Regulatory RNA binding molecules : implication for diabetes pathogenesis

Le glucose est notre principale source d'énergie. Après un repas, le taux de glucose dans le sang (glycémie) augmente, ce qui entraine la sécrétion d'insuline. L'insuline est une hormone synthétisée au niveau du pancréas par des cellules dites bêta. Elle agit sur différents organes tels que les muscles, le foie ou le tissu adipeux, induisant ainsi le stockage du glucose en vue d'une utilisation future.¦Le diabète est une maladie caractérisée par un taux élevé de glucose dans le sang (hyperglycémie), résultant d'une incapacité de notre corps à utiliser ou à produire suffisamment d'insuline. A long terme, cette hyperglycémie entraîne une détérioration du système cardio-vasculaire ainsi que de nombreuses complications. On distingue principalement deux type de diabète : le diabète de type 1 et le diabète de type 2, le plus fréquent (environ 90% des cas). Bien que ces deux maladies diffèrent sur beaucoup de points, elles partagent quelques similitudes. D'une part, on décèle une diminution de la quantité de cellules bêta. Cette diminution est cependant partielle dans le cas d'un diabète de type 2, et totale dans celui d'un diabète de type 1. D'autre part, la présence dans la circulation de médiateurs de l'inflammation nommés cytokines est décelée aussi bien chez les patients de type 1 que de type 2. Les cytokines sont sécrétées lors d'une inflammation. Elles servent de moyen de communication entre les différents acteurs de l'inflammation et ont pour certaines un effet néfaste sur la survie des cellules bêta.¦L'objectif principal de ma thèse a été d'étudier en détail l'effet de petites molécules régulatrices de l'expression génique, appelées microARNs. Basé sur le fait que de nombreuses publications ont démontré que les microARNs étaient impliqués dans différentes maladies telles que le cancer, j'ai émis l'hypothèse qu'ils pouvaient également jouer un rôle important dans le développement du diabète.¦Nous avons commencé par mettre des cellules bêta en culture en présence de cytokines, imitant ainsi un environnement inflammatoire. Nous avons pu de ce fait identifier les microARNs dont les niveaux d'expression étaient modifiés. A l'aide de méthodes biochimiques, nous avons ensuite observé que la modulation de certains microARNs par les cytokines avaient des effets néfastes sur la cellule bêta : sur sa production et sa sécrétion d'insuline, ainsi que sur sa mort (apoptose). Nous avons en conséquence pu démontrer que ces petites molécules avaient un rôle important à jouer dans le dysfonctionnement des cellules bêta induit par les cytokines, aboutissant au développement du diabète.¦-¦La cellule bêta pancréatique est une cellule endocrine présente dans les îlots de Langerhans, dans le pancréas. L'insuline, une hormone sécrétée par ces cellules, joue un rôle essentiel dans la régulation de la glycémie. Le diabète se développe si le taux d'insuline relâché par les cellules bêta n'est pas suffisant pour couvrir les besoins métaboliques corporels. Le diabète de type 1, qui représente environ 5 à 10% des cas, est une maladie auto-immune qui se caractérise par une réaction inflammatoire déclenchée par notre système immunitaire envers les cellules bêta. La conséquence de cette attaque est une disparition progressive des cellules bêta. Le diabète de type 2 est, quant à lui, largement plus répandu puisqu'il représente environ 90% des cas. Des facteurs à la fois génétiques et environnementaux sont responsables d'une diminution de la sensibilité des tissus métabolisant l'insuline, ainsi que d'une réduction de la sécrétion de l'insuline par les cellules bêta, ce qui a pour conséquence le développement de la maladie. Malgré les différences entre ces deux types de diabète, ils ont pour points communs la présence d'infiltrat immunitaire et la diminution de l'état fonctionnel des cellules bêta.¦Une meilleure compréhension des mécanismes aboutissant à l'altération de la cellule bêta est primordiale, avant de pouvoir développer de nouvelles stratégies thérapeutiques capables de guérir cette maladie. Durant ma thèse, j'ai donc étudié l'implication de petites molécules d'ARN, régulatrices de l'expression génique, appelées microARNs, dans les conditions physiopathologiques qui aboutissent au développement du diabète. J'ai débuté mon étude par l'identification de microARNs dont le niveau d'expression était modifié lorsque les cellules bêta étaient exposées à des conditions favorisant à la fois le développement du diabète de type 1 (cytokines) et celui du diabète de type 2 (palmitate). Nous avons découvert qu'une modification de l'expression des miR-21, -34a et -146a était commune aux deux traitements. Ces changements d'expressions ont également été confirmés dans deux modèles animaux : les souris NOD qui développent un diabète s'apparentant au diabète de type 1 et les souris db/db qui développent plutôt un diabète de type 2. Puis, à l'aide de puces à ADN, nous avons comparé l'expression de microARNs chez des souris NOD pré-diabétiques. Nous avons alors retrouvé des changements au niveau de l'expression des mêmes microARNs mais également au niveau d'une famille de microARNs : les miR-29a, -29b et -29c. De manière artificielle, nous avons ensuite surexprimé ou inhibé en conditions physiopathologiques l'expression de tous ces microARNs et nous nous sommes intéressés à l'impact d'un tel changement sur différentes fonctions de la cellule bêta comme la synthèse et la sécrétion d'insulinè ainsi que leur survie. Nous avons ainsi pu démontrer que les miR-21, -34a, -29a, -29b, -29c avaient un effet délétère sur la sécrétion d'insuline et que la surexpression de tous ces microARNs (excepté le miR-21) favorisait la mort. Finalement, nous avons démontré que la plupart de ces microARNs étaient impliqués dans la régulation d'importantes voies de signalisation responsables de l'apoptose des cellules bêta telles que les voies de NFKB, BCL2 ou encore JNK.¦Par conséquent, nos résultats démontrent que les microARNs ont un rôle important à jouer dans le dysfonctionnement des cellules bêta lors de la mise en place du diabète.

