Prostanoids modulate inflammation and alloimmune responses during graft rejection

Acute rejection of a transplanted organ is characterized by intense inflammation within the graft. Yet, for many years transplant researchers have overlooked the role of classic mediators of inflammation such as prostaglandins and thromboxane (prostanoids) in alloimmune responses. It has been demonstrated that local production of prostanoids within the allograft is increased during an episode of acute rejection and that these molecules are able to interfere with graft function by modulating vascular tone, capillary permeability, and platelet aggregation. Experimental data also suggest that prostanoids may participate in alloimmune responses by directly modulating T lymphocyte and antigen-presenting cell function. In the present paper, we provide a brief overview of the alloimmune response, of prostanoid biology, and discuss the available evidence for the role of prostaglandin E2 and thromboxane A2 in graft rejection.

Blastocyst-endometrium interaction: intertwining a cytokine network

The successful implantation of the blastocyst depends on adequate interactions between the embryo and the uterus. The development of the embryo begins with the fertilized ovum, a single totipotent cell which undergoes mitosis and gives rise to a multicellular structure named blastocyst. At the same time, increasing concentrations of ovarian steroid hormones initiate a complex signaling cascade that stimulates the differentiation of endometrial stromal cells to decidual cells, preparing the uterus to lodge the embryo. Studies in humans and in other mammals have shown that cytokines and growth factors are produced by the pre-implantation embryo and cells of the reproductive tract; however, the interactions between these factors that converge for successful implantation are not well understood. This review focuses on the actions of interleukin-1, leukemia inhibitory factor, epidermal growth factor, heparin-binding epidermal growth factor, and vascular endothelial growth factor, and on the network of their interactions leading to early embryo development, peri-implantatory endometrial changes, embryo implantation and trophoblast differentiation. We also propose therapeutical approaches based on current knowledge on cytokine interactions.

Immunoexpression of cyclooxygenase-1 and -2 in ulcerative colitis

Ulcerative colitis (UC) is a disease of the colon and rectum characterized by a nonspecific chronic inflammation mediated by the concerted response of cellular and humoral events. Prostaglandins are synthesized by cyclooxygenase (COX)-1 and -2 and exhibit both pro- and anti-inflammatory activity. To evaluate COX-1 and COX-2 immunoexpression in 42 cases of UC and to correlate it with clinicopathological parameters, COX-1 and COX-2 expression was investigated by the immunohistochemistry method. Only patients with all pertinent clinical and evolutive data as well as with adequate biopsy material were included in the study. Fifteen samples of colorectal adenocarcinoma and 14 of large bowel with no histological changes were used for positive and negative controls, respectively. UC patients showed COX-1 immunoreactivity in epithelial cells in 29% of the cases and in inflammatory cells in 43%. COX-2 positivity in epithelial and inflammatory cells was found in 69% of the samples. The comparison between UC and the control groups revealed that the UC group had significantly more positive cases for COX-1 and COX-2 in inflammatory cells. Immunohistochemistry allowed the identification of COX-1 and COX-2 expression in epithelial and inflammatory cells in UC biopsies. No significant difference between COX-1 and COX-2 immunoreactivity in epithelial and inflammatory cells was observed regarding the clinicopathological parameters. COX-2 presented low expression in normal colon and high expression in colorectal adenocarcinoma. COX-2 might play a role in the pathophysiologic processes of inflammatory bowel disease and the development of neoplasia. Treatment with selective COX-2 inhibitors might be an additional option for therapy.

