Oxidative stress and its haemodynamic consequences in chronic kidney disease

Chronic kidney disease (CKD) is associated with increased cardiovascular risk in comparison with the general population. This can be observed even in the early stages of CKD, and rises in proportion to the degree of renal impairment. Not only is cardiovascular disease (CVD) more prevalent in CKD, but its nature differs too, with an excess of morbidity and mortality associated with congestive cardiac failure, arrhythmia and sudden death, as well as the accelerated atherosclerosis which is also observed. Conventional cardiovascular risk factors such as hypertension, dyslipidaemia, obesity, glycaemia and smoking, are highly prevalent amongst patients with CKD, although in many of these examples the interaction between risk factor and disease differs from that which exists in normal renal function. Nevertheless, the extent of CVD cannot be fully explained by these conventional risk factors, and non-conventional factors specific to CKD are now recognised to contribute to the burden of CVD. Oxidative stress is a state characterised by excessive production of reactive oxygen species (ROS) and other radical species, a reduction in the capacity of antioxidant systems, and disturbance in normal redox homeostasis with depletion of protective vascular signalling molecules such as nitric oxide (NO). This results in oxidative damage to macromolecules such as lipids, proteins and DNA which can alter their functionality. Moreover, many enzymes are sensitive to redox regulation such that oxidative modification to cysteine thiol groups results in activation of signalling cascades which result in adverse cardiovascular effects such as vascular and endothelial dysfunction. Endothelial dysfunction and oxidative stress are present in association with many conventional cardiovascular risk factors, and can be observed even prior to the development of overt, clinical, vascular pathology, suggesting that these phenomena represent the earliest stages of CVD. In the presence of CKD, there is increased ROS production due to upregulated NADPH oxidase (NOX), increase in a circulating asymmetric dimethylarginine (ADMA), uncoupling of endothelial nitric oxide synthase (eNOS) as well as other mechanisms. There is also depletion in exogenous antioxidants such as ascorbic acid and tocopherol, and a reduction in activity of endogenous antioxidant systems regulated by the master gene regulator Nrf-2. In previous studies, circulating markers of oxidative stress have been shown to be increased in CKD, together with a reduction in endothelial function in a stepwise fashion relating to the severity of renal impairment. Not only is CVD linked to oxidative stress, but the progression of CKD itself is also in part dependent on redox sensitive mechanisms. For example, administration of the ROS scavenger tempol attenuates renal injury and reduces renal fibrosis seen on biopsy in a mouse model of CKD, whilst conversely, supplementation with the NOS inhibitor L-NAME causes proteinuria and renal impairment. Previous human studies examining the effect of antioxidant administration on vascular and renal function have been conflicting however. The work contained in this thesis therefore examines the effect of antioxidant administration on vascular and endothelial function in CKD. Firstly, 30 patients with CKD stages 3 – 5, and 20 matched hypertensive controls were recruited. Participants with CKD had lower ascorbic acid, higher TAP and ADMA, together with higher augmentation index and pulse wave velocity. There was no difference in baseline flow mediated dilatation (FMD) between groups. Intravenous ascorbic acid increased TAP and O2-, and reduced central BP and augmentation index in both groups, and lowered ADMA in the CKD group only. No effect on FMD was observed. The effects of ascorbic acid on kidney function was then investigated, however this was hindered by the inherent drawbacks of existing methods of non-invasively measuring kidney function. Arterial spin labelling MRI is an emerging imaging technique which allows measurement of renal perfusion without administration of an exogenous contrast agent. The technique relies upon application of an inversion pulse to blood within the vasculature proximal to the kidneys, which magnetically labels protons allowing measurement upon transit to the kidney. At the outset of this project local experience using ASL MRI was limited and there ensued a prolonged pre-clinical phase of testing with the aim of optimising imaging strategy. A study was then designed to investigate the repeatability of ASL MRI in a group of 12 healthy volunteers with normal renal function. The measured T1 longitudinal relaxation times and ASL MRI perfusion values were in keeping with those found in the literature; T1 time was 1376 ms in the cortex and 1491 ms in the whole kidney ROI, whilst perfusion was 321 mL/min/100g in the cortex, and 228 mL/min/100g in the whole kidney ROI. There was good reproducibility demonstrated on Bland Altman analysis, with a CVws was 9.2% for cortical perfusion and 7.1% for whole kidney perfusion. Subsequently, in a study of 17 patients with CKD and 24 healthy volunteers, the effects of ascorbic acid on renal perfusion was investigated. Although no change in renal perfusion was found following ascorbic acid, it was found that ASL MRI demonstrated significant differences between those with normal renal function and participants with CKD stages 3 – 5, with increased cortical and whole kidney T1, and reduced cortical and whole kidney perfusion. Interestingly, absolute perfusion showed a weak but significant correlation with progression of kidney disease over the preceding year. Ascorbic acid was therefore shown to have a significant effect on vascular biology both in CKD and in those with normal renal function, and to reduce ADMA only in patients with CKD. ASL MRI has shown promise as a non-invasive investigation of renal function and as a biomarker to identify individuals at high risk of progressive renal impairment.

