RNAi-mediated knockdown of pituitary tumor- transforming gene-1 (PTTG1) suppresses the proliferation and invasive potential of PC3 human prostate cancer cells

Pituitary tumor-transforming gene-1 (PTTG1) is a proto-oncogene that promotes tumorigenesis and metastasis in numerous cell types and is overexpressed in a variety of human tumors. We have demonstrated that PTTG1 expression was up-regulated in both human prostate cancer specimens and prostate cancer cell lines. For a more direct assessment of the function of PTTG1 in prostate tumorigenesis, RNAi-mediated knockdown was used to selectively decrease PTTG1 expression in PC3 human prostate tumor cells. After three weeks of selection, colonies stably transfected with PTTG1-targeted RNAi (the knockdown PC3 cell line) or empty vector (the control PC3 cell line) were selected and expanded to investigate the role of PTTG1 expression in PC3 cell growth and invasion. Cell proliferation rate was significantly slower (28%) in the PTTG1 knockdown line after 6 days of growth as indicated by an MTT cell viability assay (P < 0.05). Similarly, a soft agar colony formation assay revealed significantly fewer (66.7%) PTTG1 knockdown PC3 cell colonies than control colonies after three weeks of growth. In addition, PTTG1 knockdown resulted in cell cycle arrest at G1 as indicated by fluorescence-activated cell sorting. The PTTG1 knockdown PC3 cell line also exhibited significantly reduced migration through Matrigel in a transwell assay of invasive potential, and down-regulation of PTTG1 could lead to increased sensitivity of these prostate cancer cells to a commonly used anticancer drug, taxol. Thus, PTTG1 expression is crucial for PC3 cell proliferation and invasion, and could be a promising new target for prostate cancer therapy.

Gene transfer of Chlorella vulgaris n-3 fatty acid desaturase optimizes the fatty acid composition of human breast cancer cells

Chlorella vulgaris has the gene of n-3 fatty acid desaturase (CvFad3), which can synthesize the precursor of n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs) or convert n-6 to n-3 PUFAs. The objective of the present study was to examine whether the CvFad3 gene from C. vulgaris can be functionally and efficiently expressed in human breast cancer cells and whether its expression can exert a significant effect on cell fatty acid composition. We inserted the CvFad3 gene into the plasmid pEGFP-C3 to construct the eukaryotic expression vector pEGFP-C3-n-3 and to express the n-3 Fad gene in human breast cancer cells (MCF-7 cells). Transfection of MCF-7 cells with the recombinant vector resulted in a high expression of n-3 fatty acid desaturase. Lipid analysis indicated that the ratio of n-6/n-3 PUFAs was decreased from 6:1 in the control cells to about 1:1 in the cells expressing the n-3 fatty acid desaturase. Accordingly, the CvFad3 gene significantly decreased the ratio of n-6/n-3 PUFAs of the MCF-7 cell membrane. The expression of the CvFad3 gene can decrease cell proliferation and promote cell apoptosis. This study demonstrates that the CvFad3 gene can dramatically balance the ratio of n-6/n-3 PUFAs and may provide an effective approach to the modification of the fatty acid composition of mammalian cells, also providing a basis for potential applications of its transfer in experimental and clinical settings.

Induced maturation of hepatic progenitor cellsin vitro

Hepatic progenitor cells (HPCs) are a potential cell source for liver cell transplantation but do not function like mature liver cells. We sought an effective and reliable method to induce HPC maturation. An immortalized HP14.5 albumin promoter-driven Gaussian luciferase (ALB-GLuc) cell line was established from HPCs isolated from fetal mouse liver of post coitus day 14.5 mice to investigate the effect of induction factors on ALB promoter. HP14.5 parental cells were cultured in DMEM with different combinations of 2% horse serum (HS), 0.1 µM dexamethasone (DEX), 10 ng/mL hepatic growth factor (HGF), and/or 20 ng/mL fibroblast growth factor 4 (FGF4). Trypan blue and crystal violet staining were used to assess cell proliferation with different induction conditions. Expression of hepatic markers was measured by semi-quantitative RT-PCR, Western blot, and immunofluorescence. Glycogen storage and metabolism were detected by periodic acid-Schiff and indocyanine green (ICG) staining. GLuc activity indicated ALB expression. The combination of 2% HS+0.1 µM Dex+10 ng/mL HGF+20 ng/mL FGF4 induced the highest ALB-GLuc activity. Cell proliferation decreased in 2% HS but increased by adding FGF4. Upon induction, and consistent with hepatocyte development, DLK, AFP, and CK19 expression decreased, while ALB, CK18, and UGT1A expression increased. The maturity markers tyrosine aminotransferase and apolipoprotein B were detected at days 3 and 6 post-induction, respectively. ICG uptake and glycogen synthesis were detectable at day 6 and increased over time. Therefore, we demonstrated that HPCs were induced to differentiate into functional mature hepatocytes in vitro, suggesting that factor-treated HPCs may be further explored as a means of liver cell transplantation.

Downregulation of survivin by siRNA inhibits invasion and promotes apoptosis in neuroblastoma SH-SY5Y cells

Neuroblastoma is a solid tumor that occurs mainly in children. Malignant neuroblastomas have a poor prognosis because conventional chemotherapeutic agents are not very effective. Survivin, a member of the inhibitor of the apoptosis protein family, plays a significant role in cell division, inhibition of apoptosis, and promotion of cell proliferation and invasion. Previous studies found that survivin is highly expressed in some malignant neuroblastomas and is correlated with poor prognosis. The aim of this study was to investigate whether survivin could serve as a potential therapeutic target of human neuroblastoma. We employed RNA interference to reduce survivin expression in the human neuroblastoma SH-SY5Y cell line and analyzed the effect of RNA interference on cell proliferation and invasion in vitro and in vivo. RNA interference of survivin led to a significant decrease in invasiveness and proliferation and increased apoptosis in SH-SY5Y cells in vitro. RNA interference of survivin inhibited tumor growth in vivo by 68±13% (P=0.002) and increased the number of apoptotic cells by 9.8±1.2% (P=0.001) compared with negative small interfering RNA (siRNA) treatment controls. Moreover, RNA interference of survivin inhibited the formation of lung metastases by 92% (P=0.002) and reduced microvascular density by 60% (P=0.0003). Survivin siRNA resulted in significant downregulation of survivin mRNA and protein expression both in vitro and in vivo compared with negative siRNA treatment controls. RNA interference of survivin was found to be a potent inhibitor of SH-SY5Y tumor growth and metastasis formation. These results support further clinical development of RNA interference of survivin as a treatment of neuroblastoma and other cancer types.