Comparison of pre- versus post-incision administration of intraplantar indomethacin and MK886 in a rat model of postoperative pain

The amplification of pain long after the initial stimulus may be avoided if the treatment of pain is introduced before its initiation. However, conflicting evidence exists about the efficacy of such preemptive analgesia for the management of postoperative pain. This study compares the efficacy of intraplantar administration of indomethacin (a non-selective inhibitor of cyclooxygenase) and MK886 (an inhibitor of 5-lipoxygenase-activating protein), separately or in combination to produce preemptive analgesia in a model of surgical incisional pain in male Wistar rats. All incised rats (5 to 6 rats per group) had allodynia at 2, 6, and 24 h after surgery as evaluated using von Frey filaments. MK886, but not indomethacin (50 to 200 µg/paw), reduced the allodynia when injected either 1 h before or 1 h after surgery. The effect of preoperative MK886 (160 µg/paw) against incisional allodynia had a magnitude apparently similar to that produced by postoperative MK886. Pre-, but not postoperative MK886 (80 µg/paw) reduced the allodynia but the effect was seen only at 6 h after surgery. In contrast, MK886 (40 µg/paw) intensified the allodynia observed 2 h after the incision either injected before or after surgery. MK886 or indomethacin alone did not provide preemptive analgesia in the model of incisional pain. In contrast, the combination of MK886 with indomethacin reduced the allodynia more effectively when used before than after surgery, thus fulfilling the criteria for preemptive analgesia. In conclusion, preoperative inhibition of the local generation of both prostaglandins and leukotrienes by surgical incision may be an alternative to provide preemptive analgesia.

Role of nitric oxide and prostaglandin in the maintenance of cortical and renal medullary blood flow

This study was undertaken in anesthetized dogs to evaluate the relative participation of prostaglandins (PGs) and nitric oxide (NO) in the maintenance of total renal blood flow (TRBF), and renal medullary blood flow (RMBF). It was hypothesized that the inhibition of NO should impair cortical and medullary circulation because of the synthesis of this compound in the endothelial cells of these two territories. In contrast, under normal conditions of perfusion pressure PG synthesis is confined to the renal medulla. Hence PG inhibition should predominantly impair the medullary circulation. The initial administration of 25 µM kg-1 min-1 NG-nitro-L-arginine methyl ester produced a significant 26% decrease in TRBF and a concomitant 34% fall in RMBF, while the subsequent inhibition of PGs with 5 mg/kg meclofenamate further reduced TRBF by 33% and RMBF by 89%. In contrast, the initial administration of meclofenamate failed to change TRBF, while decreasing RMBF by 49%. The subsequent blockade of NO decreased TRBF by 35% without further altering RMBF. These results indicate that initial PG synthesis inhibition predominantly alters the medullary circulation, whereas NO inhibition decreases both cortical and medullary flow. This latter change induced by NO renders cortical and RMBF susceptible to a further decrease by PG inhibition. However, the decrease in medullary circulation produced by NO inhibition is not further enhanced by subsequent PG inhibition.

The effect of hypoxia and reoxygenation in the response of mesangial cells to angiotensin II in vitro

INTRODUCTION: Mesangial cells (MC) may be involved in the glomerular alterations induced by ischemia/reperfusion injury. OBJECTIVE: To evaluate the response of immortalized MC (IMC) to 30 minutes of hypoxia followed by reoxygenation periods of 30 minutes (H/R30) or 24 hours (H/R24). METHODS: The intracellular calcium concentration ([Ca+2]i) was measured before (baseline) and after adding angiotensin II (AII, 10-5 M) in the presence and absence of glybenclamide (K ATP channel blocker). We estimated the level of intracellular ATP, nitric oxide (NO) and PGE2. RESULTS: ATP concentration decreased after hypoxia and increased after reoxygenation. Hypoxia and H/R induced increases in basal [Ca+2]i. AII induced increases in [Ca+2]i in normoxia (97 ± 9%), hypoxia (72 ± 10%) or HR30 (85 ± 17%) groups, but there was a decrease in the response to AII in group H/R24 since the elevation in [Ca+2]i was significantly lower than in control (61 ± 10%, p < 0.05). Glybenclamide did not modify this response. It was observed a significant increase in NO generation after 24 hours of reoxygenation, but no difference in PGE2 production was observed. Data suggest that H/R injury is characterized by increased basal [Ca+2]i and by an impairment in the response of cells to AII. Results suggest that the relative insensibility to AII may be at least in part mediated by NO but not by prostaglandins or vasodilator K ATP channels. CONCLUSION: H/R caused dysfunction in IMC characterized by increases in basal [Ca+2]i during hypoxia and reduction in the functional response to AII during reoxygenation.

