Implication de la convertase NARC-1 / PCSK9 au cours de la différenciation neuroectodermale

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Régulation épigénétique de la défense antioxydante et de l'Angiopoietin-like 2 dans le contexte du vieillissement et des maladies cardiovasculaires

Suite à l’exposition à des facteurs de risque incluant la malnutrition, la dyslipidémie, la sédentarité et les désordres métaboliques, les maladies cardiovasculaires (MCV) sont caractérisées par un état pro-oxydant et pro-inflammatoire, et une dérégulation de l’expression de divers facteurs responsables de l’homéostasie de l’environnement rédox et inflammatoire. L’implication d’enzymes antioxydantes telles que les superoxyde dismutases (SOD) et les glutathion peroxydases (Gpx), ainsi que la contribution de médiateurs pro-inflammatoires tels que l’angiopoietin-like 2 (Angptl2) ont été rapportées dans le cadre des MCV. Toutefois, les mécanismes moléculaires sensibles aux facteurs de risque et menant au développement des MCV sont peu connus. L’épigénétique est un mécanisme de régulation de l’expression génique sensible aux stimuli extracellulaires et pourrait donc contribuer au développement des MCV. La méthylation de l’ADN est un des mécanismes épigénétiques pouvant varier tant de manière gène-spécifique qu’à l’échelle génomique, et la conséquence de tels changements sur l’expression des gènes ciblés dépend du site de méthylation. Puisqu’il a été démontré que des variations au niveau de la méthylation de l’ADN peuvent être associées à divers contextes pathologiques incluant les MCV, le but de nos travaux était d’étudier le lien entre la méthylation de gènes antioxydants et pro-inflammatoires avec leurs répercussions fonctionnelles biologiques en présence de facteurs de risques associés aux MCV, tels que le vieillissement, la dyslipidémie et la sédentarité. Dans la première étude, nous avons observé que dans l’artère fémorale de souris vieillissantes, la méthylation au niveau du promoteur du gène Sod2, codant pour l’enzyme antioxydante superoxyde dismutase de type 2 (SOD2 ou MnSOD), diminue avec l’âge. Ceci serait associé à l’induction de l’expression de MnSOD, renforçant ainsi la défense antioxydante endogène. Le vieillissement étant associé à une accumulation de la production de radicaux libres, nous avons étudié la vasodilatation dépendante de l’endothélium qui est sensible au stress oxydant. Nous avons observé que la capacité vasodilatatrice globale a été maintenue chez les souris âgées, aux dépens d’une diminution des facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) et d’une contribution accentuée de la voie du monoxyde d’azote (NO). Nous avons ensuite utilisé deux approches visant à réduire les niveaux de stress oxydant in vivo, soit la supplémentation avec un antioxydant, la catéchine, et l’exposition chronique à de l’exercice physique volontaire. Ces interventions ont permis de prévenir à la fois les changements au niveau de la fonction endothéliale et de l’hypométhylation de Sod2. Cette première étude démontre donc la sensibilité de la méthylation de l’ADN à l’environnement rédox. Dans la deuxième étude, nous avons démontré une régulation de l’expression de l’enzyme antioxydante glutathion peroxydase 1 (Gpx1) en lien avec la méthylation de son gène codant, Gpx1, dans un contexte de dyslipidémie sévère. Nos résultats démontrent que dans le muscle squelettique de souris transgéniques sévèrement dyslipidémiques (LDLr-/-; hApoB+/+), Gpx1 est hyperméthylé, ce qui diminue l’expression de Gpx1 et affaiblit la défense antioxydante endogène. Chez ces souris, l’exercice physique chronique a permis d’augmenter l’expression de Gpx1 en lien avec une hypométhylation transitoire de son gène. Cette étude démontre que le stress oxydant associé à la dyslipidémie sévère altère les mécanismes de défense antioxydante, en partie via un mécanisme épigénétique. De plus, on observe également que l’exercice physique permet de renverser ces effets et peut induire des changements épigénétiques, mais de manière transitoire. La troisième étude avait pour but d’étudier la régulation de l’Angptl2, une protéine circulante pro-inflammatoire, dans le contexte des MCV. Nous avons observé que chez des patients coronariens, la concentration circulante d’Angptl2 est significativement plus élevée que chez des sujets sains et ce, en lien avec une hypométhylation de son gène, ANGPTL2, mesurée dans les leucocytes circulants. Nous sommes les premiers à démontrer qu’en réponse à l’environnement pro-inflammatoire associé à une MCV, l’expression de l’Angptl2 est stimulée par un mécanisme épigénétique. Nos études ont permis d’identifier des nouvelles régions régulatrices différentiellement méthylées situées dans les gènes impliqués dans la défense antioxydante, soit Sod2 en lien avec le vieillissement et Gpx1 en lien avec la dyslipidémie et l’exercice. Nous avons également démontré un mécanisme de régulation de l’Angptl2 dépendant de la méthylation d’ANGPTL2 et ce, pour la première fois dans un contexte de MCV. Ces observations illustrent la nature dynamique de la régulation épigénétique par la méthylation de l’ADN en réponse aux stimuli environnementaux. Nos études contribuent ainsi à la compréhension et l’identification de mécanismes moléculaires impliqués dans le développement du phénotype pathologique suite à l’exposition aux facteurs de risque, ce qui ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques.