Dysfonctions mitochondriales associées à l’acidose lactique du Saguenay-Lac-Saint-Jean révélées par l’étude d’un nouveau modèle murin de la maladie

Le syndrome de Leigh version canadienne-française (LSFC) est une maladie autosomale récessive causée par une mutation du gène LRPPRC, encodant une protéine du même nom. LRPPRC est impliquée dans la traduction des gènes mitochondriaux qui encodent certains complexes de la chaine respiratoire. Les répercussions biochimiques incluent un déficit tissu spécifique de la cytochrome c oxydase (COX), principalement dans le foie et le cerveau, et la survenue de crises d’acidose fatales chez 80 % des enfants atteints avant l’âge de 3-4 ans. L’identification d’options thérapeutiques demeure encore un défi de taille et ceci est en partie relié au manque de connaissances des fonctions biologiques de LRPPRC et des mécanismes impliqués dans la pathogenèse du LSFC, au niveau des dysfonctions mitochondriales résultantes. Afin d’étudier ces mécanismes, le consortium de l’acidose lactique, dont fait partie notre laboratoire, a récemment développé un modèle murin portant une ablation de LRPPRC spécifique au foie (souris H-Lrpprc-/-). L’objectif principal est de déterminer si ce modèle reproduit le phénotype pathologique observé dans les cultures de fibroblastes humains issus de biopsies de peau de patients LSFC. Dans le cadre des travaux de ce mémoire, nous avons amorcé la caractérisation de ce nouveau modèle, en examinant le phénotype général, l’histopathologie hépatique et les fonctions mitochondriales, et en nous focalisant principalement sur les fonctions respiratoires et la capacité à oxyder divers types de substrats. Nous avons observé un retard de croissance, une hépatomégalie ainsi que plusieurs anomalies histologiques du foie chez la souris HLrpprc-/-. De plus, l’ablation de LRPPRC induit un déficit du complexe IV, mais aussi de l’ATP synthase, et affecte l’oxydation des acides gras à longues chaines. À la lumière de ces résultats, nous croyons que le modèle murin H-Lrpprc-/- contribuera à l’avancement des connaissances générales sur LRPPRC, nous permettant de mieux comprendre l’influence de la protéine sur les fonctions mitochondriales.

