Competition between SOCS36E and Drk modulates Sevenless receptor tyrosine kinase activity

Modulation of signalling pathways can trigger different cellular responses, including differences in cell fate. This modulation can be achieved by controlling the pathway activity with great precision to ensure robustness and reproducibility of the specification of cell fate. The development of the photoreceptor R7 in the Drosophila melanogasterretina has become a model in which to investigate the control of cell signalling. During R7 specification, a burst of Ras small GTPase (Ras) and mitogen-activated protein kinase (MAPK) controlled by Sevenless receptor tyrosine kinase (Sev) is required. Several cells in each ommatidium express sev. However, the spatiotemporal expression of the boss ligand and the action of negative regulators of the Sev pathway will restrict the R7 fate to a single cell. The Drosophila suppressor of cytokine signalling 36E (SOCS36E) protein contains an SH2 domain and acts as a Sev signalling attenuator. By contrast, downstream of receptor kinase (Drk), the fly homolog of the mammalian Grb2 adaptor protein, which also contains an SH2 domain, acts as a positive activator of the pathway. Here, we apply the Förster resonance energy transfer (FRET) assay to transfected Drosophila S2 cells and demonstrate that Sev binds directly to either the suppressor protein SOCS36E or the adaptor protein Drk. We propose a mechanistic model in which the competition between these two proteins for binding to the same docking site results in either attenuation of the Sev transduction in cells that should not develop R7 photoreceptors or amplification of the Ras-MAPK signal only in the R7 precursor.

RNA interference screening identifies a novel role for PCTK1/CDK16 in medulloblastoma with c-Myc amplification.

Medulloblastoma (MB) is the most common malignant brain tumor in children and is associated with a poor outcome. cMYC amplification characterizes a subgroup of MB with very poor prognosis. However, there exist so far no targeted therapies for the subgroup of MB with cMYC amplification. Here we used kinome-wide RNA interference screening to identify novel kinases that may be targeted to inhibit the proliferation of c-Myc-overexpressing MB. The RNAi screen identified a set of 5 genes that could be targeted to selectively impair the proliferation of c-Myc-overexpressing MB cell lines: AKAP12 (A-kinase anchor protein), CSNK1α1 (casein kinase 1, alpha 1), EPHA7 (EPH receptor A7) and PCTK1 (PCTAIRE protein kinase 1). When using RNAi and a pharmacological inhibitor selective for PCTK1, we could show that this kinase plays a crucial role in the proliferation of MB cell lines and the activation of the mammalian target of rapamycin (mTOR) pathway. In addition, pharmacological PCTK1 inhibition reduced the expression levels of c-Myc. Finally, targeting PCTK1 selectively impaired the tumor growth of c-Myc-overexpressing MB cells in vivo. Together our data uncover a novel and crucial role for PCTK1 in the proliferation and survival of MB characterized by cMYC amplification.

