An investigation into the role of interleukin-6 in linking systemic and local inflammatory responses in patients with colorectal cancer

Colorectal cancer is the second most common cause of cancer death in the UK. It is accepted that both tumour and host factors are important determinants of disease progression and survival. While systemic and local inflammatory responses are increasingly recognized to be of particular importance the understanding of the mechanisms linking these important inflammatory processes remains unclear. This thesis examines the prognostic importance of measures of systemic and local inflammation and proposes a hypothesis for a link between tumour necrosis, systemic and local inflammatory responses in patients with colorectal cancer. Chapter 3 reports the comparison of the prognostic value of longitudinal measurements of systemic inflammation in patients undergoing curative resection of colorectal cancer. In Chapter 3 the results demonstrate that there was no significant overall change in either mGPS or NLR from pre- to post- operatively. This study highlighted the associations between pre- and post- operative mGPS and NLR and T-stage (p<0.001), TNM stage (p<0.005) and cancer-specific survival. The relationships between pre-operative measurements were examined using multivariate analysis. For pre-operative measurement both mGPS and NLR were associated with cancer-specific survival while when post-operative measures were examined only mGPS was specifically associated with cancer-specific survival (HR 4.81, CI 2.13-10.83, P<0.001). Chapter 4 examines the prognostic value of the Klintrup-Makinen scoring method and the existing limitations with regard to its clinical utility. An automated scoring method using commercially available image analysis software was developed and compared with manual scoring of tumour inflammatory infiltrates. This study demonstrated that both manual K-M scoring (p<0.001) and automated K-M scoring (p<0.05) had prognostic value in patients who had undergone potentially curative resection of colorectal cancer, and that the novel automated method may provide an objective method of assessment of tumour inflammatory infiltrates using routinely stained haematoxylin and eosin sections of tumour samples. In chapter 5 a hypothesis was proposed that Interleukin-6 may link tumour necrosis and systemic and local inflammatory responses in patients with colorectal cancer. This chapter examined the basis for this hypothesis, which is presented in figure 5.1. In addition, in chapter 5 the importance of this potential link is examined. In chapter 6, the hypothesis outlined in chapter 5 was examined in a cohort of patients who had undergone attempted curative resection of colorectal cancer. This study examined the inter-relationships between circulating mediators, in particular IL-6, tumour necrosis and systemic and local inflammatory responses. This results of this study demonstrated that IL-6 was associated with tumour necrosis (<0.001) and mGPS (<0.001) independent of T-stage. Thus adding weight to the hypothesis that elevated circulating concentrations of IL-6 may play a role in modulating both the systemic and local inflammatory responses in patients with cancer. Chapter 7 further develops the hypothesis that IL-6 signalling may be important in modulating systemic and local inflammatory responses in patients with colorectal cancer. Further, in chapter 7 the basis for the role of trans-signalling in this signaling pathway was examined. In this study, we reported that neither expression of the soluble IL-6 receptor or soluble gp130 were associated with systemic or local inflammatory responses. As a result the possible reasons for these findings were explored and future work suggested. A prospective database of patients undergoing attempted curative resection of colorectal cancer in Glasgow Royal Infirmary was used throughout this thesis. This database was created and is maintained regularly by successive research fellows at the Royal Infirmary. The work presented in this thesis highlights the importance of the host response in the form of systemic and local inflammation in patients with colorectal cancer and proposes a link between these responses and tumour necrosis. In addition, this work adds weight to the body of evidence suggesting that assessment of these host responses may improve stratification to treatment for patients with colorectal cancer. Further, this work proposes a mechanistic link, between tumour necrosis, systemic and local inflammatory responses through Interleukin-6, that merits further investigation.

