Macrophage polarisation by fatty acids is PPARgamma-dependent

Elevated plasma free fatty acids (FAs) are associated with increased risk of cardiovascular disease. We investigated the effects of the saturated FA palmitate and unsaturated FA oleate on monocyte phenotype and function. Palmitate increased cell surface expression of integrin CD11b and scavenger receptor CD36 in a concentration-dependent manner with some decrease in mitochondrial reducing capacity at high concentration (300µM). Monocytes incubated with palmitate, but not oleate, showed increased uptake of oxidized LDL and increased adhesion to rat aortic endothelium, particularly at bifurcations. The palmitate-induced increase in CD11b and CD36 expression was associated with increased cellular C16 ceramide and sphingomyelin, loss of reduced glutathione, and increased reactive oxygen species (ROS). Increased monocyte surface CD11b and CD36 was inhibited by fumonisin B1, an inhibitor of de novo ceramide synthesis, but not by the superoxide dismutase mimetic MnTBap. In contrast, MnTBap prevented the mitochondrial ROS increase and metabolic inhibition due to 300µM palmitate. This study demonstrates that in viable monocytes, palmitate but not oleate increases expression of surface CD11b and CD36. Palmitate increases monocyte adhesion to the aortic wall and promotes uptake of oxidized LDL and this involves de novo ceramide synthesis. We have also explored whether specific dietary fatty acids drive monocyte to macrophage polarisation via metabolic pathways. Here we show that monocytes pre-incubated with the saturated fatty acid palmitate increase production of inflammatory cytokines such as TNFa and IL-6 in response to a phorbol myristate differentiation trigger. This increases mitochondrial superoxide production, reduces dependency on oxidative phosphorylation through ceramide-dependent inhibition of PPARgamma activity and increases TNFa production, again via a mechanism that requires ceramide production.

Immunological synapse: a mathematical model of the bond formation process:mathematical modelling of the immature synapse

The cell:cell bond between an immune cell and an antigen presenting cell is a necessary event in the activation of the adaptive immune response. At the juncture between the cells, cell surface molecules on the opposing cells form non-covalent bonds and a distinct patterning is observed that is termed the immunological synapse. An important binding molecule in the synapse is the T-cell receptor (TCR), that is responsible for antigen recognition through its binding with a major-histocompatibility complex with bound peptide (pMHC). This bond leads to intracellular signalling events that culminate in the activation of the T-cell, and ultimately leads to the expression of the immune eector function. The temporal analysis of the TCR bonds during the formation of the immunological synapse presents a problem to biologists, due to the spatio-temporal scales (nanometers and picoseconds) that compare with experimental uncertainty limits. In this study, a linear stochastic model, derived from a nonlinear model of the synapse, is used to analyse the temporal dynamics of the bond attachments for the TCR. Mathematical analysis and numerical methods are employed to analyse the qualitative dynamics of the nonequilibrium membrane dynamics, with the specic aim of calculating the average persistence time for the TCR:pMHC bond. A single-threshold method, that has been previously used to successfully calculate the TCR:pMHC contact path sizes in the synapse, is applied to produce results for the average contact times of the TCR:pMHC bonds. This method is extended through the development of a two-threshold method, that produces results suggesting the average time persistence for the TCR:pMHC bond is in the order of 2-4 seconds, values that agree with experimental evidence for TCR signalling. The study reveals two distinct scaling regimes in the time persistent survival probability density prole of these bonds, one dominated by thermal uctuations and the other associated with the TCR signalling. Analysis of the thermal fluctuation regime reveals a minimal contribution to the average time persistence calculation, that has an important biological implication when comparing the probabilistic models to experimental evidence. In cases where only a few statistics can be gathered from experimental conditions, the results are unlikely to match the probabilistic predictions. The results also identify a rescaling relationship between the thermal noise and the bond length, suggesting a recalibration of the experimental conditions, to adhere to this scaling relationship, will enable biologists to identify the start of the signalling regime for previously unobserved receptor:ligand bonds. Also, the regime associated with TCR signalling exhibits a universal decay rate for the persistence probability, that is independent of the bond length.