Cell cycle synchronization and BrdU incorporation as a tool to study the possible selective elimination of ErbB1 gene in the micronuclei in A549 cells

Lung cancer often exhibits molecular changes, such as the overexpression of the ErbB1 gene that encodes epidermal growth factor receptor (EGFR). ErbB1 amplification and mutation are associated with tumor aggressiveness and low response to therapy. The aim of the present study was to design a schedule to synchronize the cell cycle of A549 cell line (a non-small cell lung cancer) and to analyze the possible association between the micronuclei (MNs) and the extrusion of ErbB1 gene extra-copies. After double blocking, by the process of fetal bovine serum deprivation and vincristine treatment, MNs formation was monitored with 5-bromo-2-deoxyuridine (BrdU) incorporation, which is an S-phase marker. Statistical analyses allowed us to infer that MNs may arise both in mitosis as well as in interphase. The MNs were able to replicate their DNA and this process seemed to be non-synchronous with the main cell nuclei. The presence of ErbB1 gene in the MNs was evaluated by fluorescent in situ hybridization (FISH). ErbB1 sequences were detected in the MNs, but a relation between the MNs formation and extrusion of amplified ErbB1could not be established. The present study sought to elucidate the meaning of MNs formation and its association with the elimination of oncogenes or other amplified sequences from the tumor cells.

Development of packaging cell lines for rescuing BAV2 viral vectors

The construction of adenovirus vectors for cloning and foreign gene expression requires packaging cell lines that can complement missing viral functions caused by sequence deletions and/or replacement with foreign DNA sequences. In this study, packaging cell lines were designed to provide in trans the missing bovine adenovirus functions, so that recombinant viruses could be generated. Fetal bovine kidney and lUng cells, acquired at the trimester term from a pregnant cow, were tranfected with both digested wild type BAV2 genomic DNA and pCMV-EI. The plasmid pCMV-EI was specifically constructed to express El of BAV2 under the control of the cytomegalovirus enhancer/promoter (CMV). Selection for "true" transformants by continuous passaging showed no success in isolating immortalised cells, since the cells underwent crisis resulting in complete cell death. Moreover, selection for G418 resistance, using the same cells, also did not result in the isolation of an immortalised cell line and the same culture-collapse event was observed. The lack of success in establishing an immortalised cell line from fetal tissue prompted us to transfect a pre-established cell line. We began by transfecting MDBK (Mardin-Dardy bovine kidney) cells with pCMV-El-neo, which contain the bacterial selectable marker neo gene. A series of MDBK-derived cell lines, that constitutively express bovine adenoviral (BAV) early region 1 (El), were then isolated. Cells selected for resistance to the drug G418 were isolated collectively for full characterisation to assess their suitability as packaging cell lines. Individual colonies were isolated by limiting dilution and further tested for El expression and efficiency of DNA uptake. Two cell lines, L-23 and L-24, out of 48 generated foci tested positive for £1 expression using Northern Blot analysis. DNA uptake studies, using both lipofectamine and calcium phosphate methods, were performed to compare these cells, their parental MDBK cells, 8 and the unrelated human 293 cells as a benchmark. The results revealed that the new MDBKderived clones were no more efficient than MDBK cells in the transient expression of transfected DNA and that they were inferior to 293 cells, when using lacZ as the reporter gene. In view of the inherently poor transfection efficiency of MDBK cells and their derivatives, a number of other bovine cells were investigated for their potential as packaging cells. The cell line CCL40 was chosen for its high efficiency in DNA uptake and subsequently transfected with the plasmid vector pCMV El-neo. By selection with the drug G418, two cell lines were isolated, ProCell 1 and ProCell 2. These cell lines were tested for El expression, permissivity to BAV2 and DNA uptake efficiency, revealing a DNA uptake efficiency of 37 % , comparable to that of CCL40. Attempts to rescue BAV2 mutants carrying the lacZ gene in place of £1 or £3 were carried out by co-transfecting wild type viral DNA with either the plasmid pdlElE-Z (which contains BAV2 sequences from 0% to 40.4% with the lacZ gene in place of the £1 region from 1.1% to 8.25%) or with the plasmid pdlE3-5-Z (which contains BAV2 sequences from 64.8% to 100% with the lacZ gene in place of the E3 region from 75.8% to 81.4%). These cotransfections did not result in the generation of a viral mutant. The lack of mutant generation was thought to be caused by the relative inefficiency ofDNA uptake. Consequently, cosBAV2, a cosmid vector carrying the BAV2 genome, was modified to carry the neo reporter gene in place of the £3 region from 75.8% to 81.4%. The use of a single cosmid vector earring the whole genome would eliminate the need for homologous recombination in order to generate a viral vector. Unfortunately, the transfection of cosBAV2- neo also did not result in the generation of a viral mutant. This may have been caused by the size of the £3 deletion, where excess sequences that are essential to the virus' survival might have been deleted. As an extension to this study, the spontaneous E3 deletion, accidently discovered in our viral stock, could be used as site of foreign gene insertion.

Couplage du récepteur à sept domaines transmembranaires GABA-B1 aux voies intracellulaires de signalisation en absence de GABA-B2