Pre-announcement of symbiotic guests: transcriptional reprogramming by mycorrhizal lipochitooligosaccharides shows a strict co-dependency on the GRAS transcription factors NSP1 and RAM1

BACKGROUND: More than 80 % of all terrestrial plant species establish an arbuscular mycorrhiza (AM) symbiosis with Glomeromycota fungi. This plant-microbe interaction primarily improves phosphate uptake, but also supports nitrogen, mineral, and water aquisition. During the pre-contact stage, the AM symbiosis is controled by an exchange of diffusible factors from either partner. Amongst others, fungal signals were identified as a mix of sulfated and non-sulfated lipochitooligosaccharides (LCOs), being structurally related to rhizobial nodulation (Nod)-factor LCOs that in legumes induce the formation of nitrogen-fixing root nodules. LCO signals are transduced via a common symbiotic signaling pathway (CSSP) that activates a group of GRAS transcription factors (TFs). Using complex gene expression fingerprints as molecular phenotypes, this study primarily intended to shed light on the importance of the GRAS TFs NSP1 and RAM1 for LCO-activated gene expression during pre-symbiotic signaling. RESULTS: We investigated the genome-wide transcriptional responses in 5 days old primary roots of the Medicago truncatula wild type and four symbiotic mutants to a 6 h challenge with LCO signals supplied at 10(-7/-8) M. We were able to show that during the pre-symbiotic stage, sulfated Myc-, non-sulfated Myc-, and Nod-LCO-activated gene expression almost exclusively depends on the LysM receptor kinase NFP and is largely controled by the CSSP, although responses independent of this pathway exist. Our results show that downstream of the CSSP, gene expression activation by Myc-LCOs supplied at 10(-7/-8) M strictly required both the GRAS transcription factors RAM1 and NSP1, whereas those genes either co- or specifically activated by Nod-LCOs displayed a preferential NSP1-dependency. RAM1, a central regulator of root colonization by AM fungi, controled genes activated by non-sulfated Myc-LCOs during the pre-symbiotic stage that are also up-regulated in areas with early physical contact, e.g. hyphopodia and infecting hyphae; linking responses to externally applied LCOs with early root colonization. CONCLUSIONS: Since both RAM1 and NSP1 were essential for the pre-symbiotic transcriptional reprogramming by Myc-LCOs, we propose that downstream of the CSSP, these GRAS transcription factors act synergistically in the transduction of those diffusible signals that pre-announce the presence of symbiotic fungi.

Études in vivo et in vitro sur le potentiel néphroprotecteur de plantes médicinales anti-diabétiques de la pharmacopée traditionnelle des Cris de la Baie-James

Notre équipe a identifié le thé Labrador [Rhododendron groenlandicum L. (Ericaceae)] comme une plante potentiellement antidiabétique de la pharmacopée traditionnelle des Cris de la Baie James orientale. Dans la présente étude, nous avons évalué les effets néphroprotecteurs potentiels de la plante. De la microalbuminurie et de la fibrose rénale ont été développées chez des souris alimentées avec une diète grasse (DG). Le R. groenlandicum améliore d’une façon non-significative la microalbuminurie, avec des valeurs de l’aire sous la courbe (ACR) diminuant de 0.69 à 0.53. La valeur de la fibrose rénale qui était, à l’origine, de 4.85 unités arbitraires (UA) dans des souris alimentées à la DG, a chuté à 3.27 UA après avoir reçu un traitement de R. groenlandicum. Le R. groenlandicum a réduit la stéatose rénale de presque la moitié alors que l’expression du facteur de modification Bcl-2 (Bmf) a chuté de 13.96 UA à 9.43 UA. Dans leur ensemble les résultats suggèrent que le traitement avec R. groenlandicum peut améliorer la fonction rénale altérée par DG. Dans l’étude subséquente, notre équipe a identifié 17 espèces de la forêt boréale, de la pharmacopée traditionnelle des Cris de la Baie James orientale, qui ont présenté des activités biologiques prometteuses in vitro et in vivo dans le contexte du DT2. Nous avons maintenant examiné ces 17 extraits afin d’identifier lesquels possèdent un potentiel cytoprotecteur rénale en utilisant des cellules Madin Darby Canine Kidney (MDCK) mises à l’épreuve dans un médium hypertonique. Nous concluons que plusieurs plantes antidiabétiques Cris exercent une activité de protection rénale qui pourrait être pertinente dans le contexte de la néphropathie diabétique (ND) qui affecte une proportion importante des Cris. La G. hispidula et la A. balsamea sont parmi les plantes les plus puissantes dans ce contexte et elles semblent protectrices principalement en inhibant la caspase 9 dans la voie de signalisation apoptotique mitochondriale. Finalement, nous avons utilisé une approche de fractionnement guidée par un test biologique pour identifier les fractions actives et les composés de A. balsamea avec un potentiel de protection rénale in vitro dans des cellules MDCK mises au défi avec un médium hypertonique. La fraction d’hexane (Hex) possède le potentiel le plus élevé parmi toutes les fractions de solvant contre les dommages cellulaires induits par le stress hypertonique. Dans des études précédentes, trois composés purs ont été identifiés à partir de la fraction Hex, à savoir, l’acide abiétique, l’acide déhydroabiétique et le squalène. L’acide abiétique se distinguait par son effet puissant dans le maintien de la viabilité des cellules MDCK (AnnV-/PI-) à un niveau relativement élevé (augmentation de 25.48% relative au stress hypertonique, P<0.0001), ainsi qu’une réduction significative (diminution de 20.20% par rapport au stress hypertonique, P<0.0001) de l’apoptose de stade précoce (AnnV+/PI-). L’acide abiétique peut donc servir à normaliser les préparations traditionnelles d’A. balsamea et à trouver des applications potentielles dans le traitement de la néphropathie diabétique. Les trois études ont été intrinsèquement liées les unes aux autres, par conséquent, nous avons réussi à identifier R. groenlandicum ainsi que A. balsamea comme nouvelles plantes prometteuses contre la néphropathie diabétique. Nous croyons que ces résultats profiteront à la communauté crie pour la gestion des complications diabétiques, en particulier la néphropathie diabétique. En parallèle, nos données pourraient faire avancer l'essai clinique de certaines plantes médicinales de la pharmacopée traditionnelle des Cris de la Baie James orientale du Canada.