Régulation épigénétique de la défense antioxydante et de l'Angiopoietin-like 2 dans le contexte du vieillissement et des maladies cardiovasculaires

Suite à l’exposition à des facteurs de risque incluant la malnutrition, la dyslipidémie, la sédentarité et les désordres métaboliques, les maladies cardiovasculaires (MCV) sont caractérisées par un état pro-oxydant et pro-inflammatoire, et une dérégulation de l’expression de divers facteurs responsables de l’homéostasie de l’environnement rédox et inflammatoire. L’implication d’enzymes antioxydantes telles que les superoxyde dismutases (SOD) et les glutathion peroxydases (Gpx), ainsi que la contribution de médiateurs pro-inflammatoires tels que l’angiopoietin-like 2 (Angptl2) ont été rapportées dans le cadre des MCV. Toutefois, les mécanismes moléculaires sensibles aux facteurs de risque et menant au développement des MCV sont peu connus. L’épigénétique est un mécanisme de régulation de l’expression génique sensible aux stimuli extracellulaires et pourrait donc contribuer au développement des MCV. La méthylation de l’ADN est un des mécanismes épigénétiques pouvant varier tant de manière gène-spécifique qu’à l’échelle génomique, et la conséquence de tels changements sur l’expression des gènes ciblés dépend du site de méthylation. Puisqu’il a été démontré que des variations au niveau de la méthylation de l’ADN peuvent être associées à divers contextes pathologiques incluant les MCV, le but de nos travaux était d’étudier le lien entre la méthylation de gènes antioxydants et pro-inflammatoires avec leurs répercussions fonctionnelles biologiques en présence de facteurs de risques associés aux MCV, tels que le vieillissement, la dyslipidémie et la sédentarité. Dans la première étude, nous avons observé que dans l’artère fémorale de souris vieillissantes, la méthylation au niveau du promoteur du gène Sod2, codant pour l’enzyme antioxydante superoxyde dismutase de type 2 (SOD2 ou MnSOD), diminue avec l’âge. Ceci serait associé à l’induction de l’expression de MnSOD, renforçant ainsi la défense antioxydante endogène. Le vieillissement étant associé à une accumulation de la production de radicaux libres, nous avons étudié la vasodilatation dépendante de l’endothélium qui est sensible au stress oxydant. Nous avons observé que la capacité vasodilatatrice globale a été maintenue chez les souris âgées, aux dépens d’une diminution des facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) et d’une contribution accentuée de la voie du monoxyde d’azote (NO). Nous avons ensuite utilisé deux approches visant à réduire les niveaux de stress oxydant in vivo, soit la supplémentation avec un antioxydant, la catéchine, et l’exposition chronique à de l’exercice physique volontaire. Ces interventions ont permis de prévenir à la fois les changements au niveau de la fonction endothéliale et de l’hypométhylation de Sod2. Cette première étude démontre donc la sensibilité de la méthylation de l’ADN à l’environnement rédox. Dans la deuxième étude, nous avons démontré une régulation de l’expression de l’enzyme antioxydante glutathion peroxydase 1 (Gpx1) en lien avec la méthylation de son gène codant, Gpx1, dans un contexte de dyslipidémie sévère. Nos résultats démontrent que dans le muscle squelettique de souris transgéniques sévèrement dyslipidémiques (LDLr-/-; hApoB+/+), Gpx1 est hyperméthylé, ce qui diminue l’expression de Gpx1 et affaiblit la défense antioxydante endogène. Chez ces souris, l’exercice physique chronique a permis d’augmenter l’expression de Gpx1 en lien avec une hypométhylation transitoire de son gène. Cette étude démontre que le stress oxydant associé à la dyslipidémie sévère altère les mécanismes de défense antioxydante, en partie via un mécanisme épigénétique. De plus, on observe également que l’exercice physique permet de renverser ces effets et peut induire des changements épigénétiques, mais de manière transitoire. La troisième étude avait pour but d’étudier la régulation de l’Angptl2, une protéine circulante pro-inflammatoire, dans le contexte des MCV. Nous avons observé que chez des patients coronariens, la concentration circulante d’Angptl2 est significativement plus élevée que chez des sujets sains et ce, en lien avec une hypométhylation de son gène, ANGPTL2, mesurée dans les leucocytes circulants. Nous sommes les premiers à démontrer qu’en réponse à l’environnement pro-inflammatoire associé à une MCV, l’expression de l’Angptl2 est stimulée par un mécanisme épigénétique. Nos études ont permis d’identifier des nouvelles régions régulatrices différentiellement méthylées situées dans les gènes impliqués dans la défense antioxydante, soit Sod2 en lien avec le vieillissement et Gpx1 en lien avec la dyslipidémie et l’exercice. Nous avons également démontré un mécanisme de régulation de l’Angptl2 dépendant de la méthylation d’ANGPTL2 et ce, pour la première fois dans un contexte de MCV. Ces observations illustrent la nature dynamique de la régulation épigénétique par la méthylation de l’ADN en réponse aux stimuli environnementaux. Nos études contribuent ainsi à la compréhension et l’identification de mécanismes moléculaires impliqués dans le développement du phénotype pathologique suite à l’exposition aux facteurs de risque, ce qui ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques.