Exploration génétique de l'hypothyroïdie congénitale par dysgénésie thyroïdienne

L'hypothyroïdie congénitale par dysgénésie thyroïdienne (HCDT, ectopie dans plus de 80 %) a une prévalence de 1 cas sur 4000 naissances vivantes. L’HCDT est la conséquence d'une défaillance de la thyroïde embryonnaire à se différencier, à se maintenir ou à migrer vers sa localisation anatomique (partie antérieure du cou), qui aboutit à une absence totale de la thyroïde (athyréose) ou à une ectopie thyroïdienne (linguale ou sublinguale). Les HCDT sont principalement non-syndromiques (soit 98% des cas sont non-familiale), ont un taux de discordance de 92% chez les jumeaux monozygotes, et ont une prédominance féminine et ethnique (i.e., Caucasienne). La majorité des cas d’HCDT n’a pas de cause connue, mais est associée à un déficit sévère en hormones thyroïdiennes (hypothyroïdie). Des mutations germinales dans les facteurs de transcription liés à la thyroïde (NKX2.1, FOXE1, PAX8, NKX2.5) ont été identifiées dans seulement 3% des patients atteints d’HCDT sporadiques et l’analyse de liaisons exclue ces gènes dans les rares familles multiplex avec HCDT. Nous supposons que le manque de transmission familiale claire d’HCDT peut résulter de la nécessité d’au moins deux « hits » génétiques différents dans des gènes importants pour le développement thyroïdien. Pour répondre au mieux nos questions de recherche, nous avons utilisé deux approches différentes: 1) une approche gène candidat, FOXE1, seul gène impliqué dans l’ectopie dans le modèle murin et 2) une approche en utilisant les techniques de séquençage de nouvelle génération (NGS) afin de trouver des variants génétiques pouvant expliquer cette pathologie au sein d’une cohorte de patients avec HCDT. Pour la première approche, une étude cas-contrôles a été réalisée sur le promoteur de FOXE1. Il a récemment été découvert qu’une région du promoteur de FOXE1 est différentiellement méthylée au niveau de deux dinucléotides CpG consécutifs, définissant une zone cruciale de contrôle de l’expression de FOXE1. L’analyse d’association basée sur les haplotypes a révélé qu’un haplotype (Hap1: ACCCCCCdel1C) est associé avec le HCDT chez les Caucasiens (p = 5x10-03). Une réduction significative de l’activité luciférase est observée pour Hap1 (réduction de 68%, p<0.001) comparé au promoteur WT de FOXE1. Une réduction de 50% de l’expression de FOXE1 dans une lignée de cellules thyroïdienne humaine est suffisante pour réduire significativement la migration cellulaire (réduction de 55%, p<0.05). Un autre haplotype (Hap2: ACCCCCCC) est observé moins fréquemment chez les Afro-Américain comparés aux Caucasiens (p = 1.7x10-03) et Hap2 diminue l’activité luciférase (réduction de 26%, p<0.001). Deux haplotypes distincts sont trouvés fréquemment dans les contrôles Africains (Black-African descents). Le premier haplotype (Hap3: GTCCCAAC) est fréquent (30.2%) chez les contrôles Afro-Américains comparés aux contrôles Caucasiens (6.3%; p = 2.59 x 10-9) tandis que le second haplotype (Hap4: GTCCGCAC) est trouvé exclusivement chez les contrôles Afro-Américains (9.4%) et est absent chez les contrôles Caucasiens (P = 2.59 x 10-6). Pour la deuxième approche, le séquençage de l’exome de l’ADN leucocytaire entre les jumeaux MZ discordants n’a révélé aucune différence. D'où l'intérêt du projet de séquençage de l’ADN et l’ARN de thyroïdes ectopiques et orthotopiques dans lesquelles de l'expression monoallélique aléatoire dans a été observée, ce qui pourrait expliquer comment une mutation monoallélique peut avoir des conséquences pathogéniques. Finalement, le séquençage de l’exome d’une cohorte de 36 cas atteints d’HCDT a permis d’identifier de nouveaux variants probablement pathogéniques dans les gènes récurrents RYR3, SSPO, IKBKE et TNXB. Ces quatre gènes sont impliqués dans l’adhésion focale (jouant un rôle dans la migration cellulaire), suggérant un rôle direct dans les défauts de migration de la thyroïde. Les essais de migration montrent une forte diminution (au moins 60% à 5h) de la migration des cellules thyroïdiennes infectées par shRNA comparés au shCtrl dans 2 de ces gènes. Des zebrafish KO (-/- et +/-) pour ces nouveaux gènes seront réalisés afin d’évaluer leur impact sur l’embryologie de la thyroïde.