Contribution of estrogen and GluN2B subunit to the HtraKO mouse phenotype

Htr1a is one of the most widespread serotonin receptor across the brain, strongly expressed in CAI region of hippocampus. Our laboratory studies the phenotypic alteration in 5HTla- deficient mice (Htr1aK0), characterized an abnormal anxious-like behavior. Our aim is to evaluate the regulation of this cognitive process by understanding the circuitry involved. This phenotype sets up early during development and has durable effect in adulthood. Our laboratory showed that adult Htr1aK0 male mice displaying exuberant dendritic growth of oblique dendrites in a specific layer of a CAI pyramidal neurons, the stratum radiatum. Application of drugs in organotypic cultures and by in vivo injections revealed that GluN2B, a subunit of NMDA receptor highly expressed during development, is responsible for this dendritic exuberance. Immunohistochemistry highlighted in particular a synaptic enrichment of GluN2B in stratum radiatum of Htr1aK0 CAI pyramidal neurons at puberty. Finally, original analysis of Htr1aK0 mouse behavior showed a different response to anxiety between male and female. Htr1a activation down-regulates the CaMKII activity in the CAI pyramidal neurons. CaMKII directly favors the membrane conductance and stability of GluN2B at the synapse. In the context of the Htr1aK0 mouse, GluN2B is the final common pathway of our phenotype. This subunit is well known to regulate the threshold of LTD/LTP and the dendritogenesis during development. In my thesis, I establish a link between the gender differences in the morphology and the physiology in the Htr1aK0 mice during development to understand how these characteristics shape the circuit with prominent cognitive impacts in adulthood. My study highlighted that during development, Htr1aK0 male mice show a constant increase of the dendritic growth of oblique dendrites from early ages until adulthood associated with an increased physiological impact of altered GluN2A/GluN2B ratio. Whereas during puberty, synaptic contribution of GluN2B to NMDA response is higher in Htr1aK0 compared to WT male mice, this ratio comes back to normal values towards adulthood. However, this recovery of the ratio of GluN2A/GluN2B located at the synaptic level is concomitant with the lateral diffusion of excess GluN2B subunits, leading to extrasynaptic enrichment. The main impact was a lowering of the LTP threshold characterized by strong increased potentiation of synaptic strength after 5 Hz low frequency stimulation. Moreover, the extrasynaptic GluN2B overexpression leads to a shift of the maturation phase switch explaining the exuberant morphology. However, Htr1aK0 females characterized during the 3 first weeks of development by an increase of the dendritic growth of oblique dendrites showed starting at puberty that the dendrite arborization returns progressively to WT values. The physiological impact of GluN2B was investigated and directly linked to this morphology, since Htr1aK0 female mice does not show alteration of the synaptic strength during development. These observations show a compensation occurring in Htr1aK0 female, responsible for a rescue of the phenotype morphologically, physiologically and to be tested behaviorally. We highlighted then the biological processes underlying this compensation. During development, sexual hormones such as testosterone and estrogen are responsible to induce sexual differentiation of specific brain regions. I demonstrated that estrogen, but not testosterone, was able to reduce both in vitro and in vivo the dendritic arborization early during development, through activation of GPER-1, a G-coupled protein estrogen receptor, which phenocopy the activation of Htr1a by reducing GluN2B conductance and stability. I then identified a pathway, parallel to Htr1a, able to regulate GluN2B and responsible for the morphological and physiological phenotype in Htr1aK0 female mice. The specific rise of estrogen occurring at puberty in female is responsible for the compensation observed and induces a late rescue of the Htr1aK0 phenotype by activation GPER-1. -- Htr1a est un des récepteurs à la sérotonine les plus répandus dans le cerveau, fortement exprimé dans la région CAI de l'hippocampe. Notre laboratoire étudie les altérations phénotypiques de souris déficientes pour ce récepteur (Htr1aK0), caractérisées par un comportement avec des traits anxieux. Notre objectif est d'évaluer la régulation de ces processus cognitifs en comprenant les connexions nerveuses impliquées. Ce phénotype se met en place tôt au cours du développement et présente un effet durable à l'âge adulte. Notre laboratoire a montré que les souris Htr1aK0 mâles adultes se caractérisent par une croissance exubérante des dendrites obliques dans une couche spécifique des neurones pyramidaux du CAI, le stratum radiatum. L'application de drogues sur cultures organotypiques et par injections in vivo ont révélé que GluN2B, une sous-unité du récepteur NMDA fortement exprimée au cours du développement, est responsable de cette exubérance dendritique. Des expériences d'immunohistochimie ont notamment mis en évidence un enrichissement synaptique de GluN2B durant la puberté dans le stratum radiatum des neurones de la région CAI des souris Htr1aK0. Finalement, l'analyse originale du comportement des souris Htr1aK0 a montré une différence de réponse à l'anxiété entre mâles et femelles. L'activation de Htr1a diminue l'activité de la CaMKII dans les neurones pyramidaux du CAI. La CaMKII favorise directement la conductance et la stabilité de la sous-unité GluN2B à la synapse. Dans le contexte de la souris Htr1aK0, GluN2B est le « médiateur » de notre phénotype. Cette sous-unité est particulièrement connue pour réguler le seuil de LTD-LTP ainsi que la dendritogénèse durant le développement. Dans ma thèse, j'ai établi le lien entre les différences dépendant du genre dans la morphologie et physiologie des souris Htr1aK0 au cours du développement pour comprendre comment ces caractéristiques modulent le circuit accompagnés d'impacts cognitifs visibles à l'âge adulte. Mon étude a mis en évidence que durant le développement, les souris mâles Htr1aK0 montrent une constante augmentation de la croissance des dendrites obliques entre les premières semaines et l'âge adulte associée à une augmentation de l'impact physiologique du ratio GluN2A/GluN2B altéré. Alors que durant la puberté, la contribution synaptique de GluN2B à la réponse NMDA est plus haute chez la souris mâle Htr1aK0 que le WT, ce ratio revient à des valeurs normales à l'âge adulte. Cependant, cette récupération de l'expression du récepteur au niveau synaptique est concomitante avec la diffusion des sous-unités GluN2B excédantes, amenant alors à un enrichissement extrasynaptique. Le principal impact est une diminution du seuil de la LTP caractérisée par une forte potentiation de la plasticité après une stimulation basse fréquence à 5 Hz. De plus, la surexpression des GluN2B extrasynaptiques conduit à un décalage de la bascule à la phase de maturation, expliquant la morphologie dendritique exubérante. Cependant, les femelles Htr1aK0 initialement caractérisées pendant les 3 premières semaines du développement par une augmentation de la croissance des dendrites obliques montrent à partir de la puberté que cette arborisation dendritique retourne à des valeurs WT. L'impact physiologique de GLuN2B a été investigué et mis en lien avec cette morphologie, étant donné que les femelles Htr1aK0 ne montrent pas d'altération de la plasticité durant le développement. Ces observations montrent une compensation se produisant chez la femelle Htr1aK0, responsable d'une récupération du phénotype morphologique, physiologique et peut-être comportemental. Nous avons souligné les processus biologiques sous-jacent à cette compensation. Au cours du développement, les hormones sexuelles telles que la testostérone et l'estrogène sont responsables de la différentiation sexuelle de régions du cerveau spécifiques. J'ai démontré que l'estrogène, mais pas la testostérone, était capable de réduire in vitro et in vivo l'arborisation dendritique tôt dans le développement au travers de l'activation du récepteur GPER-1, un récepteur aux estrogènes couplés à un protéine G, qui phénocopie l'activation de Htr1a en réduisant la conductance et la stabilité de GluN2B à la membrane. J'ai identifié une voie de signalisation parallèle à celle de Htr1a, capable de réguler GluN2B et responsable du phénotype morphologique et physiologique de la souris femelle Htr1aK0. La montée spécifique d'estrogène se déroulant à la puberté chez la femelle est responsable de cette compensation et implique une récupération tardive du phénotype Htr1aK0 par l'activation de GPER-1.