Rôles de deux corécepteurs impliqués dans le maintien des cellules T mémoires CD8+ et la maturation des cellules dendritiques

La reconnaissance d’un antigène présenté par les cellules présentatrices d’antigène induit la prolifération et la différenciation des lymphocytes T naïfs en lymphocytes T effecteurs et mémoires. Cette reconnaissance se fait par l’interaction du récepteur des cellules T (TCR) des lymphocytes T et le complexe CMH-peptide présent à la surface des DC. Cependant, des signaux additionnels sont requis, une meilleure activation des lymphocytes T implique des corécepteurs présents à la surface de ces deux types cellulaires. Après l’élimination de l’antigène, la plupart des lymphocytes T effecteurs vont mourir. Une petite population de lymphocytes T va persister pour se différencier en lymphocytes T mémoires capables de protéger l’organisme contre une réinfection. Les signaux qui contrôlent le maintien des lymphocytes T mémoires sont encore mal compris. Pour comprendre le rôle de la molécule de costimulation 4-1BB dans le maintien des lymphocytes T CD8 mémoires, nous avons émis l’hypothèse que l’état de phosphorylation de la protéine adaptatrice TRAF1, qui se lie à 4-1BB, module le maintien des lymphocytes T CD8 mémoires. Ainsi, nous avons montré par des expériences de spectrométrie de masse que TRAF1 s’associe préférentiellement à TBK1 lorsqu’elle n’est pas phosphorylée. Nous avons aussi montré que la présence de TRAF1 est requise pour stabiliser TBK1 au récepteur 4-1BB après stimulation des lymphocytes T. Par ailleurs, les lymphocytes T CD8 OT-I TRAF1-/- reconstituées avec un mutant phospho-déficient de TRAF1 (S139A) et ensuite différenciées en lymphocytes T mémoires in vitro induisent une activation de la voie de signalisation NF-ĸB contrairement à ceux exprimant la forme phospho-mimétique de TRAF1 (S139D). Ces premières études démontrent l’importance de l’état de phosphorylation de TRAF1 en aval de 4-1BB dans les cellules T. Dans la seconde partie, nous avons évalué le rôle d’un autre corécepteur; la neuropiline 1, dans la maturation des DC. A cet effet, nous avons émis l’hypothèse que l’interaction de la neuropiline 1 et ses ligands contribuerait à la fonction des DC. Nous avons démontré que l’absence de la neuropiline 1 n’a pas d’effet sur la maturation au LPS des DC. Cependant, la présence du VEGF (un ligand de Nrp-1) inhibe la maturation des DC dérivées de la moelle osseuse. Notre étude a démontré que VEGF inhibe l’expression des molécules de costimulation, la sécrétion des cytokines pro inflammatoires et la signalisation TLR4 principalement les voies MAP Kinase et NF-ĸB. Contrairement aux résultats avec les cellules WT, VEGF n’est pas capable d’affecter la maturation, la sécrétion des cytokines et la signalisation TLR4 des DC Nrp1-Lyz où la neuropiline 1 est délétée. Ainsi, nos résultats ont démontré que VEGF inhibe la maturation des DC de façon Nrp1-dépendante. Enfin, l’analyse des molécules partenaires de la neuropiline 1 montre que Nrp1, VEGF et TLR4 se retrouvent dans le même complexe. Nos résultats démontrent que VEGF, en présence de la neuropiline 1 est capable d’interagir avec TLR4 pour inhiber la maturation des DC. Toutefois, en absence de la neuropiline1, VEGF n’est pas capable de recruter TLR4 pour réduire l’expression des molécules de costimulation. Ces études sur les corécepteurs pourraient être importantes dans l’élaboration de nouvelles approches vaccinales.

