TRPV4 is necessary for trigeminal irritant pain and functions as a cellular formalin receptor.

Detection of external irritants by head nociceptor neurons has deep evolutionary roots. Irritant-induced aversive behavior is a popular pain model in laboratory animals. It is used widely in the formalin model, where formaldehyde is injected into the rodent paw, eliciting quantifiable nocifensive behavior that has a direct, tissue-injury-evoked phase, and a subsequent tonic phase caused by neural maladaptation. The formalin model has elucidated many antipain compounds and pain-modulating signaling pathways. We have adopted this model to trigeminally innervated territories in mice. In addition, we examined the involvement of TRPV4 channels in formalin-evoked trigeminal pain behavior because TRPV4 is abundantly expressed in trigeminal ganglion (TG) sensory neurons, and because we have recently defined TRPV4's role in response to airborne irritants and in a model for temporomandibular joint pain. We found TRPV4 to be important for trigeminal nocifensive behavior evoked by formalin whisker pad injections. This conclusion is supported by studies with Trpv4(-/-) mice and TRPV4-specific antagonists. Our results imply TRPV4 in MEK-ERK activation in TG sensory neurons. Furthermore, cellular studies in primary TG neurons and in heterologous TRPV4-expressing cells suggest that TRPV4 can be activated directly by formalin to gate Ca(2+). Using TRPA1-blocker and Trpa1(-/-) mice, we found that both TRP channels co-contribute to the formalin trigeminal pain response. These results imply TRPV4 as an important signaling molecule in irritation-evoked trigeminal pain. TRPV4-antagonistic therapies can therefore be envisioned as novel analgesics, possibly for specific targeting of trigeminal pain disorders, such as migraine, headaches, temporomandibular joint, facial, and dental pain, and irritation of trigeminally innervated surface epithelia.

Angiotensin receptors and β-catenin regulate brain endothelial integrity in malaria

Cerebral malaria is characterized by cytoadhesion of Plasmodium falciparum–infected red blood cells (Pf-iRBCs) to endothelial cells in the brain, disruption of the blood-brain barrier, and cerebral microhemorrhages. No available antimalarial drugs specifically target the endothelial disruptions underlying this complication, which is responsible for the majority of malaria-associated deaths. Here, we have demonstrated that ruptured Pf-iRBCs induce activation of β-catenin, leading to disruption of inter–endothelial cell junctions in human brain microvascular endothelial cells (HBMECs). Inhibition of β-catenin–induced TCF/LEF transcription in the nucleus of HBMECs prevented the disruption of endothelial junctions, confirming that β-catenin is a key mediator of P. falciparum adverse effects on endothelial integrity. Blockade of the angiotensin II type 1 receptor (AT1) or stimulation of the type 2 receptor (AT2) abrogated Pf-iRBC–induced activation of β-catenin and prevented the disruption of HBMEC monolayers. In a mouse model of cerebral malaria, modulation of angiotensin II receptors produced similar effects, leading to protection against cerebral malaria, reduced cerebral hemorrhages, and increased survival. In contrast, AT2-deficient mice were more susceptible to cerebral malaria. The interrelation of the β-catenin and the angiotensin II signaling pathways opens immediate host-targeted therapeutic possibilities for cerebral malaria and other diseases in which brain endothelial integrity is compromised.

Two Adaptation Mechanisms Regulate Cellular Migration in Dictyostelium discouideum

