Conserved chromosomal clustering of genes governed by chromatin regulators in Drosophila

Background: The trithorax group (trxG) and Polycomb group (PcG) proteins are responsible for the maintenance of stable transcriptional patterns of many developmental regulators. They bind to specific regions of DNA and direct the post-translational modifications of histones, playing a role in the dynamics of chromatin structure.Results: We have performed genome-wide expression studies of trx and ash2 mutants in Drosophila melanogaster. Using computational analysis of our microarray data, we have identified 25 clusters of genes potentially regulated by TRX. Most of these clusters consist of genes that encode structural proteins involved in cuticle formation. This organization appears to be a distinctive feature of the regulatory networks of TRX and other chromatin regulators, since we have observed the same arrangement in clusters after experiments performed with ASH2, as well as in experiments performed by others with NURF, dMyc, and ASH1. We have also found many of these clusters to be significantly conserved in D. simulans, D. yakuba, D. pseudoobscura and partially in Anopheles gambiae.Conclusion: The analysis of genes governed by chromatin regulators has led to the identification of clusters of functionally related genes conserved in other insect species, suggesting this chromosomal organization is biologically important. Moreover, our results indicate that TRX and other chromatin regulators may act globally on chromatin domains that contain transcriptionally co-regulated genes.

Farnesol-induced apoptosis in Candida albicans is mediated by Cdr1-p extrusion and depletion of intracellular glutathione.

Farnesol is a key derivative in the sterol biosynthesis pathway in eukaryotic cells previously identified as a quorum sensing molecule in the human fungal pathogen Candida albicans. Recently, we demonstrated that above threshold concentrations, farnesol is capable of triggering apoptosis in C. albicans. However, the exact mechanism of farnesol cytotoxicity is not fully elucidated. Lipophilic compounds such as farnesol are known to conjugate with glutathione, an antioxidant crucial for cellular detoxification against damaging compounds. Glutathione conjugates act as substrates for ATP-dependent ABC transporters and are extruded from the cell. To that end, this current study was undertaken to validate the hypothesis that farnesol conjugation with intracellular glutathione coupled with Cdr1p-mediated extrusion of glutathione conjugates, results in total glutathione depletion, oxidative stress and ultimately fungal cell death. The combined findings demonstrated a significant decrease in intracellular glutathione levels concomitant with up-regulation of CDR1 and decreased cell viability. However, addition of exogenous reduced glutathione maintained intracellular glutathione levels and enhanced viability. In contrast, farnesol toxicity was decreased in a mutant lacking CDR1, whereas it was increased in a CDR1-overexpressing strain. Further, gene expression studies demonstrated significant up-regulation of the SOD genes, primary enzymes responsible for defense against oxidative stress, with no changes in expression in CDR1. This is the first study describing the involvement of Cdr1p-mediated glutathione efflux as a mechanism preceding the farnesol-induced apoptotic process in C. albicans. Understanding of the mechanisms underlying farnesol-cytotoxicity in C. albicans may lead to the development of this redox-cycling agent as an alternative antifungal agent.

Alterations of the 5'untranslated region of SLC16A12 lead to age-related cataract.

PURPOSE. Knowledge of genetic factors predisposing to age-related cataract is very limited. The aim of this study was to identify DNA sequences that either lead to or predispose for this disease. METHODS. The candidate gene SLC16A12, which encodes a solute carrier of the monocarboxylate transporter family, was sequenced in 484 patients with cataract (134 with juvenile cataract, 350 with age-related cataract) and 190 control subjects. Expression studies included luciferase reporter assay and RT-PCR experiments. RESULTS. One patient with age-related cataract showed a novel heterozygous mutation (c.-17A>G) in the 5'untranslated region (5'UTR). This mutation is in cis with the minor G-allele of the single nucleotide polymorphism (SNP) rs3740030 (c.-42T/G), also within the 5'UTR. Using a luciferase reporter assay system, a construct with the patient's haplotype caused a significant upregulation of luciferase activity. In comparison, the SNP G-allele alone promoted less activity, but that amount was still significantly higher than the amount of the common T-allele. Analysis of SLC16A12 transcripts in surrogate tissue demonstrated striking allele-specific differences causing 5'UTR heterogeneity with respect to sequence and quantity. These differences in gene expression were mirrored in an allele-specific predisposition to age-related cataract, as determined in a Swiss population (odds ratio approximately 2.2; confidence intervals, 1.23-4.3). CONCLUSIONS. The monocarboxylate transporter SLC16A12 may contribute to age-related cataract. Sequences within the 5'UTR modulate translational efficiency with pathogenic consequences.

