Selective cooperation between fatty acid binding proteins and peroxisome proliferator-activated receptors in regulating transcription.

Lipophilic compounds such as retinoic acid and long-chain fatty acids regulate gene transcription by activating nuclear receptors such as retinoic acid receptors (RARs) and peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs). These compounds also bind in cells to members of the family of intracellular lipid binding proteins, which includes cellular retinoic acid-binding proteins (CRABPs) and fatty acid binding proteins (FABPs). We previously reported that CRABP-II enhances the transcriptional activity of RAR by directly targeting retinoic acid to the receptor. Here, potential functional cooperation between FABPs and PPARs in regulating the transcriptional activities of their common ligands was investigated. We show that adipocyte FABP and keratinocyte FABP (A-FABP and K-FABP, respectively) selectively enhance the activities of PPARgamma and PPARbeta, respectively, and that these FABPs massively relocate to the nucleus in response to selective ligands for the PPAR isotype which they activate. We show further that A-FABP and K-FABP interact directly with PPARgamma and PPARbeta and that they do so in a receptor- and ligand-selective manner. Finally, the data demonstrate that the presence of high levels of K-FABP in keratinocytes is essential for PPARbeta-mediated induction of differentiation of these cells. Taken together, the data establish that A-FABP and K-FABP govern the transcriptional activities of their ligands by targeting them to cognate PPARs in the nucleus, thereby enabling PPARs to exert their biological functions.

Heat shock response in yeast involves changes in both transcription rates and mRNA stabilities

We have analyzed the heat stress response in the yeast Saccharomyces cerevisiae by determining mRNA levels and transcription rates for the whole transcriptome after a shift from 25uC to 37uC. Using an established mathematical algorithm, theoretical mRNA decay rates have also been calculated from the experimental data. We have verified the mathematical predictions for selected genes by determining their mRNA decay rates at different times during heat stress response using the regulatable tetO promoter. This study indicates that the yeast response to heat shock is not only due to changes in transcription rates, but also to changes in the mRNA stabilities. mRNA stability is affected in 62% of the yeast genes and it is particularly important in shaping the mRNA profile of the genes belonging to the environmental stress response. In most cases, changes in transcription rates and mRNA stabilities are homodirectional for both parameters, although some interesting cases of antagonist behavior are found. The statistical analysis of gene targets and sequence motifs within the clusters of genes with similar behaviors shows that both transcriptional and post-transcriptional regulons apparently contribute to the general heat stress response by means of transcriptional factors and RNA binding proteins.

Circadian and feeding rhythms differentially affect rhythmic mRNA transcription and translation in mouse liver.

Diurnal oscillations of gene expression are a hallmark of rhythmic physiology across most living organisms. Such oscillations are controlled by the interplay between the circadian clock and feeding rhythms. Although rhythmic mRNA accumulation has been extensively studied, comparatively less is known about their transcription and translation. Here, we quantified simultaneously temporal transcription, accumulation, and translation of mouse liver mRNAs under physiological light-dark conditions and ad libitum or night-restricted feeding in WT and brain and muscle Arnt-like 1 (Bmal1)-deficient animals. We found that rhythmic transcription predominantly drives rhythmic mRNA accumulation and translation for a majority of genes. Comparison of wild-type and Bmal1 KO mice shows that circadian clock and feeding rhythms have broad impact on rhythmic gene expression, Bmal1 deletion affecting surprisingly both transcriptional and posttranscriptional levels. Translation efficiency is differentially regulated during the diurnal cycle for genes with 5'-Terminal Oligo Pyrimidine tract (5'-TOP) sequences and for genes involved in mitochondrial activity, many harboring a Translation Initiator of Short 5'-UTR (TISU) motif. The increased translation efficiency of 5'-TOP and TISU genes is mainly driven by feeding rhythms but Bmal1 deletion also affects amplitude and phase of translation, including TISU genes. Together this study emphasizes the complex interconnections between circadian and feeding rhythms at several steps ultimately determining rhythmic gene expression and translation.

T Cell Priming by Activated Nlrc5-Deficient Dendritic Cells Is Unaffected despite Partially Reduced MHC Class I Levels.