Le GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur du SNC et est impliqué dans le développement du cerveau, la plasticité synaptique et la pathogénèse de maladies telles que l’épilepsie, les troubles de l’anxiété et la douleur chronique. Le modèle actuel de fonctionnement du récepteur GABA-B implique l’hétérodimérisation GABA-B1/B2, laquelle est requise au ciblage à la surface membranaire et au couplage des effecteurs. Il y est cependant des régions du cerveau, des types cellulaires et des périodes du développement cérébral où la sous-unité GABA-B1 est exprimée en plus grande quantité que GABA-B2, ce qui suggère qu’elle puisse être fonctionnelle seule ou en association avec des partenaires inconnus, à la surface cellulaire ou sur la membrane réticulaire. Dans le cadre de cette thèse, nous montrons la capacité des récepteurs GABA-B1 endogènes à activer la voie MAPK-ERK1/2 dans la lignée dérivée de la glie DI-TNC1, qui n’exprime pas GABA-B2. Les mécanismes qui sous-tendent ce couplage demeurent mal définis mais dépendent de Gi/o et PKC. L’immunohistochimie de récepteurs endogènes montre par ailleurs que des anticorps GABA-B1 dirigés contre la partie N-terminale reconnaissent des protéines localisées au RE tandis des anticorps C-terminaux (CT) marquent une protéine intranucléaire. Ces données suggèrent que le domaine CT de GABA-B1 pourrait être relâché par protéolyse. L’intensité des fragments potentiels est affectée par le traitement agoniste tant en immunohistochimie qu’en immunobuvardage de type western. Nous avons ensuite examiné la régulation du clivage par le protéasome en traitant les cellules avec l’inhibiteur epoxomicine pendant 12 h. Cela a résulté en l’augmentation du marquage intranucléaire de GABA-B1-CT et d’un interacteur connu, le facteur de transcription pro-survie ATF-4. Dans des cellules surexprimant GABA-B1-CT, l’induction et la translocation nucléaire d’ATF-4, qui suit le traitement epoxomicine, a complètement été abolie. Cette observation est associée à une forte diminution du décompte cellulaire. Étant donné que les trois derniers résidus de GABA-B1-CT (LYK) codent un ligand pseudo-PDZ et que les protéines à domaines PDZ sont impliquées dans la régulation du ciblage nucléaire et de la stabilité de protéines, en complément de leur rôle d’échaffaud à la surface cellulaire, nous avons muté les trois derniers résidus de GABA-B1-CT en alanines. Cette mutation a complètement annulé les effets de GABA-B1-CT sur l’induction d’ATF-4 et le décompte cellulaire. Cette deuxième série d’expériences suggère l’existence possible de fragments GABA-B1 intranucléaires régulés par le traitement agoniste et le protéasome dans les cellules DI-TNC1. Cette régulation d’ATF-4 dépend des résidus LYK de GABA-B1-CT, qui modulent la stabilité de GABA-B1-CT et favorisent peut-être la formation d’un complexe multiprotéique incluant GABA-B1-CT, ATF-4, de même qu’une protéine d’échaffaudage inconnue. En somme, nous démontrons que les sous-unités GABA-B1 localisées au RE, lorsque non-hétérodimérisées avec GABA-B2, demeurent capables de moduler les voies de signalisation de la prolifération, la différentiation et de la survie cellulaire, via le couplage de protéines G et possiblement la protéolyse régulée. Les mécanismes de signalisation proposés pourraient servir de nouvelle plate-forme dans la compréhension des actions retardées résultant de l’activation des récepteurs 7-TMs.

Contrôle de l'expression de la protéine PHEX et rôle de PHEX et FGF23 dans la minéralisation par les cellules MC3T3

PHEX est une protéine importante dans le processus de minéralisation osseuse. Des mutations ou la délétion d’une partie de ce gène causent l’hypophosphatémie liée au chromosome X (XLH). Cette maladie est caractérisée par une hypophosphatémie, accompagnée de défauts de minéralisation, de rachitisme et de lésions ostéomalaciques. Avec l’hypophosphatémie, les taux circulants de vitamine D devraient être augmentés, ce qui n’est pas le cas d’où une régulation anormale de la production de vitamine D a lieu. Cependant, malgré le fait que cette protéine soit une peptidase, aucun substrat physiologique n’a encore été répertorié pour PHEX. PHEX est une protéine membranaire de type II de la famille M13 des métalloendopeptidases à zinc possédant un court domaine N-terminal cytosolique, un segment transmembrannaire d’environ 20 acides aminés et une large portion C-terminale extracellulaire où se trouve le site actif de l’enzyme. PHEX est exprimée de façon majoritaire dans les os et dans les dents et elle apparaît à l’initiation de la minéralisation. Les patients souffrant de XLH et la souris Hyp, qui est un modèle animal de la maladie humaine, montrent des quantités importantes de la protéine FGF23. De plus, FGF23 est impliqué dans une autre maladie reliée au métabolisme du phosphate, l’hypophosphatémie rachitique autosomale dominante (ADHR) où des mutations de FGF23 causent sensiblement les mêmes symptômes que XLH. FGF23 est produit principalement par les ostéoblastes et les ostéocytes. FGF23 cause une hypophosphatémie par la diminution de l’expression du cotransporteur NaPi de type II, responsable de la réabsorption du phosphate rénal. L’hypothèse proposée dans la littérature serait que PHEX activerait ou inactiverait des peptides importants pour la minéralisation osseuse. Plus spécifiquement, l’activation ou l’inactivation de ces peptides aurait pour rôle de réguler les quantités de FGF23. Selon l’hypothèse mentionnée précédemment, la régulation de PHEX pourrait donc avoir un effet sur la minéralisation. Une quantité croissante de données sur la régulation de PHEX sont maintenant disponibles. Par exemple, la vitamine D diminue l’expression de PHEX tandis que les glucocorticoïdes et l’hormone de croissance augmentent son expression. Dans une première étude, nous avons voulu déterminer si un peptide relié à la minéralisation osseuse, le PTHrP1-34, pouvait réguler l’expression de PHEX. Nous avons déterminé que le PTHrP1-34 peut réguler de façon négative l’expression de PHEX dans les cellules UMR-106, une lignée cellulaire ostéoblastique. Cette régulation passe par la voie de l’AMPc/protéine kinase A. De plus, cette diminution d’expression est également observée au jour 7 dans des cultures primaires d’ostéoblastes de rat en minéralisation. Par la suite, nous avons étudié un mutant de PHEX, le mutant E4Q retrouvé chez un patient souffrant de XLH, où la mutation se retrouve dans le domaine cytosolique de PHEX. Cette mutation n’interfère pas avec le site catalytique de l’enzyme puisque ce mutant de PHEX peut tout aussi bien cliver un substrat synthétique que la protéine sauvage. Il a été déterminé que cette mutation annule un motif di-acide. Nous avons démontré que ce motif di-acide est responsable de la liaison de PHEX à COPII, responsable de la formation de vésicules de sécrétion. De plus, il semblerait que ce motif soit important, probablement par son interaction avec COPII, à l’incorporation de PHEX dans des vésicules de calcification, lesdites vésicules étant importantes dans le processus de minéralisation. Finalement, des essais de compétitions ont démontré que la minéralisation pouvait être perturbée lorsque l’on surexprimait la queue cytosolique sauvage de PHEX, contrairement à la queue mutée. Ceci suggère possiblement que l’interaction avec COPII menant à l’incorporation de PHEX dans les vésicules de calcification ou d’autres protéines comprenant de tels motifs pourrait être importante pour la minéralisation. Finalement, la dernière étude porte sur la protéine FGF23. Nous avons démontré, par la surexpression de FGF23 dans la lignée MC3T3 d’ostéoblastes de souris, que cette surexpression a un effet sur la sénescence de ces cellules. En effet, des essais de sénescence ont montré l’augmentation de celle-ci lorsque FGF23 est surexprimé. Par contre, la prolifération n’est pas altérée. De plus, il semblerait que la différenciation soit plus rapide, tel qu’observé par une minéralisation survenant plus tôt, mais n’étant pas plus importante. Bref, la surexpression de FGF23 semblerait faire en sorte que les ostéoblastes se différencient plus rapidement et passent donc à un état de sénescence prématuré comparativement aux cellules sauvages. Ceci est en accord avec la littérature où KLOTHO, un cofacteur de FGF23 permettant sa liaison avec une plus grande affinité sur son récepteur, lorsqu’inactivé démontre un phénotype similaire au vieillissement incluant un phénotype de sénescence.