Neuronal calcium channel mutation in a patient with congenital ataxia and attacks of hemiplegic migraine with cerebral edema

Background: Familial Hemiplegic Migraine (FHM), characterized by a prolonged unilateral hemiparesis, mainly results from mutations in the alpha-1a subunit of the calcium channel gene CACNA1A that can also cause two other dominantly inherited neurological disorders, Episodic Ataxia type 2 (EA2, with sometimes migrainous headaches) and Spinocerebellar Ataxia type 6 (SCA6, late-onset and progressive). A same mutation can have different clinical expression in a family (hemiplegic migraine, migraine-coma, cerebellar ataxia). CACNA1A mutations in FHM are usually missense, leading to gain-of-function, while truncating mutations leading to loss-of-function are usually associated with EA2. Case report: This 9-year-old girl was seen as a baby for hypotonia and transient vertical nystagmus. Her first brain MRI was normal. She evolved as a congenital ataxia, but since the age of two, she had attacks of coma, hemiparesis (either side), partial seizures, dystonic movements and fever. Attacks were initially triggered by minor head bumps, subsequently spontaneous. Brain MRIs in the acute stage always showed transient unilateral hemisphere swelling. Follow-up images revealed atrophic lesions in the temporo-occipital regions and cerebellar atrophy. A prophylactic trial with flunarizine was ineffective. Acetazolamide was recently introduced. Methods: Since our patient shared features of both FHM and EA2, we studied the CACNA1A gene by direct sequencing in the patient's and parents' DNA. Results: We identified an unreported de novo heterozygous deletion of three base pairs (c.4503_4505delCTT) predicting the deletion of one amino acid (p.Phe1502del). The CACNA1A protein contains 4 domains, each formed by six transmembrane segments. The deletion is located in a highly conserved region in segment 6 (S6) of the third domain. Mutations in S6 segments of calcium channels change single-channel conductance and channel selectivity, most resulting in loss-of-function. Outlook: In vitro expression studies of the identified mutation are underway, aiming at understanding its functional consequences and finding an efficient treatment.

Urotensin-II System in Genetic Control of Blood Pressure and Renal Function.

Urotensin-II controls ion/water homeostasis in fish and vascular tone in rodents. We hypothesised that common genetic variants in urotensin-II pathway genes are associated with human blood pressure or renal function. We performed family-based analysis of association between blood pressure, glomerular filtration and genes of the urotensin-II pathway (urotensin-II, urotensin-II related peptide, urotensin-II receptor) saturated with 28 tagging single nucleotide polymorphisms in 2024 individuals from 520 families; followed by an independent replication in 420 families and 7545 unrelated subjects. The expression studies of the urotensin-II pathway were carried out in 97 human kidneys. Phylogenetic evolutionary analysis was conducted in 17 vertebrate species. One single nucleotide polymorphism (rs531485 in urotensin-II gene) was associated with adjusted estimated glomerular filtration rate in the discovery cohort (p = 0.0005). It showed no association with estimated glomerular filtration rate in the combined replication resource of 8724 subjects from 6 populations. Expression of urotensin-II and its receptor showed strong linear correlation (r = 0.86, p<0.0001). There was no difference in renal expression of urotensin-II system between hypertensive and normotensive subjects. Evolutionary analysis revealed accumulation of mutations in urotensin-II since the divergence of primates and weaker conservation of urotensin-II receptor in primates than in lower vertebrates. Our data suggest that urotensin-II system genes are unlikely to play a major role in genetic control of human blood pressure or renal function. The signatures of evolutionary forces acting on urotensin-II system indicate that it may have evolved towards loss of function since the divergence of primates.