Tissue-specific regulation of IRS-1 in unilaterally nephrectomized rats

Insulin stimulates the tyrosine kinase activity of its receptor, resulting in the phosphorylation of its cytosolic substrate, insulin receptor substrate 1 (IRS-1). IRS-1 is also a substrate for different peptides and growth factors, and a transgenic mouse "knockout" for this protein does not have normal growth. However, the role of IRS-1 in kidney hypertrophy and/or hyperplasia was not investigated. In the present study we investigated IRS-1 protein and tyrosine phosphorylation levels in the remnant kidney after unilateral nephrectomy (UNX) in 6-week-old male Wistar rats. After insulin stimulation the levels of insulin receptor and IRS-1 tyrosine phosphorylation were reduced to 79 ± 5% (P<0.005) and 58 ± 6% (P<0.0001), respectively, of the control (C) levels, in the remnant kidney. It is possible that a circulating factor and/or a local (paracrine) factor playing a role in kidney growth can influence the early steps of insulin action in parallel. To investigate the hypothesis of a circulating factor, we studied the early steps of insulin action in liver and muscle of unilateral nephrectomized rats. There was no change in pp185 tyrosine phosphorylation levels in liver (C 100 ± 12% vs UNX 89 ± 9%, NS) and muscle (C 100 ± 22% vs UNX 91 ± 17%, NS), and also there was no change in IRS-1 phosphorylation levels in both tissues. These data demonstrate that after unilateral nephrectomy there is a decrease in insulin-induced insulin receptor and IRS-1 tyrosine phosphorylation levels in kidney but not in liver and muscle. It will be of interest to investigate which factors, probably paracrine ones, regulate these early steps of insulin action in the contralateral kidney of unilaterally nephrectomized rats.