Activity-regulated cytoskeleton-associated protein controls AMPAR endocytosis through a direct interaction with clathrin-adaptor protein 2

The activity-regulated cytoskeleton-associated (Arc) protein controls synaptic strength by facilitating AMPA receptor (AMPAR) endocytosis. Here we demonstrate that Arc targets AMPAR to be internalized through a direct interaction with the clathrin-adaptor protein 2 (AP-2). We show that Arc overexpression in dissociated hippocampal neurons obtained from C57BL/6 mouse reduces the density of AMPAR GluA1 subunits at the cell surface and reduces the amplitude and rectification of AMPAR-mediated miniature-EPSCs (mEPSCs). Mutations of Arc, that prevent the AP-2 interaction reduce Arc-mediated endocytosis of GluA1 and abolish the reduction in AMPAR-mediated mEPSC amplitude and rectification. Depletion of the AP-2 subunit µ2 blocks the Arc-mediated reduction in mEPSC amplitude, an effect that is restored by reintroducing µ2. The Arc-AP-2 interaction plays an important role in homeostatic synaptic scaling as the Arc-dependent decrease in mEPSC amplitude, induced by a chronic increase in neuronal activity, is inhibited by AP-2 depletion. These data provide a mechanism to explain how activity-dependent expression of Arc decisively controls the fate of AMPAR at the cell surface and modulates synaptic strength, via the direct interaction with the endocytic clathrin adaptor AP-2.

Estudio genético HLA en poblaciones iraníes: epidemiología, antropología y farmacogenética

The HLA system is the most polymorphic genetic system described in humans. It consists of several closely linked loci encoding cell surface glycoproteins whose best known function is activating immune system response through antigenic presentation. New loci and new alleles have been described since the discovery of this genetic system and the presently available DNA typing and sequencing of these new alleles have increased the variety of HLA allelism. Due to the fact that HLA gene frequencies have a large degree of variability and a remarkable geographical correlation, HLA genes are an important and useful tool to infer genetic background and ethnical composition of modern human populations and also for tracing migration of ancient ones. In addition, certain combinations of contiguous alleles due to the strong linkage disequilibrium between HLA neighbouring loci show a characteristic frequency or are distinctive in many present day populations. Thus, HLA genetic system is a unique tool for studying the origin of relatively isolated groups, like Turkmen, Azeri and Kurd people, the populations under study, living in North Iran, in the surrounding area of Caspian Sea. Finally, HLA polymorphism is crucial for the compatibility between donor and receptor in organ transplantation and several HLA alleles have been linked to diseases and to response to drug treatments, which accomplishes relationships of certain variants with different pathologies treatment including AIDS. This is important in personalized treatments design. Turkmen could be descendants of Oghuz tribes from Seljuq branch coming from Transoxiana region (Central Asia) contemporarily to the foundation of the Seljuk Empire in 10th century AD. Conversely, this people could belong to another group within the Oghuz, arriving to Iran five centuries later. Migrations of this people were initially developed peacefully, being vassals of the Safavid Empire, and later by violent raids. They speak a language belonging to the Turkish-Oghuz group. In Iran, Turkmen live in Golestan province, mainly in Türkmensähra (“Turkmen plain”) area and amount 1.5 million people (2% of Iranian population). Most of this people are Sunni Muslims...

Insights into Nonpilus Adhesin Functionality and the Molecular Determinants of Nontypeable Haemophilus influenzae Colonization

Bacterial colonization of the upper respiratory tract is the first step in the pathogenesis of nontypeable Haemophilus influenzae (NTHi) disease. Examination of the determinants of NTHi colonization process has been hampered by the lack of an appropriate animal model. To address this, we have developed a model of NTHi colonization in adult rhesus macaques that involves intranasal inoculation of 1x105 CFU and results in persistent colonization of the upper respiratory tract for at least three weeks with no signs of disease, mimicking asymptomatic colonization of humans. Using this model, we assessed the contributions to colonization of the HMW1 and HMW2 adhesive proteins. In competition experiments, the parent strain expressing both HMW1 and HMW2 was able to efficiently out-compete an isogenic mutant strain expressing neither HMW1 nor HMW2. In experiments involving inoculation of single isogenic derivatives of NTHi strain 12, the strains expressing HMW1 or HMW2 or both were able to colonize efficiently, while the strain expressing neither HMW1 nor HMW2 colonized inefficiently. Furthermore, colonization resulted in antibody production against HMW1 and HMW2 in one-third of the animals, demonstrating that colonization can be an immunizing event. In conclusion, we have established that NTHi is capable of colonizing the upper respiratory tract of rhesus macaques, in some cases associated with stimulation of an immune response. The HMW1 and HMW2 adhesive proteins play a major role in the process of colonization.

