Mise en oeuvre de protocoles spatiaux pour analyser la modulation de processus cognitifs en fonction de la dimension émotionnelle chez le rongeur

Résumé : Emotion et cognition sont deux termes généralement employés pour désigner des processus psychiques de nature opposée. C'est ainsi que les sciences cognitives se sont longtemps efforcées d'écarter la composante «chaude »des processus «froids »qu'elles visaient, si ce n'est pour montrer l'effet dévastateur de la première sur les seconds. Pourtant, les processus cognitifs (de collecte, maintien et utilisation d'information) et émotioAnels (d'activation subjective, physiologique et comportementale face à ce qui est attractif ou aversif) sont indissociables. Par l'approche neuro-éthologique, à l'interface entre le substrat biologique et les manifestations comportementales, nous nous sommes intéressés à une fonction cognitive essentielle, la fonction mnésique, classiquement exprimée chez le rongeur par l'orientation spatiale. Au niveau du substrat, McDonald et White (1993) ont montré la dissociation de trois systèmes de mémoire, avec les rôles de l'hippocampe, du néostriatum et de l'amygdale dans l'encodage des informations respectivement épisodiques, procédurales et émotionnelles. Nous nous sommes penchés sur l'interaction entre ces systèmes en fonction de la dimension émotionnelle par l'éclairage du comportement. L'état émotionnel de l'animal dépend de plusieurs facteurs, que nous avons tenté de contrôler indirectement en comparant leurs effets sur l'acquisition, dans diverses conditions, de la tâche de Morris (qui nécessite la localisation dans un bassin de la position d'une plate-forme submergée), ainsi que sur le style d'exploration de diverses arènes, ouvertes ou fermées, plus ou moins structurées par la présence de tunnels en plexiglas transparent. Nous avons d'abord exploré le rôle d'un composant du système adrénergique dans le rapport à la difficulté et au stress, à l'aide de souris knock-out pour le récepteur à la noradrénaline a-1 B dans un protocole avec 1 ou 4 points de départ dans un bassin partitionné. Ensuite, nous nous sommes penchés, chez le rat, sur les effets de renforcement intermittent dans différentes conditions expérimentales. Dans ces conditions, nous avons également tenté d'analyser en quoi la situation du but dans un paysage donné pouvait interférer avec les effets de certaines formes de stress. Finalement, nous avons interrogé les conséquences de perturbations passées, y compris le renforcement partiel, sur l'organisation des déplacements sur sol sec. Nos résultats montrent la nécessité, pour les souris cont~ô/es dont l'orientation repose sur l'hippocampe, de pouvoir varier les trajectoires, ce qui favoriserait la constitution d'une carte cognitive. Les souris a->B KO s'avèrent plus sensibles au stress et capables de bénéficier de la condition de route qui permet des réponses simples et automatisées, sous-tendues par l'activité du striatum. Chez les rats en bassin 100% renforcé, l'orientation apparaît basée sur l'hippocampe, relayée par le striatum pour le développement d'approches systématiques et rapides, avec réorientation efficace en nouvelle position par réactivation dépendant de l'hippocampe. A 50% de renforcement, on observe un effet du type de déroulement des sessions, transitoirement atténué par la motivation Lorsque les essais s'enchaînent sans pause intrasession, les latences diminuent régulièrement, ce qui suggère une prise en charge possible par des routines S-R dépendant du striatum. L'organisation des mouvements exploratoires apparaît dépendante du niveau d'insécurité, avec différents profils intermédiaires entre la différentiation maximale et la thigmotaxie, qui peuvent être mis en relation avec différents niveaux d'efficacité de l'hippocampe. Ainsi, notre travail encourage à la prise en compte de la dimension émotionnelle comme modulatrice du traitement d'information, tant en phase d'exploration de l'environnement que d'exploitation des connaissances spatiales. Abstract : Emotion and cognition are terms widely used to refer to opposite mental processes. Hence, cognitive science research has for a long time pushed "hot" components away from "cool" targeted processes, except for assessing devastating effects of the former upon the latter. However, cognitive processes (of information collection, preservation, and utilization) and emotional processes (of subjective, physiological, and behavioral activation roue to attraction or aversion) are inseparable. At the crossing between biological substrate and behavioral expression, we studied a chief cognitive function, memory, classically shown in animals through spatial orientation. At the substrate level, McDonald et White (1993) have shown a dissociation between three memory systems, with the hippocampus, neostriatum, and amygdala, encoding respectively episodic, habit, and emotional information. Through the behavior of laboratory rodents, we targeted the interaction between those systems and the emotional axis. The emotional state of an animal depends on different factors, that we tried to check in a roundabout way by the comparison of their effects on acquisition, in a variety of conditions, of the Morris task (in which the location of a hidden platform in a pool is required), as well as on the exploration profile in different apparatus, open-field and closed mazes, more or less organized by clear Plexiglas tunnels. We first tracked the role, under more or less difficult and stressful conditions, of an adrenergic component, with knock-out mice for the a-1 B receptor in a partitioned water maze with 1 or 4 start positions. With rats, we looked for the consequences of partial reinforcement in the water maze in different experimental conditions. In those conditions, we further analyzed how the situation of the goal in the landscape could interfere with the effect of a given stress. At last, we conducted experiments on solid ground, in an open-field and in radial mazes, in order to analyze the organization of spatial behavior following an aversive life event, such as partial reinforcement training in the water maze. Our results emphasize the reliance of normal mice to be able to vary approach trajectories. One of our leading hypotheses is that such strategies are hippocampus-dependent and are best developed for of a "cognitive map like" representation. Alpha-1 B KO mice appear more sensitive to stress and able to take advantage of the route condition allowing simple and automated responses, most likely striatum based. With rats in 100% reinforced water maze, the orientation strategy is predominantly hippocampus dependent (as illustrated by the impairment induced by lesions of this structure) and becomes progressively striatum dependent for the development of systematic and fast successful approaches. Training towards a new platform position requires a hippocampus based strategy. With a 50% reinforcement rate, we found a clear impairment related to intersession disruption, an effect transitorily minimized by motivation enhancement (cold water). When trials are given without intrasession interruption, latencies consistently diminish, suggesting a possibility for striatum dependent stimulus-response routine to occur. The organization of exploratory movements is shown to depend on the level of subjective security, with different intermediary profiles between maximum differentiation and thigmotaxy, which can be considered in parallel with different efficiency levels of the hippocampus dependent strategies. Thus, our work fosters the consideration of emotion as a cognitive treatment modulator, during spatial exploration as well as spatial learning. It leads to a model in which the predominance of hippocampus based exploration is challenged by training conditions of various nature.