Expression and biological activity of two recombinant polypeptides related to subunit 1 of the interferon-a receptor

Abnormal production of interferon alpha (IFN-a) has been found in certain autoimmune diseases and can be also observed after prolonged therapy with IFN-a. IFN-a can contribute to the pathogenesis of allograft rejection in bone marrow transplants. Therefore, the development of IFN-a inhibitors as a soluble receptor protein may be valuable for the therapeutic control of these diseases. We have expressed two polypeptides encoding amino acids 93-260 (P1) and 261-410 (P2) of the extracellular domain of subunit 1 of the interferon-a receptor (IFNAR 1-EC) in E. coli. The activities of the recombinant polypeptides and of their respective antibodies were evaluated using antiproliferative and antiviral assays. Expression of P1 and P2 polypeptides was achieved by transformation of cloned plasmid pRSET A into E. coli BL21(DE3)pLysS and by IPTG induction. P1 and P2 were purified by serial sonication steps and by gel filtration chromatography with 8 M urea and refolded by dialysis. Under reducing SDS-PAGE conditions, the molecular weight of P1 and P2 was 22 and 17 kDa, respectively. Polyclonal anti-P1 and anti-P2 antibodies were produced in mice. P1 and P2 and their respective polyclonal antibodies were able to block the antiproliferative activity of 6.25 nM IFN-aB on Daudi cells, but did not block IFN-aB activity at higher concentrations (>6.25 nM). On the other hand, the polypeptides and their respective antibodies did not inhibit the antiviral activity of IFN-aB on Hep 2/c cells challenged with encephalomyocarditis virus.

The expression of the ACTH receptor

Adrenal glucocorticoid secretion is regulated by adrenocorticotropic hormone (ACTH) acting through a specific cell membrane receptor (ACTH-R). The ACTH-R is a member of the G protein superfamily-coupled receptors and belongs to the subfamily of melanocortin receptors. The ACTH-R is mainly expressed in the adrenocortical cells showing a restricted tissue specificity, although ACTH is recognized by the other four melanocortin receptors. The cloning of the ACTH-R was followed by the study of this gene in human diseases such as familial glucocorticoid deficiency (FGD) and adrenocortical tumors. FGD is a rare autosomal recessive disease characterized by glucocorticoid deficiency, elevated plasma ACTH levels and preserved renin/aldosterone secretion. This disorder has been ascribed to an impaired adrenal responsiveness to ACTH due to a defective ACTH-R, a defect in intracellular signal transduction or an abnormality in adrenal cortical development. Mutations of the ACTH-R have been described in patients with FGD in segregation with the disease. The functional characterization of these mutations has been prevented by difficulties in expressing human ACTH-R in cells that lack endogenous melanocortin receptor activity. To overcome these difficulties we used Y6 cells, a mutant variant of the Y1 cell line, which possesses a non-expressed ACTH-R gene allowing the functional study without any background activity. Our results demonstrated that the several mutations of the ACTH-R found in FGD result in an impaired cAMP response or loss of sensitivity to ACTH stimulation. An ACTH-binding study showed an impairment of ligand binding with loss of the high affinity site in most of the mutations studied.

Antagonist G-mediated targeting and cytotoxicity of liposomal doxorubicin in NCI-H82 variant small cell lung cancer