NLRC5, a member of the NOD-like receptor (NLR) protein family, has recently been characterized as the master transcriptional regulator of MHCI molecules in lymphocytes, in which it is highly expressed. However, its role in activated dendritic cells (DCs), which are instrumental to initiate T cell responses, remained elusive. We show in this study that, following stimulation of DCs with inflammatory stimuli, not only did NLRC5 level increase, but also its importance in directing MHCI transcription. Despite markedly reduced mRNA and intracellular H2-K levels, we unexpectedly observed nearly normal H2-K surface display in Nlrc5(-/-) DCs. Importantly, this discrepancy between a strong intracellular and a mild surface defect in H2-K levels was observed also in DCs with H2-K transcription defects independent of Nlrc5. Hence, alongside with demonstrating the importance of NLRC5 in MHCI transcription in activated DCs, we uncover a general mechanism counteracting low MHCI surface expression. In agreement with the decreased amount of neosynthesized MHCI, Nlrc5(-/-) DCs exhibited a defective capacity to display endogenous Ags. However, neither T cell priming by endogenous Ags nor cross-priming ability was substantially affected in activated Nlrc5(-/-) DCs. Altogether, these data show that Nlrc5 deficiency, despite significantly affecting MHCI transcription and Ag display, is not sufficient to hinder T cell activation, underlining the robustness of the T cell priming process by activated DCs.

NFAT transcription factors: from cell cycle to tumor development

The nuclear factor of activated T cells (NFAT) family of transcription factors has been primarily identified in immune cells; however, these proteins have been recently found to be functionally active in several other non-immune cell types. NFAT proteins are activated upon different stimuli that lead to increased intracellular calcium levels. Regardless of their widely known cytokine gene expression properties, NFATs have been shown to regulate other genes related to cell cycle progression, cell differentiation and apoptosis, revealing a broader role for these proteins in normal cell physiology. Several reports have addressed the participation of NFATs in many aspects of malignant cell transformation and tumorigenic processes. In this review, we will discuss the involvement of the different NFAT family members in the regulation of cell cycling, differentiation and tumor formation, and also its implications on oncogenesis. Better understanding the mechanisms by which NFATs regulate cell cycle and tumor-related events should be relevant for the development of rational anti-cancer therapies.

In vitro modulation of Bcl-2 levels in small cell lung cancer cells: effects on cell viability

Small cell lung cancer (SCLC) is an aggressive disease, representing 15% of all cases of lung cancer, has high metastatic potential and low prognosis that urgently demands the development of novel therapeutic approaches. One of the proposed approaches has been the down-regulation of BCL2, with poorly clarified and controversial therapeutic value regarding SCLC. The use of anti-BCL2 small interfering RNA (siRNA) in SCLC has never been reported. The aim of the present study was to select and test the in vitro efficacy of anti-BCL2 siRNA sequences against the protein and mRNA levels of SCLC cells, and their effects on cytotoxicity and chemosensitization. Two anti-BCL2 siRNAs and the anti-BCL2 G3139 oligodeoxynucleotide (ODN) were evaluated in SCLC cells by the simultaneous determination of Bcl-2 and viability using a flow cytometry method recently developed by us in addition to Western blot, real-time reverse-transcription PCR, and cell growth after single and combined treatment with cisplatin. In contrast to previous reports about the use of ODN, a heterogeneous and up to 80% sequence-specific Bcl-2 protein knockdown was observed in the SW2, H2171 and H69 SCLC cell lines, although without significant sequence-specific reduction of cell viability, cell growth, or sensitization to cisplatin. Our results question previous data generated with antisense ODN and supporting the present concept of the therapeutic interest in BCL2 silencing per se in SCLC, and support the growing notion of the necessity of a multitargeting molecular approach for the treatment of cancer.