Altered NKG2D function in NK cells induced by chronic exposure to NKG2D ligand-expressing tumor cells.

NKG2D is an activation receptor that allows natural killer (NK) cells to detect diseased host cells. The engagement of NKG2D with corresponding ligand results in surface modulation of the receptor and reduced function upon subsequent receptor engagement. However, it is not clear whether in addition to modulation the NKG2D receptor complex and/or its signaling capacity is preserved. We show here that the prolonged encounter with tumor cell-bound, but not soluble, ligand can completely uncouple the NKG2D receptor from the intracellular mobilization of calcium and the exertion of cell-mediated cytolysis. However, cytolytic effector function is intact since NKG2D ligand-exposed NK cells can be activated via the Ly49D receptor. While NKG2D-dependent cytotoxicity is impaired, prolonged ligand exposure results in constitutive interferon gamma (IFNgamma) production, suggesting sustained signaling. The functional changes are associated with a reduced presence of the relevant signal transducing adaptors DNAX-activating protein of 10 kDa (DAP-10) and killer cell activating receptor-associated protein/DNAX-activating protein of 12 kDa (KARAP/DAP-12). That is likely the consequence of constitutive NKG2D engagement and signaling, since NKG2D function and adaptor expression is restored to normal when the stimulating tumor cells are removed. Thus, the chronic exposure to tumor cells expressing NKG2D ligand alters NKG2D signaling and may facilitate the evasion of tumor cells from NK cell reactions.

Structure-function relationships of the alpha1b-adrenergic receptor.

The alpha1b-adrenergic receptor (AR) is a member of the large superfamily of seven transmembrane domain (TMD) G protein-coupled receptors (GPCR). Combining site-directed mutagenesis of the alpha1b-AR with computational simulations of receptor dynamics, we have explored the conformational changes underlying the process of receptor activation, i.e. the transition between the inactive and active states. Our findings suggest that the structural constraint stabilizing the alpha1b-AR in the inactive form is a network of H-bonding interactions amongst conserved residues forming a polar pocket and R143 of the DRY sequence at the end of TMDIII. We have recently reported that point mutations of D142, of the DRY sequence and of A293 in the distal portion of the third intracellular loop resulted in ligand-independent (constitutive) activation of the alpha1b-AR. These constitutively activating mutations could induce perturbations resulting in the shift of R143 out of the polar pocket. The main role of R143 may be to mediate receptor activation by triggering the exposure of several basic amino acids of the intracellular loops towards the G protein. Our investigation has been extended also to the biochemical events involved in the desensitization process of alpha1b-AR. Our results indicate that immediately following agonist-induced activation, the alpha1b-AR can undergo rapid agonist-induced phosphorylation and desensitization. Different members of the G protein coupled receptor kinase family can play a role in agonist-induced regulation of the alpha1b-AR. In addition, constitutively active alpha1b-AR mutants display different phosphorylation and internalization features. The future goal is to further elucidate the molecular mechanism underlying the complex equilibrium between activation and inactivation of the alpha1b-AR and its regulation by pharmacological substances. These findings can help to elucidate the mechanism of action of various agents displaying properties of agonists or inverse agonists at the adrenergic system.