Design, synthesis and biological evaluation of a class of bioisosteric oximes of the novel dual peroxisome proliferator-activated receptor α/γ ligand LT175.

The effects resulting from the introduction of an oxime group in place of the distal aromatic ring of the diphenyl moiety of LT175, previously reported as a PPARα/γ dual agonist, have been investigated. This modification allowed the identification of new bioisosteric ligands with fairly good activity on PPARα and fine-tuned moderate activity on PPARγ. For the most interesting compound (S)-3, docking studies in PPARα and PPARγ provided a molecular explanation for its different behavior as full and partial agonist of the two receptor isotypes, respectively. A further investigation of this compound was carried out performing gene expression studies on HepaRG cells. The results obtained allowed to hypothesize a possible mechanism through which this ligand could be useful in the treatment of metabolic disorders. The higher induction of the expression of some genes, compared to selective agonists, seems to confirm the importance of a dual PPARα/γ activity which probably involves a synergistic effect on both receptor subtypes.

The genome and development-dependent transcriptomes of Pyronema confluens: a window into fungal evolution

Fungi are a large group of eukaryotes found in nearly all ecosystems. More than 250 fungal genomes have already been sequenced, greatly improving our understanding of fungal evolution, physiology, and development. However, for the Pezizomycetes, an early-diverging lineage of filamentous ascomycetes, there is so far only one genome available, namely that of the black truffle, Tuber melanosporum, a mycorrhizal species with unusual subterranean fruiting bodies. To help close the sequence gap among basal filamentous ascomycetes, and to allow conclusions about the evolution of fungal development, we sequenced the genome and assayed transcriptomes during development of Pyronema confluens, a saprobic Pezizomycete with a typical apothecium as fruiting body. With a size of 50 Mb and ~13,400 protein-coding genes, the genome is more characteristic of higher filamentous ascomycetes than the large, repeat-rich truffle genome; however, some typical features are different in the P. confluens lineage, e.g. the genomic environment of the mating type genes that is conserved in higher filamentous ascomycetes, but only partly conserved in P. confluens. On the other hand, P. confluens has a full complement of fungal photoreceptors, and expression studies indicate that light perception might be similar to distantly related ascomycetes and, thus, represent a basic feature of filamentous ascomycetes. Analysis of spliced RNA-seq sequence reads allowed the detection of natural antisense transcripts for 281 genes. The P. confluens genome contains an unusually high number of predicted orphan genes, many of which are upregulated during sexual development, consistent with the idea of rapid evolution of sex-associated genes. Comparative transcriptomics identified the transcription factor gene pro44 that is upregulated during development in P. confluens and the Sordariomycete Sordaria macrospora. The P. confluens pro44 gene (PCON_06721) was used to complement the S. macrospora pro44 deletion mutant, showing functional conservation of this developmental regulator.