Semisynthetic aminoglycoside antibiotics : toward biomimetic synthesis, evasion of bacterial resistance and reduced toxicity

Les antibiotiques aminoglycosidiques sont des agents bactéricides de grande valeur et d’efficacité à large spectre contre les pathogènes Gram-positifs et Gram-négatifs, dont plusieurs membres naturels et semisynthétiques sont importants dans l’histoire clinique depuis 1950. Des travaux crystallographiques sur le ribosome, récompensés par le prix Nobel, ont démontré comment leurs diverses structures polyaminées sont adaptées pour cibler une hélice d’ARN dans le centre de codage de la sous-unité 30S du ribosome bactérien. Leur interférence avec l’affinité et la cinétique des étapes de sélection et vérification des tARN induit la synthèse de protéines à basse fidélité, et l’inhibition de la translocation, établissant un cercle vicieux d’accumulation d’antibiotique et de stress sur la membrane. En réponse à ces pressions, les pathogènes bactériens ont évolué et disséminé une panoplie de mécanismes de résistance enzymatiques et d’expulsion : tels que les N acétyltransférases, les O phosphotransférases et les O nucleotidyltransférases qui ciblent les groupements hydroxyle et amino sur le coeur des aminoglycosides; des méthyl-transférases, qui ciblent le site de liaison ribosomale; et des pompes d’expulsion actives pour l’élimination sélective des aminoglycosides, qui sont utilisés par les souches Gram-négatives. Les pathogènes les plus problématiques, qui présentent aujourd’hui une forte résilience envers la majorité des classes d’antibiotiques sur le bord de la pan-résistance ont été nommés des bactéries ESKAPE, une mnémonique pour Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa et Enterobacteriaceae. La distribution globale des souches avec des mécanismes de résistance envers les standards cliniques aminoglycosides, tels que la tobramycine, l’amikacine et la gentamicine, est comprise entre 20 et 60% des isolées cliniques. Ainsi, les aminoglycosides du type 4,6-disubstitués-2-deoxystreptamine sont inadéquats comme thérapies anti-infectieuses à large spectre. Cependant, la famille des aminoglycosides 4,5-disubstitués, incluant la butirosine, la neomycine et la paromomycine, dont la structure plus complexe, pourrait constituter une alternative. Des collègues dans le groupe Hanessian et collaborateurs d’Achaogen Inc. ont démontré que certains analogues de la paraomomycine et neomycine, modifiés par désoxygénation sur les positions 3’ et 4’, et par substitution avec la chaîne N1-α-hydroxy-γ-aminobutyramide (HABA) provenant de la butirosine, pourrait produire des antibiotiques très prometteurs. Le Chapitre 4 de cette dissertation présente la conception et le développement d’une stratégie semi-synthétique pour produire des nouveaux aminoglycosides améliorés du type 4,5 disubstitués, inspiré par des modifications biosynthétiques de la sisomicine, qui frustrent les mécanismes de résistance bactérienne distribuées globalement. Cette voie de synthèse dépend d’une réaction d’hydrogénolyse de type Tsuji catalysée par palladium, d’abord développée sur des modèles monosaccharides puis subséquemment appliquée pour générer un ensemble d’aminoglycosides hybrides entre la neomycine et la sisomicine. Les études structure-activité des divers analogues de cette nouvelle classe ont été évaluées sur une gamme de 26 souches bactériennes exprimant des mécanismes de résistance enzymatique et d’expulsion qui englobe l’ensemble des pathogènes ESKAPE. Deux des antibiotiques hybrides ont une couverture antibacterienne excellente, et cette étude a mis en évidence des candidats prometteurs pour le développement préclinique. La thérapie avec les antibiotiques aminoglycosidiques est toujours associée à une probabilité de complications néphrotoxiques. Le potentiel de toxicité de chaque aminoglycoside peut être largement corrélé avec le nombre de groupements amino et de désoxygénations. Une hypothèse de longue date dans le domaine indique que les interactions principales sont effectuées par des sels des groupements ammonium, donc l’ajustement des paramètres de pKa pourrait provoquer une dissociation plus rapide avec leurs cibles, une clairance plus efficace et globalement des analogues moins néphrotoxiques. Le Chapitre 5 de cette dissertation présente la conception et la synthèse asymétrique de chaînes N1 HABA β substitutées par mono- et bis-fluoration. Des chaînes qui possèdent des γ-N pKa dans l’intervalle entre 10 et 7.5 ont été appliquées sur une neomycine tétra-désoxygénée pour produire des antibiotiques avancés. Malgré la réduction considérable du γ N pKa, le large spectre bactéricide n’a pas été significativement affecté pour les analogues fluorés isosteriques. De plus, des études structure-toxicité évaluées avec une analyse d’apoptose propriétaire d’Achaogen ont démontré que la nouvelle chaîne β,β difluoro-N1-HABA est moins nocive sur un modèle de cellules de rein humain HK2 et elle est prometteuse pour le développement d’antibiotiques du type neomycine avec des propriétés thérapeutiques améliorées. Le chapitre final de cette dissertation présente la proposition et validation d’une synthèse biomimétique par assemblage spontané du aminoglycoside 66-40C, un dimère C2 symétrique bis-imine macrocyclique à 16 membres. La structure proposée du macrocycle a été affinée par spectroscopie nucléaire à un système trans,trans-bis-azadiène anti-parallèle. Des calculs indiquent que l’effet anomérique de la liaison α glycosidique entre les anneaux A et B fournit la pré-organisation pour le monomère 6’ aldéhydo sisomicine et favorise le produit macrocyclique observé. L’assemblage spontané dans l’eau a été étudié par la dimérisation de trois divers analogues et par des expériences d’entre croisement qui ont démontré la généralité et la stabilité du motif macrocyclique de l'aminoglycoside 66-40C.