Variants of transcription factor 7-like 2 (TCF7L2) gene and incident glucose intolerance in Japanese-Brazilians

Common variants of the transcription factor 7-like 2 (TCF7L2) gene have been found to be associated with type 2 diabetes in different ethnic groups. The Japanese-Brazilian population has one of the highest prevalence rates of diabetes. Therefore, the aim of the present study was to assess whether two single-nucleotide polymorphisms (SNPs) of TCF7L2, rs7903146 and rs12255372, could predict the development of glucose intolerance in Japanese-Brazilians. In a population-based 7-year prospective study, we genotyped 222 individuals (72 males and 150 females, aged 56.2 ± 10.5 years) with normal glucose tolerance at baseline. In the study population, we found that the minor allele frequency was 0.05 for SNP rs7903146 and 0.03 for SNP rs12255372. No significant allele or genotype association with glucose intolerance incidence was found for either SNP. Haplotypes were constructed with these two SNPs and three haplotypes were defined: CG (frequency: 0.94), TT (frequency = 0.027) and TG (frequency = 0.026). None of the haplotypes provided evidence for association with the incidence of glucose intolerance. Despite no associations between incidence of glucose intolerance and SNPs of the TCF7L2 gene in Japanese-Brazilians, we found that carriers of the CT genotype for rs7903146 had significantly lower insulin levels 2 h after a 75-g glucose load than carriers of the CC genotype. In conclusion, in Japanese-Brazilians, a population with a high prevalence of type 2 diabetes, common TCF7L2 variants did not make major contributions to the incidence of glucose tolerance abnormalities.

Influence of the dopaminergic system, CREB, and transcription factor-κB on cocaine neurotoxicity

Cocaine is a widely used drug and its abuse is associated with physical, psychiatric and social problems. Abnormalities in newborns have been demonstrated to be due to the toxic effects of cocaine during fetal development. The mechanism by which cocaine causes neurological damage is complex and involves interactions of the drug with several neurotransmitter systems, such as the increase of extracellular levels of dopamine and free radicals, and modulation of transcription factors. The aim of this review was to evaluate the importance of the dopaminergic system and the participation of inflammatory signaling in cocaine neurotoxicity. Our study showed that cocaine activates the transcription factors NF-κB and CREB, which regulate genes involved in cellular death. GBR 12909 (an inhibitor of dopamine reuptake), lidocaine (a local anesthetic), and dopamine did not activate NF-κB in the same way as cocaine. However, the attenuation of NF-κB activity after the pretreatment of the cells with SCH 23390, a D1 receptor antagonist, suggests that the activation of NF-κB by cocaine is, at least partially, due to activation of D1 receptors. NF-κB seems to have a protective role in these cells because its inhibition increased cellular death caused by cocaine. The increase in BDNF (brain-derived neurotrophic factor) mRNA can also be related to the protective role of both CREB and NF-κB transcription factors. An understanding of the mechanisms by which cocaine induces cell death in the brain will contribute to the development of new therapies for drug abusers, which can help to slow down the progress of degenerative processes.

Plasma levels and placental expression of vaspin in pregnant women with diabetes mellitus

The present study aimed to investigate visceral adipose tissue-specific serpin (vaspin) concentrations in serum and term placentas and relate these values to insulin resistance and lipid parameters in women with gestational diabetes mellitus (GDM). A total of 30 GDM subjects and 27 age-matched pregnant women with normal glucose tolerance (NGT, control) were included. Serum glucose, glycated hemoglobin (HbA1c), lipid profile, insulin, and vaspin were measured at the end of pregnancy, and homeostasis model of assessment-insulin resistance (HOMA-IR) values were calculated. Vaspin mRNA and protein levels in placentas were measured by real-time fluorescence quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-qPCR) and Western blotting, respectively. Serum vaspin levels were significantly lower in the GDM group than in controls (0.49±0.24 vs 0.83±0.27 ng/mL, respectively; P<0.01). Three days after delivery, serum vaspin levels were significantly decreased in subjects with GDM (0.36±0.13 vs0.49±0.24 ng/mL, P<0.01). However, in the GDM group, serum vaspin levels were not correlated with the parameters evaluated. In contrast, in the control group, serum vaspin levels were positively correlated with triglycerides (TG; r=0.45, P=0.02) and very low-density lipoprotein cholesterol (VLDL-C; r=0.42, P=0.03). Placental mRNA vaspin (0.60±0.32 vs0.68±0.32, P=0.46) and protein (0.30±0.08 vs0.39±0.26; P=0.33) levels in the GDM group did not differ significantly from those in the control group, but were negatively correlated with neonatal birth weight in the GDM group (r=-0.48, P=0.03; r=-0.88; P<0.01). Our findings indicated that vaspin may be an important adipokine involved in carbohydrate and lipid metabolism and may also play a role in fetal development.