The role of ubiquitin specific peptidase 15 (USP 15) in human glioblastoma

Glioblastoma (GBM) is the most common and most aggressive malignant primary brain tumour. Despite the aggressiveness of the applied therapy, the prognosis remains poor with a median survival to of about 15 months. It is important to identify new candidate genes that could have clinical application in this disease. Previous gene expression studies from human GBM samples in our laboratory, revealed Ubiquitin Specific Peptidase 15 (USP15) as a gene with low expression, significantly associated with genomic deletions of the chromosomal region encompassing the USP15 locus. USP15 belongs to the ubiquitin-specific protease (USPs) family of which the main role is the reversion of ubiquitination and thereby stabilization of substrates. Previously, USP15 has been suggested to have a tumour suppressor function via its substrates APC and Caspase 3. We established GBM cell lines that stably express USP15 wt or its catalytic mutant. USP15 expression impairs cell growth by inhibiting cell cycle progression. On the other hand USP15 depletion in GBM cell lines induces cell cycle progression and proliferation. In order to identify the molecular pathways in which USP15 is implicated we aimed to identify protein-binding partners in the GBM cell line LN-229 by Mass spectrometry. As a result we identified eight new proteins that interact with USP15. These proteins are involved in important cellular processes like cytokinesis, cell cycle, cellular migration, and apoptosis. Three of these protein interactions were confirmed by co-immunoprecipitation in four GBM cell lines LN-229, LN428, LN18, LN-Z308. One of the binding proteins is HECTD1 E3 ligase of which the murine homologue promotes the APC-Axin interaction to negatively regulate the Wnt pathway. USP15 can de-ubiquitinate HECTD1 in the LN229 cell line while its depletion led to decrease of HECTD1 in GBM cell lines suggesting stabilizing role for USP15. Moreover, HECTD1 stable expression in LN229 inhibits cell cycle, while its depletion induces cell cycle progression. These results suggest that the USP15-HECTD1 interaction might enhance the antiproliferative effect of HECTD1 in GBM cell lines. Using the TOPflash/FOPflash luciferase system we showed that HECTD1 and USP15 overexpression can attenuate WNT pathway activity, and decrease the Axin2 expression. These data indicate that this new protein interaction of USP15 with HECTD1 results in negative regulation of the WNT pathway in GBM cell lines. Further investigation of the regulation of this interaction or of the protein binding network of HECTD1 in GBM may allow the discovery of new therapeutic targets. Finally PTPIP51 and KIF15 are the other two identified protein partners of USP15. These two proteins are involved in cell proliferation and their depletion in LN-229 cell line led to induction of cell cycle progression. USP15 displays a stabilizing role for them. Hence, these results show that the tumour suppressive role of USP15 in GBM cell line via different molecular mechanisms indicating the multidimensional function of USP15. Résumé Le glioblastome (GBM) est la tumeur primaire la plus fréquente et la plus agressive du cervau caractérisée par une survie médiane d'environ à 15 mois. De précédant travaux effectués au sein de notre laboratoire portant sur l'étude de l'expression de gènes pour des échantillons humains de GBM ont montré que le gène Ubiquitin Specific Peptidase 15 (USP1S) était significativement associée à une délétion locales à 25% des cas. Initialement, les substrats protéiques APC et CaspaseS de USP15 ont conduit à considérer cette protéine comme un suppresseur de tumeur. USP15 appartient à la famille protèsse spécifique de l'ubiquitine (USPs) dont le rôle principal est la réversion de l'ubiquitination et la stabilisation de substrats. Par conséquent, nous avons établi des lignées de cellules de glioblastome qui expriment de manière stable USP15 ou bien son mutant catalytique. Ainsi, nous avons ainsi démontré que l'expression de l'USP15 empêche la croissance cellulaire en inhibant la progression du cycle cellulaire. Inversement, la suppression de l'expression du gène USP15 dans les lignées cellulaires de glioblastome induit la progression du cycle cellulaire et la prolifération. Afin d'identifier les voies moléculaires dans lesquelles sont impliquées USP15, nous avons cherché à identifier les partenaires de liaisons protéiques par spectrométrie de masse dans la lignée cellulaire LN-229. Ainsi, huit nouvelles protéines interagissant avec USP15 ont été identifiées dont la ligase E3 HECTD1. L'homologue murin de Hectdl favorise l'interaction APC-Axin en régulant négativement la voie de signalisation de Wnt. USP15 interagit en désubiquitinant HECTD1 dans la lignée cellulaire LN-229 et provoque ainsi l'atténuation de l'activité de cette voie de signalisation. En conclusion, HECTD1, en interagissant avec USP15, joue un rôle de suppresseur de tumeur dans les lignées cellulaire de GBM.

Post-translational modifications of voltage-gated sodium channels in chronic pain syndromes.

