-catenin and exogenously overexpression β-catenin was stabilized in the presence of tolfenamic acid. Tolfenamic acid induced an ubiquitin-mediated proteasomal degradation of β-catenin. In addition, tolfenamic acid treatment decreased transcriptional activity of β-catenin and expression of Smad2 and Smad3 while overexpression of Smad 2 inhibited tolfenamic acid-stimulated transcriptional activity of β-catenin. Moreover, tolfenamic acid decreased β-catenin target gene such as vascular endothelial growth factor (VEGF) and cyclin D1. In summary, tolfenamic acid is a promising therapeutic drug targeting Smad 2-mediated downregulation of β-catenin in CRC.

Novas estratégias para entender o sistema de influxo de antibióticos e a resistência antimicrobiana a nível molecular

As fluoroquinolonas são antibióticos que têm um largo espectro de ação contra bactérias, especialmente Gram-negativas. O seu mecanismo de ação assenta na inibição de enzimas responsáveis pela replicação do DNA. Porém, devido ao seu uso indevido, o surgimento de resistência bacteriana a estes antibióticos tem-se tornado um grave problema de saúde pública. Uma vez que os seus alvos de ação se situam no meio intracelular, a redução da permeabilidade da membrana externa de bactérias Gram-negativas constitui um dos mecanismos de resistência mais conhecidos. Esta redução é associada à baixa expressão ou mutações em porinas necessárias para permitir o seu transporte, mais concretamente, da OmpF. Estudos prévios demonstraram que a coordenação de fluoroquinolonas com iões metálicos divalentes e 1,10-fenantrolina (genericamente designados metaloantibióticos) são potenciais candidatos como alternativa às fluoroquinolonas convencionais. Estes metaloantibióticos exibem um efeito antimicrobiano comparável ou superior à fluoroquinolona na forma livre, mas parecem ter uma via de translocação diferente, independente de porinas. Estas diferenças no mecanismo de captura podem ser fundamentais para contornar a resistência bacteriana. De forma a compreender o papel dos lípidos no mecanismo de entrada dos metaloantibióticos, estudou-se a interação e localização dos metaloantibióticos da Ciprofloxacina (2ª geração), da Levofloxacina (3ª geração) e Moxifloxacina (4ª geração) com um modelo de membranas de Escherichia coli desprovido de porinas. Estes estudos foram realizados através de técnicas de espectroscopia de fluorescência, por medições em modo estacionário e resolvida no tempo. Os coeficientes de partição determinados demonstraram uma interação mais elevada dos metaloantibióticos relativamente às respetivas fluoroquinolonas na forma livre, um facto que está diretamente relacionado com as espécies existentes em solução a pH fisiológico. Os estudos de localização mostraram que estes metaloantibióticos devem estar inseridos na membrana bacteriana, confirmando a sua entrada independente de porinas. Este mecanismo de entrada, pela via hidrofóbica, é potenciado por interações eletrostáticas entre as espécies catiónicas de metaloantibiótico que existem a pH 7,4 e os grupos carregados negativamente dos fosfolípidos da membrana. Desta forma, os resultados obtidos neste estudo sugerem que a via de entrada dos metaloantibióticos e das respetivas fluoroquinolonas deve ser diferente. Os metaloantibióticos são candidatos adequados para a realização de mais testes laboratoriais e uma alternativa promissora para substituir as fluoroquinolonas convencionais, uma vez que parecem ultrapassar um dos principais mecanismos de resistência bacteriana a esta classe de antibióticos.

Dissecting signaling pathways that control glia migration in the developing Drosophila retina