After establishing that the HMW1 and HMW2 proteins are colonization factors we further investigated the determinants of HMW1 function. HMW1 is encoded in the same genetic locus as two other proteins, HMW1B and HMW1C, with which HMW1 must interact in order to be functional. Interaction with HMW1C in the cytoplasm results in the glycosylation of HMW1. By employing homologues of HMW1C that glycosylate HMW1 in slightly different patterns we show that the pattern of modification is critical to HMW1 function. Structural analysis showed a change in protein structure when the pattern of HMW1 modification differed. We also identified two specific sites which must be glycosylated for HMW1 to function properly. These point mutations did not have a significant effect on protein structure, suggesting that glycosylation at those specific sites is instead necessary for interaction of HMW1 with its receptor. HMW1B is an outer membrane pore through which HMW1 is transported to reach the bacterial cell surface. We observed that HMW1 isolated from the cytoplasm has a different structure than HMW1 isolated from the bacterial cell surface. By forcing HMW1 to be secreted in a non-HMW1B dependent manner, we show that secretion alone is not sufficient for HMW1 to obtain a functional structure. This leads us to hypothesize that there is something specific in the interaction between HMW1 and HMW1B that aids in proper HMW1 folding.

The NTHi HMW1C glycosyltransferase mediates unconventional N-linked glycosylation of HMW1. In this system, HMW1 is modified in the cytoplasm by sequential transfer of hexose residues. To determine if this mechanism of N-linked glycosylation is employed by species other than NTHi, we examined Kingella kingae and Aggregatibacter aphrophilus homologues of HMW1C. We found both homologues to be functional glycosyltransferases and identified their substrates as the K. kingae Knh and the A. aphrophilus EmaA trimeric autotransporter proteins. LC-MS/MS analysis revealed multiple sites of N-linked glycosylation on Knh and EmaA. Without glycosylation, Knh and EmaA failed to facilitate wild type levels of bacterial autoaggregation or adherence to human epithelial cells, establishing that glycosylation is essential for proper protein function.

Pathogen-Specific Adaptations to Conserved Signaling Pathways in Cryptococcus neoformans

Cryptococcus neoformans is an opportunistic fungal pathogen that causes significant disease worldwide. Even though this fungus has not evolved specifically to cause human disease, it has a remarkable ability to adapt to many different environments within its infected host. C. neoformans adapts by utilizing conserved eukaryotic and fungal-specific signaling pathways to sense and respond to stresses within the host. Upon infection, two of the most significant environmental changes this organism experiences are elevated temperature and high pH.

Conserved Rho and Ras family GTPases are central regulators of thermotolerance in C. neoformans. Many GTPases require prenylation to associate with cellular membranes and function properly. Using molecular genetic techniques, microscopy, and infection models, I demonstrated that the prenyltransferase, geranylgeranyl transferase I (GGTase I) is required for thermotolerance and pathogenesis. Using fluorescence microscopy, I found that only a subset of conserved GGTase I substrates requires this enzyme for membrane localization. Therefore, the C. neoformans GGTase I may recognize its substrate in a slightly different manner than other eukaryotic organisms.

The alkaline response transcription factor, Rim101, is a central regulator of stress-response genes important for adapting to the host environment. In particular, Rim101 regulates cell surface alterations involved in immune avoidance. In other fungi, Rim101 is activated by alkaline pH through a conserved signaling pathway, but this pathway had yet been characterized in C. neoformans. Using molecular genetic techniques, I identified and analyzed the conserved members of the Rim pathway. I found that it was only partially conserved in C. neoformans, missing the components that sense pH and initiate pathway activation. Using a genetic screen, I identified a novel Rim pathway component named Rra1. Structural prediction and genetic epistasis experiments suggest that Rra1 may serve as the Rim pathway pH sensor in C. neoformans and other related basidiomycete fungi.

To explore the relevance of Rim pathway signaling in the interaction of C neoformans with its host, I characterized the Rim101-regulated cell wall changes that prevent immune detection. Using HPLC, enzymatic degradation, and cell wall stains, I found that the rim101Δ mutation resulted in increased cell wall chitin exposure. In vitro co-culture assays demonstrated that increased chitin exposure is associated with enhanced activation of macrophages and dendritic cells. To further test this association, I demonstrated that other mutant strains with increased chitin exposure induce macrophage and dendritic cell responses similar to rim101Δ. We used primary macrophages from mutant mouse lines to demonstrate that members of both the Toll-like receptor and C-type lectin receptor families are involved in detecting strains with increased chitin exposure. Finally, in vivo immunological experiments demonstrated that the rim101Δ strain induced a global inflammatory immune response in infected mouse lungs, expanding upon our previous in vivo rim101Δ studies. These results demonstrate that cell wall organization largely determines how fungal cells are detected by the immune system.