Le peptide natriurétique auriculaire induit la différenciation cardiaque dans les cellules souches embryonnaires carcinomateuses de souris P19

Traditionnellement associée à la reproduction féminine, l'ocytocine (OT), une hormone peptidique synthétisée par les noyaux paraventriculaire et supraoptique de l'hypothalamus et sécrétée par l'hypophyse postérieure (neurohypophyse), a été récemment revue et a été démontrée avoir plusieurs nouveaux rôles dans le système cardio-vasculaire. En effet, notre laboratoire a montré que l’OT peut induire la différenciation des cellules souches embryonnaires (CSE) en cardiomyocytes (CM) fonctionnels. À l’aide du modèle cellulaire embryonnaire carcinomateux de souris P19, il a été démontré que ce processus survenait suite à la libération de la guanosine monophosphate cyclique (GMPc) dépendante du monoxyde d’azote. De même, il est connu que le peptide natriurétique auriculaire (ANP), un peptide produit, stocké et sécrété par les myocytes cardiaques, peut aussi induire la production du GMPc. De nombreuses études ont démontré que le cœur ayant subi un infarctus pouvait être régénéré à partir d’une population isolée de cellules souches et progénitrices transplantées. Une de ces populations de cellules, fréquemment isolées à partir d'organes provenant d'animaux aux stades de développement embryonnaire et adulte, appelée « Side Population » (SP), sont identifiées par cytométrie en flux (FACS) comme une population de cellules non marquées par le colorant fluorescent Hoechst 33342 (Ho). Les cellules SP expriment des protéines de transport spécifiques, de la famille ATP-binding cassette, qui ont pour rôle de transporter activement le colorant fluorescent Ho de leur cytoplasme. La sous-population de cellules SP isolée du cœur affiche un potentiel de différenciation cardiaque amélioré en réponse à un traitement avec l’OT. Récemment, l'hétérogénéité phénotypique et fonctionnelle des CSE a été mise en évidence, et cela a été corrélé avec la présence de sous-populations cellulaires ressemblant beaucoup aux cellules SP issues du cœur. Puisque l’ANP peut induire la production du GMPc et qu’il a été démontré que la différenciation cardiaque était médiée par la production du GMPc, alors nous émettons l'hypothèse selon laquelle l’ANP pourrait induire la différenciation cardiaque. Étant donné que les CSE sont composés d’un mélange de différents types cellulaires alors nous émettons aussi l’hypothèse selon laquelle l’utilisation d’une sous-population de CSE plus homogène renforcerait le potentiel de différenciation de l'ANP. Méthodes : Les SP ont été isolées des cellules P19 par FACS en utilisant la méthode d’exclusion du colorant fluorescent Ho. Puis, leur phénotype a été caractérisé par immunofluorescence (IF) pour les marqueurs de l’état indifférencié, d’auto-renouvellement et de pluripotence octamer-binding transcription factor 4 (OCT4) et stage-specific embryonic antigen-1 (SSEA1). Ensuite, la dose pharmacologique optimale d’ANP a été déterminée via des tests de cytotoxicité sur des cellules P19 (MTT assay). Pour induire la différenciation en cardiomyocytes, des cellules à l’état de sphéroïdes ont été formées à l’aide de la technique du « Hanging-Drop » sous la stimulation de l’ANP pendant 5 jours. Puis, des cryosections ont été faites dans les sphéroïdes afin de mettre en évidence la présence de marqueurs de cellules cardiaques progénitrices tels que GATA4, Nkx2.5 et un marqueur mitochondrial spécifique Tom22. Ensuite, les cellules SP P19 ont été stimulées dans les sphéroïdes cellulaires par le traitement avec de l'ANP (10-7 M) ou de l’OT (10-7 M), de l’antagoniste spécifique du guanylate cyclase particulé (GCp) A71915 (10-6 M), ainsi que la combinaison des inducteurs OT+ANP, OT+A71915, ANP+A71915. Après la mise en culture, la différenciation en cardiomyocytes a été identifié par l’apparition de colonies de cellules battantes caractéristiques des cellules cardiaques, par la détermination du phénotype cellulaire par IF, et enfin par l’extraction d'ARN et de protéines qui ont été utilisés pour le dosage du GMPc par RIA, l’expression des ARNm par RT-PCR et l’expression des protéines par immunobuvardage de type western. Résultats : Les sphéroïdes obtenus à l’aide de la technique du « Hanging-Drop » ont montré une hausse modeste de l’expression des ARNm suivants : OTR, ANP et GATA4 comparativement aux cellules cultivées en monocouches. Les sphéroïdes induits par l’ANP ont présenté une augmentation significative des facteurs de transcription cardiaque GATA4 et Nkx2.5 ainsi qu’un plus grand nombre de mitochondries caractérisé par une plus grande présence de Tom22. De plus, L’ANP a induit l’apparition de colonies de cellules battantes du jour 7 (stade précoce) au jour 14 (stade mature) de façon presque similaire à l’OT. Cependant, la combinaison de l’ANP avec l’OT n’a pas induit de colonies de cellules battantes suggérant un effet opposé à celui de l’OT. Par IF, nous avons quantifié (nombre de cellules positives) et caractérisé, du jour 6 au jour 14 de différenciation, le phénotype cardiaque de nos cellules en utilisant les marqueurs suivants : Troponine T Cardiaque, ANP, Connexines 40 et 43, l’isoforme ventriculaire de la chaîne légère de myosine (MLC-2v), OTR. Les SP différenciées sous la stimulation de l’ANP ont montré une augmentation significative du GMPc intracellulaire comparé aux cellules non différenciées. À notre grande surprise, l’antagoniste A71915 a induit une plus grande apparition de colonies de cellules battantes comparativement à l’OT et l’ANP à un jour précoce de différenciation cardiaque et l’ajout de l’OT ou de l’ANP a potentialisé ses effets, augmentant encore plus la proportion de colonies de cellules battantes. De plus, la taille des colonies de cellules battantes était encore plus importante que sous la simple stimulation de l’OT ou de l’ANP. Les analyses radioimmunologiques dans les cellules SP P19 stimulés avec l’ANP, A71915 et la combinaison des deux pendant 15min, 30min et 60min a montré que l’ANP stimule significativement la production du GMPc, cependant A71915 n’abolit pas les effets de l’ANP et celui-ci au contraire stimule la production du GMPc via des effets agonistes partiels. Conclusion : Nos résultats démontrent d’une part que l’ANP induit la différenciation des cellules SP P19 en CM fonctionnels. D’autre part, il semblerait que la voie de signalisation NPRA-B/GCp/GMPc soit impliquée dans le mécanisme de différenciation cardiaque puisque l’abolition du GMPc médiée par le GCp potentialise la différenciation cardiaque et il semblerait que cette voie de signalisation soit additive de la voie de signalisation induite par l’OT, NO/GCs/GMPc, puisque l’ajout de l’OT à l’antagoniste A71915 stimule plus fortement la différenciation cardiaque que l’OT ou l’A71915 seuls. Cela suggère que l’effet thérapeutique des peptides natriurétiques observé dans la défaillance cardiaque ainsi que les propriétés vasodilatatrices de certains antagonistes des récepteurs peptidiques natriurétiques inclus la stimulation de la différenciation des cellules souches en cardiomyocytes. Cela laisse donc à penser que les peptides natriurétiques ou les antagonistes des récepteurs peptidiques natriurétiques pourraient être une alternative très intéressante dans la thérapie cellulaire visant à induire la régénération cardiovasculaire.