Dictyostelium discoideum is a simple model widely used to study many cellular functions, including differentiation, gene regulation, cellular trafficking and directional migration. Adaptation mechanisms are essential in the regulation of these cellular processes. The misregulation of adaptation components often results in persistent activation of signaling pathways and aberrant cellular responses. Studying adaptation mechanisms regulating cellular migration will be crucial in the treatment of many pathological conditions in which motility plays a central role, such as tumor metastasis and acute inflammation. I will describe two adaptation mechanisms regulating directional migration in Dictyostelium cells. The Extracellular signal Regulated Kinase 2 (ERK2) plays an essential role in Dictyostelium cellular migration. ERK2 stimulates intracellular cAMP accumulation in chemotaxing cells. Aberrant ERK2 regulation results in aberrant cAMP levels and defective directional migration. The MAP Phosphatase with Leucine-rich repeats (MPL1) is crucial for ERK2 adaptation. Cells lacking, MPL1 (mpl1- cells) displayed higher pre-stimulus and persistent post-stimulus ERK2 phosphorylation, defective cAMP production and reduced cellular migration. Reintroduction of a full length Mpl1 into mpl1- cells restored aggregation, ERK2 regulation, random and directional motility, and cAMP production similar to wild type cells (Wt). These results suggest Mpl1 is essential for proper regulation of ERK2 phosphorylation and optimal motility in Dictyostelium cells. Cellular polarization in Dictyostelium cells in part is regulated by the activation of the AGC-related kinase Protein Kinase Related B1 (PKBR1). The PP2A regulatory subunit, B56, and the Glycogen Synthase Kinase 3 (GSK3) are necessary for PKBR1 adaptation in Dictyostelium cells. Cells lacking B56, psrA-cells, exhibited high basal and post-stimulus persistent phosphorylation of PKBR1, increased phosphorylation of PKBR1 substrates, and aberrant motility. PKBR1 adaptation is also regulated by the GSK3. When the levels of active GSK3 are reduced in Wt and psrA- cells, high basal levels of phosphorylated PKBR1 were observed, in a Ras dependent, but B56 independent mechanism. Altogether, PKBR1 adaptation is regulated by at least two independent mechanisms: one by GSK3 and another by PP2A/B56.

NleH effectors interact with Bax inhibitor-1 to block apoptosis during enteropathogenic Escherichia coli infection

The human pathogens enteropathogenic (EPEC) and enterohemorrhagic Escherichia coli and the related mouse pathogen Citrobacter rodentium subvert a variety of host cell signaling pathways via their plethora of type III secreted effectors, including triggering of an early apoptotic response. EPEC-infected cells do not develop late apoptotic symptoms, however. In this study we demonstrate that the NleH family effectors, homologs of the Shigella effector kinase OspG, blocks apoptosis. During EPEC infection, NleH effectors inhibit elevation of cytosolic Ca(2+) concentrations, nuclear condensation, caspase-3 activation, and membrane blebbing and promote cell survival. NleH1 alone is sufficient to prevent procaspase-3 cleavage induced by the proapoptotic compounds staurosporine, brefeldin A, and tunicamycin. Using C. rodentium, we found that NleH inhibits procaspase-3 cleavage at the bacterial attachment sites in vivo. A yeast two-hybrid screen identified the endoplasmic reticulum six-transmembrane protein Bax inhibitor-1 (BI-1) as an NleH-interacting partner. We mapped the NleH-binding site to the N-terminal 40 amino acids of BI-1. Knockdown of BI-1 resulted in the loss of NleH's antiapoptotic activity. These results indicate that NleH effectors are inhibitors of apoptosis that may act through BI-1 to carry out their cytoprotective function.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

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.