In the peripheral sensory nervous system the neuronal expression of voltage-gated sodium channels (Navs) is very important for the transmission of nociceptive information since they give rise to the upstroke of the action potential (AP). Navs are composed of nine different isoforms with distinct biophysical properties. Studying the mutations associated with the increase or absence of pain sensitivity in humans, as well as other expression studies, have highlighted Nav1.7, Nav1.8, and Nav1.9 as being the most important contributors to the control of nociceptive neuronal electrogenesis. Modulating their expression and/or function can impact the shape of the AP and consequently modify nociceptive transmission, a process that is observed in persistent pain conditions. Post-translational modification (PTM) of Navs is a well-known process that modifies their expression and function. In chronic pain syndromes, the release of inflammatory molecules into the direct environment of dorsal root ganglia (DRG) sensory neurons leads to an abnormal activation of enzymes that induce Navs PTM. The addition of small molecules, i.e., peptides, phosphoryl groups, ubiquitin moieties and/or carbohydrates, can modify the function of Navs in two different ways: via direct physical interference with Nav gating, or via the control of Nav trafficking. Both mechanisms have a profound impact on neuronal excitability. In this review we will discuss the role of Protein Kinase A, B, and C, Mitogen Activated Protein Kinases and Ca++/Calmodulin-dependent Kinase II in peripheral chronic pain syndromes. We will also discuss more recent findings that the ubiquitination of Nav1.7 by Nedd4-2 and the effect of methylglyoxal on Nav1.8 are also implicated in the development of experimental neuropathic pain. We will address the potential roles of other PTMs in chronic pain and highlight the need for further investigation of PTMs of Navs in order to develop new pharmacological tools to alleviate pain.

Collagen binding integrins and cancer testis antigens in prostate cancer and melanoma

Camilla Pelo Collagen Binding Integrins and Cancer Testis Antigens in Prostate Cancer and Melanoma Department of Biochemistry, MediCity Research Laboratory, University of Turku, Finland Annales Universitatis Turkuensis, Painosalama Oy, Turku, Finland 2016 ABSTRACT Prostate cancer is the second most common cancer in men worldwide. The incidence of melanoma, in turn, is increasing faster than any other cancer incidences. In Finland, more than 5000 prostate cancer and 1200 new melanoma cases are diagnosed each year. One approach to further understand the cellular processes involved in prostate cancer and melanoma is to gain better knowledge about alterations in gene expression and their potential impact on the progression of the diseases. This thesis is focused on expression studies in two gene families; integrins and cancer testis antigens (CT antigens), in human prostate adenocarcinoma and advanced human melanoma. Integrins are heterodimeric transmembrane receptors which regulate many important cellular processes such as cell proliferation, migration and survival. CT antigens are frequently expressed in different types of cancers, but are only expressed in testis in healthy individuals. CT antigens are also highly immunogenic proteins. Due to the properties mentioned above, integrins and CT antigens can function as target molecules for the development of cancer diagnostics and drugs. One of the main purposes of this thesis was to study the expression of the four collagen binding integrins α1β1, α2β1, α10β1, α11β1 and the cancer testis antigen 16 (CT16) in cancer cell lines and human tissues of prostate cancer and metastatic melanoma. Additional aims included studies on the biological role of CT16 and the abundance of CT16 in sera of advanced melanoma patients. The prognostic and diagnostic significance of CT16 and the collagen binding integrins were also evaluated. Expression studies on collagen binding integrins and the CT antigen CT16 in melanoma and prostate cancer were limited and the biological role of CT16 was unknown. In this thesis, the expression levels of α2β1 and α11β1 were found to be significantly altered in prostate cancer tissues. Integrin α2β1 decreased gradually during disease progression while α11 was elevated in prostate carcinoma compared to healthy tissues. In advanced melanoma, enhanced levels of α2 were associated with a significant shorter overall survival in advanced melanoma. In this thesis, CT16 was identified as a frequently expressed melanoma CT antigen with an anti-apoptotic function. To conclude, this thesis presents α2β1 and CT16, as potential and promising biomarkers for advanced melanoma. This thesis reports also the first functional study of CT16. Keywords: Collagen binding integrins, α1β1, α2β1, α10β1, α11β1, Cancer Testis antigens, CT16, melanoma, prostate cancer, expression

The role of transcription factor Pitx1 and its regulation by hypoxia in Adolescent Idiopathic Scoliosis