A Public Service Gap: Capturing Contexts in a Comparative Approach of Street-Level Bureaucracy

Studies of street-level bureaucracy have introduced a variety of conceptualizations, research approaches, and causal inferences. While this research has produced several insights, the impact of variety in the institutional context has not been adequately explored. We present the construct of a public service gap as a way to incorporate contextual factors and facilitate comparison. This construct addresses the differences between what is asked of and what is offered to public servants working at the street level. The heuristic enables the systematic capture of macro- and meso-contextual influences, thus enhancing comparative research on street-level bureaucracy.

Gap junction reduction in cardiomyocytes following transforming growth factor-β treatment and Trypanosoma cruzi infection

Gap junction connexin-43 (Cx43) molecules are responsible for electrical impulse conduction in the heart and are affected by transforming growth factor-β (TGF-β). This cytokine increases during Trypanosoma cruzi infection, modulating fibrosis and the parasite cell cycle. We studied Cx43 expression in cardiomyocytes exposed or not to TGF-β T. cruzi, or SB-431542, an inhibitor of TGF-β receptor type I (ALK-5). Cx43 expression was also examined in hearts with dilated cardiopathy from chronic Chagas disease patients, in which TGF-β signalling had been shown previously to be highly activated. We demonstrated that TGF-β treatment induced disorganised gap junctions in non-infected cardiomyocytes, leading to a punctate, diffuse and non-uniform Cx43 staining. A similar pattern was detected in T. cruzi-infected cardiomyocytes concomitant with high TGF-β secretion. Both results were reversed if the cells were incubated with SB-431542. Similar tests were performed using human chronic chagasic patients and we confirmed a down-regulation of Cx43 expression, an altered distribution of plaques in the heart and a significant reduction in the number and length of Cx43 plaques, which correlated negatively with cardiomegaly. We conclude that elevated TGF-β levels during T. cruzi infection promote heart fibrosis and disorganise gap junctions, possibly contributing to abnormal impulse conduction and arrhythmia that characterise severe cardiopathy in Chagas disease.