Impaired reverse cholesterol transport and hepatic steatosis contribute to pathogenesis of high fat dietinduced hyperlipidemia in murine models

Purpose: To investigate the pathogenesis of high fat diet (HFD)-induced hyperlipidemia (HLP) in mice, rats and hamsters and to comparatively evaluate their sensitivity to HFD. Methods: Mice, rats and hamsters were fed with high-fat diet formulation (HFD, n = 8) or a control diet (control, n = 8) for 4 weeks. Changes in body weight, relative liver weight, serum lipid profile, expressions of hepatic marker gene of lipid metabolism and liver morphology were observed in three hyperlipidemic models. Results: Elevated total cholesterol (TC), triglyceride, low density lipoprotein-cholesterol (LDL-C) and high density lipoprotein-cholesterol (HDL-C) levels and body weight were observed in all hyperlipidemic animals (p < 0.05), while hepatic steatosis was manifested in rat and hamster HLP models, and increased hepatic TC level was only seen (p < 0.05) in hamster HLP model. Suppression of HMG-CoA reductase and up-regulation of lipoproteinlipase were observed in all HFD groups. Hepatic gene expression of LDLR, CYP7A1, LCAT, SR-B1, and ApoA I, which are a response to reverse cholesterol transport (RCT), were inhibited by HFD in the three models. Among these models, simultaneous suppression of HMG-CR, LCAT, LDLR and SR-BI and elevated LPL were features of the hamster model. Conclusion: As the results show, impaired RCT and excessive fat accumulation are major contributors to pathogenesis of HFD-induced murine HLP. Thus, the hamster model is more appropriate for hyperlipidemia research.