β-Arrestin-mediated Regulation of the Human Ether-a-go-go-Related Gene (hERG) Potassium Channel

The human ether-a-go-go-related gene (hERG) encodes the voltage-gated K+ channel, hERG (Kv11.1). This channel passes the rapidly-activating delayed rectifier K+ current (IKr), which is important for cardiac repolarization. A reduction in IKr due to loss-of-function mutations or drug interactions causes long QT syndrome (LQTS), which can lead to cardiac arrhythmias and sudden cardiac death. The density of hERG channels in the plasma membrane is a key determinant of normal physiological function, and is balanced by trafficking to and from the cell surface. Many LQTS-associated hERG mutations result in a trafficking deficiency of otherwise functional channels. Thus, elucidating mechanisms of hERG regulation at the plasma membrane is useful for the prevention and treatment of LQTS. We previously demonstrated that M3 muscarinic receptor activation increases mature hERG expression through a Gq protein-dependent protein kinase C (PKC) pathway. In addition to conventional Gq protein-coupling, M3 receptors recruit β-arrestins upon agonist binding. Traditionally known for their role in receptor desensitization and internalization, β-arrestins also act as adaptor proteins to facilitate G protein-independent signaling. In the present work, I investigated the exclusive effect of β-arrestin signaling on hERG expression by utilizing an arrestin-biased M3 designer receptor (M3D-arr) exclusively activated by clozapine-N-oxide (CNO). By expressing M3D-arr in hERG-HEK cells and treating with CNO under various conditions, I found that M3D-arr activation increased mature hERG expression and current. Within this paradigm, M3D-arr recruited β-arrestin to the plasma membrane, and promoted the PI3K-dependent activation of Akt. I further found that the activated Akt acted through phosphatidylinositol 3-phosphate 5-kinase (PIKfyve) and Rab11 to facilitate endosomal recycling of hERG channels to the plasma membrane.

Targeting the actin cytoskeleton in HER2+ metastatic cancer cells using a macrolide toxin

Breast and ovarian cancers are among the leading causes of cancer related deaths in women worldwide. In a subset of these cancers, dysregulation of the human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) leads to overexpression of the receptor on the cell surface. Previous studies have found that these HER2+ cancers show high rates of progression to metastatic disease. Metastasis is driven by cytoskeletal rearrangements that produce filamentous actin (F-actin) based structures that penetrate and degrade extracellular matrix to facilitate tumour invasion. Advancements in targeted therapy have made F-actin an attractive target for the development of new cancer therapies. In this thesis, we tested the actin-depolymerizing macrolide toxin, Mycalolide B (MycB), as a potential warhead for a novel antibody drug conjugate (ADC) to target highly metastatic HER2+ breast and ovarian cancers. We found that MycB treatment of HER2+ breast (SKBR3, MDA-MB-453) and ovarian (SKOV3) cancer cells led to loss of viability (IC50 values ≤ 64 nM). Sub-lethal doses of MycB treatment caused potent suppression of leading edge protrusions, migration and invasion potential of HER2+ cancer cells (IC50 ≤ 32 nM). In contrast, other F-actin based processes such as receptor endocytosis were less sensitive to MycB treatment. MycB treatment skewed the size of endocytic vesicles, which may reflect defects in F-actin based vesicle motility or maturation. Given that HER2+ cancers have been effectively targeted by Trastuzumab and Trastuzumab-based ADCs, we tested the effects of a combination of Trastuzumab and MycB on cell migration and invasion. We found that MycB/ Trastuzumab combination treatments inhibited motility of SKOV3 cells to a greater degree than either treatment alone. Altogether, our results provide proof-of-principle that actin toxins such as MycB can be used as a novel class of warheads for ADCs to target and combat highly metastatic cancers.

Molecular characterization of complete and incomplete immunoglobulin heavy chain gene rearrangements in hairy cell leukemia.

PURPOSE: We analyzed patients with hairy cell leukemia (HCL) to achieve a better understanding of the differentiation stage reached by HCL cells and to define the key role of the diversification of cell surface makers, especially CD25 expression. PATIENTS AND METHODS: We analyzed 38 previously untreated patients with HCL to characterize their complete (VDJ(H)) and incomplete (DJ(H)) immunoglobulin (Ig) heavy chain (IgH) rearrangements, including somatic hypermutation pattern and gene segment use. RESULTS: A correlation between immunophenotypic profile and molecular data was seen. All 38 cases showed monoclonal amplifications: VDJ(H) in 97%, DJ(H) in 42%, and both in 39%. Segments from the D(H)3 family were used more in complete compared with incomplete rearrangements (45% vs. 12%; P <.005). Furthermore, comparison between molecular and immunophenotypic characteristics disclosed differences in the expression of CD25 antigen; CD25(-) cases, a phenotype associated with HCL variant, showed complete homology to the germline in 3 of 5 cases (60%), whereas this characteristic was never observed in CD25(+) cases (P <.005). Moreover, V(H)4-34, V(H)1-08, and J(H)3 segments appeared in 2, 1, and 2 CD25(-) cases, respectively, whereas they were absent in all CD25(+) cases. CONCLUSION: These results support that HCL is a heterogeneous entity including subgroups with different molecular characteristics, which reinforces the need for additional studies with a larger number of patients to clarify the real role of gene rearrangements in HCL.

