Quantification of white matter abnormalities in neurodegenerative disease

Degeneration of white matter fibre tracts occurs in several neurodegenerative disorders and results in various histological abnormalities including loss of axons, vacuolation, gliosis, axonal varicosities and spheroids, corpora amylacea, extracellular protein deposits, and glial inclusions (GI). This chapter describes quantitative studies that have been carried out on white matter pathology in a variety of neurodegenerative disease. First, in Alzheimer’s disease (AD), axonal loss quantified in histological sections stained with toluidine blue, occurs in several white matter fibre tracts including the optic nerve, olfactory tract, and corpus callosum. Second, in Creutzfeldt-Jakob disease (CJD), sections of cerebral cortex stained with haematoxylin and eosin (H/E) or immunolabelled with antibodies against the disease form of prion protein (PrPsc), reveal extensive vacuolation, gliosis of white matter, and deposition of PrPsc deposits. Third, GI immunolabelled with antibodies against various pathological proteins including tau, -synuclein, TDP-43, and FUS, have been recorded in white matter of a number of disorders including frontotemporal lobar degeneration (FTLD), progressive supranuclear palsy (PSP), multiple system atrophy (MSA), and neuronal intermediate filament inclusion disease (NIFID). Axonal varicosities have also been observed in NIFID. There are two important questions regarding white matter pathology that need further investigation: (1) what is the relative importance of white and gray matter pathologies in different disorders and (2) do white matter abnormalities precede or are they the consequence of gray matter pathology?

Vimentin expression and the influence of Matrigel in cell lines of head and neck squamous cell carcinoma

Vimentin is a cytoeskeletal intermediate filament protein commonly observed in mesenchymal cells; however, it can also be found in malignant epithelial cells. It is demonstrated in several carcinomas, such as those of the cervix, breast and bladder, in which it is widely used as a marker of the epithelial to mesenchymal transition that takes place during embryogenesis and metastasis. Vimentin is associated with tumors that show a high degree of invasiveness, being detected in invasion front cells. Its expression seems to be influenced by the tumor microenvironment. The aim of this study was to evaluate vimentin expression in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) cell lines, and to investigate the contribution of the microenvironment to its expression. HNSCC cell lines (HN6, HN30 and HN31) and an immortalized nontumorigenic cell line (HaCaT) were submitted to a three-dimensional assay with Matrigel. Cytoplasmatic staining of the HN6 cell line cultured without Matrigel and of the HN30 and HN31 cell lines cultured with Matrigel was demonstrated through immunohistochemistry. Western Blotting revealed a significant decrease in vimentin expression for the HN6 cell line and a significant increase for the HN30 and HN31 cell lines cultured with Matrigel. The results suggest that vimentin can be expressed in HNSCC cells and its presence is influenced by the microenvironment of a tumor.

A novel mutation in the L12 domain of keratin 5 in the Kobner variant of epidermolysis bullosa simplex

We have identified a novel mutation within the linker L12 region of keratin 5 (K5) in a family with the Kobner variant of epidermolysis bullosa simplex. The pattern of inheritance of the disorder in this family is consistent with an autosomal dominant mode of transmission. Affected individuals develop extensive and generalized blistering at birth or early infancy but in later years clinical manifestations are largely confined to palmo-plantar surfaces. Direct sequencing of polymerase chain reaction products revealed a T to C transition within codon 323 of K5 in affected individuals, resulting in a valine to alanine substitution of the seventh residue within the L12 linker domain. This mutation was not observed in unaffected family members or in 100 K5 alleles of unrelated individuals with normal skin. The other critical regions of K5 and K14 were unremarkable in this family except for common polymorphisms that have been previously described. The valine at position 7 of the L12 domain is absolutely conserved in all type II keratins, and in other intermediate filament subunits as well, which suggests that this residue makes an important contribution to filament integrity. Secondary structure analysis revealed that alanine at this position markedly reduces both the hydrophobicity and the beta-sheet nature of the L12 domain. This is the first report of a mutation at this position in an intermediate filament subunit and reinforces the importance of this region to filament biology.