A perfect day for zebrafish : neuromodulation of sleep in a diurnal vertebrate

Every day, we shift among various states of sleep and arousal to meet the many demands of our bodies and environment. A central puzzle in neurobiology is how the brain controls these behavioral states, which are essential to an animal's well-being and survival. Mammalian models have predominated sleep and arousal research, although in the past decade, invertebrate models have made significant contributions to our understanding of the genetic underpinnings of behavioral states. More recently, the zebrafish (Danio rerio), a diurnal vertebrate, has emerged as a promising model system for sleep and arousal research.

In this thesis, I describe two studies on sleep/arousal pathways that I conducted using zebrafish, and I discuss how the findings can be combined in future projects to advance our understanding of vertebrate sleep/arousal pathways. In the first study, I discovered a neuropeptide that regulates zebrafish sleep and arousal as a result of a large-scale effort to identify molecules that regulate behavioral states. Taking advantage of facile zebrafish genetics, I constructed mutants for the three known receptors of this peptide and identified the one receptor that exclusively mediates the observed behavioral effects. I further show that the peptide exerts its behavioral effects independently of signaling at a key module of a neuroendocrine signaling pathway. This finding contradicts the hypothesis put forth in mammalian systems that the peptide acts through the classical neuroendocrine pathway; our data further generate new testable hypotheses for determining the central nervous system or alternative neuroendocrine pathways involved.

Second, I will present the development of a chemigenetic method to non-invasively manipulate neurons in the behaving zebrafish. I validated this technique by expressing and inducing the chemigenetic tool in a restricted population of sleep-regulating neurons in the zebrafish. As predicted by established models of this vertebrate sleep regulator, chemigenetic activation of these neurons induced hyperactivity, whereas chemigenetic ablation of these neurons induced increased sleep behavior. Given that light is a potent modulator of behavior in zebrafish, our proof-of-principle data provide a springboard for future studies of sleep/arousal and other light-dependent behaviors to interrogate genetically-defined populations of neurons independently of optogenetic tools.

Investigating the Role of O-GlcNAc Glycosylation in Neurodegeneration

O-GlcNAc glycosylation of nuclear and cytosolic proteins is an essential post-translational modification implicated in many diseases, from cancer to diabetes. Importantly, many important neuronal proteins are also O-GlcNAc modified, and aberrant O-GlcNAcylation of these proteins may contribute to the pathology of neurodegenerative diseases although these mechanisms have not been well defined. Here we investigated the role of O-GlcNAc glycosylation in the brain, utilizing both chemistry and molecular biology to study O-GlcNAc transferase (OGT), the enzyme that adds the sugar modification. To evaluate the role of OGT in adult neurons, we generated a forebrain-specific conditional knockout of OGT (OGT cKO) in mice. Although indistinguishable from wild-type littermates at birth, after three weeks we observe progressive neurodegeneration in OGT cKO mice. Hallmarks of Alzheimer’s disease, including neuronal loss, neuroinflammation, behavioral deficits, hyperphosphorylated tau, and amyloid beta peptide accumulation, are observed. Furthermore, decreases in OGT protein levels were found in human AD brain tissue, suggesting that altered O-GlcNAcylation likely contributes to neurodegenerative diseases in humans. This model is one of a few mouse models that recapitulate AD phenotypes without mutating and overexpressing human tau, amyloid precursor protein, or presenilin, highlighting the essential role of OGT in neurodegenerative pathways.