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est définie comme une courbure de la colonne vertébrale supérieure à 10 degrés, qui est de cause inconnue et qui affecte de façon prépondérante les adolescents. Des études précédentes sur des modèles murins ont démontré une inactivation partielle du gène Pitx1. Cette inactivation partielle provoque une déformation spinale sévère lors du développement des souris Pitx1+/-, ce qui est grandement similaire au phénotype de la SIA. En se basant sur ces observations, nous postulons que la perte de fonction de Pitx1 pourrait avoir un rôle dans la SIA et pourrait être régulée par des mécanismes moléculaires spécifiques. En effet, des études faites sur l’expression de Pitx1 révèlent une perte de son expression dans les ostéoblastes dérivés de patients SIA au niveau de l’ARNm. Nous émettons l’hypothèse que la perte de Pitx1 dans la SIA pourrait être déclenchée par des facteurs hypoxiques puisqu’il est connu que Pitx1 est réprimé par l’hypoxie et que HIF-2 alpha est surexprimés dans les ostéoblastes des patients SIA même dans des conditions normoxiques. De plus, nous avons découvert une mutation dans le domaine ODD des HIF-1 alpha chez certains patients SIA (3,1%). Une fonction connue de ce domaine est de stabiliser et d’augmenter l’activité transcriptionnelle de HIF-1 alpha dans des conditions normoxiques. Nous avons confirmé, par la technique EMSA, l’existence d’un élément de réponse fonctionnel à l’hypoxie au niveau du promoteur de Pitx1. Cependant, des co-transfections avec des vecteurs d’expression pour HIF-1 alpha et HIF-2 alpha, en présence de leur sous-unité beta ARNT, ont conduit à une activation du promoteur de Pitx1 dans la lignée cellulaire MG-63 ainsi que dans les ostéoblastes des sujets contrôles. Il est intéressant de constater qu’aucune activité du promoteur de Pitx1 dans les ostéoblastes SIA n’a été observée, même après la co-expression de HIF-2 alpha et ARNT, confirmant le fait que l’expression de Pitx1 est abrogée dans la SIA. Dans l’ensemble, nos résultats démontrent un rôle important de Pitx1 dans la SIA et une possible régulation par des facteurs hypoxiques.

Régulation de l’identité des membres postérieurs par le facteur de transcription à boîte T Tbx4

Bien que partageant une homologie structurelle évidente, les membres antérieurs (MA) sont toujours différents des membres postérieurs (MP). Ceci suggère l’existence d’un programme générique de formation d’un membre, un bauplan, qui doit être modulé de façon spécifique pour engendrer cette différence antéro-postérieure de l’identité. Nous avons donc voulu identifier les mécanismes déployés durant l’évolution pour permettre la mise en place de l’identité des membres. Le laboratoire avait précédemment caractérisé, chez les souris où le gène Pitx1 est inactivé, une transformation partielle des MP en MA couplée à une perte de croissance. Nous avons donc cherché à comprendre les mécanismes en aval de Pitx1 dans la détermination de l’identité postérieure. Notre démarche nous a permis d’identifier les gènes affectés par la perte de Pitx1 dans les MP, où nous avons confirmé une dérégulation de l’expression de Tbx4. Tbx4 et Tbx5 sont des candidats évidents pour déterminer l’identité, leur expression étant restreinte aux MP et MA, respectivement, mais leur implication dans ce processus était sujette à controverse. Nous avons donc évalué l’apport de Tbx4 en aval de Pitx1 dans les processus d’identité en restaurant son expression dans les MP des souris Pitx1-/-. Ce faisant, nous avons pu montrer que Tbx4 est capable de pallier la perte de Pitx1 dans le MP, en rétablissant à la fois les caractères d’identité postérieure et la croissance. En parallèle, nous avons montré que Tbx5 était capable de rétablir la croissance mais non l’identité des MP Pitx1-/-, démontrant ainsi de façon définitive une propriété propre à Tbx4 dans la détermination de l’identité des membres postérieure. La caractérisation de l’activité transcriptionnelle de Tbx4 et Tbx5 nous a permis de mettre en évidence un domaine activateur conservé mais aussi un domaine spécifique à Tbx4, répresseur de la transcription. Par ailleurs, une mutation faux-sens de TBX4 dans les patients atteints du syndrome coxo-podo-patellaire, TBX4Q531R, inactive le domaine répresseur, empêchant la compensation de l’identité mais non de la croissance des MP dépourvus de Pitx1, démontrant l’importance de cette fonction dans l’identité postérieure. La caractérisation de l’activité répressive de Tbx4, qui se manifeste seulement dans les membres postérieurs démontre l’importance de cette fonction dans l’identité postérieure. Nous avons aussi été en mesure d’identifier un corépresseur qui est suffisant pour supporter cette activité de Tbx4. Enfin, nous avons pu aussi démontrer l’activité transcriptionnelle d’un représentant du gène ancestral, présent chez Amphioxus, qui se comporte strictement comme un activateur et semble dépourvu du domaine répresseur. En somme, nous avons précisé le rôle de Tbx4 et Tbx5, ainsi que leur mécanisme, dans la détermination de l’identité des membres. Globalement, nos travaux permettent d’élaborer une théorie où une divergence d’activité transcriptionnelle de Tbx4 et Tbx5 est responsable de l’identité des membres et même entrevoir que cette divergence d’activité soit à la base de son apparition durant l’évolution.