The aim of the present study was to characterize the interactions of antagonist G (H-Arg-D-Trp-NmePhe-D-Trp-Leu-Met-NH 2)-targeted sterically stabilized liposomes with the human variant small cell lung cancer (SCLC) H82 cell line and to evaluate the antiproliferative activity of encapsulated doxorubicin against this cell line. Variant SCLC tumors are known to be more resistant to chemotherapy than classic SCLC tumors. The cellular association of antagonist G-targeted (radiolabeled) liposomes was 20-30-fold higher than that of non-targeted liposomes. Our data suggest that a maximum of 12,000 antagonist G-targeted liposomes were internalized/cell during 1-h incubation at 37ºC. Confocal microscopy experiments using pyranine-containing liposomes further confirmed that receptor-mediated endocytosis occurred, specifically in the case of targeted liposomes. In any of the previously mentioned experiments, the binding and endocytosis of non-targeted liposomes have revealed to be negligible. The improved cellular association of antagonist G-targeted liposomes, relative to non-targeted liposomes, resulted in an enhanced nuclear delivery (evaluated by fluorimetry) and cytotoxicity of encapsulated doxorubicin for incubation periods as short as 2 h. For an incubation of 2 h, we report IC50 values for targeted and non-targeted liposomes containing doxorubicin of 5.7 ± 3.7 and higher than 200 µM doxorubicin, respectively. Based on the present data, we may infer that receptors for antagonist G were present in H82 tumor cells and could mediate the internalization of antagonist G-targeted liposomes and the intracellular delivery of their content. Antagonist G covalently coupled to liposomal drugs may be promising for the treatment of this aggressive and highly heterogeneous disease.

Inhibition of cytohesin-1 by siRNA leads to reduced IGFR signaling in prostate cancer

To explore how cytohesin-1 (CYTH-1) small interfering RNA (siRNA) influences the insulin-like growth factor receptor (IGFR)-associated signal transduction in prostate cancer, we transfected human prostate cancer PC-3 cell lines with liposome-encapsulatedCYTH-1 siRNA in serum-free medium and exposed the cells to 100 nM IGF-1. The mRNA and protein levels of the signal molecules involved in the IGFR signaling pathways were determined by real-time PCR and detected by Western blotting. The relative mRNA levels of CYTH-1, c-Myc, cyclinD1 and IGF-1R (CYTH-1 siRNA group vs scrambled siRNA group) were 0.26 vs 0.97, 0.34 vs 1.06, 0.10 vs 0.95, and 0.27 vs 0.41 (P < 0.05 for all), respectively. The relative protein levels of CYTH-1, pIGF-1R, pIRS1, pAkt1, pErk1, c-Myc, and cyclinD1 (CYTH-1 siRNA group vsscrambled siRNA group) were 0.10 vs 1.00 (30 min), 0.10 vs 0.98 (30 min), 0.04 vs 0.50 (30 min), 0.10 vs 1.00 (30 min), 0.10 vs 1.00 (30 min), 0.13 vs 0.85 (5 h), and 0.08 vs 0.80 (7 h), respectively. The tyrosine kinase activity of IGF-1R was associated with CYTH-1. The proliferative activity of PC-3 cells transfected with CYTH-1 siRNA was significantly lower than that of cells transfected with scrambled siRNA at 48 h (40.5 vs87.6%, P < 0.05) and at 72 h (34.5 vs 93.5%, P < 0.05). In conclusion, the interference of siRNA with cytohesin-1 leads to reduced IGFR signaling in prostate cancer; therefore, CYTH-1 might serve as a new molecular target for the treatment of prostate cancer.

Ox-LDL increases OX40L in endothelial cells through a LOX-1-dependent mechanism

Oxidative low-density lipoprotein (Ox-LDL) is a key risk factor for the development of atherosclerosis, and it can stimulate the expression of a variety of inflammatory signals. As a new and highly sensitive inflammation index, OX40L may be a key to understanding the mechanisms that regulate interactions between cells within the vessel wall and inflammatory mediators during the development of atherosclerosis. To investigate whether Ox-LDL regulates OX40L expression through an oxidized LDL-1 receptor (LOX-1)-mediated mechanism, we investigated the effect of different concentrations of Ox-LDL (50, 100, 150 µg/mL) on endothelial cell proliferation and apoptosis. Stimulation with Ox-LDL increased OX40L protein 1.44-fold and mRNA 4.0-fold in endothelial cells, and these effects were inhibited by blocking LOX-1. These results indicate that LOX-1 plays an important role in the chronic inflammatory process in blood vessel walls. Inhibiting LOX-1 may reduce blood vessel inflammation and provide a therapeutic option to limit atherosclerosis progression.