High fat-fed diabetic mice present with profound alterations of the osteocyte network

International audience

Animal Models of Friedreich Ataxia

Friedreich ataxia (FRDA) is the most common form of autosomal-recessive ataxia. Common nonmotor features include cardiomyopathy and diabetes mellitus. At present, no effective treatments are available to prevent disease progression. Age of onset varies from infancy to adulthood. In the majority of patients, FRDA is caused by intronic GAA expansions in FXN, which encodes a highly-conserved small mitochondrial matrix protein, frataxin. A mouse model of FRDA has been difficult to generate because complete loss of frataxin causes early embryonic lethality. Although there are some controversies about the function of frataxin, recent biochemical and structural studies have confirmed that it is a component of the multiprotein complex that assembles iron-sulfur clusters in the mitochondrial matrix. The main consequences of frataxin deficiency are energy deficit, altered iron metabolism, and oxidative damage.

Identification of telomere dysfunction in Friedreich ataxia.

Background: Friedreich ataxia (FRDA) is a progressive inherited neurodegenerative disorder caused by mutation of the FXN gene, resulting in decreased frataxin expression, mitochondrial dysfunction and oxidative stress. A recent study has identified shorter telomeres in FRDA patient leukocytes as a possible disease biomarker. Results: Here we aimed to investigate both telomere structure and function in FRDA cells. Our results confirmed telomere shortening in FRDA patient leukocytes and identified similar telomere shortening in FRDA patient autopsy cerebellar tissues. However, FRDA fibroblasts showed significantly longer telomeres at early passage, occurring in the absence of telomerase activity, but with activation of an alternative lengthening of telomeres (ALT)-like mechanism. These cells also showed accelerated telomere shortening as population doubling increases. Furthermore, telomere dysfunction-induced foci (TIF) analysis revealed that FRDA fibroblasts have dysfunctional telomeres. Conclusions: Our finding of dysfunctional telomeres in FRDA cells provides further insight into FRDA molecular disease mechanisms, which may have implications for future FRDA therapy.

Epigenetics and alternative splicing

Dissertação de Mestrado, Oncobiologia: Mecanismos Moleculares do Cancro, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015

Licochalcone A exerts antitumor activity in bladder cancer cell lines and mice models

Purpose: To investigate the effect of licochalcone A (LA) on the inhibition of cell proliferation and ERK1/2 phosphorylation in bladder carcinoma cell lines. Methods: Cell viability was investigated using 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromide (MTT) assay. Dye-binding method was used to examine the concentration of proteins. Lymphocytes were extracted from mice and after surface staining were subjected to BD fixation and permeabilization for intracellular staining. Flow cytometry was used to measure cellular fluorescence. Results: MTT results revealed a significant decrease in the proliferation of UM-UC-3, J82 and HT-1197 cell lines on treatment with LA. LA also induced reduction in phosphorylation of ERK1/2 in all three carcinoma cell lines. In the mouse model, licochalcone A treatment via intraperitoneal (ip) administration induced a significant decrease in the level of regulatory T cells (Tregs). Comparison of the mouse interferon-α (IFN-α)-treated and LA-treated groups revealed that LA treatment caused enhancement of cytotoxic T lymphocyte (CTL) activity similar to that of IFN-α. Administration of UM-UC-3 cells in C3H/HeN mice resulted in marked reduction in the counts for splenocytes and CD4+ CD25+ Foxp3+ T (regulatory T cells) cell proportion in LA-treated mice compared to untreated control group. Conclusion: Licochalcone A may be of therapeutic importance for the prevention of bladder carcinoma. However, studies are required to ascertain the compound’s usefulness in this regard.