The Effects of Pro-inflammatory Cytokines on the L-type Calcium Current in Mouse Ventricular Myocytes

L’inflammation: Une réponse adaptative du système immunitaire face à une insulte est aujourd’hui reconnue comme une composante essentielle à presque toutes les maladies infectieuses ou autres stimuli néfastes, tels les dommages tissulaires incluant l’infarctus du myocarde et l’insuffisance cardiaque. Dans le contexte des maladies cardiovasculaires, l’inflammation se caractérise principalement par une activation à long terme du système immunitaire, menant à une faible, mais chronique sécrétion de peptides modulateurs, appelés cytokines pro-inflammatoires. En effet, la littérature a montré à plusieurs reprises que les patients souffrant d’arythmies et de défaillance cardiaque présentent des taux élevés de cytokines pro-inflammatoires tels le facteur de nécrose tissulaire alpha (TNFα), l’interleukine 1β (IL-1β) et l’interleukine 6. De plus, ces patients souffrent souvent d’une baisse de la capacité contractile du myocarde. Le but de notre étude était donc de déterminer si un lien de cause à effet existe entre ces phénomènes et plus spécifiquement si le TNFα, l’IL-1β et l’IL-6 peuvent affecter les propriétés électriques et contractiles du cœur en modulant le courant Ca2+ de type L (ICaL) un courant ionique qui joue un rôle primordial au niveau de la phase plateau du potentiel d’action ainsi qu’au niveau du couplage excitation-contraction. Les possibles méchansimes par lesquels ces cytokines exercent leurs effets seront aussi explorés. Pour ce faire, des cardiomyocytes ventriculaires de souris nouveau-nées ont été mis en culture et traités 24 heures avec des concentrations pathophysiologiques (30 pg/mL) de TNFα, IL-1β ou IL-6. Des enregistrements de ICaL réalisés par la technique du patch-clamp en configuration cellule entière ont été obtenus par la suite et les résultats montrent que le TNFα n’affecte pas ICaL, même à des concentrations plus élevées (1 ng/mL). En revanche, l’IL-1β réduisait de près de 40% la densité d’ICaL. Afin d’examiner si le TNFα et l’IL-1β pouvaient avoir un effet synergique, les cardiomyocytes ont été traité avec un combinaison des deux cytokines. Toutefois aucun effet synergique sur ICaL n’a été constaté. En outre, l’IL-6 réduisait ICaL significativement, cependant la réduction de 20% était moindre que celle induite par IL-1β. Afin d’élucider les mécanismes sous-jacents à la réduction de ICaL après un traitement avec IL-1β, l’expression d’ARNm de CaV1.2, sous-unité α codante pour ICaL, a été mesurée par qPCR et les résultats obtenus montrent aucun changement du niveau d’expression. Plusieurs études ont montré que l’inflammation et le stress oxydatif vont de pair. En effet, l’imagerie confocale nous a permis de constater une augmentation accrue du stress oxydatif induit par IL-1β et malgré un traitement aux antioxydants, la diminution de ICaL n’a pas été prévenue. Cette étude montre qu’IL-1β et IL-6 réduisent ICaL de façon importante et ce indépendamment d’une régulation transcriptionelle ou du stress oxydatif. De nouvelles données préliminaires suggèrent que ICaL serait réduit suite à l’activation des protéines kinase C mais des études additionelles seront nécessaires afin d’étudier cette avenue. Nos résultats pourraient contribuer à expliquer les troubles du rythme et de contractilité observés chez les patients souffrant de défaillance cardiaque.