The function of a complex nervous system relies on an intricate interaction between neurons and glial cells. However, as glial cells are generally born distant from the place where they settle, molecular cues are important to direct their migration. Glial cell migration is important in both normal development and disease, thus current research in the laboratory has been focused on dissecting regulatory events underlying that crucial process. With this purpose, the Drosophila eye imaginal disc has been used as a model. In response to neuronal photoreceptor differentiation, glial cells migrate from the CNS into the eye disc where they act to correctly wrap axons. To ensure proper development, attractive and repulsive signals must coordinate glial cell migration. Importantly, one of these signals is Bnl, a Fibroblast Growth Factor (FGF) ligand expressed by retinal progenitor cells that was suggested to act as a non-autonomous negative regulator of excessive glial cell migration (overmigration) by binding and activating the Btl receptor expressed by glial cells. Through the experimental results described in chapter 3 we gained a detailed insight into the function of bnl in eye disc growth, photoreceptor development, and glia migration. Interestingly, we did not find a direct correlation between the defects on the ongoing photoreceptors and the glia overmigration phenotype; however, bnl knockdown caused apoptosis of eye progenitor cells what was strongly correlated with glia migration defects. Glia overmigration due to Bnl down-regulation in eye progenitor cells was rescued by inhibiting the pro-apoptotic genes or caspases activity, as well as, by depleting JNK or Dp53 function in retinal progenitor cells. Thus, we suggest a cross-talk between those developmental signals in the control of glia migration at a distance. Importantly, these results suggest that Bnl does not control glial migration in the eye disc exclusively through its ability to bind and activate its receptor Btl in glial cells. We also discuss possible biological roles for the glia overmigration in the bnl knockdown background. Previous results in the lab showed an interaction between dMyc, a master regulator of tissue growth, and Dpp, a Transforming Growth Factor-β important for retinal patterning and for accurate glia migration into the eye disc. Thus, we became interested in understanding putative relationships between Bnl and dMyc. In chapter 4, we show that they positively cooperate in order to ensure proper development of the eye disc. This work highlights the importance of the FGF signaling in eye disc development and reveals a signaling network where a range of extra- and intra-cellular signals cooperate to non-autonomously control glial cell migration. Therefore, such inter-relations could be important in other Drosophila cellular contexts, as well as in vertebrate tissue development.

Transcriptome, carbohydrate, and phytohormone analysis of Petunia hybrida reveals a complex disturbance of plant functional integrity under mild chilling stress

Cultivation of chilling-tolerant ornamental crops at lower temperature could reduce the energy demands of heated greenhouses. To provide a better understanding of how sub-optimal temperatures (12 degrees C vs. 16 degrees C) affect growth of the sensitive Petunia hybrida cultivar 'SweetSunshine Williams', the transcriptome, carbohydrate metabolism, and phytohormone homeostasis were monitored in aerial plant parts over 4 weeks by use of a microarray, enzymatic assays and GC-MS/MS. The data revealed three consecutive phases of chilling response. The first days were marked by a strong accumulation of sugars, particularly in source leaves, preferential up-regulation of genes in the same tissue and down-regulation of several genes in the shoot apex, especially those involved in the abiotic stress response. The midterm phase featured a partial normalization of carbohydrate levels and gene expression. After 3 weeks of chilling exposure, a new stabilized balance was established. Reduced hexose levels in the shoot apex, reduced ratios of sugar levels between the apex and source leaves and a higher apical sucrose/hexose ratio, associated with decreased activity and expression of cell wall invertase, indicate that prolonged chilling induced sugar accumulation in source leaves at the expense of reduced sugar transport to and reduced sucrose utilization in the shoot. This was associated with reduced levels of indole-3-acetic acid and abscisic acid in the apex and high numbers of differentially, particularly up-regulated genes, especially in the source leaves, including those regulating histones, ethylene action, transcription factors, and a jasmonate-ZIM-domain protein. Transcripts of one Jumonji C domain containing protein and one expansin accumulated in source leaves throughout the chilling period. The results reveal a dynamic and complex disturbance of plant function in response to mild chilling, opening new perspectives for the comparative analysis of differently tolerant cultivars.

Caracterização transcricional dos genes CTR1 e ATP7B no peixe Poecilia vivipara: efeitos do cobre e da salinidade