Given the importance of OGT in the brain, we further investigated the regulation of the OGT enzyme by phosphorylation. We found that phosphorylation of OGT near its C-terminus reduces its activity in cancer cells, and have developed phosphorylation-specific antibodies to aid mechanistic studies. Furthermore, mutation of this phosphorylation site on OGT, followed by overexpression in neurons was shown to enhance neurite outgrowth, demonstrating a functional consequence for this site. Thus phosphorylation of OGT inhibits its activity and enhances neurite outgrowth, and current studies aim to characterize the signaling pathway that regulates OGT phosphorylation in neurons.

Characterization of TRIB2-mediated resistance to anti-cancer drugs

Dissertação de Mestrado, Oncobiologia: Mecanismos Moleculares do Cancro, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

O papel do inflamassoma na infecção induzida pelas formas saprofíticas do fungo Fonsecaea pedrosoi

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Medicina, Programa de Pós-Graduação em Patologia Molecular, 2016.

O papel da lisofosfatidilcolina na ativação do inflamassoma NLRP3 e sua relação com a formação de células gordurosas

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2016.

Hormone-Mediated Gene-Specific Translation Regulation

The central role of translation regulation in the control of critical cellular processes has long been recognized. Yet the systematic exploration of quantitative changes in translation at a genome-wide scale in response to specific stimuli has only recently become technically feasible. Using a genetic approach, we have identified new Arabidopsis weak-ethylene insensitive mutants that also display defects in translation, which suggested the existence of a previously unknown molecular module involved in ethylene-mediated translation regulation of components of this signaling pathway. To explore this link in detail, we implemented for Arabidopsis the ribosome-footprinting technology, which enables the study of translation at a whole-genome level at single codon resolution[1]. Using ribosome-footprinting we examined the effects of short exposure to ethylene on the Arabidopsis translatome looking for ethylene-triggered changes in translation rates that could not be explained by changes in transcript levels. The results of this research, in combination with the characterization of a subset of the aforementioned weak-ethylene insensitive mutants that are defective in the UPF genes (core-components of the nonsense-mediated mRNA decay machinery), uncovered a translation-based branch of the ethylene signaling pathway[2]. In the presence of ethylene, translation of a negative regulator of ethylene signaling EBF2 is repressed, despite induced transcription of this gene. These translational effects of ethylene require the long 3´UTR of EBF2 (3´EBF2), which is recognized by the C-terminal end of the key ethylene-signaling protein EIN2 (EIN2C) in the cytoplasm once EIN2C is released from the ER-membrane by proteolytic cleavage. EIN2C binds the 3´EBF2, recruits the UPF proteins and moves to P-bodies, where the translation of EBF2 in inhibited despite its mRNA accumulation. Once the ethylene signal is withdrawn, the translation of the stored EBF2 mRNAs is resumed, thus rapidly dampening the ethylene response. These findings represent a mechanistic paradigm of gene-specific regulation of translation in response to a key growth regulator. Translation regulatory elements can be located in both 3′ and 5′ UTRs. We are now focusing on the ead1 and ead2 mutants, another set of ethylene-signaling mutants defective in translational regulation. Ribosome-footprinting on the ead1 mutant revealed an accumulation of translating ribosomes in the 5´UTRs of uORF-containing genes and reduction in the levels of ribosomes in the main ORF. The mutant is also impaired in the translation of GFP when this reporter is fused to WT 5´UTR of potential EAD1 targets but not when GFP is fused to the uORF-less versions of the same 5´UTRs. Our hypothesis is that EAD1/2 work as a complex that is required for the efficient translation of mRNAs that have common structural (complex 5´UTR with uORFs) and functional (regulation of key cellular processes) features. We are working towards the identification of the conditions where the EAD1 regulation of translation is required. [1] Ingolia, N. et al. (2009) Genome-Wide Analysis in Vivo of Translation with Nucleotide Resolution Using Ribosome Profiling. Science, 324; 218-222 [2] Merchante, C. et al. (2015) Gene-Specific Translation Regulation Mediated by the Hormone-Signaling Molecule EIN2. Cell, 163(3): 684-697

Antitumor activity of physcion 8-o-β-glucopyranoside against cervical cancer by induction of apoptosis