Regulation of the vascular gap junctions in a mouse model of intimal hyperplasia

Objective: Intimal hyperplasia (IH) is one of the leading causes of failure¦after vascular interventions. It involves the proliferation of smooth muscle¦cells (SMCs) and the production of extracellular fibrous matrix. Gap junctional¦communication, mediated by membrane connexins (Cx), participates to the¦control of proliferation and migration. In human and mice vessels, endothelial¦cells (ECs) express Cx37, Cx40 and Cx43, whereas SMCs are coupled by Cx43.¦We previously reported that Cx43 was increased in the SMCs of a human vein¦during the development of IH.¦In our experimental model of mice carotid artery ligation (CAL), luminal¦narrowing occurred by SMCs-rich neointima after 2-4 weeks of ligation.¦This experimental model of mice allows us to decipher the regulation of the¦cardiovascular connexins in the mouse.¦Methods: C57BL/6 mice were anesthetized and the left common carotid artery¦was dissected through a neck incision and ligated near the carotid bifurcation.¦The mice were then euthanized at 7, 14 and 28 days. Morphometric analyses¦were then performed with measurements of total area, lumen and intimal area¦and media thickness. Western blots, immunocytochemistry and quantitative¦RT-PCR were performed for Cx43, Cx40 and Cx37.¦Results: All animals recovered with no symptom of stroke. Morphometric¦analysis demonstrated that carotid ligation resulted in an initial increase (after¦7 days) of the total vessel area followed by its reduction (after 28 days). This¦phenomena was associated with a progressive increase in the intimal area and a¦consecutive decrease of the lumen. The media thickness was also increased after¦14 and 28 days. This neointima formation was associated to a marked increase¦in the expression of Cx43 at both protein and RNA levels. Concomitantly,¦Cx40 and Cx37 protein expression were reduced in the endothelium. This was¦confirmed by en face analyses showing reduced Cx37 and Cx40 levels in the¦endothelial cells covering the lesion.¦Conclusion: This study assessed the regulation of the cardiovascular connexins¦in the development of IH. This model will allow us to characterize the¦involvement of gap junctions in the IH. In turn, this understanding is¦instrumental for the development of new therapeutical tools, as well as for¦the evaluation of the effects of drugs and gene therapies of this disease for which¦there is no efficient therapy available.

Modulation of expression and activity of cytochrome P450s and alteration of praziquantel kinetics during murine schistosomiasis

In this study, we investigated the expression and activity of liver cytochrome P450s (CYPs) and praziquantel (PZQ) kinetics in mice infected with Schistosoma mansoni. Swiss Webster (SW) mice of both genders were infected (100 cercariae) on postnatal day 10 and killed on post-infection days (PIDs) 30 or 55. Non-infected mice of the same age and sex served as controls. Regardless of mouse sex, infection depressed the activities of CYP1A [ethoxy/methoxy-resorufin-O-dealkylases (EROD/MROD)], 2B9/10 [pentoxy/benzyloxy-resorufin-O-dealkylases (PROD, BROD)], 2E1 [p-nitrophenol-hydroxylase (PNPH)] and 3A11 [erythromycin N-demethylase (END)] on PID 55 but not on PID 30. On PID 55, infection decreased liver CYP mRNA levels (real-time reverse transcription-polymerase chain reaction). On PID 30, whereas mRNA levels remained unaltered in males, they were depressed in females. Plasma PZQ (200 and 400 mg/kg body weight intraperitoneally) levels were measured (high-performance liquid chromatography) at different post-treatment intervals. In males and females, infection delayed the PZQ clearance on PID 55, but not on PID 30. Therefore, it can be concluded that schistosomiasis down-modulated CYP expression and activity and delayed PZQ clearance on PID 55, when a great number of parasite eggs were lodged in the liver. On PID 30, when egg-laying was initiated by the worms, no change of CYP expression and activity was found, except for a depression of CYP1A2 and 3A11 mRNAs in female mice.