Em peixes, o cobre (Cu) é absorvido a partir da água, via branquial, e pela ingestão de água e alimento, via gastrintestinal. Para evitar reações não específicas prejudiciais e suprir proteínas dependentes de Cu, existem transportadores específicos, como as proteínas de absorção de alta afinidade ao Cu (CTR1) e as Cu-ATPases (ATP7), que auxiliam na translocação intracelular do metal. No presente estudo, os genes CTR1 e ATP7B foram identificados em Poecilia vivipara e os seus transcritos foram quantificados por RT-qPCR nas brânquias, no fígado e no intestino de guarús expostos (96 h) ao Cu (0, 5, 9 e 20 µg/L) em água doce e salgada (salinidade 24). Foram identificadas novas sequências nucleotídicas dos genes CTR1 (1560 pb, completa) e ATP7B (617 pb, parcial), as quais tiveram altos valores de identidade com as descritas para Fundulus heteroclitus (CTR1=81%) e Sparus aurata (ATP7B=81%). A análise por RT-qPCR indicou níveis de transcrição para CTR1 e ATP7B em todos os tecidos analisados. Em guarús na água doce, a maior expressão da CTR1 e da ATP7B se deu no fígado. Em guarús na água salgada, a maior expressão da CTR1 ocorreu no intestino, enquanto a da ATP7B se deu no fígado e intestino. Na água doce, a exposição ao Cu aumentou o conteúdo branquial e hepático de Cu, diminuiu os transcritos de CTR1 e ATP7B nas brânquias e aumentou os transcritos destes genes no fígado, sem alterar o conteúdo corporal de Cu. Na água salgada, a exposição ao Cu aumentou o conteúdo de Cu e diminuiu o transcrito de ATP7B no intestino, sem alterar o conteúdo corporal de Cu nos P. vivipara. Estes resultados indicam que a homeostasia do Cu em P. vivipara envolve a redução da expressão do CTR1 e ATP7B nas brânquias (água doce) e intestino (água salgada) para limitar a absorção do Cu e o aumento da expressão destes genes no fígado (água doce) para facilitar o armazenamento e desintoxicação do Cu.

Conception, synthèse et activité anticancéreuse d’analogues basés sur la molécule FTY720 (Gilenya)

FTY720 (aussi connu sous le nom de Fingolimod ou Gilenya) agit sur les récepteurs sphingosine-1-phosphate (S1P) et induit la suppression du système immunitaire (immunosuppression). Cette molécule est reconnue pour avoir une activité contre plusieurs cellules cancéreuses. Cette activité est indépendante de l’action sur les récepteurs S1P et on attribue plutôt la mort (apoptose) des cellules cancéreuse à la capacité que possède la molécule à réduire le transport des nutriments dans la cellule. Toutefois, malgré ses nombreux avantages, FTY720 ne peut pas être utilisé afin de traiter des humains puisque l’activation secondaire des récepteurs S1P1 et S1P3 mènent à une diminution du rythme cardiaque (bradycardie) chez les patients. Notre groupe s’est donc concentré sur la synthèse d’analogues qui potentiellement n’activeraient pas le récepteur S1P tout en gardant une activité biologique contre plusieurs cellules cancéreuses. Malgré le fait que nos analogues agissent également sur la diminution du transport des nutriments dans les cellules, nous ne connaissons pas le mécanisme d’action par lequel ceux-ci agissent. Au passage, le projet de recherche ci-présenté nous aura par ailleurs permis de développer une grande variété de sondes photo-actives dans l’espoir d’isoler une ou plusieurs protéines qui seraient impliquées dans le mécanisme d’action.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Adaptive Mechanisms of an Estuarine Synechococcus based on Genomics, Transcriptomics, and Proteomics

Picocyanobacteria are important phytoplankton and primary producers in the ocean. Although extensive work has been conducted for picocyanobacteria (i.e. Synechococcus and Prochlorococcus) in coastal and oceanic waters, little is known about those found in estuaries like the Chesapeake Bay. Synechococcus CB0101, an estuarine isolate, is more tolerant to shifts in temperature, salinity, and metal toxicity than coastal and oceanic Synechococcus strains, WH7803 and WH7805. Further, CB0101 has a greater sensitivity to high light intensity, likely due to its adaptation to low light environments. A complete and annotated genome sequence of CB0101 was completed to explore its genetic capacity and to serve as a basis for further molecular analysis. Comparative genomics between CB0101, WH7803, and WH7805 show that CB0101 contains more genes involved in regulation, sensing, and stress response. At the transcript and protein level, CB0101 regulates its metabolic pathways, transport systems, and sensing mechanisms when nitrate and phosphate are limited. Zinc toxicity led to oxidative stress and a global down regulation of photosystems and the translation machinery. From the stress response studies seven chromosomal toxin-antitoxin (TA) genes, were identified in CB0101, which led to the discovery of TA genes in several marine Synechococcus strains. The activation of the relB2/relE1 TA system allows CB0101 to arrest its growth under stressful conditions, but the growth arrest is reversible, once the stressful environment dissipates. The genome of CB0101 contains a relatively large number of genomic island (GI) genes compared to known marine Synechococcus genomes. Interestingly, a massive shutdown (255 out of 343) of GI genes occurred after CB0101 was infected by a lytic phage. On the other hand, phage-encoded host-like proteins (hli, psbA, ThyX) were highly expressed upon phage infection. This research provides new evidence that estuarine Synechococcus like CB0101 have inherited unique genetic machinery, which allows them to be versatile in the estuarine environment.