Effet de Streptococcus Suis sur la capacité de présentation antigénique de cellules dendritiques

Streptococcus suis est un important pathogène porcin et humain, causant méningites et septicémies. Des études suggèrent que S. suis dispose de facteurs de virulence, notamment sa capsule polysaccharidique (CPS), qui lui permettent de moduler les fonctions des cellules dendritiques (DCs), situées à l’interface entre l’immunité innée et adaptative. Les difficultés à développer un vaccin efficace suggèrent aussi une altération de la voie T dépendante. L’objectif général du projet était d’évaluer l’effet de S. suis sur l’activation des cellules T CD4+ ainsi que sur la capacité de présentation antigénique des DCs. Nous avons étudié dans un modèle murin in vivo la réponse T CD4+ mémoire lors d’infections primaire et secondaire. Une faible réponse mémoire centrale a été obtenue, suggérant que la réponse adaptative générée contre S. suis est limitée. Étant donné l’importance du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) de classe II dans la présentation antigénique, nous avons évalué in vitro et in vivo l’expression de ces molécules chez les DCs. Une modulation de l’expression du MHC-II par S. suis a été observée. L’analyse de la transcription de gènes impliqués dans la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle du MHC-II nous permet de suggérer que S. suis régule à la baisse la synthèse de nouvelles molécules et favorise leur dégradation lysosomale. Cette stratégie, dans laquelle la CPS ne jouerait qu’un rôle partiel, permettrait à S. suis d’échapper à la réponse adaptative T dépendante. Les résultats de cette étude fourniront de nouvelles perspectives dans la compréhension de la réponse adaptative lors de l’infection par S. suis.

Activité physique et récompense : impact de la leptine et de la signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques

La course d’endurance active le système de récompense (SR) et est reliée aux comportements de recherche alimentaire. L’influence de la leptine sur l’activité physique (AP) volontaire est bien documentée d’un point de vue physiologique, mais très peu en termes d’impact hédonique. La leptine inhibe l’effet récompensant lié à la consommation de nourriture et joue un rôle semblable pour d’autres types de stimuli. La leptine s’arrime à la forme longue du récepteur à la leptine (Leprb) situé sur les neurones à dopamine (DA) et GABA de l’aire tegmentale ventrale (ATV) dans le mésencéphale. Signal transducer and Activator of Transcription 3 (STAT3) est un facteur de transcription important de la cascade de signalisation de la leptine. La phosphorylation de STAT3 n’est détectée que dans une parcelle des neurones DA positifs pour le Leprb, conférant aux neurones DA STAT3-spécifiques des caractéristiques uniques. Nous avons généré un modèle murin invalidé pour STAT3 sélectivement dans les neurones DA (STAT3DAT-KO). La première expérience consistait à évaluer les paramètres métaboliques de base de notre modèle en utilisant les chambres métaboliques Comprehensive Lab Animal Monitoring System (CLAMS), incluant l’activité ambulatoire, le ratio d’échanges respiratoires (RER) et la production de chaleur. Les STAT3DAT-KO sont hyperactives, démontré par une activité locomotrice augmentée, mais aucune variation entre les deux groupes n’est observée pour le RER et la production de chaleur, en plus d’un gain de poids identique. Une stratégie de récupération ciblant la réinsertion de STAT3 dans les neurones DA du système mésolimbique normalise l’AP anciennement plus élevée des STAT3DAT-KO à celle des contrôles, suivant l’accès libre à une roue d’exercice (RE) pour une durée de 4 semaines, suivant l’accès libre à une roue d’exercice (RE) pour une durée de 4 semaines. L’injection d’un psychostimulant (agoniste du récepteur DA de type 1 (D1R), le Chloro-APB-Hydrobromide (SKF 82958)) reflète une fonction dopaminergique réduite chez les STAT3DAT-KO. Un test de recherche compulsive de nourriture révèle une suppression de la prise alimentaire chez les deux groupes expérimentaux. Nous démontrons pour la première fois que la motivation alliée à la course d’endurance, indépendamment de la régulation de la prise alimentaire par la leptine, est dépendant d’une signalisation leptine-STAT3 amoindrie dans les neurones DA du système mésolimbique, révélant STAT3 comme élément clé dans la régulation du tonus dopaminergique et des propriétés récompensantes de l’AP.