Protective signaling of oxytocin in an in vitro model of myocardial ischemia - reperfusion

Introduction : La prévention de la mort de cellules cardiaques contractiles suite à un épisode d'infarctus du myocarde représente le plus grand défi dans la récupération de la fonction cardiaque. On a démontré à maintes reprises que l'ocytocine (OT), l'hormone bien connue pour ses rôles dans le comportement social et reproductif et couramment utilisée dans l’induction de l’accouchement, diminue la taille de l'infarctus et améliore la récupération fonctionnelle du myocarde blessé. Les mécanismes de cette protection ne sont pas totalement compris. Objectif : Étudier les effets d'un traitement avec de l'ocytocine sur des cardiomyocytes isolés en utilisant un modèle in vitro qui simule les conditions d'un infarctus du myocarde. Méthodes : La lignée cellulaire myoblastique H9c2 a été utilisée comme modèle de cardiomyocyte. Pour simuler le dommage d'ischémie-reperfusion (IR), les cellules ont été placées dans un tampon ischémique et incubées dans une chambre anoxique pendant 2 heures. La reperfusion a été accomplie par la restauration du milieu de culture régulier dans des conditions normales d'oxygène. L'OT a été administrée en présence ou en absence d'inhibiteurs de kinases connues pour être impliquées dans la cardioprotection. La mortalité cellulaire a été évaluée par TUNEL et l'activité mitochondriale par la production de formazan pendant 1 à 4 heures de reperfusion. La microscopie confocale a servie pour localiser les structures cellulaires. Résultats : Le modèle expérimental de l'IR dans les cellules H9c2 a été caractérisé par une diminution dans la production de formazan (aux alentours de 50 à 70 % du groupe témoin, p < 0.001) et par l'augmentation du nombre de noyaux TUNEL-positif (11.7 ± 4.5% contre 1.3 ± 0.7% pour le contrôle). L'addition de l'OT (10-7 a 10-9 M) au commencement de la reperfusion a inversé les effets de l'IR jusqu'aux niveaux du contrôle (p < 0.001). L'effet protecteur de l'OT a été abrogé par : i) un antagoniste de l'OT ; ii) le knockdown de l'expression du récepteur à l'OT induit par le siRNA ; iii) la wortmannin, l'inhibiteur de phosphatidylinositol 3-kinases ; iv) KT5823, l'inhibiteur de la protéine kinase dépendante du cGMP (PKG); v) l'ODQ, un inhibiteur du guanylate cyclase (GC) soluble, et A71915, un antagoniste du GC membranaire. L'analyse confocale des cellules traitées avec OT a révélé la translocation du récepteur à l'OT et la forme phosphorylée de l'Akt (Thr 308, p-Akt) dans le noyau et dans les mitochondries. Conclusions : L'OT protège directement la viabilité des cardiomyocytes, lorsqu'elle est administrée au début de la reperfusion, par le déclenchement de la signalisation du PI3K, la phosphorylation de l'Akt et son trafic cellulaire. La cytoprotection médiée par l'OT implique la production de cGMP par les deux formes de GC.

Rôle des récepteurs Toll-like et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la régulation de l’hepcidine et le développement des hyposidérémies associées à l’inflammation