Molecular and functional characterization of a novel cardiac-specific human tropomyosin isoform.

BACKGROUND: Tropomyosin (TM), an essential actin-binding protein, is central to the control of calcium-regulated striated muscle contraction. Although TPM1alpha (also called alpha-TM) is the predominant TM isoform in human hearts, the precise TM isoform composition remains unclear. METHODS AND RESULTS: In this study, we quantified for the first time the levels of striated muscle TM isoforms in human heart, including a novel isoform called TPM1kappa. By developing a TPM1kappa-specific antibody, we found that the TPM1kappa protein is expressed and incorporated into organized myofibrils in hearts and that its level is increased in human dilated cardiomyopathy and heart failure. To investigate the role of TPM1kappa in sarcomeric function, we generated transgenic mice overexpressing cardiac-specific TPM1kappa. Incorporation of increased levels of TPM1kappa protein in myofilaments leads to dilated cardiomyopathy. Physiological alterations include decreased fractional shortening, systolic and diastolic dysfunction, and decreased myofilament calcium sensitivity with no change in maximum developed tension. Additional biophysical studies demonstrate less structural stability and weaker actin-binding affinity of TPM1kappa compared with TPM1alpha. CONCLUSIONS: This functional analysis of TPM1kappa provides a possible mechanism for the consequences of the TM isoform switch observed in dilated cardiomyopathy and heart failure patients.

Analysis of glial acidic fibrillary protein in the human entorhinal cortex during aging and in Alzheimer's disease.

Glial fibrillary acidic protein, GFAP, is a major intermediate filament protein of glial cells and major cytoskeletal structure in astrocytes. The entorhinal cortex has a key role in memory function and is one of the first brain areas to reveal hallmark structures of Alzheimer's disease and therefore provides an ideal tissue to investigate incipient neurodegenerative changes. Here we have analyzed age- and disease-related occurrence and composition of GFAP in the human entorhinal cortex by using one- and two-dimensional electrophoresis, Western blots and immunocytochemistry combined with confocal microscopy. A novel monoclonal antibody, GF-02, was characterized that mainly reacted with intact GFAP molecules and indicated that more acidic and soluble GFAP forms were also more susceptible to degradation. GFAP and vimentin increased with aging and in Alzheimer's disease (AD). Two-dimensional electrophoresis and Western blots revealed a complex GFAP pattern, both in aging and AD with different modification and degradation forms. Immunohistochemistry indicated that reactive astrocytes mainly accumulated in relation to neurofibrillary tangles and senile plaques in deeper entorhinal cortex layers. GFAP may be used as an additional but not exclusive diagnostic tool in the evaluation of neurodegenerative diseases because its levels change with age and respond to senile plaque and tangle formation.

The δ-Opioid Receptor Affects Epidermal Homeostasis via ERK-Dependent Inhibition of Transcription Factor POU2F3.

Neuropeptides and their receptors are present in human skin, and their importance for cutaneous homeostasis and during wound healing is increasingly appreciated. However, there is currently a lack of understanding of the molecular mechanisms by which their signaling modulates keratinocyte function. Here, we show that δ-opioid receptor (DOPr) activation inhibits proliferation of human keratinocytes, resulting in decreased epidermal thickness in an organotypic skin model. DOPr signaling markedly delayed induction of keratin intermediate filament (KRT10) during in vitro differentiation and abolished its induction in the organotypic skin model. This was accompanied by deregulation of involucrin (IVL), loricrin, and filaggrin. Analysis of the transcription factor POU2F3, which is involved in regulation of KRT10, IVL, and profilaggrin expression, revealed a DOPr-mediated extracellular signal-regulated kinase (ERK)-dependent downregulation of this factor. We propose that DOPr signaling specifically activates the ERK 1/2 mitogen-activated protein kinase pathway to regulate keratinocyte functions. Complementing our earlier studies in DOPr-deficient mice, these data suggest that DOPr activation in human keratinocytes profoundly influences epidermal morphogenesis and homeostasis.