Étude du rôle de la membrane basale spécialisée dans la maturation de l'émail

Les cellules épithéliales qui produisent l’émail, les améloblastes, sont séparées de l'émail au niveau de la zone de maturation par une membrane basale spécialisée (MBS) enrichie en laminine 332 (LM-332). Cette protéine hétérotrimérique (composée des chaînes α3, ß3 et γ2) assure l'intégrité structurelle des membranes basales (MB) et influence divers processus cellulaires épithéliaux tels que l'adhésion et la différenciation cellulaire. Des modèles de souris « knockout » (KO), où les gènes codant pour LM-332 ont été supprimés, meurent peu après la naissance. Néanmoins, ce phénotype létal peut être contourné en substituant chez la souris le gène produisant la chaîne γ2 de la laminine (LAMC2) par sa forme humaine, sous le contrôle de l’expression du promoteur-rtTA, de la cytokératine 14, inductible par la prise de doxycycline (Dox) - (Tet-on). Le but de ce projet est d’examiner si l’utilisation de cette protéine humaine chez la souris a un effet sur la structuration de la MBS ainsi que sur la maturation de l'émail. La phase de maturation de l’organe de l’émail chez la souris transgénique a été sévèrement altérée par rapport à une souris normale (WT). La MBS n’est plus visible, une matrice dystrophique s’est formée dans la couche d'émail dans la phase de maturation, et la présence d’une matrice résiduelle de l'émail est observée durant la phase tardive de maturation. Des micro-analyses tomographiques ont révélé une usure excessive des surfaces occlusales des molaires, un écroulement de l'émail sur les pointes des incisives et une hypominéralisation de l'émail. Cependant, aucune altération structurale due à cette recombinaison transgénique n’a été observée dans d'autres sites épithéliaux, tels que la peau, le palais et la langue. Ces résultats indiquent que, bien que ce modèle de souris humanisée soit capable de rétablir ses fonctions dans divers tissus épithéliaux, il est incapable de soutenir la structuration d'une MBS à l'interface entre les améloblastes et l’émail en maturation. Cet échec peut être lié à la composition spécifique de la MBS dans la phase de maturation et supporte l’hypothèse que la MBS est essentielle pour la maturation adéquate de l'émail.

Effet de Streptococcus Suis sur la capacité de présentation antigénique de cellules dendritiques

Streptococcus suis est un important pathogène porcin et humain, causant méningites et septicémies. Des études suggèrent que S. suis dispose de facteurs de virulence, notamment sa capsule polysaccharidique (CPS), qui lui permettent de moduler les fonctions des cellules dendritiques (DCs), situées à l’interface entre l’immunité innée et adaptative. Les difficultés à développer un vaccin efficace suggèrent aussi une altération de la voie T dépendante. L’objectif général du projet était d’évaluer l’effet de S. suis sur l’activation des cellules T CD4+ ainsi que sur la capacité de présentation antigénique des DCs. Nous avons étudié dans un modèle murin in vivo la réponse T CD4+ mémoire lors d’infections primaire et secondaire. Une faible réponse mémoire centrale a été obtenue, suggérant que la réponse adaptative générée contre S. suis est limitée. Étant donné l’importance du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) de classe II dans la présentation antigénique, nous avons évalué in vitro et in vivo l’expression de ces molécules chez les DCs. Une modulation de l’expression du MHC-II par S. suis a été observée. L’analyse de la transcription de gènes impliqués dans la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle du MHC-II nous permet de suggérer que S. suis régule à la baisse la synthèse de nouvelles molécules et favorise leur dégradation lysosomale. Cette stratégie, dans laquelle la CPS ne jouerait qu’un rôle partiel, permettrait à S. suis d’échapper à la réponse adaptative T dépendante. Les résultats de cette étude fourniront de nouvelles perspectives dans la compréhension de la réponse adaptative lors de l’infection par S. suis.