Modulation of phosphorylation of neuronal cytoskeletal proteins by neuronal depolarization.

1. The neuronal cytoskeletal protein tau and the carboxy tails of cytoskeletal proteins neurofilament-M (NF-M) and neurofilament-H (NF-H) are phosphorylated on serine residues by the cyclin-dependent kinase cdk-5. 2. In aggregating neuronal-glial cultures we show that veratridine-mediated cation influx causes dephosphorylation of tau, NF-M and NF-H. Dephosphorylation was blocked specifically by cyclosporine A but not by okadiac acid at concentrations up to 200 nM. 3. These results suggest that veratridine-triggered cation influx causes activation of PP-2B (calcineurin) leading to dephosphorylation of these cytoskeletal proteins.

Modulation of MDR1 and MRP3 Gene Expression in Lung Cancer Cells after Paclitaxel and Carboplatin Exposure

Carboplatin-paclitaxel is a reference regimen in the treatment of locally advanced or disseminated non-small cell lung cancer (NSCLC). This paper discusses the multidrug resistance developed with this drug combination, which is one of the major obstacles to successful treatment. In order to understand and overcome the drug resistance pattern of NSCLC after carboplatin plus paclitaxel exposure, levels of mRNA expression of multidrug resistance 1 (MDR1) and multidrug resistance-associated protein 3 (MRP3) were investigated in primary NSCLC cell lines (A-549 and A-427) and a metastasis-derived NSCLC cell line (NODO). Our results showed that exposure of the three NSCLC lines to plasma concentrations of paclitaxel (5 μM) produced an increase in MDR1 expression, while MRP3 showed no alteration in expression. By contrast, the same cells exposed to carboplatin plasma concentrations (30 μM) showed overexpression of MRP3. In these cells, MDR1 showed no expression changes. Interestingly, the combination of both paclitaxel and carboplatin caused increased expression of the MDR1 drug resistance gene rather than the individual treatments. These results suggest that carboplatin and paclitaxel may induce drug resistance mediated by MDR1 and MRP3, which may be enhanced by the simultaneous use of both drugs.

MicroRNA-200 family modulation in distinct breast cancer phenotypes.

The epithelial to mesenchymal transition (EMT) contributes to tumor invasion and metastasis in a variety of cancer types. In human breast cancer, gene expression studies have determined that basal-B/claudin-low and metaplastic cancers exhibit EMT-related characteristics, but the molecular mechanisms underlying this observation are unknown. As the family of miR-200 microRNAs has been shown to regulate EMT in normal tissues and cancer, here we evaluated whether the expression of the miR-200 family (miR-200f) and their epigenetic state correlate with EMT features in human breast carcinomas. We analyzed by qRT-PCR the expression of miR-200f members and various EMT-transcriptional inducers in a series of 70 breast cancers comprising an array of phenotypic subtypes: estrogen receptor positive (ER+), HER2 positive (HER2+), and triple negative (TN), including a subset of metaplastic breast carcinomas (MBCs) with sarcomatous (homologous or heterologous) differentiation. No MBCs with squamous differentiation were included. The DNA methylation status of miR-200f loci in tumor samples were inspected using Sequenom MassArray® MALDI-TOF platform. We also used two non-tumorigenic breast basal cell lines that spontaneously undergo EMT to study the modulation of miR-200f expression during EMT in vitro. We demonstrate that miR-200f is strongly decreased in MBCs compared with other cancer types. TN and HER2+ breast cancers also exhibited lower miR-200f expression than ER+ tumors. Significantly, the decreased miR-200f expression found in MBCs is accompanied by an increase in the expression levels of EMT-transcriptional inducers, and hypermethylation of the miR-200c-141 locus. Similar to tumor samples, we demonstrated that downregulation of miR-200f and hypermethylation of the miR-200c-141 locus, together with upregulation of EMT-transcriptional inducers also occur in an in vitro cellular model of spontaneous EMT. Thus, the expression and methylation status of miR-200f could be used as hypothetical biomarkers to assess the occurrence of EMT in breast cancer.

Modulation of the Endocannabinoids N-Arachidonoylethanolamine (AEA) and 2-Arachidonoylglycerol (2-AG) on Executive Functions in Humans.