Caractérisation et étude de la régulation d’une isoforme cytosolique de peroxyrédoxine chez les solanacées

Les peroxyrédoxines (PRXs) forment une famille de peroxydases communes à tous les organismes vivants et ubiquitaires dans la cellule. Leur particularité provient d’un ou deux résidus cystéines accomplissant un cycle d’oxydo-réduction à l’aide d’un donneur d’électron. Ces protéines thiols sensibles au potentiel redox sont impliquées dans le mécanisme de détoxification du H2O2, une molécule oxydante induite lors de situations de stress. Les PRXs pourraient être induites par le stress et régulées par phosphorylation. En effet, des expérimentations in vitro ont démontré que la nucléoside diphosphate kinase 1 (NDPK1) a la capacité de phosphoryler une PRX cytosolique de pomme de terre. Ce mémoire décrit les travaux expérimentaux effectués pour caractériser la fonction de la PRX. Pour cela, le clonage d’une isoforme a été effectué, suivi d’une caractérisation biochimique et d’une étude d’expression de la protéine. Les données de séquençage révèlent qu’il s’agit d’une PRX de type II phylogénétiquement liée aux PRXs cytosoliques. L’ADNc codant pour cette peroxyrédoxine (PRX1) a été cloné chez Solanum chacoense. Une protéine recombinante portant une étiquette (6xHis) en N-terminale a été produite. Des essais enzymatiques ont confirmé la fonction antioxydante de la protéine recombinante et un anticorps polyclonal a été généré chez le lapin puis utilisé en conjonction avec un anticorps anti-NDPK1 pour déterminer les patrons d’expression généraux de ces protéines chez Solanum lycopersicum et Solanum tuberosum lors de situations de stress. Les données démontrent que les deux protéines sont généralement co-exprimées mais pas co-régulées et que la PRX1 est induite en certaines situations de stress.

Prédisposition génétique à la chronicité des symptômes post-commotionnels à la suite d'un traumatisme crânio-cérébral léger

La prévalence des troubles du sommeil et de douleur chronique est élevée chez le patient ayant subi un traumatisme crânien cérébral léger (TCCL). L’interaction entre ces plaintes est suggérée chez les patients avec un TCCL mais son étiologie reste encore peu connue. Les résultats de recherche présentés dans le premier article de cette thèse suggèrent que les patients avec un TCCL qui souffrent de douleur ont une modification des ondes cérébrales durant leur sommeil, ce qui pourrait expliquer en partie comment les deux symptômes interagissent. De plus, la douleur, surtout si associée à des troubles de l’humeur, semble jouer un rôle majeur dans la persistance des symptômes post-commotionnels. Le deuxième article de cette thèse décrit une exacerbation des symptômes post-commotionnels chez le patient ayant eu un TCCL et souffrant de douleur. La persistance ou l’apparition de la douleur chronique à long terme serait prédite par le polymorphisme val66met du gène brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Une étude subséquente, présentée dans le troisième article, nous a permis d’approfondir les bases génétiques et cellulaires du rôle du BDNF dans la persistance des symptômes post-commotionnels. Des polymorphismes fréquents dans le gène BDNF ont révélé des variantes liées au mauvais pronostic suite à un TCCL. De plus, l’analyse de cellules extraites de patients ayant subi un TCCL démontrent que l’expression de la protéine BDNF peut être modifiée chez le patient de génotype met66 et ayant subi un TCCL, lui conférant ainsi un rôle neuroprotecteur potentiel. En résumé, nous avons tenté de démontrer dans cette thèse que la douleur suite à un TCCL joue un rôle important dans les perturbations du sommeil et dans la persistance des symptômes post-commotionnels. Une prédisposition génétique pourrait contribuer à expliquer le mauvais pronostic et la chronicité des symptômes post-commotionnels suite à un TCCL.