Activité physique et récompense : impact de la leptine et de la signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques

La course d’endurance active le système de récompense (SR) et est reliée aux comportements de recherche alimentaire. L’influence de la leptine sur l’activité physique (AP) volontaire est bien documentée d’un point de vue physiologique, mais très peu en termes d’impact hédonique. La leptine inhibe l’effet récompensant lié à la consommation de nourriture et joue un rôle semblable pour d’autres types de stimuli. La leptine s’arrime à la forme longue du récepteur à la leptine (Leprb) situé sur les neurones à dopamine (DA) et GABA de l’aire tegmentale ventrale (ATV) dans le mésencéphale. Signal transducer and Activator of Transcription 3 (STAT3) est un facteur de transcription important de la cascade de signalisation de la leptine. La phosphorylation de STAT3 n’est détectée que dans une parcelle des neurones DA positifs pour le Leprb, conférant aux neurones DA STAT3-spécifiques des caractéristiques uniques. Nous avons généré un modèle murin invalidé pour STAT3 sélectivement dans les neurones DA (STAT3DAT-KO). La première expérience consistait à évaluer les paramètres métaboliques de base de notre modèle en utilisant les chambres métaboliques Comprehensive Lab Animal Monitoring System (CLAMS), incluant l’activité ambulatoire, le ratio d’échanges respiratoires (RER) et la production de chaleur. Les STAT3DAT-KO sont hyperactives, démontré par une activité locomotrice augmentée, mais aucune variation entre les deux groupes n’est observée pour le RER et la production de chaleur, en plus d’un gain de poids identique. Une stratégie de récupération ciblant la réinsertion de STAT3 dans les neurones DA du système mésolimbique normalise l’AP anciennement plus élevée des STAT3DAT-KO à celle des contrôles, suivant l’accès libre à une roue d’exercice (RE) pour une durée de 4 semaines, suivant l’accès libre à une roue d’exercice (RE) pour une durée de 4 semaines. L’injection d’un psychostimulant (agoniste du récepteur DA de type 1 (D1R), le Chloro-APB-Hydrobromide (SKF 82958)) reflète une fonction dopaminergique réduite chez les STAT3DAT-KO. Un test de recherche compulsive de nourriture révèle une suppression de la prise alimentaire chez les deux groupes expérimentaux. Nous démontrons pour la première fois que la motivation alliée à la course d’endurance, indépendamment de la régulation de la prise alimentaire par la leptine, est dépendant d’une signalisation leptine-STAT3 amoindrie dans les neurones DA du système mésolimbique, révélant STAT3 comme élément clé dans la régulation du tonus dopaminergique et des propriétés récompensantes de l’AP.