Stress-related hormone norepinephrine induces interleukin-6 expression in GES-1 cells

In the current literature, there is evidence that psychological factors can affect the incidence and progression of some cancers. Interleukin 6 (IL-6) is known to be elevated in individuals experiencing chronic stress and is also involved in oncogenesis and cancer progression. However, the precise mechanism of IL-6 induction by the stress-related hormone norepinephrine (NE) is not clear, and, furthermore, there are no reports about the effect of NE on IL-6 expression in gastric epithelial cells. In this study, we examined the effect of NE on IL-6 expression in immortalized human gastric epithelial cells (GES-1 cells). Using real-time PCR and enzyme-linked immunoassay, we demonstrated that NE can induce IL-6 mRNA and protein expression in GES-1 cells. The induction is through the β-adrenergic receptor-cAMP-protein kinase A pathway and mainly at the transcriptional level. Progressive 5′-deletions and site-directed mutagenesis of the parental construct show that, although activating-protein-1 (AP-1), cAMP-responsive element binding protein (CREB), CCAAT-enhancer binding protein-β (C/EBP-β), and nuclear factor κ-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) binding sites are all required in the basal transcription of IL-6, only AP-1 and CREB binding sites in the IL-6 promoter are required in NE-induced IL-6 expression. The results suggest that chronic stress may increase IL-6 secretion of human gastric epithelial cells, at least in part, by the stress-associated hormone norepinephrine, and provides basic data on stress and gastric cancer progression.

Beneficial effects of Ginkgo biloba extract on insulin signaling cascade, dyslipidemia, and body adiposity of diet-induced obese rats

Ginkgo biloba extract (GbE) has been indicated as an efficient medicine for the treatment of diabetes mellitus type 2. It remains unclear if its effects are due to an improvement of the insulin signaling cascade, especially in obese subjects. The aim of the present study was to evaluate the effect of GbE on insulin tolerance, food intake, body adiposity, lipid profile, fasting insulin, and muscle levels of insulin receptor substrate 1 (IRS-1), protein tyrosine phosphatase 1B (PTP-1B), and protein kinase B (Akt), as well as Akt phosphorylation, in diet-induced obese rats. Rats were fed with a high-fat diet (HFD) or a normal fat diet (NFD) for 8 weeks. After that, the HFD group was divided into two groups: rats gavaged with a saline vehicle (HFD+V), and rats gavaged with 500 mg/kg of GbE diluted in the saline vehicle (HFD+Gb). NFD rats were gavaged with the saline vehicle only. At the end of the treatment, the rats were anesthetized, insulin was injected into the portal vein, and after 90s, the gastrocnemius muscle was removed. The quantification of IRS-1, Akt, and Akt phosphorylation was performed using Western blotting. Serum levels of fasting insulin and glucose, triacylglycerols and total cholesterol, and LDL and HDL fractions were measured. An insulin tolerance test was also performed. Ingestion of a hyperlipidic diet promoted loss of insulin sensitivity and also resulted in a significant increase in body adiposity, plasma triacylglycerol, and glucose levels. In addition, GbE treatment significantly reduced food intake and body adiposity while it protected against hyperglycemia and dyslipidemia in diet-induced obesity rats. It also enhanced insulin sensitivity in comparison to HFD+V rats, while it restored insulin-induced Akt phosphorylation, increased IRS-1, and reduced PTP-1B levels in gastrocnemius muscle. The present findings suggest that G. biloba might be efficient in preventing and treating obesity-induced insulin signaling impairment.

Le vieillissement chronologique de Schizosaccharomyces pombe : Implication des voies de détection du glucose