Animal studies point to an implication of the endocannabinoid system on executive functions. In humans, several studies have suggested an association between acute or chronic use of exogenous cannabinoids (Δ9-tetrahydrocannabinol) and executive impairments. However, to date, no published reports establish the relationship between endocannabinoids, as biomarkers of the cannabinoid neurotransmission system, and executive functioning in humans. The aim of the present study was to explore the association between circulating levels of plasma endocannabinoids N-arachidonoylethanolamine (AEA) and 2-Arachidonoylglycerol (2-AG) and executive functions (decision making, response inhibition and cognitive flexibility) in healthy subjects. One hundred and fifty seven subjects were included and assessed with the Wisconsin Card Sorting Test; Stroop Color and Word Test; and Iowa Gambling Task. All participants were female, aged between 18 and 60 years and spoke Spanish as their first language. Results showed a negative correlation between 2-AG and cognitive flexibility performance (r = -.37; p<.05). A positive correlation was found between AEA concentrations and both cognitive flexibility (r = .59; p<.05) and decision making performance (r = .23; P<.05). There was no significant correlation between either 2-AG (r = -.17) or AEA (r = -.08) concentrations and inhibition response. These results show, in humans, a relevant modulation of the endocannabinoid system on prefrontal-dependent cognitive functioning. The present study might have significant implications for the underlying executive alterations described in some psychiatric disorders currently associated with endocannabinoids deregulation (namely drug abuse/dependence, depression, obesity and eating disorders). Understanding the neurobiology of their dysexecutive profile might certainly contribute to the development of new treatments and pharmacological approaches.

Acid-sensing ion channels : modulation by serine-proteases and involvement in acid-induced action potential generation in hippocampal neurons