Contribution of the C-terminal tri-lysine regions of human immunodeficiency virus type 1 integrase for efficient reverse transcription and viral DNA nuclear import

Affiliation: Zhujun Ao, Éric Cohen & Xiaojian Yao : Département de microbiologie et immunologie, Faculté de Médecine, Université de Montréal

The euchromatic and heterochromatic landscapes are shaped by antagonizing effects of transcription on H2A.Z deposition

A role for variant histone H2A.Z in gene expression is now well established but little is known about the mechanisms by which it operates. Using a combination of ChIP-chip, knockdown and expression profiling experiments, we show that upon gene induction, human H2A.Z associates with gene promoters and helps in recruiting the transcriptional machinery. Surprisingly, we also found that H2A.Z is randomly incorporated in the genome at low levels and that active transcription antagonizes this incorporation in transcribed regions. After cessation of transcription, random H2A.Z quickly reappears on genes, demonstrating that this incorporation utilizes an active mechanism. Within facultative heterochromatin, we observe a hyper accumulation of the variant histone, which might be due to the lack of transcription in these regions. These results show how chromatin structure and transcription can antagonize each other, therefore shaping chromatin and controlling gene expression.

Studies on the exaggerated inflammatory response caused by streptococcus suis at systemic and central nervous system levels

Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible.

GREBP, un nouveau facteur de transcription contrôlant l’expression de la guanylate cyclase A, récepteur de l’ANP, via l’élément de réponse au cGMP

La découverte du système des peptides natriurétiques (NP), au début des années 80, fut une découverte majeure qui révéla le rôle endocrinien du cœur. Les connaissances sur la relaxation vasculaire, la diurèse et la natriurèse provoquées par ce système ont évolué vers un niveau de complexité insoupçonné à cette époque. Nous savons à présent que les NP sont impliqués dans plusieurs autres mécanismes dont la prolifération cellulaire, l’apoptose, l’inhibition du système rénine-angiotensine-aldostérone (RAAS) et le métabolisme des adipocytes. Le métabolisme des lipides est maintenant devenu une cible de choix dans la lutte contre l’obésité. Cette condition aux proportions pandémiques est un facteur de risque majeur dans l’apparition de l’hypertension et du syndrome métabolique (MetS). La compréhension des mécanismes et des défauts de la voie des NP pourrait avoir un impact positif sur le contrôle du MetS et de l’hypertension. L’expression du récepteur des peptides natriuretiques de type 1 (NPR1/GCA) est contrôlée par plusieurs agents incluant son propre ligand, le peptide natriurétique de l’oreillette (ANP). La découverte d’une boucle de retro-inhibition, dans les années 90, a été un événement majeur dans le domaine des NP. En effet, suite à une stimulation à l’ANP, le NPR1/GCA peut inhiber l’activité transcriptionnelle de son propre gène par un mécanisme dépendant du cGMP. Notre groupe a identifié un élément cis-régulateur responsable de cette sensibilité au cGMP et mon projet consistait à identifier la ou les protéine(s) liant cet élément de réponse au cGMP (cGMP-RE). Nous avons identifié un clone liant le cGMP-RE en utilisant la technique du simple hybride chez la levure et une banque d’ADN complémentaire (ADNc) de rein humain. Ce clone provient d’un ADNc de 1083-bp dont le gène est localisé sur le chromosome 1 humain (1p33.36) et codant pour une protéine dont la fonction était inconnue jusqu’ici. Nous avons nommé cette nouvelle protéine GREBP en raison de sa fonction de cGMP Response Element Binding Protein. Des essais de liaison à l’ADN ont montré que cette protéine possède une affinité 18 fois plus élevée pour le cGMP-RE que le contrôle, tandis que des expériences de retard sur gel (EMSA) ont confirmé la spécificité des interactions protéine-ADN. De plus, l’immuno-précipitation de la chromatine (ChIP) a prouvé que GREBP lie le cGMP-RE dans des conditions physiologiques. La liaison de GREBP au cGMP-RE inhibe l’expression du gène rapporteur luciférase sous contrôle du promoteur de npr1/gca. L’inhibition de GREBP à l’aide d’ARN interférant active le promoteur de npr1/gca. Dans les cellules NCI-H295R, l’ANP stimule l’expression de grebp de 60% après seulement 3 heures et inhibe l’expression de npr1/gca de 30%. GREBP est une protéine nucléaire surtout exprimée dans le cœur et ayant le facteur eIF3F comme partenaire. Les variations nucléotidiques du gène sont plus fréquentes chez les patients hypertendus que chez des patients normotendus ou hypertendus souffrant de MetS. Nous rapportons ici l’existence d’un gène spécifique à l’humain qui agit comme répresseur transcriptionnel de npr1/gca et potentiellement impliqué dans le développement de l’hypertension.