The shunt from the cyclooxygenase to lipoxygenase pathway in human osteoarthritic subchondral osteoblasts is linked with a variable expression of the 5-lipoxygenase-activating protein

Affiliation: Unité de recherche en Arthrose, Centre de recherche du Centre Hospitalier de l'Université de Montréal, Hôpital Notre-Dame

Rôle des eicosanoïdes post-greffe : implication dans la bronchiolite oblitérante

Le rejet chronique se manifeste dans le poumon par la bronchiolite oblitérante (BO), une pathologie inflammatoire et fibrotique menant à l’oblitération des bronchioles. L’étiologie exacte de cette maladie demeure inconnue. Certaines études suggèrent qu'un déséquilibre des leucotriènes (LT) sur les prostaglandines (PG) favorise la fibrose pulmonaire. Les taux des LT et des PG dans le poumon humain post-transplantation sont inconnus. Nous proposons qu'un déséquilibre de cystéinyl leucotriènes (CysLT) sur la PGE2 existe dans le poumon transplanté et pourrait être impliqué dans la pathogenèse de la BO. Aussi, les leucotriènes contribueraient à la fibrose par la transition épithélio-mésenchymateuse (TEM). Afin de vérifier ces hypothèses, nous avons déterminé les taux de CysLT et de PGE2 dans le liquide de lavage broncho-alvéolaire (LBA) provenant de poumons transplantés chez l'homme ainsi que leurs corrélations cliniques. Nous avons également déterminé la capacité des CysLT à induire l’expression des marqueurs de la TEM in vitro. Nous avons découvert des taux de CysLT et PGE2 supérieurs à la normale dans les LBA des greffés. Un pic prédominant de CysLT sur PGE2 est observée à 52 semaines postgreffe et deux facteurs de risque de la BO, les infections au CMV et à l’Aspergillus, sont associés au ratio CysLT/PGE2> 1. In vitro, les CysLT induisent une répression des marqueurs épithéliaux mais n’induisent pas l’expression de marqueurs mésenchymateux chez les cellules épithéliales bronchiolaires.

Le rôle de la signalisation Wnt dans le phénotype anormal des ostéoblastes ostéoarthrosiques