Le fer est un oligo-élément nécessaire pour le fonctionnement normal de toutes les cellules de l'organisme et joue un rôle essentiel dans de nombreuses fonctions biologiques. Cependant, le niveau de fer dans le corps doit être bien réglé, sinon la carence en fer entraine des divers états pathologiques tels que l'anémie et la diminution de l’immunité. D'autre part, une surcharge en fer potentialise la multiplication des germes, aggrave l’infection et la formation de radicaux libres ayant des effets toxiques sur les cellules et leurs composants, ce qui favorise les maladies cardio-vasculaires, l'inflammation et le cancer. L'hepcidine (HAMP), un régulateur négatif de l'absorption du fer, induit la dégradation de la ferroportine (FPN), le seul exportateur connu de fer ce qui réduit sa libération par les macrophages et inhibe son absorption gastro-intestinale. HAMP est synthétisé principalement par les hépatocytes, mais aussi par les macrophages. Cependant, il y a très peu de données sur la façon dont HAMP est régulé au niveau des macrophages. Plus récemment, nous avons constaté que l’induction de l’hepcidin dans le foie par le polysaccharide (LPS) est dépendante de la voie de signalisation médiée par « Toll-like receptor 4 » (TLR4). Grâce au TLR4, le LPS induit l'activation des macrophages qui sécrètent de nombreuses différentes cytokines inflammatoires, y compris Interleukine 6 (IL-6), responsable de l'expression de HAMP hépatique. Dans le premier chapitre de la présente étude, nous avons étudié la régulation de HAMP dans la lignée cellulaire macrophagique RAW264.7 et dans les macrophages péritonéaux murins stimulés par différents ligands des TLRs. Nous avons constaté que TLR2 et TLR4 par l'intermédiaire de la protéine adaptatrice « myeloid differentiation primary response gene 88 » (MyD88) activent l'expression de HAMP dans les cellules RAW264.7 et les macrophages péritonéaux sauvages murins, tandis que cette expression a été supprimée dans les macrophages isolés des souris TLR2-/-, TLR4-déficiente ou MyD88-/-. En outre, nous avons constaté que la production d'IL-6 par les cellules RAW264.7 stimulées avec du LPS a été renforcée par l’ajout des quantités élevées de fer dans le milieu de culture. Au cours de l’inflammation, le niveau de HAMP est fortement augmenté. Ainsi, lorsque l'inflammation persiste, l’expression de HAMP continue à être activée par des cytokines pro-inflammatoires conduisant à une hyposidérémie. Malgré que cette dernière soit considérée comme une défense de l'hôte pour priver les micro-organismes de fer, celle ci cause un développement d'anémies nommées anémies des maladies chroniques. Ainsi, dans le deuxième chapitre de la présente étude, nous avons étudié l'implication des TLRs et leurs protéines adaptatrices MyD88 et TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β (TRIF) dans le développement des hyposidérémies. En utilisant des souris déficientes en MyD88 et TRIF, nous avons montré que les voies de signalisations MyD88 et TRIF sont essentielles pour l’induction de HAMP par le LPS. Malgré l'absence de HAMP, les souris déficientes ont été capables de développer une hyposidérémie, mais la réponse des souris déficientes en MyD88 a été très légère, ce qui indique l'exigence de cette protéine pour assurer une réponse maximale au LPS. En outre, nous avons constaté que la signalisation MyD88 est nécessaire pour le stockage du fer au niveau de la rate, ainsi que l'induction de lipocaline 2 (LCN2), qui est une protéine impliquée dans la fixation du fer pour limiter la croissance bactérienne. Indépendamment de MyD88 ou TRIF, l'activation de TLR4 et TLR3 a conduit, au niveau de la rate, à une diminution rapide de l’expression de FPN et du « Human hemochromatosis protein » (HFE) qui est une protéine qui limite la séquestration du fer cellulaire à partir de la circulation. Cependant, malgré cette baisse d’expression, le manque de la signalisation MyD88 a altéré de manière significative la réponse hyposidérémique. En établissant le rôle des TLRs et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la diminution du taux du fer sérique au cours de la réponse inflammatoire, nous avons remarqué qu’en réponse au surcharge en fer les souris déficientes en MyD88 accumulent de manière significative plus de fer hépatique par rapport aux souris sauvages, et cela indépendamment des TLRs. Ainsi, dans le troisième chapitre de la présente étude, nous avons étudié le phénotype observé chez les souris déficientes en MyD88. Nous avons trouvé que l'expression de HAMP chez ces souris a été plus faible que celle des souris de type sauvage. Pour cela, nous avons exploré la signalisation à travers la voie du « Bone Morphogenetic Proteins 6 » (BMP6) qui est considérée comme étant la voie fondamentale de la régulation de HAMP en réponse aux concentrations du fer intracellulaires et extracellulaires et nous avons trouvé que l'expression protéique de Smad4, un régulateur positif de l'expression de HAMP, est significativement plus faible chez les souris MyD88-/- par rapport aux souris sauvages. En outre, on a montré que MyD88 interagit avec « mothers against decapentaplegic, Drosophila, homolog 4 » (Smad4) et que cette interaction est essentielle pour l’induction de HAMP à travers la voie BMP6. En conclusion, notre étude montre que l'expression de HAMP dans les macrophages est régulée principalement par TLR2 et TLR4 à travers la voie MyD88 et que l'accumulation du fer dans les macrophages peut affecter les niveaux des cytokines pro-inflammatoires. En outre, nos analyses démontrent que le développement d’hyposidérémie en réponse au LPS se produit par l'intermédiaire d’un mécanisme dépendant de MyD88 qui est dissociée de la production de cytokines et de HAMP. En plus, nos recherches montrent que MyD88 est nécessaire pour l'expression de Smad4 et cela pour garantir une réponse optimale à travers la signalisation BMP6, conduisant ainsi à une expression adéquate de HAMP. Enfin, la protéine MyD88 joue un rôle crucial dans, la régulation de HAMP au niveau des macrophages, la diminution du taux du fer sérique en réponse au LPS et le maintien de l'homéostasie du fer.

Bioactivity Profile of Polyunsaturated Fattyacid extracts from Sardinella longiceps and Sardinella fimbriata – A comparative study