La première augmentation de la longévité en laboratoire fût observée à la suite d’une intervention nutritionnelle consistant en une réduction de l’apport alimentaire chez le rat. Plus tard, ce phénomène a été reproduit dans de très nombreuses espèces et référé en tant que restriction calorique. Le développement des techniques de biologie moléculaire moderne a permis de montrer dans des organismes modèles simples que cette flexibilité du processus de vieillissement était régulée par des facteurs génétiques. De fait, plusieurs mécanismes cellulaires ont alors pu être identifiés comme responsables de ce contrôle du vieillissement. Ces voies de régulation ont révélées être conservées entre les espèces, depuis les levures jusqu’aux organismes multicellulaires tels que le nématode, la mouche ou la souris, suggérant l’existence d’un programme universel de vieillissement dans le vivant. La levure s’est avéré à plusieurs reprises être un modèle puissant et fiable pour la découverte de gènes impliqués dans ce phénomène. Mon étude a consisté au développement d’un nouveau modèle unicellulaire d’étude du vieillissement à travers l’espèce Schizosaccharomyces pombe appelée aussi levure à fission. La première étape de mon travail a montré que les voies de détection des nutriments gouvernées par la sérine/thréonine protéine kinase A (Pka1) et la sérine/thréonine kinase Sck2 contrôlent le vieillissement chronologique de ces cellules comme il était connu dans la levure Saccharomyces cerevisiae. Ceci permit de valider l’utilisation de la levure à fission pour l’étude du vieillissement. Ensuite, nous avons analysé plus en détail l’effet pro-vieillissement du glucose en étudiant le rôle de sa détection par le récepteur membranaire Git3 couplé à la protéine G (Gpa2) en amont de la kinase Pka1. La perte du signal du glucose par la délétion de Git3 imite partiellement l’effet d’augmentation de longévité obtenu par baisse de la concentration en glucose dans le milieu. De plus, l’effet néfaste du signal du glucose est maintenu en absence de tout métabolisme du glucose suite à la mutation des hexokinases, premières enzymes de la glycolyse. L’ensemble de ces résultats suggèrent que la signalisation du glucose est prédominante sur son métabolisme pour son effet pro-vieillissement. D’autre part, à la fois la suppression de cette signalisation et la baisse de niveau de glucose disponible allongent la durée de vie en corrélation avec une augmentation de la résistance au stress, une hausse d’activité mitochondriale et une baisse de production de radicaux libres. Finalement, le criblage d’une banque de surexpression d’ADNc a permis d’identifier plusieurs gènes candidats responsables de ces effets en aval de la voie de signalisation Git3/PKA. La recherche sur les mécanismes moléculaires du vieillissement propose une nouvelle approche, un nouvel angle de vue, pour la compréhension des fonctions cellulaires et promet d’apporter de précieuses clefs pour mieux comprendre certaines maladies. En effet, le vieillissement est la première cause d’apparition de nombreuses affections comme les cancers, les maladies cardiovasculaires et métaboliques ou les maladies neurodégénératives tels que les syndromes d’Alzheimer et de Parkinson.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Études du remodelage vasculaire utérin durant la grossesse : caractérisation du rôle de l’œstrogène et de son action vasorelaxante