Purpose: To investigate the antitumor activity of physcion8-O-β-glucopyranoside (PSG) against cervical cancer, as well as its mechanisms. Methods: The anti-proliferative effects of PSG on HeLa cells were determined by CCK-8 assay and the half maximal inhibitory concentration (IC50) values were calculated. Subsequently, a mouse xenograft model of HeLa cell line was established to investigate the antitumor effect of PSG in vivo. Furthermore, cell apoptosis was investigated by fluorescence microscopy via DAPI staining, and other mechanisms were determined by Western blot assay. Results: In vitro, PSG exhibited significant anti-proliferative effect on HeLa cells (p <0.05) in concentration-and time-dependent manners, with an IC50 value of 41.34 μg/mL. In vivo, PSG also had significant anti-tumor activity in nude mouse xenograft model (p < 0.05), inhibiting tumor growth. Furthermore, the results showed that treatment with PSG (20, 40 and 60 μg/mL) for 24 h resulted in significantly increased apoptosis in HeLa cells (p < 0.05). Additionally, Western blot analysis revealed that after exposure to 20, 40 and 60 μg/mL of PSG for 24 h, protein expressions of C-caspase-3, Ccaspase-9 and Bax were markedly up-regulated (p < 0.05) while Bcl-2 was significantly down-regulated (p < 0.05). These results confirmed that PSG inhibited HeLa cell growth by inducing mitochondriamediated apoptosis via up-regulation of caspase-3 and caspase-9 and Bax, and down-regulation of Bcl2. Conclusion: The results demonstrate that PSG possesses notable anti-tumor activity against cervical cancer and that the mechanisms involve induction of apoptosis by mitochondria-mediated signaling pathway.

Rôle de la signalisation Wnt non-canonique dans l’étiologie de l’ostéoarthrose chez l’humain

Les études cliniques et in vitro suggèrent que la sclérose de l’os sous-chondral due aux ostéoblastes (Ob) anormaux est impliquée dans la progression de l’ostéoarthrose (OA). Les Ob OA humains isolés à partir d’os sous-chondral sclérosé montrent un phénotype altéré, un niveau réduit de signalisation Wnt/β-caténine canonique et une minéralisation in vitro réduite. Il existe également deux voies non-canoniques, Wnt/PKC et Wnt/PCP qui ont étés décrites dans la littérature. Cependant, il n’existe aucune étude qui traite de ces deux voies dans les Ob OA. Ces voies sont activées après qu’un ligand Wnt non-canonique tel que Wnt-5a se lie à un récepteur Wnt couplé à des corécepteurs de la voie non-canonique. Ceci enclenche, respectivement pour la voie Wnt/PKC-Ca2+ et Wnt/PCP, la phosphorylation de PKC (p-PKC) et la phosphorylation de JNK (p-JNK) et agit sur les cibles en aval. Nous avons voulu déterminer s’il était possible de constater des altérations dans les voies Wnt non-canoniques dans les Ob OA. Nous avons préparé des cultures primaires d’ostéoblastes sous-chondral humains à partir de plateaux tibiaux de patients OA subissant une arthroplastie totale du genou, ainsi qu’à partir de plateaux tibiaux recueillis à l’autopsie de patients « normaux ». L’expression des gènes impliqués dans les voies Wnt/PKC et Wnt/PCP a été évaluée par RT-qPCR et la production par Western Blot des protéines, ainsi que celle de p-PKC et p-JNK et que l’activité des facteurs NFAT et AP-1 utilisés par ces deux voies. L’activité phosphatase alcaline (ALPase) et la quantité d’ostéocalcine (OC) ont étés évaluées respectivement à l’aide d’hydrolyse de substrat et d’ELISA. Le niveau de minéralisation a été évalué par la coloration au rouge Alizarine. Nos résultats montrent que l’expression et la production de Wnt-5a étaient augmentées dans les Ob OA comparées aux Ob N et LGR5 était significativement plus élevée. De plus, l’expression de LGR5 est directement régulée via la stimulation ou la diminution de Wnt-5a, à la fois au niveau de l’ARNm et des protéines. Par ailleurs, Wnt-5a a stimulé la phosphorylation de JNK et de PKC ainsi que l’activité NFAT et AP-1. Les niveaux de minéralisation ainsi que d’activité ALPase et de sécrétion d’OC ont aussi été affectés par les changements du niveau de Wnt-5a. Ces résultats suggèrent que Wnt-5a, qui est augmentée dans les OA Ob, peut stimuler les voies Wnt non-canoniques et affecter le phénotype et la minéralisation des OA Ob humains.