Molecular Mechanism of the Response to Hydrogen Sulfide in C. elegans

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

miRNAs as therapeutic agents in neurodegeneration, a pilot study

L’échec des différents essais cliniques souligne la nécessité de développer des nouvelles thérapies pour la maladie d’Alzheimer (MA), la cause la plus commune de démence. Les microARNs (miARNs) sont les ARNs non-codants les plus étudiés et ils jouent un rôle important dans la modulation de l’expression des gènes et de multiples voies de signalisation. Des études antérieures, dont celles de mon laboratoire d’accueil, ont permis de développer l’hypothèse que certains membres de la famille miR-15/107 (c.-à-d. miR-15ab, miR-16, miR-195, miR-424, and miR-497) pourraient être utilisés comme agents thérapeutiques dans MA. En effet, cette famille avait le potentiel de réguler de multiples gènes associés à MA, tels que la protéine précurseur de l’amyloïde (APP), la β-secrétase (BACE1), et la protéine Tau. Tel que démontré dans ce projet de thèse, j’ai choisi miR-16 comme cible thérapeutique potentielle pour MA parmi tous les membres de la famille. L’essai luciférase dans ce projet confirme que miR-16 peut réguler simultanément APP et BACE1, directement par une interaction avec la région non-codante en 3’ de l’ARNm). Notamment, nous observons aussi une réduction de la production des peptides amyloïdes et de la phosphorylation de Tau après une augmentation de miR-16 en cellule. J’ai ensuite validé mes résultats in vivo dans la souris en utilisant une méthode de livraison de miR-16 via une pompe osmotique implanté dans le cerveau. Dans ce cas, l’expression des protéines d’intérêts (APP, BACE1, Tau) a été mesurée par immunobuvardage et PCR à temps réel. Après validation, ces résultats ont été complémentés par une étude protéomique (iTRAQ) du tronc cérébral et de l’hippocampe, deux régions associées à la maladie. Ces données m’ont permis d’identifier d’autres protéines régulées par miR-16 in vivo, incluant α-Synucléine, Transferrine receptor1, et SRm300. Une autre observation intéressante : les voies régulées par miR-16 in vivo sont directement en lien avec le stress oxydatif et la neurodégénération. En résumé, ce travail démontre l’efficacité et la faisabilité d’utiliser un miARN comme outil thérapeutique pour la maladie d’Alzheimer. Ces résultats rentrent dans un cadre plus vaste de découvrir de nouvelles cibles pour MA, et en particulier la forme sporadique de la maladie qui représente plus de 95% de tous les cas. Évidemment, la découverte d’une molécule pouvant cibler simultanément les deux pathologies de la maladie (plaques amyloïdes et hyper phosphorylation de tau) est nouvelle et intéressante, et ce domaine de recherche ouvre la porte aux autres petits ARNs non-codants dans MA et les maladies neurodégénératives connexes.

Arabidopsis MYC transcription factors are the target of hormonal salicylic acid/jasmonic acid cross talk in response to Pieris brassicae egg extract.

Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) plants recognize insect eggs and activate the salicylic acid (SA) pathway. As a consequence, expression of defense genes regulated by the jasmonic acid (JA) pathway is suppressed and larval performance is enhanced. Cross talk between defense signaling pathways is common in plant-pathogen interactions, but the molecular mechanism mediating this phenomenon is poorly understood. Here, we demonstrate that egg-induced SA/JA antagonism works independently of the APETALA2/ETHYLENE RESPONSE FACTOR (AP2/ERF) transcription factor ORA59, which controls the ERF branch of the JA pathway. In addition, treatment with egg extract did not enhance expression or stability of JASMONATE ZIM-domain transcriptional repressors, and SA/JA cross talk did not involve JASMONATE ASSOCIATED MYC2-LIKEs, which are negative regulators of the JA pathway. Investigating the stability of MYC2, MYC3, and MYC4, three basic helix-loop-helix transcription factors that additively control jasmonate-related defense responses, we found that egg extract treatment strongly diminished MYC protein levels in an SA-dependent manner. Furthermore, we identified WRKY75 as a novel and essential factor controlling SA/JA cross talk. These data indicate that insect eggs target the MYC branch of the JA pathway and uncover an unexpected modulation of SA/JA antagonism depending on the biological context in which the SA pathway is activated.