La grossesse est un état physiologique particulier où de nombreux changements fonctionnels et structuraux surviennent. Chez la rate, pour répondre aux besoins grandissants du fœtus, l’artère utérine se développe pour atteindre le double de son diamètre original avant parturition. Par conséquent, le débit sanguin utérin augmente d’environ vingt fois. Pour ce faire, les vaisseaux utérins sont l’objet d’un remodelage caractérisé par une hypertrophie et une hyperplasie des différentes composantes de la paroi. De plus, ce remodelage est complètement réversible après la parturition, par opposition au remodelage vasculaire « pathologique » qui affecte les artères systémiques, dans l’hypertension chronique, par exemple. La grossesse s’accompagne aussi de modifications hormonales importantes, comme les œstrogènes dont la concentration s’accroît progressivement au cours de cette période. Elle atteindra une concentration trois cents fois plus élevée avant terme que chez une femme non gravide. Cette hormone possède de multiples fonctions, ainsi qu’un mode d’action à la fois génomique et non génomique. Considérant l’ensemble de ces éléments, nous avons formulé l’hypothèse que l’œstradiol serait responsable de modifier la circulation utérine durant la grossesse, par son action vasorelaxante, mais aussi en influençant le remodelage de la vasculature utérine. Nous avons montré que le 17β-Estradiol (17β-E2) produit une relaxation due à un effet non génomique des artères utérines en agissant directement sur le muscle lisse par un mécanisme indépendant du monoxyde d’azote et des récepteurs classiques aux œstrogènes (ERα, ERβ). De plus, la relaxation induite par le 17β-E2 dans l’artère utérine durant la gestation est réduite par rapport à celle des artères des rates non gestantes. Ceci serait attribuable à une diminution de monoxyde d’azote provenant de la synthase de NO neuronale dans les muscles lisses des artères utérines. Nos résultats démontrent que le récepteur à l’œstrogène couplé aux protéines G (GPER), la protéine kinase A (PKA) et la protéine kinase G (PKG) ne sont pas impliqués dans la signalisation intracellulaire associée à l’effet vasorelaxant induit par le 17β-E2. Cependant, nous avons montré une implication probable des canaux potassiques sensibles au voltage, ainsi qu’un rôle possible des canaux potassiques de grande conductance activés par le potentiel et le calcium (BKCa). En effet, le penitrem A, un antagoniste présumé des canaux potassiques à grande conductance, réduit la réponse vasoralaxante du 17β-E2. Toutefois, une autre action du penitrem A n’est pas exclue, car l’ibériotoxine, reconnue pour inhiber les mêmes canaux, n’a pas d’effet sur cette relaxation. Quoi qu’il en soit, d’autres études sont nécessaires pour obtenir une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la relaxation non génomique sur le muscle lisse des artères utérines. Quant à l’implication de l’œstrogène sur le remodelage des artères utérines durant la gestation, nous avons tenté d’inhiber la synthèse d’œstrogènes durant la gestation en utilisant un inhibiteur de l’aromatase. Plusieurs paramètres ont été évalués (paramètres sanguins, réactivité vasculaire, pression artérielle) sans changements significatifs entre le groupe contrôle et celui traité avec l’inhibiteur. Le même constat a été fait pour le dosage plasmatique de l’œstradiol, ce qui suggère l’inefficacité du blocage de l’aromatase dans ces expériences. Ainsi, notre protocole expérimental n’a pas réussi à inhiber la synthèse d’œstrogène durant la grossesse chez le rat et, ce faisant, nous n’avons pas pu vérifier notre hypothèse. En conclusion, nous avons démontré que le 17β-E2 agit de façon non génomique sur les muscles lisses des artères utérines qui implique une action sur les canaux potassiques de la membrane cellulaire. Toutefois, notre protocole expérimental n’a pas été en mesure d’évaluer les effets génomiques associés au remodelage vasculaire utérin durant la gestation et d’autres études devront être effectuées.

Modulation of Endothelin-1 and Insulin-like Growth Factor Type 1-induced Signaling by Curcumin in A-10 Vascular Smooth Muscle Cells

Les maladies cardio-vasculaires (MCV), telles que l’hypertension et l’athérosclérose, s’accompagnent de modifications structurales et fonctionnelles au niveau vasculaire. Un fonctionnement aberrant de la migration, l’hypertrophie et la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) sont des évènements cellulaires à l’origine de ces changements. L’endothéline-1 (ET-1) contribue à la pathogénèse des anomalies vasculaires, notamment via l’activation des protéines MAPK et PI3-K/PKB, des composantes clés impliquées dans les voies prolifératives et de croissance cellulaires. Il a été suggéré que le stress oxydant jouerait un rôle intermédiaire dans les effets pathophysiologiques vasculaires de l’ET-1. En conséquence, une modulation de la signalisation induite par l’ET-1 peut servir comme éventuelle stratégie thérapeutique contre le développement des MCV. Il apparaît de nos jours un regain d’intérêt dans l’utilisation des agents phyto-chimiques pour traiter plusieurs maladies. La curcumine, constituant essentiel de l’épice curcuma, est dotée de plusieurs propriétés biologiques parmi lesquelles des propriétés anti-oxydantes, anti-prolifératrices et cardio-protectrices. Cependant, les mécanismes moléculaires de son effet cardio-protecteur demeurent obscurs. Dans cette optique, l’objectif de cette étude a été d’examiner l’efficacité de la curcumine à inhiber la signalisation induite par l’ET-1 dans les CMLV. La curcumine a inhibé la phosphorylation des protéines IGF-1R, PKB, c-Raf et ERK1/2, induite par l’ET-1 et l’IGF-1. De plus, la curcumine a inhibé l’expression du facteur de transcription Egr-1 induite par l’ET-1 et l’IGF-1, dans les CMLV. Ces résultats suggèrent que la capacité de la curcumine à atténuer ces voies de signalisation serait un mécanisme d’action potentiel de ses effets protecteurs au niveau cardiovasculaire.