Estudio de la capacidad inmunoprofiláctica de proteínas recombinantes de Leishmania infantum en el modelo murino

En esta Tesis Doctoral, cuatro proteínas que están sobre-expresadas en las fases infectivas del ciclo celular de L. infantum (STPKA, STPK, PP2B and PABP3) fueron purificadas para inmunizar ratones BALB/c, con el interés de estudiar su posible capacidad protectora contra la VL. Tres de ellas indujeron una fuerte respuesta humoral en los ratones, rLiSTPKA, rLiSTPK y rLiPABP3, a diferencia de la proteína rLiPP2B. Además, la rLiPABP3 fue la única que indujo una disminución significativa de la carga parasitara tanto en bazo como en hígado 2 meses después de la infección experimental con el parásito. Con el objetivo de determinar los efectos que la inmunización con rLiPABP3 tenía sobre el sistema inmune murino, se determinó la expresión génica de 106 genes relacionados con el sistema inmune en ratones control, inmunizados e infectados. Los niveles de expresión génica fueron comparados con los obtenidos para los grupos control. Los resultados mostraron que durante todo el experimento la proteína rLiPABP3 promueve la inhibición de la respuesta inmune inflamatoria en el bazo de los ratones infectados. Además, no se observa una respuesta adaptiva claramente polarizada hacia un tipo concreto. Un mes después de la infeccion, en los animales previamente inmunizados se observa la sobre-expresion de Il2rb lo que nos hace pensar que rLiPABP3 podría estimular la presencia de linfocitos T memoria. En fases más avanzadas de la infección, a pesar de que no observamos una clara diferenciación de una población concreta de linfocitos T efectores, sí observamos la infra-expresión del gen codificante del TNF-alfa, lo que unido a la sobre-expresión del gen Cxcr4 y la ausencia de cambios de la expresión del gen Ccr7 nos hace pensar que la inmunización no sólo mantiene la micro-arquitectura del bazo, sino que también promueve la correcta migración de las DCs desde la MZ hasta el PALS.

Antitumor activity of physcion 8-o-β-glucopyranoside against cervical cancer by induction of apoptosis

Purpose: To investigate the antitumor activity of physcion8-O-β-glucopyranoside (PSG) against cervical cancer, as well as its mechanisms. Methods: The anti-proliferative effects of PSG on HeLa cells were determined by CCK-8 assay and the half maximal inhibitory concentration (IC50) values were calculated. Subsequently, a mouse xenograft model of HeLa cell line was established to investigate the antitumor effect of PSG in vivo. Furthermore, cell apoptosis was investigated by fluorescence microscopy via DAPI staining, and other mechanisms were determined by Western blot assay. Results: In vitro, PSG exhibited significant anti-proliferative effect on HeLa cells (p <0.05) in concentration-and time-dependent manners, with an IC50 value of 41.34 μg/mL. In vivo, PSG also had significant anti-tumor activity in nude mouse xenograft model (p < 0.05), inhibiting tumor growth. Furthermore, the results showed that treatment with PSG (20, 40 and 60 μg/mL) for 24 h resulted in significantly increased apoptosis in HeLa cells (p < 0.05). Additionally, Western blot analysis revealed that after exposure to 20, 40 and 60 μg/mL of PSG for 24 h, protein expressions of C-caspase-3, Ccaspase-9 and Bax were markedly up-regulated (p < 0.05) while Bcl-2 was significantly down-regulated (p < 0.05). These results confirmed that PSG inhibited HeLa cell growth by inducing mitochondriamediated apoptosis via up-regulation of caspase-3 and caspase-9 and Bax, and down-regulation of Bcl2. Conclusion: The results demonstrate that PSG possesses notable anti-tumor activity against cervical cancer and that the mechanisms involve induction of apoptosis by mitochondria-mediated signaling pathway.