Caractérisation de l’activité transcriptionnelle antivirale et immunorégulatrice dépendante de STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1, induite par la costimulation par TNF

Les cellules épithéliales pulmonaires constituent la première ligne de défense face aux virus respiratoires via la sécrétion de mucus, de peptides, de cytokines et chimiokines qui déterminent l'élimination ou la progression de l’infection. Les principales cytokines antivirales produites par les cellules épithéliales alvéolaires (AEC) sont les interférons (IFN) type I (α/β) et III (λ). La liaison d’IFNβ à son récepteur induit une voie antivirale bien caractérisée qui aboutit à l’activation du complexe ISGF3 (STAT1, STAT2 et IRF9) qui permet la transcription de multiples gènes codant pour des protéines à activité antivirale et immunorégulatrice. Il a récemment été démontré que la costimulation des cellules épithéliales pulmonaires par l’IFNβ et le Tumor Necrosis Factor α (TNFα), également produit lors d’une infection, synergisent pour induire un état antiviral tardif distinct. D’autre part, il a été montré que la synergie entre le TNFα et l'IFNβ induit une voie de signalisation impliquant STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1 permettant l’expression du gène DUOX2. Notre but est de déterminer l’importance de cette nouvelle voie de signalisation induite par la costimulation du TNFα+IFNβ, impliquant STAT2 et IRF9 indépendamment de STAT1 dans la régulation d’un programme transcriptionnel antiviral et immunorégulateur tardif. Notre premier objectif est de déterminer si des gènes antiviraux et immunorégulateurs qui sont induits par la costimulation par TNFα+IFNβ sont dépendants de la voie STAT2/IRF9, indépendamment de STAT1. En utilisant la technique de qRT-PCR, nous avons identifié 3 gènes immunorégulateurs, CXCL10, IDO et APOBEC3G, induits de manière synergique en réponse à TNFα+IFNβ dans les cellules A549, un modèle de cellules épithéliales pulmonaires. Afin de confirmer que ces gènes sont induits indépendamment de STAT1, nous avons validé leur expression dans la lignée cellulaire U3A déficiente en STAT1. Par l'utilisation d'ARN interférants (ARNi) dirigés contre STAT2 et IRF9, nous avons confirmé que l’induction de ces gènes est dépendante de STAT2 et IRF9. Finalement, l’analyse de l’activité du promoteur de CXCL10 en réponse à TNFα+IFNβ par des essais rapporteurs luciférases a permis de montrer que la régulation se fait au niveau transcriptionnel. Notre deuxième objectif, est de déterminer si STAT6 pourrait remplacer STAT1 dans la voie de signalisation induite par TNFα+IFNβ. En effet, STAT6 est un inducteur connu de l’expression de DUOX2 en réponse à IL4+IL13. Contrairement à notre hypothèse, l’inhibition de STAT6 par ARNi augmente l’expression de DUOX2 en réponse à TNFα+IFNβ suggérant que STAT6 est un régulateur négatif. Nos résultats ont permis de comprendre de manière plus détaillée les mécanismes mis en place dans le développement d’une réponse antivirale. D’autre part, l’étude de l’effet de l’IFNβ et du TNFα est également pertinente pour les maladies chroniques inflammatoires et autoimmunes. De plus, nos résultats illustrent un nouveau paradigme concernant les mécanismes de signalisation cellulaire impliqués dans la synergie entre deux cytokines qui pourrait être applicable à des combinaisons de cytokines autres que TNFα+IFNβ.

Localized Surface Plasmon Resonance Biosensors for Real-Time Biomolecular Binding Study