Structure-function relationships for the interleukin 2 receptor system

Receptors for interleukin 2 (IL-2) esit in at least three forms which differ in their subunit compositio, their affinity for ligand and their ability to mediate a cellular reponse. Type I receptors occur following cellular acitivation and consist of the 55,000 m. w. glycoprotein Tac. These receptors bind IL-2 with a low affinity, do not internalize ligand and have not been definitively associated with any response. Type II receptors, on the other hand, conssit of one or more glycoproteins of 70,000 m. w. which have been termed "beta ([beta]) chains." They bind IL-2 with an intermediate affinity and rapidly internalize the ligand. [Beta] proteins mediate many cellular IL-2-dependent reponses, including the short-term activation of natural killer cells and the induction of Tac protein expression. Type III receptors consist of a ternary complex of the Tac protein, the [beta] chain(s) and IL-2. They are characterized by a paricularly high affinity for ligand association. Type III receptors also internalize ligand and mediate IL-2-dependent responses at low factor concentrations. The identification of two independent IL-2-binding molecules, Tac and [beta], thus provides the elusive molecular explanation for the differences in IL-2 receptor affinity and suggests the potential for selective therapeutic manipulation of IL-2 reponses.

Monoclonal antibodies to murine lipopolysaccharide (LPS)-binding protein (LBP) protect mice from lethal endotoxemia by blocking either the binding of LPS to LBP or the presentation of LPS/LBP complexes to CD14.

Cellular responses to LPS, the major lipid component of the outer membrane of Gram-negative bacteria, are enhanced markedly by the LPS-binding protein (LBP), a plasma protein that transfers LPS to the cell surface CD14 present on cells of the myeloid lineage. LBP has been shown previously to potentiate the host response to LPS. However, experiments performed in mice with a disruption of the LBP gene have yielded discordant results. Whereas one study showed that LBP knockout mice were resistant to endotoxemia, another study did not confirm an important role for LBP in the response of mice challenged in vivo with low doses of LPS. Consequently, we generated rat mAbs to murine LBP to investigate further the contribution of LBP in experimental endotoxemia. Three classes of mAbs were obtained. Class 1 mAbs blocked the binding of LPS to LBP; class 2 mAbs blocked the binding of LPS/LBP complexes to CD14; class 3 mAbs bound LBP but did not suppress LBP activity. In vivo, class 1 and class 2 mAbs suppressed LPS-induced TNF production and protected mice from lethal endotoxemia. These results show that the neutralization of LBP accomplished by blocking either the binding of LPS to LBP or the binding of LPS/LBP complexes to CD14 protects the host from LPS-induced toxicity, confirming that LBP is a critical component of innate immunity.

Direct binding of peptides to MHC class I molecules on living cells. Analysis at the single cell level.

To directly assess the binding of exogenous peptides to cell surface-associated MHC class I molecules at the single cell level, we examined the possibility of combining the use of biotinylated peptide derivatives with an immunofluorescence detection system based on flow cytometry. Various biotinylated derivatives of the adenovirus 5 early region 1A peptide 234-243, an antigenic peptide recognized by CTL in the context of H-2Db, were first screened in functional assays for their ability to bind efficiently to Db molecules on living cells. Suitable peptide derivatives were then tested for their ability to generate positive fluorescence signals upon addition of phycoerythrin-labeled streptavidin to peptide derivative-bearing cells. Strong fluorescent staining of Db-expressing cells was achieved after incubation with a peptide derivative containing a biotin group at the C-terminus. Competition experiments using the unmodified parental peptide as well as unrelated peptides known to bind to Kd, Kb, or Db, respectively, established that binding of the biotinylated peptide to living cells was Db-specific. By using Con A blasts derived from different H-2 congenic mouse strains, it could be shown that the biotinylated peptide bound only to Db among > 20 class I alleles tested. Moreover, binding of the biotinylated peptide to cells expressing the Dbm13 and Dbm14 mutant molecules was drastically reduced compared to Db. Binding of the biotinylated peptide to freshly isolated Db+ cells was readily detectable, allowing direct assessment of the relative amount of peptide bound to distinct lymphocyte subpopulations by three-color flow cytometry. While minor differences between peripheral T and B cells could be documented, thymocytes were found to differ widely in their peptide binding activity. In all cases, these differences correlated positively with the differential expression of Db at the cell surface. Finally, kinetic studies at different temperatures strongly suggested that the biotinylated peptide first associated with Db molecules available constitutively at the cell surface and then with newly arrived Db molecules.