L’ostéoarthrose (OA) est une pathologie de forte incidence affectant les articulations. Elle est caractérisée principalement par une dégradation du cartilage articulaire, un déséquilibre au niveau du remodelage osseux et une sclérose de l’os sous-chondral. L’étiologie de cette pathologie reste encore méconnue, cependant il semble de plus en plus que tous les tissus composant l’articulation soient affectés dans cette pathologie. L’importance du rôle de l’os dans le développement de l’OA est incontestable et représente donc une cible thérapeuthique intéressante. Des études effectuées par tomodensitométrie ont démontré une structure et une organisation anormales du tissu osseux des patients OA. Parallèlement, les cultures primaires d’ostéoblastes (Ob) humains OA issus de l’os sous-chondral démontrent un phénotype altéré et une faible minéralisation in vitro. La signalisation Wnt, essentielle dans l’embryogenèse, a montré avoir un rôle clé dans la régulation de l’ostéogenèse en régulant notamment la différenciation terminale des Ob. Le facteur de croissance transformant-β1 (TGF-β1), un facteur agissant notamment sur la prolifération et sur le début de la différenciation des Ob, est surexprimé par les Ob OA et pourrait moduler cette signalisation. Aussi, deux populations de patients OA peuvent être différenciées in vitro par la production de prostaglandines E2 (PGE2) par leurs Ob et les PGE2, dans une étude sur le cancer colorectal, ont montré moduler la signalisation Wnt. Notre hypothèse de travail est que l’activation de la voie de signalisation Wnt/β-caténine est diminuée dans les Ob OA. Cette diminution est responsable de la sous-minéralisation et de l’altération du phénotype des Ob humains OA. Par ailleurs, DKK2, dont l’expression est contrôlée par TGF-β1, est responsable de la diminution de l’activité Wnt/β-caténine et les PGE2 peuvent en partie corriger cette situation. L’objectif général de cette étude est d’une part, de démontrer le rôle de TGF-β1, DKK2 et de PGE2 sur l’altération de la signalisation Wnt/β-caténine et d’autre part, de démontrer le lien entre TGF-β1 et DKK2 et l’effet de ces derniers sur le phénotype des Ob. Dans cette étude on a montré que la signalisation canonique Wnt est altérée dans les Ob OA et que cela était responsable de l’altération du phénotype des Ob OA. On a montré, parmi les acteurs de la signalisation Wnt, que l’expression de l’antagoniste Dickkopf-1 (DKK1) était relativement similaire entre les Ob OA et normaux contrairement à celle de l’antagoniste DKK2 qui était augmentée et à celle de l’agoniste Wnt7B qui était diminuée dans les Ob OA. On a également montré que les PGE2 pouvaient potentialiser l’activité de la signalisation Wnt dans les Ob OA. L’inhibition de DKK2 a permis d’augmenter l’activité de la signalisation Wnt et de corriger le phénotype anormal ainsi que d’augmenter la minéralisation des Ob OA. L’inhibition de TGF-β1, un facteur aussi surexprimé dans les Ob OA, a également permis la correction du phénotype et l’augmentation de la minéralisation dans les Ob OA. L’inhibition de TGF-β1 a aussi menée à l’inhibition de DKK2. Le contraire ne fût pas observé démontrant ainsi la régulation de DKK2 par TGF-β1. En conclusion, la signalisation canonique Wnt est diminuée dans les Ob OA et cela est dû au niveau élevé de DKK2 dans ces Ob. TGF-β1 régule positivement DKK2 et donc la surexpression de TGF-β1 entraîne celle de DKK2 ce qui a pour conséquences d’altérer le phénotype des Ob. Les PGE2 ont aussi montré pouvoir potentialiser l’activité de la signalisation Wnt et auraient donc un rôle positif. Ensemble, ces données suggèrent que ces altérations au niveau des Ob OA pourraient être responsables de la structure osseuse anormale observée chez les patients OA.

Embryonic and Uterine Characteristics of Diapause

L’implantation retardée ou diapause embryonnaire décrit l'arrêt ou le retardement pendant l'embryogenèse. Chez le vison, la diapause est corrélée avec une sécrétion pituitaire insuffisante de la prolactine, ayant pour résultat la différentiation incomplète du corpus luteum et réduction de la progestérone. Des études antérieures suggèrent que le blastocyste de vison en diapause demeure dans un état de quiescence ou se développe lentement. Pour élucider ceci, la réplication de l'ADN a été étudiée. Les résultats démontrent synthèse de l’ADN et prolifération cellulaire dans les embryons au stade de morula, avant la diapause et dans les blastocystes après la réactivation. La réplication de l'ADN a été également détectée dans des blastocystes en diapause et en diapause prolongée. L'implantation est considérée comme une interaction bidirectionnelle entre le blastocyste et l'utérus. Il a été montré que les prostaglandines sont importantes pour la vascularisation de l’utérus au moment de l’implantation et peuvent réactiver l'utérus des visons après la diapause. La concentration protéinique et la localisation de la phospholipase citosolique A2 (CPLA2) et de la cyclooxygenase 2 (COX2) ont été étudiées dans l'utérus de vison. L’expression de la CPLA2 et COX2 étaient sur-régulées au moment de l'implantation. Il est connu que la prolactine active les corpus luteum des visons. L'idée de un lien entre la prolactine et la voie de signalisation des prostaglandines a été testée en mesurant les récepteurs de prolactine. Les résultats montrent une augmentation de l’expression des récepteurs de prolactine à l'implantation suggérant que la prolactine pourrait activer la voie de prostaglandine à l'utérus par son propre récepteur. La conclusion, les embryons pendant la diapause ne sont pas arrêtées complètement et les protéines liées à la voie de prostaglandine sont implique dans la réactivation de l'utérus.