Surface Plasmon Resonance (SPR) and localized surface plasmon resonance (LSPR) biosensors have brought a revolutionary change to in vitro study of biological and biochemical processes due to its ability to measure extremely small changes in surface refractive index (RI), binding equilibrium and kinetics. Strategies based on LSPR have been employed to enhance the sensitivity for a variety of applications, such as diagnosis of diseases, environmental analysis, food safety, and chemical threat detection. In LSPR spectroscopy, absorption and scattering of light are greatly enhanced at frequencies that excite the LSPR, resulting in a characteristic extinction spectrum that depends on the RI of the surrounding medium. Compositional and conformational change within the surrounding medium near the sensing surface could therefore be detected as shifts in the extinction spectrum. This dissertation specifically focuses on the development and evaluation of highly sensitive LSPR biosensors for in situ study of biomolecular binding process by incorporating nanotechnology. Compared to traditional methods for biomolecular binding studies, LSPR-based biosensors offer real-time, label free detection. First, we modified the gold sensing surface of LSPR-based biosensors using nanomaterials such as gold nanoparticles (AuNPs) and polymer to enhance surface absorption and sensitivity. The performance of this type of biosensors was evaluated on the application of small heavy metal molecule binding affinity study. This biosensor exhibited ~7 fold sensitivity enhancement and binding kinetics measurement capability comparing to traditional biosensors. Second, a miniaturized cell culture system was integrated into the LSPR-based biosensor system for the purpose of real-time biomarker signaling pathway studies and drug efficacy studies with living cells. To the best of our knowledge, this is the first LSPR-based sensing platform with the capability of living cell studies. We demonstrated the living cell measurement ability by studying the VEGF signaling pathway in living SKOV-3 cells. Results have shown that the VEGF secretion level from SKOV-3 cells is 0.0137 ± 0.0012 pg per cell. Moreover, we have demonstrated bevacizumab drug regulation to the VEGF signaling pathway using this biosensor. This sensing platform could potentially help studying biomolecular binding kinetics which elucidates the underlying mechanisms of biotransportation and drug delivery.

Rôle de la signalisation Wnt non-canonique dans l’étiologie de l’ostéoarthrose chez l’humain

Les études cliniques et in vitro suggèrent que la sclérose de l’os sous-chondral due aux ostéoblastes (Ob) anormaux est impliquée dans la progression de l’ostéoarthrose (OA). Les Ob OA humains isolés à partir d’os sous-chondral sclérosé montrent un phénotype altéré, un niveau réduit de signalisation Wnt/β-caténine canonique et une minéralisation in vitro réduite. Il existe également deux voies non-canoniques, Wnt/PKC et Wnt/PCP qui ont étés décrites dans la littérature. Cependant, il n’existe aucune étude qui traite de ces deux voies dans les Ob OA. Ces voies sont activées après qu’un ligand Wnt non-canonique tel que Wnt-5a se lie à un récepteur Wnt couplé à des corécepteurs de la voie non-canonique. Ceci enclenche, respectivement pour la voie Wnt/PKC-Ca2+ et Wnt/PCP, la phosphorylation de PKC (p-PKC) et la phosphorylation de JNK (p-JNK) et agit sur les cibles en aval. Nous avons voulu déterminer s’il était possible de constater des altérations dans les voies Wnt non-canoniques dans les Ob OA. Nous avons préparé des cultures primaires d’ostéoblastes sous-chondral humains à partir de plateaux tibiaux de patients OA subissant une arthroplastie totale du genou, ainsi qu’à partir de plateaux tibiaux recueillis à l’autopsie de patients « normaux ». L’expression des gènes impliqués dans les voies Wnt/PKC et Wnt/PCP a été évaluée par RT-qPCR et la production par Western Blot des protéines, ainsi que celle de p-PKC et p-JNK et que l’activité des facteurs NFAT et AP-1 utilisés par ces deux voies. L’activité phosphatase alcaline (ALPase) et la quantité d’ostéocalcine (OC) ont étés évaluées respectivement à l’aide d’hydrolyse de substrat et d’ELISA. Le niveau de minéralisation a été évalué par la coloration au rouge Alizarine. Nos résultats montrent que l’expression et la production de Wnt-5a étaient augmentées dans les Ob OA comparées aux Ob N et LGR5 était significativement plus élevée. De plus, l’expression de LGR5 est directement régulée via la stimulation ou la diminution de Wnt-5a, à la fois au niveau de l’ARNm et des protéines. Par ailleurs, Wnt-5a a stimulé la phosphorylation de JNK et de PKC ainsi que l’activité NFAT et AP-1. Les niveaux de minéralisation ainsi que d’activité ALPase et de sécrétion d’OC ont aussi été affectés par les changements du niveau de Wnt-5a. Ces résultats suggèrent que Wnt-5a, qui est augmentée dans les OA Ob, peut stimuler les voies Wnt non-canoniques et affecter le phénotype et la minéralisation des OA Ob humains.