Eph kinases and their ligands ephrins act in concert with sex hormones in regulating blood pressure

Les Erythropoietin-producing hepatocyte (EPH) sont la plus grande famille de récepteurs tyrosine kinase. Leurs ligands, les éphrines (EFNs), sont aussi des molécules exprimées à la surface cellulaire. Les EPH/EFNs sont impliqués dans de nombreux processus biologiques. L'hypertension artérielle (PA) est une maladie chronique qui, aujourd'hui, est devenue un problème médical critique dans le monde entier et un enjeu de santé publique. La découverte de nouvelles thérapeutiques de l'hypertension sont d'une grande importance pour la santé publique. Jusqu’à tout récemment, il existe seulement quelques études concernant le rôle de l’axe EPH/EFNs sur la fonction des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV). Dans nos études précédentes, nous avons montré qu'EPHB6 et EFNB1, de concert avec les hormones sexuelles, régulent la PA. Dans la présente étude, nous avons constaté que les différents membres de la famille EPH/EFN peuvent réguler soit positivement, soit négativement, la contractilité des CMLV et la PA: tandis que EPHB4 et EFNB2 appartiennent à la première catégorie, EFNB1, EFNB3 et EPHB6 appartiennent à la deuxième. In vivo, des souris males, mais non pas des femelles, porteuses d’une mutation EPHB4 (KO) spécifique du muscle lisse présentent une PA diminuée, comparée aux souris témoins (WT). Les CMLV de souris EPHB4 KO, en présence de testostérone, ont montré une contractilité réduite lors de la stimulation par la phényléphrine (PE). Au niveau moléculaire, la phosphorylation de la protéine kinase II dépendante de Ca2+/calmoduline et de la kinase de la chaine légère de la myosine (CLM) est augmentée, tandis que la phosphorylation de la kinase de la CLM est réduite dans les CMLV KO lors de la stimulation par PE, par rapport au WT CMLV. Cela fournit une base moléculaire à la réduction de la PA et de la contractilité des CMLV chez les souris EPHB4 KO. EFNB2 est le ligand majeur de l’EPHB4. Comme attendu, les souris EFNB2 KO spécifique du muscle lisse avaient un phénotype de PA semblable, quoique non identique, aux souris EPHB4 KO. Les souris mâles EFNB2 KO, mais pas femelles, sous régime régulier ou riche en sel, présentent une PA réduite, par rapport à leurs homologues WT. Au niveau cellulaire, les CMLV des souris KO ont montré une contractilité réduite lors de la stimulation par PE par rapport aux témoins WT. Une région de l’acide aminé (aa) 313 à l’aa 331 dans la partie intracellulaire d’EFNB2 est essentielle pour la signalisation inverse qui régule la contractilité des CMLV, selon des études de mutation-délétion. Dans une étude de génétique humaine, nous avons identifié, dans le gène EFNB2, six SNP qui étaient associées significativement au risque d'hypertension artérielle, de façon dépendante du sexe, ce qui corrobore nos résultats chez les souris. En revanche, la délétion du gène EFNB3 (KO) chez les souris femelles aboutit à une PA élevée et à une augmentation des résistances des petites artères in vivo, améliore la contractilité des petites artères ex-vivo et augmente la contractilité des CMLV in vitro. Les souris mâles KO ont une PA normale, mais la castration conduit à une augmentation significative de la PA dans les souris KO, mais pas dans les souris WT. Les CMLV des souris KO femelles ont montré une phosphorylation accrue de la CLM et une phosphorylation réduite de la kinase de la CLM, ce qui fournit à nouveau une base moléculaire aux phénotypes de PA et de contractilité des CMLV observés. Ce changement de signalisation est attribuable à une protéine adaptatrice Grip1. En effet, dans une étude d'association pan génomique par le Consortium International pour la Pression Sanguine, un SNP dans le gène GRIP1 a approché le seuil de significativité de la valeur p pour son association avec la pression diastolique. Nos recherches, pour la première fois, ont révélé que EPH/EFNs sont de nouveaux composants dans le système de régulation de la PA. Les membres de la famille EPH/EFN peuvent agir comme des forces Yin et Yang pour régler finement le tonus des vaisseaux pour assurer l'homéostasie de la PA et de sa régulation. Ces effets de EPH/EFNs dépendent du sexe et des niveaux d’hormones sexuelles. À partir de ces nouvelles connaissances, nous pourrions développer une nouvelle thérapie personnalisée pour l’hypertension artérielle, utilisant des antagonistes d'hormones sexuelles ou des thérapies de remplacement d'hormones sexuelles, selon les niveaux d'hormones sexuelles des patients et les mutations dans les gènes de l'EPH/EFN.