The oceans have proved to be an interminable source of new and effective drugs. Innumerable studies have proved that specific compounds isolated from marine organisms have great nutritional and pharmaceutical value. Polyunsaturated fattyacids (PUFA) in general are known for their dietary benefits in preventing and curing several critical ailments including Coronary heart disease (CHD) and cancers of various kinds. Eicosapentaenoic Acid (EPA) and Docosahexaenoic Acid (DHA) are two PUFA which are entirely marine in origin – and small Clupeoid fishes like sardines are known to be excellent sources of these two compounds. In this study, we selected two widely available Sardine species in the west coast, Sardinella longiceps and Sardinella fimbriata, for a comparative analysis of their bioactive properties. Both these sardines are known to be rich in EPA and DHA, however considerable seasonal variation in its PUFA content was expected and these variations studied. An extraction procedure to isolate PUFA at high purity levels was identified and the extracts obtained thus were studied for anti-bacterial, anti-diabetic and anti-cancerous properties.Samples of both the sardines were collected from landing centre, measured and their gut content analysed in four different months of the year – viz. June, September, December and March. The fish samples were analyzed for fattyacid using FAME method using gas chromatography to identify the full range of fattyacids and their respective concentration in each of the samples. The fattyacids were expressed in mg/g meat and later converted to percentage values against total fatty acids and total PUFA content. Fattyacids during winter season (Dec-Mar) were found to be generally higher than spawning season (June-Sept). PUFA dominated the profiles of both species and average PUFA content was also higher during winter. However, it was found that S. longiceps had proportionately higher EPA as compared to S. fimbriata which was DHA rich. Percentage of EPA and DHA also varied across months for both species – the spawning season seemed to show higher EPA content in S. longiceps and higher DHA content in S. fimbriata. Gut content analysis indicate that adult S. fimbriata is partial to zooplanktons which are DHA rich while adult S. longiceps feed mainly on EPA rich phytoplankton. Juveniles of both species, found mainly in winter, had a gut content showing more mixed diet. This difference in the feeding pattern reflect clearly in their PUFA profile – adult S. longiceps, which dominate the catch during the spawn season, feeding mostly on phytoplankton is concentrated with EPA while the juveniles which are found mostly in the winter season has slightly less EPA proportion as compared to adults. The same is true for S. fimbriata adults that are caught mostly in the spawning season; being rich in DHA as they feed mainly on zooplankton while the juveniles caught during winter season has a relatively lower concentration of DHA in their total PUFA.Various extraction procedures are known to obtain PUFA from fish oil. However, most of them do not give high purity and do not use materials indicated as safe. PUFA extracts have to be edible and should not have harmful substances for applying on mice and human subjects. Some PUFA extraction procedures, though pure and non-toxic, might induce cis-trans conversions during the extraction process. This conversion destroys the benefits of PUFA and at times is harmful to human body. A method free from these limitations has been standardized for this study. Gas Chromatography was performed on the extracts thus made to ensure that it is substantially pure. EPA: DHA ratios for both samples were derived - for S. longiceps this ratio was 3:2, while it was 3:8 for S. fimbriata.Eight common strains of gram positive and gram negative bacterial strains were subjected to the PUFA extracts from both species dissolved in acetone solution using Agar Well Diffusion method. The activity was studied against an acetone control. At the end of incubation period, zones of inhibition were measured to estimate the activity. Minimum inhibitory concentration for each of the active combinations was calculated by keeping p < 0.01 as significant. Four of the bacteria including multi-resistant Staphylococcus aureus were shown to be inhibited by the fish extracts. It was also found that the extracts from S. fimbriata were better than the one from S. longiceps in annihilating harmful bacteria.Four groups of mice subjects were studied to evaluate the antidiabetic properties of the PUFA extracts. Three groups were induced diabetes by administration of alloxan tetra hydrate. One group without diabetes was kept as control and another with diabetes was kept as diabetic control. For two diabetic groups, a prescribed amount of fish extracts were fed from each of the extracts. The biochemical parameters like serum glucose, total cholesterol, LDL & HDL cholesterol, triglycerides, urea and creatinine were sampled from all four groups at regular intervals of 7 days for a period of 28 days. It was found that groups fed with fish extracts had marked improvement in the levels of total LDL & HDL cholesterol, triglycerides and creatinine. Groups fed with extracts from S. fimbriata seem to have fared better as compared to S. longiceps. However, both groups did not show any marked improvement in blood glucose levels or levels of urea.Cell lines of MCF-7 (Breast Cancer) and DU-145 (Prostate Cancer) were used to analyse the cytotoxicity of the PUFA extracts. Both cell lines were subjected to MTT Assay and later the plates were read using an ELISA reader at a wavelength of 570nm. It was found that both extracts had significant cytotoxic effects against both cell lines and a peak cytotoxicity of 85-90% was apparent. IC50 values were calculated from the graphs and it was found that S. longiceps extracts had a slightly lower IC50 value indicating that it is toxic even at a lower concentration as compared to extracts from S. fimbriata.This study summarizes the bioactivity profile of PUFA extracts and provides recommendation for dietary intake; fish based nutritional industry and indigenous pharmaceutical industry. Possible future directions of this study are also elaborated.

“Development of lymphoid cell culture system from Penaeus monodon and molecular approaches for its transformation

Unveiling the molecular and regulatory mechanisms that prevent in vitro transformation in shrimp remains elusive in the development of continuous cell lines, with an arduous history of over 25 years (Jayesh et al., 2012). Despite presenting challenges to researchers in developing a cell line, the billion dollar aquaculture industry is under viral threat. In addition, the regulatory mechanisms that prevent in vitro transformation and carcinoma in shrimps might provide new leads for the development of anti-ageing and anti-cancer interventions in human (Vogt, 2011) and in higher vertebrates. This highlights the importance of developing shrimp cell lines, to bring out effective prophylactics against shrimp viruses and for understanding the mechanism that induce cancer and ageing in human.. Advances in molecular biology and various gene transfer technologies for immortalization of cells have resulted in the development of hundreds of cell lines from insects and mammals, but yet not a single cell line has been developed from shrimp and other marine invertebrates. With this backdrop, the research described in this thesis attempted to develop molecular tools for induced in vitro transformation in lymphoid cells from Penaeus monodon and for the development of continuous cell lines using conventional and novel technologies to address the problems at cellular and molecular level.

Establishment of Shrimp Cell Lines: Perception and Orientation

Development of continuous shrimp cell lines for effective investigation on shrimp viruses remains elusive with an arduous history of over 25 years. Despite presenting challenges to researchers in developing a cell line, the billion dollar aquaculture industry is under viral threat. Advances in molecular biology and various gene transfer technologies for immortalization of cells have resulted in the development of hundreds of cell lines from insects and mammals, but yet not a single cell line has been developed from shrimp and other marine invertebrates. Though improved growth and longevity of shrimp cells in vitro could be achieved by using modified growth media this did not make any leap to spontaneous transformation; probably due to the fact that shrimp cells inhibited neoplastic transformations. Oncogenic induction and immortalization are considered as the possible ways, and an exclusive medium for shrimp cell culture and an appropriate mode of transformation are crucial. In this review status of shrimp cell line development and its future orientation are discussed