The role of the δ-opioid receptor in skin homeostasis and wound healing

Au regard des agressions environnementales constantes que la peau doit endurer, l'équilibre fragile entre l'expression et la répression des gènes épidermiques, nécessaire à la différentiation et la prolifération des kératinocytes, pourrait facilement être perturbé en l'absence des mécanismes de stabilisation robustes. La présence d'un système neuroendocrinien local est donc importante afin de coordonner une réponse aux éventuelles irritations. En effet, l'expression de plusieurs neurohormones, des neurotransmetteurs et des neuropeptides, y compris des dérivés pro-opiomélanocortine comme la ß-endorphine et [Met5]-enképhaline, ainsi que l'expression du récepteur 8-opioïde (DOR) a été démontré dans la peau. Cependant, les mécanismes moléculaires par lesquels ils modulent la fonction des kératinocytes sont mal connus. Le présent travail démontre que la voie de signalisation DOR active spécifiquement la voie ERK 1/2 MAPK dans les lignées cellulaires de kératinocytes humains, inhibant la prolifération des cellules et entraîne une diminution de l'épaisseur épidermique dans un modèle organotypique de peau. De plus, l'expression de DOR retarde nettement l'induction de la kératine 10 (KRT 10) et la kératine 1 (KRT 1) dans une modèle 2D de différentiation in vitro, et supprime l'induction de KRT 10 dans un modèle organotypique de peau. Ceci est accompagné de la dérégulation de l'involucrine (IVL), la loricrine (LOR) et la fïlaggrin (FLG), résultant en une induction nettement réduite de leur expression lors de l'initiation de la différentiation in vitro. De plus, POU2F3 a été identifié comme un facteur de transcription régulant les gènes de différentiation des kératinocytes modulés par DOR. Il a été démontré que la régulation négative de POU2F3 via la voie DOR-ERK affecte les principaux aspects de la fonction des kératinocytes. Toutefois, il est évident que des facteurs supplémentaires influencent la fonctionnalité de la voie DOR elle-même. Le calcium et le contact cellule-cellule augmentent la quantité des récepteurs à la surface cellulaire des kératinocytes. Les kératinocytes dont les récepteurs sont internalisés ne répondent pas de la même manière que ceux possédant des récepteurs fonctionnels localisée à la membrane. Ce travail suggère que lors de signaux intrinsèques ou extrinsèques spécifiques, les kératinocytes sont capable de répondre via le système opioïdergique neuro-epidermique. Cette réponse doit être spatialement et temporairement contrôlée afin d'éviter un déséquilibre de l'homéostasie épidermique et un retard de cicatrisation. La compréhension de ce processus très complexe pourrait permettre à terme le développement de meilleurs traitements des affections cutanées pathologiques. En complément des études précédentes sur des souris DOR-défïcientes, ces données suggèrent que l'activation de DOR dans les kératinocytes humains influence la morphogenèse et l'homéostasie de l'épiderme, et pourrait jouer un rôle lors du processus de cicatrisation. - In view of the constant environmental assaults that the skin must endure, the delicate balance of an eloquent sequence of epidermal gene expression and repression, that is required for appropriate differentiation and proliferation of keratinocytes, might easily become derailed in the absence of robust stabilizing mechanisms. The presence of a local neuroendocrine system is thereby important to coordinate a response towards irritations. In fact, the expression of several neurohormones, neurotransmitters, and neuropeptides, including proopiomelanocortin derivatives, such as ß- endorphin and [Met5]-enkephalin has been shown in skin, as well as expression of the 6-opioid receptor (DOR). However, there is currently a lack of understanding of the molecular mechanisms by which their signalling modulates keratinocyte function. The present work demonstrates that DOR signalling specifically activates the ERK 1/2 MAPK pathway in human keratinocyte cell lines. This activation inhibits cell proliferation, resulting in decreased epidermal thickness in an organotypic skin model. Furthermore, DOR expression markedly delays induction of keratin intermediate filament Keratin 10 (KRT 10) and KRT 1 during in vitro differentiation, and abolishes the induction of KRT 10 in the organotypic skin model. This is accompanied by deregulation of involucrin (IVL), loricrin (LOR), and filaggrin (FLG), illustrated by a markedly reduced induction of their expression upon initiation of differentiation in vitro. Additionally, POU2F3 was identified as a transcription factor mediating the DOR induced regulation of keratinocyte differentiation related genes. It was revealed that DOR-mediated ERK-dependent downregulation of this factor affects key aspects of keratinocyte function. However, it is evident that additional triggers influence the functionality of the DOR itself. Calcium at concentrations above 0.1 mM and cell-cell contact both enhance the presence of receptor molecules on the keratinocytes cell surface. Keratinocytes with internalized receptor do not respond to DOR ligands in the same way as keratinocytes with a functional membrane localized receptor.