Rôle de la conformation des glycoprotéines de l’enveloppe du VIH-1 dans la réponse cytotoxique cellulaire dépendante des anticorps et impact des protéines virales Nef et Vpu

Alors que d’énormes efforts sont mis de l’avant pour mettre en place des stratégies thérapeutiques contre l’infection au VIH-1, il est nécessaire de mieux cerner les déterminants viraux qui aideront à l’efficacité de celles-ci. En ce sens, une volumineuse littérature scientifique suggère que les anticorps contre le VIH-1 possédant une capacité à induire une réponse effectrice dépendante de leur portion Fc puissent jouer un rôle important dans la prévention de l’infection et dans la progression de la maladie. Cependant, peu d’information est disponible concernant les déterminants reconnus par ces anticorps et comment le virus s’en protège. Le but des travaux présentés dans cette thèse est donc d’élucider les mécanismes viraux contrôlant la reconnaissance des cellules infectées par ces anticorps capables d’induire une réponse effectrice. De par les corrélats de protection identifiés au cours de l’essai vaccinal RV144, les travaux présentés ici se concentrent sur la réponse cytotoxique dépendante des anticorps (ADCC), puisqu’il s’agit d’une réponse effectrice suggérée pour avoir joué un rôle dans la protection observée dans le RV144, seul essai vaccinal anti-VIH à avoir démontré un certain degré de protection. De plus, plusieurs anticorps capables d’induire cette réponse contre le VIH sont connus pour reconnaître les glycoprotéines de surface du virus (Env) dans une conformation dite ouverte, c’est-à-dire la conformation adoptée lors de la liaison d’Env avec son récepteur CD4 (épitopes CD4i). Nous avons mis au point deux techniques in vitro permettant d’étudier ces changements de conformation ainsi que leur impact sur la réponse ADCC. Les techniques mises au point, un ÉLISA sur base cellulaire pour mesurer les changements de conformation d’Env ainsi que la mesure de la réponse ADCC par cytométrie en flux, nous ont permis de démontrer comment le virus empêche l’exposition des épitopes d’Env CD4i. L’activité simultanée des protéines accessoires virales Nef et Vpu sur le retrait du récepteur CD4 de la surface des cellules infectées et l’inhibition du facteur de restriction Tétherine / BST-2 par Vpu contrôlent à la fois les niveaux d’Env et de CD4 à la surface cellulaire et donc modulent l’interaction Env-CD4 et ultimement la susceptibilité à la réponse ADCC contre les épitopes CD4i reconnus par des anticorps hautement prévalents lors de l’infection au VIH. Également, nous démontrons comment de petits composés mimant la liaison de CD4 sur Env sont capables de forcer l’exposition des épitopes CD4i, même en présence des protéines Nef et Vpu, et donc d’augmenter la susceptibilité des cellules infectées à la réponse ADCC. Une autre découverte présentée ici est la démonstration que la portion soluble d’Env produite par les cellules infectées peut interagir avec le récepteur CD4 des cellules non-infectées avoisinantes et induire leur reconnaissance et élimination par la réponse ADCC contre Env. Somme toute, la modulation de la réponse ADCC par l’interaction Env–CD4 représente un important pilier de la relation hôte – pathogène du VIH-1 de la perspective des réponses Fc-dépendantes. Les travaux présentés dans cette thèse ont le potentiel d’être utilisés dans l’élaboration de nouvelles stratégies antivirales tout en élargissant les connaissances fondamentales de cette interaction hôte – pathogène.

Eph kinases and their ligands ephrins act in concert with sex hormones in regulating blood pressure