Screening of highly modular sugar-based ligand libraries in the enantioselective C-C coupling reactions

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of Nottingham, Gran Bretanya, entre març i abril del 2007. Aquest treball s’ha centrat en l’aplicació de compostos derivats de la D-(+)-glucosa, de la D-(+)-fructosa i la D-galactosa com a lligands de catalitzadors homogenis quirals en dos reaccions asimètriques: addició 1,2 a aldehids catalitzada per níquel i addició 1,4 conjugada catalitzada per coure.(veure figura adjunta al final del document). En primer lloc, s’ha estudiat l’aplicació dels compostos L1-L6 a les reaccions d’addició 1,2 a aldehids catalitzades per níquel. S’ha observat que la selectivitat del procés depèn principalment del grup funcional unit a l’esquelet del lligand, de les propietats estèriques del substituent en la funció oxazolina i de l’estructura del substrat. S’ha obtingut fins a un 59% d’excés enantiomèric utilitzant el precursor de catalitzador que conté el lligand L3a. En segon lloc, aquest treball descriu l’aplicació de les tres famílies de compostos (L1-L11) com a lligands en la reacció d’addició 1,4 catalitzada per coure de compostos organometàl•lics a diferents enones amb diferents propietats estèriques. L’ús de les llibreries de compostos fosfit-oxazolina (L1-L5) i fosfit-fosforamidit (L6) han proporcionat bones enantioselectivitats (fins a 80%) en l’addició de reactius de trialquilalumini a diferents enones. En canvi, la llibreria de compostos monofosfit (L7-L11) ha mostrat bones activitats però enantioselectivitats fins a 57%.

Tumor necrosis factor (TNF) signaling, but not TWEAK (TNF-like weak inducer of apoptosis)-triggered cIAP1 (cellular inhibitor of apoptosis protein 1) degradation, requires cIAP1 RING dimerization and E2 binding.

Cellular inhibitor of apoptosis (cIAP) proteins, cIAP1 and cIAP2, are important regulators of tumor necrosis factor (TNF) superfamily (SF) signaling and are amplified in a number of tumor types. They are targeted by IAP antagonist compounds that are undergoing clinical trials. IAP antagonist compounds trigger cIAP autoubiquitylation and degradation. The TNFSF member TWEAK induces lysosomal degradation of TRAF2 and cIAPs, leading to elevated NIK levels and activation of non-canonical NF-kappaB. To investigate the role of the ubiquitin ligase RING domain of cIAP1 in these pathways, we used cIAP-deleted cells reconstituted with cIAP1 point mutants designed to interfere with the ability of the RING to dimerize or to interact with E2 enzymes. We show that RING dimerization and E2 binding are required for IAP antagonists to induce cIAP1 degradation and protect cells from TNF-induced cell death. The RING functions of cIAP1 are required for full TNF-induced activation of NF-kappaB, however, delayed activation of NF-kappaB still occurs in cIAP1 and -2 double knock-out cells. The RING functions of cIAP1 are also required to prevent constitutive activation of non-canonical NF-kappaB by targeting NIK for proteasomal degradation. However, in cIAP double knock-out cells TWEAK was still able to increase NIK levels demonstrating that NIK can be regulated by cIAP-independent pathways. Finally we show that, unlike IAP antagonists, TWEAK was able to induce degradation of cIAP1 RING mutants. These results emphasize the critical importance of the RING of cIAP1 in many signaling scenarios, but also demonstrate that in some pathways RING functions are not required.

An ATP-binding cassette subfamily G full transporter is essential for the retention of leaf water in both wild barley and rice.

Land plants have developed a cuticle preventing uncontrolled water loss. Here we report that an ATP-binding cassette (ABC) subfamily G (ABCG) full transporter is required for leaf water conservation in both wild barley and rice. A spontaneous mutation, eibi1.b, in wild barley has a low capacity to retain leaf water, a phenotype associated with reduced cutin deposition and a thin cuticle. Map-based cloning revealed that Eibi1 encodes an HvABCG31 full transporter. The gene was highly expressed in the elongation zone of a growing leaf (the site of cutin synthesis), and its gene product also was localized in developing, but not in mature tissue. A de novo wild barley mutant named "eibi1.c," along with two transposon insertion lines of rice mutated in the ortholog of HvABCG31 also were unable to restrict water loss from detached leaves. HvABCG31 is hypothesized to function as a transporter involved in cutin formation. Homologs of HvABCG31 were found in green algae, moss, and lycopods, indicating that this full transporter is highly conserved in the evolution of land plants.