Rôle de la protéine DUSP5 dans l’autophagie des cardiomyocytes

Résumé: L’autophagie est un processus essentiel au maintien de l’homéostasie cellulaire. Elle permet de dégrader et recycler aussi bien des organelles entières que des composants cytoplasmiques non fonctionnels. De plus, l’augmentation d’autophagie en condition de stress constitue une réponse adaptative favorisant la survie cellulaire. Chez les cardiomyocytes, l’autophagie en condition basale est indispensable au renouvellement, entre autres, des mitochondries et des protéines formant les sarcomères. De plus, les stress tels l’ischémie cardiaque ou la carence en nutriments induisent une augmentation de l’autophagie protectrice. Dans certaines conditions extrêmes, il a été suggéré qu’un surcroît d’autophagie puisse toutefois exacerber la pathologie cardiaque en provoquant la mort des cardiomyocytes. Considérant l’importance de ce processus dans la physiopathologie cardiaque, l’identification des mécanismes signalétiques régulant l’autophagie chez les cardiomyocytes a été le sujet de recherches intenses. À cet effet, l’activation des Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK) a été démontrée pour réguler, avec d’autres voies signalétiques, l’autophagie et l’apoptose des cardiomyocytes. Il est donc probable que les Dual-Specificity Phosphatase (DUSP), enzymes clés contrôlant l’activité des MAPK, participent aussi à la régulation de l’autophagie. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons induit l’autophagie chez des cardiomyocytes isolés de rats nouveau-nés en culture. L’analyse de marqueurs d’autophagie par immunobuvardage démontre que l’activation des MAPK ERK1/2 et p38 corrèle avec l’activité autophagique chez les cardiomyocytes. Dans ces conditions, la diminution d’expression de la majorité des ARNm encodant les différentes DUSP retrouvées chez les cardiomyocytes contraste de façon marquée avec l’augmentation d’expression de l’ARNm Dusp5. De plus, nous avons démontré par une étude de gain de fonction que l’activation soutenue de p38 par surexpression d’un mutant MKK6 constitutivement actif stimule l’autophagie chez les cardiomyocytes. De façon surprenante, la perte de fonction de p38 obtenue par surexpression d’un mutant p38 dominant négatif n’altère en rien la réponse autophagique initiatrice dans notre modèle in vitro. Nos résultats suggèrent que les DUSP puissent réguler, via leurs actions sur les MAPK, d’importantes étapes du processus autophagique chez les cardiomyocytes.

Genetic Modification of Disease Resistance: Fungal and Oomycete Pathogens

Development of recombinant DNA technology allowed scientists to manipulate plant genomes, making it possible to study genes and exploit them to modify novel agronomic traits. Here, we review the current and future potential of genetic modification (GM) strategies used to increase the resistance of plants to oomycete and fungal pathogens. Numerous resistance genes (R-genes) have been cloned, and under laboratory conditions, transgenic plants have given promising results against some important plant pathogens. However, only a few have so far been deployed as commercial crop plants.GMof plants to disrupt pathogenicity, such as by inhibiting or degrading pathogenicity factors, especially by necrotrophic pathogens, has also been exploited. The potential to engineer plants for the production of antimicrobial peptides or to modify defense-signaling pathways have been successfully demonstrated under laboratory conditions. The most promising current technology is genome editing, which allows researchers to edit DNA sequences directly in their endogenous environment. The potential of this approach is discussed in detail and examples where broad-spectrum resistance has been achieved are given.

Chemical characterization and evaluation of biological activity of Cynara cardunculus extractable compounds