Les Erythropoietin-producing hepatocyte (EPH) sont la plus grande famille de récepteurs tyrosine kinase. Leurs ligands, les éphrines (EFNs), sont aussi des molécules exprimées à la surface cellulaire. Les EPH/EFNs sont impliqués dans de nombreux processus biologiques. L'hypertension artérielle (PA) est une maladie chronique qui, aujourd'hui, est devenue un problème médical critique dans le monde entier et un enjeu de santé publique. La découverte de nouvelles thérapeutiques de l'hypertension sont d'une grande importance pour la santé publique. Jusqu’à tout récemment, il existe seulement quelques études concernant le rôle de l’axe EPH/EFNs sur la fonction des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV). Dans nos études précédentes, nous avons montré qu'EPHB6 et EFNB1, de concert avec les hormones sexuelles, régulent la PA. Dans la présente étude, nous avons constaté que les différents membres de la famille EPH/EFN peuvent réguler soit positivement, soit négativement, la contractilité des CMLV et la PA: tandis que EPHB4 et EFNB2 appartiennent à la première catégorie, EFNB1, EFNB3 et EPHB6 appartiennent à la deuxième. In vivo, des souris males, mais non pas des femelles, porteuses d’une mutation EPHB4 (KO) spécifique du muscle lisse présentent une PA diminuée, comparée aux souris témoins (WT). Les CMLV de souris EPHB4 KO, en présence de testostérone, ont montré une contractilité réduite lors de la stimulation par la phényléphrine (PE). Au niveau moléculaire, la phosphorylation de la protéine kinase II dépendante de Ca2+/calmoduline et de la kinase de la chaine légère de la myosine (CLM) est augmentée, tandis que la phosphorylation de la kinase de la CLM est réduite dans les CMLV KO lors de la stimulation par PE, par rapport au WT CMLV. Cela fournit une base moléculaire à la réduction de la PA et de la contractilité des CMLV chez les souris EPHB4 KO. EFNB2 est le ligand majeur de l’EPHB4. Comme attendu, les souris EFNB2 KO spécifique du muscle lisse avaient un phénotype de PA semblable, quoique non identique, aux souris EPHB4 KO. Les souris mâles EFNB2 KO, mais pas femelles, sous régime régulier ou riche en sel, présentent une PA réduite, par rapport à leurs homologues WT. Au niveau cellulaire, les CMLV des souris KO ont montré une contractilité réduite lors de la stimulation par PE par rapport aux témoins WT. Une région de l’acide aminé (aa) 313 à l’aa 331 dans la partie intracellulaire d’EFNB2 est essentielle pour la signalisation inverse qui régule la contractilité des CMLV, selon des études de mutation-délétion. Dans une étude de génétique humaine, nous avons identifié, dans le gène EFNB2, six SNP qui étaient associées significativement au risque d'hypertension artérielle, de façon dépendante du sexe, ce qui corrobore nos résultats chez les souris. En revanche, la délétion du gène EFNB3 (KO) chez les souris femelles aboutit à une PA élevée et à une augmentation des résistances des petites artères in vivo, améliore la contractilité des petites artères ex-vivo et augmente la contractilité des CMLV in vitro. Les souris mâles KO ont une PA normale, mais la castration conduit à une augmentation significative de la PA dans les souris KO, mais pas dans les souris WT. Les CMLV des souris KO femelles ont montré une phosphorylation accrue de la CLM et une phosphorylation réduite de la kinase de la CLM, ce qui fournit à nouveau une base moléculaire aux phénotypes de PA et de contractilité des CMLV observés. Ce changement de signalisation est attribuable à une protéine adaptatrice Grip1. En effet, dans une étude d'association pan génomique par le Consortium International pour la Pression Sanguine, un SNP dans le gène GRIP1 a approché le seuil de significativité de la valeur p pour son association avec la pression diastolique. Nos recherches, pour la première fois, ont révélé que EPH/EFNs sont de nouveaux composants dans le système de régulation de la PA. Les membres de la famille EPH/EFN peuvent agir comme des forces Yin et Yang pour régler finement le tonus des vaisseaux pour assurer l'homéostasie de la PA et de sa régulation. Ces effets de EPH/EFNs dépendent du sexe et des niveaux d’hormones sexuelles. À partir de ces nouvelles connaissances, nous pourrions développer une nouvelle thérapie personnalisée pour l’hypertension artérielle, utilisant des antagonistes d'hormones sexuelles ou des thérapies de remplacement d'hormones sexuelles, selon les niveaux d'hormones sexuelles des patients et les mutations dans les gènes de l'EPH/EFN.

Rôle de la conformation des glycoprotéines de l’enveloppe du VIH-1 dans la réponse cytotoxique cellulaire dépendante des anticorps et impact des protéines virales Nef et Vpu