SUMMARY Acid-sensing ion channels (ASICs) are non-voltage gated sodium channels. They are activated by rapid extracellular acidification and generate an inactivating inward current. Four ASIC genes have been cloned: ASIC1, 2, 3 and 4, with variants a and b for ASIC1and AS1C2. ASICs are expressed in neurons of the central (CNS) and peripheral nervous system (PNS). In the CNS, ASICs have a role in learning, memory, as well as in neuronal death in ischemia. In the PNS, ASICs are involved in the perception of acid-induced pain, as well as in mechanoperception. In one part of my thesis project, we addressed the question of the mechanism of regulation of ASIC1 a by the serine protease trypsin at the molecular level. Trypsin modifies the function of ASIC1 a but not of ASIC1b. In order to identify the channel region responsible for this effect, we created chimeras between ASIC1 a and 1b. Subsequently, to identify the exact trypsin target(s), we mutated predicted trypsin sites in the region identified by the chimera. In the second part of a project, we investigated the role of ASICs at the cellular level, in neuronal signaling. Using the whole-cell patch clamp in hippocampal neuronal culture, we studied the potential involvement of ASICs in action potential (AP) generation. In the first part of the thesis work, we showed that trypsin modifies ASIC1a function: it shifts the pH activation and the steady-state inactivation curve towards more acidic values and accelerates the time course of the channel recovery from inactivation. We also showed that trypsin cleaves ASIC1a and that the functional effect and a channel cleavage correlate. In the inactivated state, channels cannot be modified by trypsin. Cleavage occurs in a channel region that is also important for inactivation of all ASICs; a part of this region is critical for the inhibition of ASIC1 a by the spider toxin Psalmotoxin1. In the second part of the thesis work, we showed that ASIC activity can modulate AP generation. ASIC activity by itself can induce trains of APs. In situations in which this activity by itself is not sufficient to induce APs, it can contribute to AP generation. During high neuronal activity, ASIC activity can block already existing trains of APs. In conclusion, depending on the activity of neuron in a particular moment, ASICs can differently modulate AP generation; they can induce, facilitate or inhibit APs. We also showed that trypsin changes the capability of ASICs to modulate AP generation by shifting the pH dependence to more acidic values, which adapts channel gating to pH conditions which may occur in pathological conditions such as ischemia. Our finding that trypsin modifies ASIC1 a function identifies a novel pharmacological tool, and proposes a mechanism of ASIC1a regulation that may have a physiological importance. The identification of the exact site of trypsin action gives insight to the molecular mechanisms of ASIC regulation. This work proposes a role in modulation of AP generation for ASICs in the CNS. RESUME Les canaux ASIC sont les canaux ioniques activés par l'acidification rapide extracellulaire. Activés, ils génèrent un courant entrant qui inactive en présence de stimulus acide. Quatre gènes ASIC ont été clonés, ASIC1, 2, 3 et 4, avec les variants a et b pour ASIC1 et 2. Les ASICs sont exprimés dans les neurones du système nerveux central (SNC) et périphérique (SNP). Dans le SNC, les ASIC ont un rôle dans le mémoire, apprentissage et la mort neuronale dans t'ischémie. Dans le SNP, ils ont un rôle dans la perception de la douleur et méchanosensation. Dans une partie de mon projet de thèse, nous avons étudié les mécanismes de la régulation d'ASIC1a par la sérine-protéase trypsine au niveau moléculaire. La trypsine modifie la fonction d'ASIC1a et pas ASIC1b. Nous avons créé les chimères entre ASIC1 a et 1 b, afin d'identifier la région du canal responsable pour l'effet. Pour identifier le(s) site(s) exactes de l'action de la trypsine, nous avons muté les sites potentiels de la trypsine dans la région identifiée par les chimères. Dans la deuxième partie du projet, nous avons étudié le rôle des ASICs au niveau cellulaire. En utilisant la technique du patch clamp dans les cultures des neurones de l'hippocampe, nous avons étudié l'implication des ASICs dans la génération des potentiels d'action (PA). Nous avons montré que la trypsine agit sur le canal ASIC1a ; elle décale l'activation et « steady-state » inactivation vers les valeurs plus acides, et elle raccourcit le temps du « recovery » du canal. La trypsine coupe ASIC1a sur le résidu K145 et l'effet fonctionnel et la coupure corrèlent. Nous avons identifié la région du canal responsable pour l'inactivation de tous les ASICs ; une partie de cette région est responsable pour ['inhibition d'ASIC1 a par la Psalmotoxinel . Nous avons montré que les ASICs peuvent moduler la génération des PAs. L'activité des ASICs peut induire les trains des PAs. Quand l'activité des ASICs n'est pas suffisante pour induire le PA, elle peut contribuer à sa génération. Pendant l'activité neuronale forte, l'activité des ASICs peut bloquer les trains des PAs qui existent déjà. En conclusion, dépendant de l'activité neuronale, les ASICs peuvent moduler la génération des PAs différemment ; ils peuvent induire, faciliter ou inhiber les PAs. La trypsine change la capacité des ASICs de moduler les PAs. Après l'action de la trypsine, les ASICs peuvent moduler la génération des PAs dans les conditions légèrement acides, suivies par les fluctuations du pH acide, qui peuvent exister dans l'ischémie. Le fait que la trypsine agit sur ASIC1a définit l'outil pharmacologique et propose le mécanisme de la régulation d'ASICI a qui pourrait avoir l'importance physiologique. L'identification du site de l'action de la trypsine éclaircit les mécanismes moléculaires de la régulation des ASICs. Cette étude propose un rôle des ASICs dans la modulation de la génération des PAs. Résumé pour le public large Les neurones sont les cellules de système nerveux dont la fonction est la signalisation. Comme toutes les autres cellules, les neurones ont une membrane qui sépare l'intérieur du milieu extérieur. Cette membrane est imperméable pour des particules chargées (ions). Dans cette membrane existent les protéines spécifiques, « canaux », qui permettent le transport des ions d'un côté de la membrane à l'autre, comme réponse aux stimuli différents. Ce transport des ions à travers la membrane génère un courant, qu'on peut mesurer. Ce courant est la base de la communication entre les neurones, ou, ce qu'on appelle la signalisation neuronale. Quand ce courant est suffisamment grand, il permet la génération du potentiel d'action, qui est le message principal de communication neuronale. Les canaux ASIC (acid-sensing ion channel), que nous étudions dans le laboratoire, sont activés par les acides. Les acides sont relâchés dans beaucoup de situations dans le système nerveux. Les ASIC ont été découverts récemment (en 1996), et nous ne connaissons pas encore très bien toutes les fonctions de ces canaux. Nous savons qu'ils ont un rôle dans le mémoire, apprentissage, la sensation de la douleur et l'infarctus cérébral. Dans la première partie de ce projet de thèse, nous avons voulu mieux comprendre comment fonctionnent ces canaux. Pour faire ça, nous avons étudié la régulation des ASICs par une protéine, trypsine, qui coupe le canal ASIC. Nous avons étudié ou exactement la trypsine coupe le canal et quels effets ça produit sur la fonction du canal. Dans la deuxième partie du projet de thèse, nous avons voulu mieux connaître comment le canal fonctionne au niveau de la cellule, comment il interagit avec les autres canaux et si il a un rôle dans la génération des potentiels d'action. Nous avons pu montrer que la trypsine change la fonction du canal, ce qui lui permet de fonctionner différemment. Nous avons aussi déterminé ou exactement ta trypsine coupe le canal. Au niveau de la cellule, nous avons montré que les ASIC peuvent moduler la génération des potentiels d'action, étant, dépendant de l'activité du neurone, soit activateurs, soit inhibiteurs. La trypsine est une molécule qui peut être libérée dans le système nerveux pendant certaines conditions, comme l'infarctus cérébral. A cause de ça, les connaissances que la trypsine agit sur le anal ASIC pourraient être important physiologiquement. La connaissance de l'endroit exacte ou la trypsine coupe le canal nous aide à mieux comprendre la relation structure-fonction du canal. La modulation de la génération des potentiels d'actions par les ASIC indique que ces canaux peuvent avoir un rôle important dans la signalisation neuronale.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.