Induction of p38, tumour necrosis factor-α and RANTES by mechanical stretching of keratinocytes expressing mutant keratin 10R156H.

Background : Epidermolytic hyperkeratosis (bullous congenital ichthyosiform erythroderma), characterized by ichthyotic, rippled hyperkeratosis, erythroderma and skin blistering, is a rare autosomal dominant disease caused by mutations in keratin 1 or keratin 10 (K10) genes. A severe phenotype is caused by a missense mutation in a highly conserved arginine residue at position 156 (R156) in K10. Objectives: To analyse molecular pathomechanisms of hyperproliferation and hyperkeratosis, we investigated the defects in mechanosensation and mechanotransduction in keratinocytes carrying the K10R156H mutation. Methods: Differentiated primary human keratinocytes infected with lentiviral vectors carrying wild-type K10 (K10wt) or mutated K10R156H were subjected to 20% isoaxial stretch. Cellular fragility and mechanosensation were studied by analysis of mitogen-activated protein kinase activation and cytokine release. Results: Cultured keratinocytes expressing K10R156H showed keratin aggregate formation at the cell periphery, whereas the filament network in K10wt cells was normal. Under stretching conditions K10R156H keratinocytes exhibited about a twofold higher level of filament collapse compared with steady state. In stretched K10R156H cells, higher p38 activation, higher release of tumour necrosis factor-alpha and RANTES but reduced interleukin-1 beta secretion compared with K10wt cells was observed. Conclusions: These results demonstrate that the R156H mutation in K10 destabilizes the keratin intermediate filament network and affects stress signalling and inflammatory responses to mechanical stretch in differentiated cultured keratinocytes.

Anchor or Accelerate – A Study on Cancer Cell Adhesion and Motility

Cell migration and adhesion to the extracellular matrix (ECM) are crucial in many biological and pathological processes such as morphogenesis, tissue repair, inflammatory responses, survival, and cancer. Cell-matrix adhesion is mediated by the integrin family of transmembrane receptors, which not only anchor cells to their surroundings, but also transmit bidirectional signalling at the cell surface and couple the ECM to the cytoskeleton. Another group of adhesion receptors are the syndecan proteoglycans, which engage the ECM and possess signalling activity in response to a variety of ligands. Cell migration is a complex process that requires spatial and temporal coordination of adhesion, cell contractility, intracellular traffic of integrins, and matrix turnover by matrix metalloproteinases (MMPs). Thus, integrins and syndecans, as well as MMPs, play essential roles in cancer cell migration and invasion. The understanding of the cooperation of syndecans and integrins was broadened in this thesis study. The results reveal that syndecan-1 functions in concert with 21 integrin in cell adhesion to collagen, whereas syndecan-4 is essential in 21 integrin-mediated matrix contraction. Finally, oncogenic K-Ras was shown to regulate 21 integrin, membrane-type 1 MMP, and syndecan-1 and -4 expression and their cooperation in cell invasion. Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is fundamental during embryogenesis and organ development. Activation of EMT processes, including the upregulation of mesenchymal intermediate filament protein vimentin, has also been implicated in the acquisition of a malignant phenotype by epithelial cancer cells. Members of the protein kinase C (PKC) superfamily are involved in cell migration and various integrindependent cellular functions. One aim of this work was to shed light on the role of vimentin in the regulation of integrin traffic and cell motility. In addition, the mechanism by which vimentin participates in EMT was investigated. The results show that integrin recycling and motility are dependent on the PKC–mediated phosphorylation of vimentin. In addition, vimentin was found to be a positive regulator of EMT and regulate the expression of several migratory genes. Specifically, vimentin governs the expression of receptor tyrosine kinase Axl, which is implicated in tumour growth and metastasis. Taken together, the findings described in this thesis reveal novel aspects of the complex interplay between distinct cellular components: integrins, syndecans, and the vimentin cytoskeleton, which all contribute to the regulation of human cancer cell adhesion, migration, and invasion.