The Mediterranean species Cynara cardunculus L. is recognized in the traditional medicine, for their hepatoprotective and choleretic effects. Biomass of C. cardunculus L. var. altilis (DC), or cultivated cardoon, may be explored not only for the production of energy and pulp fibers, but also for the extraction of bioactive compounds. The chemical characterization of extractable components, namely terpenic and phenolic compounds, may valorize the cultivated cardoon plantation, due to their antioxidant, antitumoral and antimicrobial activities. In this study, the chemical composition of lipophilic and phenolic fractions of C. cardunculus L. var. altilis (DC), cultivated in the south of Portugal (Baixo Alentejo region) was characterized in detail, intending the integral valorization of its biomass. The biological activity of cultivated cardoon extracts was evaluated in terms of antioxidant, human tumor cell antiproliferative and antibacterial effects. Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) was used for the chemical analysis of lipophilic compounds. Sixty-five lipophilic compounds were identified, from which 1 sesquiterpene lactone and 4 pentacyclic triterpenes were described, for the first time, as cultivated cardoon components, such as: deacylcynaropicrin, acetates of β- and α-amyrin, lupenyl acetate and ψ-taraxasteryl acetate. Sesquiterpene lactones were the major family of lipophilic components of leaves (≈94.5 g/kg), mostly represented by cynaropicrin (≈87.4 g/kg). Pentacyclic triterpenes were also detected, in considerably high contents, in the remaining parts of cultivated cardoon, especially in the florets (≈27.5 g/kg). Taraxasteryl acetate was the main pentacyclic triterpene (≈8.9 g/kg in florets). High pressure liquid chromatography-mass spectrometry (HPLC-MS) was utilized for the chemical analysis of phenolic compounds. Among the identified 28 phenolic compounds, eriodictyol hexoside was reported for the first time as C. cardunculus L. component, and 6 as cultivated cardoon components, namely 1,4-di-O-caffeoylquinic acid, naringenin 7-O-glucoside, naringenin rutinoside, naringenin, luteolin acetylhexoside and apigenin acetylhexoside. The highest content of the identified phenolic compounds was observed in the florets (≈12.6 g/kg). Stalks outer part contained the highest hydroxycinnamic acids abundance (≈10.3 g/kg), and florets presented the highest flavonoids content (≈10.3 g/kg). The antioxidant activity of phenolic fraction was examined through 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) free radical scavenging assay. Stalks outer part, and receptacles and bracts extracts demonstrated the highest antioxidant effect on DPPH (IC50 of 34.35 μg/mL and 35.25 μg/mL, respectively). (cont.) abstract (cont.) The DPPH scavenging effect was linearly correlated with the total contents of hydroxycinnamic acids (r = -0.990). The in vitro antiproliferative activity of cultivated cardoon lipophilic and phenolic extracts was evaluated on a human tumor cells line of triple-negative breast cancer (MDA-MB-231), one of the most refractory human cancers to conventional therapeutics. After 48 h of exposition, leaves lipophilic extract showed higher inhibitory effect (IC50 = 10.39 μg/mL) than florets lipophilic extract (IC50 = 315.22 μg/mL), upon MDA-MB-231 cellular viability. Pure compound of cynaropicrin, representative of the main compound identified in leaves lipophilic extract, also prevented the cell proliferation of MDA-MB-231 (IC50 = 17.86 μM). MDA-MB-231 cells were much more resistant to the 48 h- treatment with phenolic extracts of stalks outer part (IC50 = 3341.20 μg/mL) and florets (IC50 > 4500 μg/mL), and also with the pure compound of 1,5-di-O-caffeoylquinic acid (IC50 = 1741.69 μM). MDA-MB-231 cells were exposed, for 48 h, to the respective IC50 concentrations of leaves lipophilic extract and pure compound of cynaropicrin, in order to understand their ability in modelling cellular responses, and consequently important potentially signaling pathways for the cellular viability decrease. Leaves lipophilic extract increased the caspase-3 enzymatic activity, contrarily to pure compound of cynaropicrin. Additionally, leaves lipophilic extract and pure compound of cynaropicrin caused G2 cell cycle arrest, possibly by upregulating the p21Waf1/Cip1 and the accumulation of phospho-Tyr15-CDK1 and cyclin B1. The inhibitory effects of leaves lipophilic extract and cynaropicrin pure compound, against the MDA-MB-231 cell proliferation, may also be related to the downregulation of phospho-Ser473-Akt. The antibacterial activity of cultivated cardoon lipophilic and phenolic extracts was assessed, for the first time, on two multidrug-resistant bacteria, such as the Gram-negative Pseudomonas aeruginosa PAO1 and the Gram-positive methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), two of the main bacteria responsible for health care-associated infections. Accordingly, the minimum inhibitory concentrations (MIC) were determined. Lipophilic and phenolic extracts of florets did not have antibacterial activity on P. aeruginosa PAO1 and MRSA (MIC > 2048 μg/mL). Leaves lipophilic extract did not prevent the P. aeruginosa PAO1 growth, but pure compound of cynaropicrin was slightly active (MIC = 2048 μg/mL). Leaves lipophilic extract and pure compound of cynaropicrin blocked MRSA growth (MIC of 1024 and 256 μg/mL, respectively). The scientific knowledge revealed in this thesis, either by the chemical viewpoint, or by the biological viewpoint, contributes for the valorization of C. cardunculus L. var. altilis (DC) biomass. Cultivated cardoon has potential to be exploited as source of bioactive compounds, in conciliation with other valorization pathways, and Portuguese traditional cheeses manufacturing.