MicroRNA modulation of aldosterone production in the adrenal gland

Hypertension is the major risk factor for coronary disease worldwide. Primary hypertension is idiopathic in origin but is thought to arise from multiple risk factors including genetic, lifestyle and environmental influences. Secondary hypertension has a more definite aetiology; its major single cause is primary aldosteronism (PA), the greatest proportion of which is caused by aldosteroneproducing adenoma (APA), where aldosterone is synthesized at high levels by an adenoma of the adrenal gland. There is strong evidence to show that high aldosterone levels cause adverse effects on cardiovascular, cerebrovascular, renal and other systems. Extensive studies have been conducted to analyse the role that regulation of CYP11B2, the gene encoding the aldosterone synthase enzyme plays in determining aldosterone production and the development of hypertension. One significant regulatory factor that has only recently emerged is microRNA (miRNA). miRNAs are small non-coding RNAs, synthesized by a series of enzymatic processes, that negatively regulate gene expression at the posttranscriptional level. Detection and manipulation of miRNA is now known to be a viable method in the treatment, prevention and prognosis of certain diseases. The aim of the present study was to identify miRNAs likely to have a role in the regulation of corticosteroid biosynthesis. To achieve this, the miRNA profile of APA and normal human adrenal tissue was compared, as was the H295R adrenocortical cell line model of adrenocortical function, under both basal conditions and following stimulation of aldosterone production. Key differentially-expressed miRNAs were then identified and bioinformatic tools used to identify likely mRNA targets and pathways for these miRNAs, several of which were investigated and validated using in vitro methods. The background to this study is set out in Chapter 1 of this thesis, followed by a description of the major technical methods employed in Chapter 2. Chapter 3 presents the first of the study results, analysing differences in miRNA profile between APA and normal human adrenal tissue. Microarray was implemented to detect the expression of miRNAs in these two tissue types and several miRNAs were found to vary significantly and consistently between them. Furthermore, members of several miRNA clusters exhibited similar changes in expression pattern between the two tissues e.g. members of cluster miR-29b-1 (miR-29a-3p and miR-29b-3p) and of cluster miR-29b-2 (miR-29b-3p and miR-29c- 3p) are downregulated in APA, while members of cluster let-7a-1 (let-7a-5p and let-7d-5p), cluster let-7a-3 (let-7a-5p and let-7b-5p) and cluster miR-134 (miR- 134 and miR-382) are upregulated. Further bioinformatic analysis explored the possible biological function of these miRNAs using Ingenuity® Systems Pathway Analysis software. This led to the identification of validated mRNAs already known to be targeted by these miRNAs, as well as the prediction of other mRNAs that are likely targets and which are involved in processes relevant to APA pathology including cholesterol synthesis (HMGCR) and corticosteroidogenesis (CYP11B2). It was therefore hypothesised that increases in miR-125a-5p or miR- 335-5p would reduce HMGCR and CYP11B2 expression. Chapter 4 describes the characterisation of H295R cells of different strains and sources (H295R Strain 1, 2, 3 and HAC 15). Expression of CYP11B2 was assessed following application of 3 different stimulants: Angio II, dbcAMP and KCl. The most responsive strain to stimulation was Strain 1 at lower passage numbers. Furthermore, H295R proliferation increased following Angio II stimulation. In Chapter 5, the hypothesis that increases in miR-125a-5p or miR-335-5p reduces HMGCR and CYP11B2 expression was tested using realtime quantitative RT-PCR and transfection of miRNA mimics and inhibitors into the H295R cell line model of adrenocortical function. In this way, miR-125a-5p and miR-335-5p were shown to downregulate CYP11B2 and HMGCR expression, thereby validating certain of the bioinformatic predictions generated in Chapter 3. The study of miRNA profile in the H295R cell lines was conducted in Chapter 6, analysing how it changes under conditions that increase aldosterone secretion, including stimulation Angiotensin II, potassium chloride or dibutyryl cAMP (as a substitute for adrenocorticotropic hormone). miRNA profiling identified 7 miRNAs that are consistently downregulated by all three stimuli relative to basal cells: miR-106a-5p, miR-154-3p, miR-17-5p, miR-196b-5p, miR-19a-3p, miR-20b- 5p and miR-766-3p. These miRNAs include those derived from cluster miR-106a- 5p/miR-20b-5p and cluster miR-17-5p/miR-19a-3p, each producing a single polycistronic transcript. IPA bioinformatic analysis was again applied to identify experimentally validated and predicted mRNA targets of these miRNAs and the key biological pathways likely to be affected. This predicted several interactions between miRNAs derived from cluster miR-17-5p/miR-19a-3p and important mRNAs involved in cholesterol biosynthesis: LDLR and ABCA1. These predictions were investigated by in vitro experiment. miR-17-5p/miR-106a-p and miR-20b-5p were found to be consistently downregulated by stimulation of aldosterone biosynthesis. Moreover, miR-766-3p was upregulation throughout. Furthermore, I was able to validate the downregulation of LDLR by miR-17 transfection, as predicted by IPA. In summary, this study identified key miRNAs that are differentially-expressed in vivo in cases of APA or in vitro following stimulation of aldosterone biosynthesis. The many possible biological actions these miRNAs could have were filtered by bioinformatic analysis and selected interactions validated in vitro. While direct actions of these miRNAs on steroidogenic enzymes were identified, cholesterol handling also emerged as an important target and may represent a useful point of intervention in future therapies designed to modulate aldosterone biosynthesis and reduce its harmful effects.