From epithelial to mesenchymal: regulation of invasive cancer cell motility

Metastasis is the main cause of death among cancer patients. In order to initiate the metastatic cascade cancer cells have to undergo epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). In EMT epithelial cells lose their cell-cell and cell-extracellular matrix (ECM) contacts and become more motile. The expression of the transcription factor Slug and of the mesenchymal intermediate filament vimentin is induced during EMT. Vimentin is often overexpressed in malignant epithelial cancers but the functional role of vimentin remains incompletely understood. In addition, kinases such as AKT and ERK are known to be involved in the regulation of EMT and cancer cell motility but the mechanisms underlining their functions are often unclear. Integrins are heterodimeric receptors that attach cells to the surrounding tissue and participate in regulating cell migration and invasion. Changes in integrin activity are linked to increased cell motility and further cancer metastasis. The aim for my PhD studies was to investigate the role of cellular signalling pathways and vimentin in the regulation of cancer cell motility and EMT. Our results revealed that in prostate cancer the downregulation of AKT1 and AKT2, but not AKT3, induces activation of cell surface 1-integrins leading to enhanced cell adhesion, migration and invasion. In addition, our findings demonstrated a reciprocal regulatory interaction between vimentin and ERK2 facilitating ERK-mediated phosphorylation of Slug at serine-87 (S87) in breast cancer. Surprisingly, Slug S87 phosphorylation is dispensable for E-cadherin repression but essential for the induction of vimentin and Axl expression in early onset of EMT. Our findings reveal previously unknown mechanistic information of how prostate and breast cancer cell motility and disease progression is regulated

Novel cancer-related regulatory targets for the signalling sphingolipids sphingosine-1-phosphate and sphingosylphosphorylcholine

The signalling sphingolipid sphingosine-1-phosphate (S1P) is necessary for development of the immune system and vasculature and on a cellular level regulates migration, proliferation and survival. Due to these traits S1P has an important role in cancer biology. It is considered a primarily cancer-promoting factor and the enzyme which produces it, sphingosine kinase (SphK), is often over-expressed in tumours. S1P is naturally present in the blood, lymph, tissue fluids and cell cytoplasm and functions through its cell surface receptors (S1P1-5) and as an intracellular second messenger. Sphingosylphosphorylcholine (SPC) is closely related to S1P and has similar regulatory functions but has not been extensively studied. Both S1P and SPC are able to evoke either stimulatory or inhibitory effects on cancer cells depending on the context. The aim of this thesis work was to study novel regulatory targets of S1P and SPC, which mediate the effects of S1P/SPC signalling on cancer cell behaviour. The investigated targets are the transcription factor hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1), the intermediate filament protein vimentin and components of the Hippo signalling pathway. HIF-1 has a central role in cancer biology, as it regulates a multitude of cancer-related genes and is potently activated by intratumoural hypoxia through stabilization of the regulatory subunit HIF-1α. Tumours typically harbour high HIF-1α levels and HIF-1, in turn, facilitates tumour angiogenesis and metastasis and regulates cancer cell metabolism. We found S1P to induce follicular thyroid cancer cell migration in normal oxygen conditions by increasing HIF-1α synthesis and stability and subsequently HIF-1 activity. Vimentin is a central regulator of cell motility and is also commonly over-expressed in cancers. Vimentin filaments form a cytoskeletal network in mesenchymal cells as well as epithelial cancer cells which have gone through epithelial-mesenchymal transition (EMT). Vimentin is heavily involved in cancer cell invasion and gives tumours metastatic potential. We saw both S1P and SPC induce phosphorylation of vimentin monomers and reorganization of the vimentin filament network in breast and anaplastic thyroid cancer cells. We also found vimentin to mediate the anti-migratory effect of S1P/SPC on these cells. The Hippo pathway is a novel signalling cascade which controls cancer-related processes such as cellular proliferation and survival in response to various extracellular signals. The core of the pathway consists of the transcriptional regulators YAP and TAZ, which activate predominantly cancer-promoting genes, and the tumour suppressive kinases Lats1 and Lats2 which inhibit YAP/TAZ. Increased YAP expression and activity has been reported for a wide variety of cancers. We found SPC to regulate Hippo signalling in breast cancer cells in a two-fold manner through effects on phosphorylation status, activity and/or expression of YAP and Lats2. In conclusion, this thesis reveals new details of the signalling function of S1P and SPC and regulation of the central oncogenic factors HIF-1 and vimentin as well as the novel cancer-related pathway Hippo.