Role of fibroblast growth factors and their receptors in prostate cancer

Prostate cancer (PCa) is the most common non-cutaneous malignant disease among males in the developed countries. Radical prostatectomy (RP) is an effective therapy for most PCa patients with localized or locally invaded tumors but in some cases the cancer recurs after RP. PCa is a heterogeneous disease, which is regulated by many factors, such as androgen receptor (AR), estrogen receptors and  (ER and ER), fibroblast growth factors (FGFs) and their receptors (FGFRs). In this study, the role of ERβ, FGF8, FGF13 and FGFRL1 was investigated in PCa. Previous studies have suggested that ER is protective against PCa whereas FGF8 has been shown to induce PCa in transgenic mice. FGF13 and FGFRL1 are poorly understood members of the FGF and FGFR families, respectively. Transgenic mouse models were used to investigate the ability of inactivated ERβ to facilitate FGF8-induced prostate tumorigenesis. Human PCa tissue microarrays (TMAs) were used to study the expression pattern of FGF13 and FGFRL1 in PCa and the results were correlated to corresponding patient data. The targets and biological functions of FGF13 and FGFRL1 were characterized using experimental in vivo and in vitro models. The results show that deficiency of ERβ, which had been expected to have tumor suppressing capacity, seemed to influence epithelial differentiation but did not affect FGF8-induced prostate tumorigenesis. Analysis of the TMAs showed increased expression of FGF13 in PCa. The level of cytoplasmic FGF13 was associated with the PCa biochemical recurrence (BCR), demonstrated by increasing serum PSA value, and was able to act as an independent prognostic biomarker for PCa patients after RP. Expression of FGFRL1, the most recently identified FGFR, was also elevated in PCa. Cytoplasmic and nuclear FGFRL1 was associated with high Gleason score and Ki67 level whereas the opposite was true for the cell membrane FGFRL1. Silencing of FGFRL1 in PC-3M cells led to a strongly decreased growth rate of these cells as xenografts in nude mice and the experiments with PCa cell lines showed that FGFRL1 is able to modulate the FGF2- and FGF8-induced signaling pathways. The next generation sequencing (NGS) experiments with FGFRL1-silenced PC-3M cells revealed candidates for FGFRL1 target genes. In summary, these studies provide new data on the FGF/FGFR signaling pathways in normal and malignant prostate and suggest a potential role for FGF13 and FGFRL1 as novel prognostic markers for PCa patients. Keywords: FGF8, FGF13, FGFRL1, ERβ, prostate cancer, prognostic marker

The Effects of High Steady State Auxin Levels on Root Cell Elongation in Brachypodium.

The long-standing Acid Growth Theory of plant cell elongation posits that auxin promotes cell elongation by stimulating cell wall acidification and thus expansin action. To date, the paucity of pertinent genetic materials has precluded thorough analysis of the importance of this concept in roots. The recent isolation of mutants of the model grass species Brachypodium distachyon with dramatically enhanced root cell elongation due to increased cellular auxin levels has allowed us to address this question. We found that the primary transcriptomic effect associated with elevated steady state auxin concentration in elongating root cells is upregulation of cell wall remodeling factors, notably expansins, while plant hormone signaling pathways maintain remarkable homeostasis. These changes are specifically accompanied by reduced cell wall arabinogalactan complexity but not by increased proton excretion. On the contrary, we observed a tendency for decreased rather than increased proton extrusion from root elongation zones with higher cellular auxin levels. Moreover, similar to Brachypodium, root cell elongation is, in general, robustly buffered against external pH fluctuation in Arabidopsis thaliana However, forced acidification through artificial proton pump activation inhibits root cell elongation. Thus, the interplay between auxin, proton pump activation, and expansin action may be more flexible in roots than in shoots.

Endocrine disruptors mixtures: the real scenario of human exposure

Endocrine disrupting chemicals (EDCs) are exogenous agents that have the ability to interfere with/or mimic estrogenic hormones and, therefore can simultaneously and differentially trigger specific signaling pathways responsible for the nature and magnitude of biological responses in diverse cell types. Human exposure to EDCs, particularly at low-doses, is ubiquitous, persistent and occurs in complex mixtures. These compounds can bioaccumulate in lipid compartments of tissues forming a mixed “body burden” of contaminants of different origins. Although the independent action of chemicals has been considered the main principle in EDCs mixture toxicity, several effects cannot be predicted when analyzing single compounds individually. Based in a revision of the literature, focused in studies that evaluated EDCs mixtures, we hypothesize the scenario of a pregnant woman environmentally exposed to three different EDCs as a potential real scenario of human exposure supported by data describing where exposure to these compounds occur.