PARP-1 regulates metastatic melanoma through modulation of vimentin-induced malignant transformation.

PARP inhibition can induce anti-neoplastic effects when used as monotherapy or in combination with chemo- or radiotherapy in various tumor settings; however, the basis for the anti-metastasic activities resulting from PARP inhibition remains unknown. PARP inhibitors may also act as modulators of tumor angiogenesis. Proteomic analysis of endothelial cells revealed that vimentin, an intermediary filament involved in angiogenesis and a specific hallmark of EndoMT (endothelial to mesenchymal transition) transformation, was down-regulated following loss of PARP-1 function in endothelial cells. VE-cadherin, an endothelial marker of vascular normalization, was up-regulated in HUVEC treated with PARP inhibitors or following PARP-1 silencing; vimentin over-expression was sufficient to drive to an EndoMT phenotype. In melanoma cells, PARP inhibition reduced pro-metastatic markers, including vasculogenic mimicry. We also demonstrated that vimentin expression was sufficient to induce increased mesenchymal/pro-metastasic phenotypic changes in melanoma cells, including ILK/GSK3-β-dependent E-cadherin down-regulation, Snail1 activation and increased cell motility and migration. In a murine model of metastatic melanoma, PARP inhibition counteracted the ability of melanoma cells to metastasize to the lung. These results suggest that inhibition of PARP interferes with key metastasis-promoting processes, leading to suppression of invasion and colonization of distal organs by aggressive metastatic cells.

[Phot. du Gap of Dunloe (Killarney, Irlande), don E. Reclus en 1886]

Donateur : Reclus, Élisée (1830-1905)

Water-induced modulation of Helicobacter pylori virulence properties

While the influence of water in Helicobacter pylori culturability and membrane integrity has been extensively studied, there are little data concerning the effect of this environment on virulence properties. Therefore, we studied the culturability of water-exposed H. pylori and determined whether there was any relation with the bacterium’s ability to adhere, produce functional components of pathogenicity and induce inflammation and alterations in apoptosis in an experimental model of human gastric epithelial cells. H. pylori partially retained the ability to adhere to epithelial cells even after complete loss of culturability. However, the microorganism is no longer effective in eliciting in vitro host cell inflammation and apoptosis, possibly due to the non-functionality of the cag type IV secretion system. These H. pylori-induced host cell responses, which are lost along with culturability, are known to increase epithelial cell turnover and, consequently, could have a deleterious effect on the initial H. pylori colonisation process. The fact that adhesion is maintained by H. pylori to the detriment of other factors involved in later infection stages appears to point to a modulation of the physiology of the pathogen after water exposure and might provide the microorganism with the necessary means to, at least transiently, colonise the human stomach.