Implication des cellules Nestin+ dans le remodelage vasculaire en conditions pathologiques

La protéine de filament intermédiaire Nestin, marqueur de cellules souches neurales, est exprimée dans les cellules vasculaires. Il a été démontré que les cellules de la crosse aortique dérivent de la crête neurale pendant le développement. Des cellules endothéliales exprimant Nestin sont retrouvées dans les capillaires durant l’embryogénèse ainsi que durant la vascularisation de tumeurs cancéreuses. Cette protéine est impliquée dans les mécanismes de prolifération cellulaire. Récemment des cellules Nestin+ ont été identifiées au niveau des cellules du muscle lisse de l’aorte. La régulation de Nestin dans ces cellules, pendant le développement et en conditions pathologiques, est inconnue. Cette thèse porte sur l’analyse de la protéine Nestin dans le remodelage vasculaire en situation diabétique et d’hypertension au niveau des artères carotide et aortique. Nos travaux examinent l’hypothèse que l’expression vasculaire de Nestine joue un rôle dans l’homéostasie durant le vieillissement physiologique et participe au remodelage suite à des stimuli pathologiques. La protéine Nestin est fortement exprimée dans les aortes de rats néonataux et cette expression diminue rapidement avec le développement. Au niveau de l’aorte l’expression de la protéine Nestin est retrouvée dans une sous-population de cellules du muscle lisse et au niveau des cellules endothéliales. L’expression de la protéine Nestin est corrélée avec sa proximité au cœur, une plus grande expression est observée dans l’arche aortique et une faible expression est détectée dans la partie thoracique. Nous avons déterminé qu’en présence de diabète de type I, il y a une perte de l’expression de la protéine Nestin dans la média de l’aorte et de la carotide. Cette perte d’expression représente un évènement précoce dans la pathologie diabétique et précède la dysfonction endothéliale. La diminution de l’expression de la protéine Nestin est également concomitante avec la perte de la capacité proliférative des cellules du muscle lisse. Dans les rats souffrant de diabète de type 1, une réduction significative de la densité des cellules du muscle lisse exprimant la protéine phosphorylée phosphohistone 3, une protéine impliquée dans un cycle cellulaire actif, est observée. De plus, cette réduction est corrélée avec la perte de l’expression de la protéine Nestin. Nous avons également démontré in vitro qu’un traitement hyperglycémique réduit l’expression de Nestin ainsi que la prolifération des cellules du muscle lisse. Enfin, l’utilisation d’un shARN dirigé contre Nestin nous a permis de déterminer l’implication de cette protéine dans la prolifération des cellules du muscle lisse en condition basale caractérisée par la diminution de l’incorporation de [3H] thymidine. Dans le modèle d’hypertension induite par une constriction aortique abdominale surrénale, l’augmentation de la pression sanguine est associée avec l’augmentation de l’expression de la protéine Nestin dans l’artère carotidienne. Une corrélation positive a été observée entre l’expression de la protéine Nestin dans la carotide et la pression artérielle moyenne à laquelle la paroi de la carotide est soumise. De plus, les facteurs de croissance impliqués dans le remodelage vasculaire secondaire à l’hypertension augmentent l’expression de Nestin dans les cellules du muscle lisse isolées des carotides. Puis, la réduction de l’expression de la protéine Nestin via un shARN atténue l’incorporation de [3H] thymidine, associée à la prolifération cellulaire, stimulée par ces facteurs de croissance alors que l’incorporation de [3H] leucine, associée à la synthèse protéique, demeure inchangée. Ces résultats suggèrent que l’augmentation de l’expression de la protéine Nestin, secondaire à l’hypertension, pourrait représenter une réponse adaptative où il y a une augmentation de la croissance des cellules du muscle lisse afin de permettre à la paroi vasculaire de s’ajuster à l’augmentation de la pression sanguine.