Étude du rôle de la membrane basale spécialisée dans la maturation de l'émail

Les cellules épithéliales qui produisent l’émail, les améloblastes, sont séparées de l'émail au niveau de la zone de maturation par une membrane basale spécialisée (MBS) enrichie en laminine 332 (LM-332). Cette protéine hétérotrimérique (composée des chaînes α3, ß3 et γ2) assure l'intégrité structurelle des membranes basales (MB) et influence divers processus cellulaires épithéliaux tels que l'adhésion et la différenciation cellulaire. Des modèles de souris « knockout » (KO), où les gènes codant pour LM-332 ont été supprimés, meurent peu après la naissance. Néanmoins, ce phénotype létal peut être contourné en substituant chez la souris le gène produisant la chaîne γ2 de la laminine (LAMC2) par sa forme humaine, sous le contrôle de l’expression du promoteur-rtTA, de la cytokératine 14, inductible par la prise de doxycycline (Dox) - (Tet-on). Le but de ce projet est d’examiner si l’utilisation de cette protéine humaine chez la souris a un effet sur la structuration de la MBS ainsi que sur la maturation de l'émail. La phase de maturation de l’organe de l’émail chez la souris transgénique a été sévèrement altérée par rapport à une souris normale (WT). La MBS n’est plus visible, une matrice dystrophique s’est formée dans la couche d'émail dans la phase de maturation, et la présence d’une matrice résiduelle de l'émail est observée durant la phase tardive de maturation. Des micro-analyses tomographiques ont révélé une usure excessive des surfaces occlusales des molaires, un écroulement de l'émail sur les pointes des incisives et une hypominéralisation de l'émail. Cependant, aucune altération structurale due à cette recombinaison transgénique n’a été observée dans d'autres sites épithéliaux, tels que la peau, le palais et la langue. Ces résultats indiquent que, bien que ce modèle de souris humanisée soit capable de rétablir ses fonctions dans divers tissus épithéliaux, il est incapable de soutenir la structuration d'une MBS à l'interface entre les améloblastes et l’émail en maturation. Cet échec peut être lié à la composition spécifique de la MBS dans la phase de maturation et supporte l’hypothèse que la MBS est essentielle pour la maturation adéquate de l'émail.

Steroid induced neuroprotection of damaged photoreceptor cells

Retinitis Pigmentosa (RP) is the name given to a group of hereditary diseases causing progressive and degenerative blindness. RP affects over 1 in 4000 individuals, making it the most prevalent inherited retinal disease worldwide, yet currently there is no cure. In 2011, our group released a paper detailing the protective effects of the synthetic progestin ‘Norgestrel’. A common component of the female oral contraceptive pill, Norgestrel was shown to protect against retinal cell death in two distinct mouse models of retinal degeneration: in the Balb/c light damage model and the Pde6brd10 (rd10) model. Little was known of the molecular workings of this compound however and thus this study aimed to elucidate the protective manner in which Norgestrel worked. To this aim, the 661W cone photoreceptor-like cell line and ex vivo retinal explanting was utilised. We found that Norgestrel induces a increase in neuroprotective basic fibroblast growth factor (bFGF) with subsequent downstream actions on the inhibition of glycogen synthase kinase 3β. Progesterone receptor expression was subsequently characterised in the C57 and rd10 retinas and in the 661W cell line. Norgestrel caused nuclear trafficking of progesterone receptor membrane complex one (PGRMC1) in 661W cells and thus Norgestrel was hypothesised to work primarily through the actions of PGRMC1. This trafficking was shown to be responsible for the critical upregulation of bFGF and PGRMC1- Norgestrel binding was proven to cause a neuroprotective bFGF-mediated increase in intracellular calcium. The protective properties of Norgestrel were further studied in the rd10 mouse model of retinitis pigmentosa. Using non-invasive diet supplementation (80mg/kg), we showed that Norgestrel gave significant retinal protection out to postnatal day 40 (P40). Overactive microglia have previously been shown to potentiate photoreceptor cell loss in the degenerating rd10 retina and thus we focussed on Norgestrel-mediated changes in photoreceptor-microglial crosstalk. Norgestrel acted to dampen pro-inflammatory microglial cell reactivity, decreasing chemokine (MCP1, MCP3, MIP-1α, MIP-1β) and subsequent damaging cytokine (TNFα, Il-1β) production. Critically, Norgestrel up-regulated photoreceptor-microglial, fractalkine-CX3CR1 signalling 1000-fold in the P20 rd10 mouse. Known to prevent microglial activation, we hypothesise that Norgestrel acts as a vital anti-inflammatory in the diseased retina, driving fractalkine-CX3CR1 signalling to delay retinal degeneration. This study stands to highlight some of the neuroprotective mechanisms utilised by Norgestrel in the prevention of photoreceptor cell death. We identify for the first time, not only a pro-survival pathway activated directly in photoreceptor cells, but also a Norgestreldriven mediation of an otherwise damaging microglial cell response. All taken, these results form the beginning of a case to bring Norgestrel to clinical trials, as a potential therapeutic for the treatment of RP.