Alors que d’énormes efforts sont mis de l’avant pour mettre en place des stratégies thérapeutiques contre l’infection au VIH-1, il est nécessaire de mieux cerner les déterminants viraux qui aideront à l’efficacité de celles-ci. En ce sens, une volumineuse littérature scientifique suggère que les anticorps contre le VIH-1 possédant une capacité à induire une réponse effectrice dépendante de leur portion Fc puissent jouer un rôle important dans la prévention de l’infection et dans la progression de la maladie. Cependant, peu d’information est disponible concernant les déterminants reconnus par ces anticorps et comment le virus s’en protège. Le but des travaux présentés dans cette thèse est donc d’élucider les mécanismes viraux contrôlant la reconnaissance des cellules infectées par ces anticorps capables d’induire une réponse effectrice. De par les corrélats de protection identifiés au cours de l’essai vaccinal RV144, les travaux présentés ici se concentrent sur la réponse cytotoxique dépendante des anticorps (ADCC), puisqu’il s’agit d’une réponse effectrice suggérée pour avoir joué un rôle dans la protection observée dans le RV144, seul essai vaccinal anti-VIH à avoir démontré un certain degré de protection. De plus, plusieurs anticorps capables d’induire cette réponse contre le VIH sont connus pour reconnaître les glycoprotéines de surface du virus (Env) dans une conformation dite ouverte, c’est-à-dire la conformation adoptée lors de la liaison d’Env avec son récepteur CD4 (épitopes CD4i). Nous avons mis au point deux techniques in vitro permettant d’étudier ces changements de conformation ainsi que leur impact sur la réponse ADCC. Les techniques mises au point, un ÉLISA sur base cellulaire pour mesurer les changements de conformation d’Env ainsi que la mesure de la réponse ADCC par cytométrie en flux, nous ont permis de démontrer comment le virus empêche l’exposition des épitopes d’Env CD4i. L’activité simultanée des protéines accessoires virales Nef et Vpu sur le retrait du récepteur CD4 de la surface des cellules infectées et l’inhibition du facteur de restriction Tétherine / BST-2 par Vpu contrôlent à la fois les niveaux d’Env et de CD4 à la surface cellulaire et donc modulent l’interaction Env-CD4 et ultimement la susceptibilité à la réponse ADCC contre les épitopes CD4i reconnus par des anticorps hautement prévalents lors de l’infection au VIH. Également, nous démontrons comment de petits composés mimant la liaison de CD4 sur Env sont capables de forcer l’exposition des épitopes CD4i, même en présence des protéines Nef et Vpu, et donc d’augmenter la susceptibilité des cellules infectées à la réponse ADCC. Une autre découverte présentée ici est la démonstration que la portion soluble d’Env produite par les cellules infectées peut interagir avec le récepteur CD4 des cellules non-infectées avoisinantes et induire leur reconnaissance et élimination par la réponse ADCC contre Env. Somme toute, la modulation de la réponse ADCC par l’interaction Env–CD4 représente un important pilier de la relation hôte – pathogène du VIH-1 de la perspective des réponses Fc-dépendantes. Les travaux présentés dans cette thèse ont le potentiel d’être utilisés dans l’élaboration de nouvelles stratégies antivirales tout en élargissant les connaissances fondamentales de cette interaction hôte – pathogène.

REGULATION OF SHAPE DYNAMICS AND ACTIN POLYMERIZATION DURING COLLECTIVE CELL MIGRATION

This thesis aims to understand how cells coordinate their motion during collective migration. As previously shown, the motion of individually migrating cells is governed by wave-like cell shape dynamics. The mechanisms that regulate these dynamic behaviors in response to extracellular environment remain largely unclear. I applied shape dynamics analysis to Dictyostelium cells migrating in pairs and in multicellular streams and found that wave-like membrane protrusions are highly coupled between touching cells. I further characterized cell motion by using principle component analysis (PCA) to decompose complex cell shape changes into a serial shape change modes, from which I found that streaming cells exhibit localized anterior protrusion, termed front narrowing, to facilitate cell-cell coupling. I next explored cytoskeleton-based mechanisms of cell-cell coupling by measuring the dynamics of actin polymerization. Actin polymerization waves observed in individual cells were significantly suppressed in multicellular streams. Streaming cells exclusively produced F-actin at cell-cell contact regions, especially at cell fronts. I demonstrated that such restricted actin polymerization is associated with cell-cell coupling, as reducing actin polymerization with Latrunculin A leads to the assembly of F-actin at the side of streams, the decrease of front narrowing, and the decoupling of protrusion waves. My studies also suggest that collective migration is guided by cell-surface interactions. I examined the aggregation of Dictyostelim cells under distinct conditions and found that both chemical compositions of surfaces and surface-adhesion defects in cells result in altered collective migration patterns. I also investigated the shape dynamics of cells suspended on PEG-coated surfaces, which showed that coupling of protrusion waves disappears on touching suspended cells. These observations indicate that collective migration requires a balance between cell-cell and cell-surface adhesions. I hypothesized such a balance is reached via the regulation of cytoskeleton. Indeed, I found cells actively regulate cytoskeleton to retain optimal cell-surface adhesions on varying surfaces, and cells lacking the link between actin and surfaces (talin A) could not retain the optimal adhesions. On the other hand, suspended cells exhibited enhanced actin filament assembly on the periphery of cell groups instead of in cell-cell contact regions, which facilitates their aggregation in a clumping fashion.

Estudo do papel desempenhado pelo heterotetrâmero de anexina A2 em células de cancro da mama hipóxicas

Dissertação de Mestrado, Biologia Molecular e Microbiana, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014