Les cellules endothéliales peuvent acquérir un phénotype mésenchymateux associé avec l’expression de la protéine nestine dans un modèle d’hypertrophie cardiaque et de fibrose réactive

L’hypertrophie cardiaque représente la réponse primaire du cœur dans le but d’améliorer la fonction cardiaque qui est compromise suite à un accident ischémique ou une surcharge hémodynamique. Cependant, l’hypertrophie cardiaque a pour conséquence pathologique la fibrose réactive, qui est caractérisée par la synthèse incontrôlée et le dépôt du collagène par les myofibroblastes. Ainsi, l’accumulation accrue du collagène dans le cœur hypertrophié mène à l’augmentation de la rigidité cardiaque et la détérioration progressive de la fonction contractile du cœur. Plusieurs études ont démontré que la protéine nestine, appartenant à la famille des filaments intermédiaires, est ré-exprimée dans les myofibroblastes durant la fibrose réparative et est impliquée dans la prolifération cellulaire. Basée sur ces observations, cette étude teste l’hypothèse selon laquelle nestine est induite dans les myofibroblastes suivant le développement de la fibrose réactive dans le cœur des rats ayant subi une constriction aortique supra-rénale. Deux semaines suivant une constriction aortique supra-rénale chez le rat, un patron d’hypertrophie concentrique cardiaque a été observé et associé avec une réponse de fibrose réactive caractérisée par le dépôt accru de collagène dans le tissu interstitiel et la région péri-vasculaire de nombreux vaisseaux sanguins cardiaques. De plus, les niveaux de la protéine nestine sont augmentés significativement dans les cœurs des rats hypertrophiés, et ce, de façon corrélative avec la pression artérielle moyenne et la pression systolique du ventricule gauche. Les techniques d’immunofluorescences ont révélé une apparition accrue des cellules immunoréactives à nestine, qui présentent un phénotype mésenchymateux caractérisé par la co-expression de collagène dans le tissu interstitiel et la région péri-vasculaire des cœurs hypertrophiés. Ces données suggèrent que les fibroblastes résidents peuvent exprimer la protéine nestine ou que l’expression de nestine est induite en réponse aux facteurs pro-fibrotiques impliqués dans la fibrose réactive. En effet, l’exposition des myofibroblastes normaux et des myofibroblastes isolés des cœurs hypertrophiés à l’AII, TGF-B1 et EGF augmente significativement l’expression de la protéine nestine, tandis que l’expression de l’α-SMA demeure inchangée. De plus, de manière prédominante dans le cœur hypertrophié, des cellules non-vasculaires CD31(+) ont été détectées dans le tissu interstitiel et la région péri-vasculaire. Ces cellules co-expriment nestine et collagène suggérant une transition des cellules endothéliales vers un phénotype mésenchymateux. Finalement, la protéine nestine, sous sa forme filamenteuse, a été détectée dans les cellules endothéliales de l’artère coronaire humaine et leur exposition au TGF-B1, induit l’expression de collagène. En revanche, l’expression de collagène a été détectée dans les cellules microvasculaires de rats CD31(+), alors que l’expression de nestine est absente. En réponse aux traitements de TGF-B1 et EGF, l’expression de nestine, sous sa forme non-filamenteuse, est détectée dans les cellules microvasculaires de rats. Collectivement, ces données supportent la prémisse selon laquelle la réponse de fibrose réactive dans les cœurs hypertrophiés, suite à une constriction aortique supra-rénale, est attribuée en partie à l’augmentation de l’apparition des cellules mésenchymateuses positives à l’expression de nestine qui proviennent des fibroblastes résidents du ventricule. De plus, les données in vivo et in vitro suggèrent que les cellules endothéliales déplacées représentent une source additionnelle des cellules mésenchymateuses nestine(+) dans le cœur hypertrophié et contribuent au développement de la fibrose réactive. Cibler la protéine nestine peut représenter une approche thérapeutique afin d’atténuer la réponse de fibrose réactive indépendamment de l’origine des cellules mésenchymateuses.