Rôles du stress du réticulum endoplasmique et de l'immunité innée dans l'inhibition de la transcription du gène de l'insuline : étude du facteur de transcription ATF6 et du récepteur TLR4

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens.

Mécanismes cellulaires de l'induction du facteur de transcription Nur77 après un traitement aux antipsychotiques

Les antipsychotiques sont utilisés en clinique depuis plus de 50 ans pour pallier aux symptômes de la schizophrénie. Malgré une recherche intensive, les mécanismes cellulaires et moléculaires responsables de l’effet clinique de cette médication demeurent encore nébuleux. Ces drogues sont reconnues comme des antagonistes des récepteurs D2 de la dopamine et peuvent moduler la transcription génique dans le striatum. Au cours des recherches qui ont mené à l'écriture de cette thèse, nous avons exploré l’expression de Nur77, un facteur de transcription de la famille des récepteurs nucléaires, afin de caractériser le rôle de la dopamine, la sérotonine, l’adénosine et le glutamate dans la régulation génique contrôlée par les antagonistes D2. En premier lieu, nous avons examiné l’impact de la co-administration d’agents sérotonergiques et adrénergiques sur l’expression de l’ARNm de Nur77 induite par l’halopéridol, un antipsychotique de première génération. Nous avons observé que le 8-OH-DPAT et le MDL11939 préviennent partiellement l’induction de Nur77 dans le striatum. Au contraire, l’idazoxan potentialise l’effet de l’halopéridol sur l’expression de Nur77 alors que le prazosin reste sans effet. Ces résultats démontrent que l’expression striatale de Nur77 induite par l’halopéridol peut être modulée à la baisse avec un agoniste 5-HT1A ou un antagoniste 5-HT2A. Par la suite, nous avons évalué dans divers paradigmes expérimentaux l’effet de l’éticlopride, un antagoniste spécifique D2, afin d’explorer davantage le mécanisme de l’effet transcriptionnel des antagonistes D2. Étonnamment, la suppression de l’isoforme D2L chez la souris D2L KO ne réduit pas la réponse de l’éticlopride dans le striatum. Par contre, une lésion corticale avec l’acide iboténique bloque l’effet de l’éticlopride sur la transcription de Nur77, suggérant un rôle du glutamate. La combinaison d’un antagoniste des récepteurs métabotropes du glutamate de types 5 (mGluR5) et d’un antagoniste des récepteurs de l’adénosine A2A abolit complètement l’augmentation de la transcription de Nur77 induit par l’éticlopride dans le striatum. La modulation directe de l’expression striatale de Nur77 par les récepteurs mGluR5 et A2A a été confirmée dans un modèle de cultures organotypiques de tranches cérébrales. Ces résultats démontrent clairement que la modulation de l’expression génique dans le striatum, à la suite d’un traitement avec un antagoniste D2 pourrait être indépendante d’une interaction directe avec les récepteurs D2 post-synaptiques, et reposerait plutôt sur son interaction avec les récepteurs D2 hétérosynaptiques des afférences corticostriées et l’activation subséquente des récepteurs post-synaptiques du glutamate et de l’adénosine. En résumé, nos résultats suggèrent que l’interaction des antipsychotiques atypiques avec les récepteurs 5-HT2A et 5-HT1A pourrait expliquer la différence dans le patron d’expression génique induit par ces drogues en comparaison avec les antipsychotiques typiques. De plus, nos résultats révèlent un nouveau mécanisme d’action des antagonistes D2 et supportent un rôle primordial du glutamate et de l’adénosine dans les effets des antipsychotiques de première génération.