Implications physiopathologiques de la Nestine lors du remodelage pulmonaire et cardiaque à la suite de l’infarctus du myocarde, du diabète et de l’hypertension pulmonaire

Il est reconnu que la protéine filamenteuse intermédiaire Nestine est exprimée lors du processus de cicatrisation et du remodelage fibrotique. De plus, nous avons identifié l’expression de la Nestine au sein de deux populations distinctes qui sont directement impliquées dans les réponses de fibroses réparative et réactive. Ainsi, une population de cellules souches neurales progénitrices résidentes du coeur de rat adulte exprime la Nestine et a été identifiée à titre de substrat de l’angiogenèse et de la neurogenèse cardiaque. Également, la Nestine est exprimée par les myofibroblastes cicatriciels cardiaques et il a été établi que la protéine filamenteuse intermédiaire joue un rôle dans la prolifération de ces cellules. Ainsi, l’objectif général de cette thèse était de mieux comprendre les évènements cellulaires impliqués dans la réponse neurogénique des cellules souches neurales progénitrices résidentes cardiaques Nestine(+) (CSNPRCN(+)) lors de la fibrose réparative cardiaque et d’explorer si l’apparition de fibroblastes Nestine(+) est associée avec la réponse de fibrose réactive secondaire du remodelage pulmonaire. Une première publication nous a permis d’établir qu’il existe une régulation à la hausse de l’expression de la GAP43 (growth associated protein 43) et que cet événement transitoire précède l’acquisition d’un phénotype neuronal par les CSNPRCN(+) lors du processus de cicatrisation cardiaque chez le rat ayant subi un infarctus du myocarde. De plus, la surimposition de la condition diabétique de type 1, via l’injection unique de Streptozotocine chez le rat, abolit la réponse neurogénique des CSNPRCN(+), qui est normalement induite à la suite de l’ischémie cardiaque ou de l’administration de 6-hydroxydopamine. Le second article a démontré que le développement aigu de la fibrose pulmonaire secondaire de l’infarctus du myocarde chez le rat est associé avec une augmentation de l’expression protéique de la Nestine et de l’apparition de myofibroblastes pulmonaires Nestine(+). Également, le traitement de fibroblastes pulmonaires avec des facteurs de croissances peptidiques pro-fibrotiques a augmenté l’expression de la Nestine par ces cellules. Enfin, le développement initial de la condition diabétique de type 1 chez le rat est associé avec une absence de fibrose réactive pulmonaire et à une réduction significative des niveaux protéiques et d’ARN messager de la Nestine pulmonaire. Finalement, la troisième étude représentait quant à elle un prolongement de la deuxième étude et a alors examiné le remodelage pulmonaire chronique chez un modèle établi d’hypertension pulmonaire. Ainsi, les poumons de rats adultes mâles soumis à l’hypoxie hypobarique durant 3 semaines présentent un remodelage vasculaire, une fibrose réactive et une augmentation des niveaux d’ARN messager et de la protéine Nestine. De plus, nos résultats ont démontré que la Nestine, plutôt que l’alpha-actine du muscle lisse, est un marqueur plus approprié des diverses populations de fibroblastes pulmonaires activés. Également, nos données suggèrent que les fibroblastes pulmonaires activés proviendraient en partie de fibroblastes résidents, ainsi que des processus de transition épithélio-mésenchymateuse et de transition endothélio-mésenchymateuse. Collectivement, ces études ont démontré que des populations distinctes de cellules Nestine(+) jouent un rôle majeur dans la fibrose réparative cardiaque et la fibrose réactive pulmonaire.

Overexpression of Vimentin in Canine Prostatic Carcinoma

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)