Évaluation de l'efficacité d'inhibiteurs de la cyclooxygénase dans le traitement de tumeurs mammaires canines in vivo

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Rôle de la voie PGD2/L-PGDS dans la physiopathologie de l’arthrose

L’arthrose (OA) est la maladie articulaire la plus répandue dans le monde faisant l’objet de nombreux travaux de recherche en raison de son lourd impact socioéconomique. Plusieurs travaux dans ce domaine ont pour objectif de déterminer les mécanismes moléculaires impliqués dans sa physiopathologie. Plusieurs travaux ont appuyés l’implication de la prostaglandine (E2) PGE2 dans sa physiopathologie, contrairement à la prostaglandine (D2) (PGD2) dont le rôle reste à déterminer. C’est pourquoi, nous nous sommes penchés dans cette thèse à l’étude de cette dernière molécule. Dans la première partie de nos travaux, nous avons montré que la PGD2 diminue au niveau du cartilage articulaire et au niveau niveau des explants de cartilage humains, la production des métalloprotéases-1(MMP-1) et MMP-13 induites par (Interleukine-1β) l’IL-1β. Cette diminution de la production protéique est accompagnée d’une diminution de l’expression au niveau de l’ARNm, et d’une diminution de l’activité du promoteur de MMP-1 et MMP-13. Cet effet est exercé via le récepteur D prostanoïde (DP1), bien que le Chemoattractant receptor expressed on Th2 cells (CRTH2) soit également exprimé chez les chondrocytes humains, mais ne semble pas être impliqué dans l’effet observé. Cette action inhibitrice se fait via la voie DP1/AMPc/protéine kinase A (AMPc/PKA). Dans la suite de nos travaux, nous avons montré pour la première fois l’expression des prostaglandines D-synthases responsables de la biosynthèse de la PGD2 au niveau des chondrocytes humains par immunohistochimie, avec des niveaux d’expression de l’ARNm plus élevés de la L-PGDS au niveau du cartilage OA comparativement au cartilage normal. L’IL-1β pourrait être responsable de cette augmentation via l’activation de la voie JNK et p38 MAPK, ainsi que par la voie NF-κB. L’ensemble de ces données indiquent que la modulation des niveaux de la PGD2 au niveau de l’articulation pourrait être pourvue d’un important potentiel thérapeutique. La L-PGDS pour sa part semble avoir un rôle important dans la physiopathologie de l’OA.

Induction of astrocytic cyclooxygenase-2 in epileptic patients with hippocampal sclerosis.

Induction of cyclooxygenase-2 (COX-2) has been described in a wide range of neurological diseases including animal models of epilepsy. The present study was undertaken to assess COX-2 expression in hippocampal biopsies from patients with therapy-refractive temporal lobe epilepsy (TLE). For this purpose, hippocampal CA1 subfield was dissected from epileptic patients with (n=5) or without (n=2) hippocampal sclerosis (HS). COX-2 expression was investigated using immunohistochemistry and semi-quantitative RT-PCR. COX-2 immunoreactivity in TLE patient material in the absence of HS was restricted to a few neurons of the hippocampus. In the presence of HS, on the other hand, a significant induction of astrocytic COX-2 immunoreactivity associated with a concomitant increase in the steady-state level of COX-2 mRNA was observed in the CA1 subfield. These findings suggest that induction of astrocytic COX-2 is implicated in the pathogenesis of HS in TLE and is consistent with the previous findings of increased concentrations of prostaglandins in the cerebrospinal fluid of these patients.

Role of histone methylation in the regulation of COX-2, iNOS, and mPGES-1 gene expression in human chondrocytes: Implication for Osteoarthritis

L'arthrose (OA) est une maladie articulaire dégénérative, classée comme la forme la plus fréquente au monde. Elle est caractérisée par la dégénérescence du cartilage articulaire, l’inflammation de la membrane synoviale, et le remodelage de l’os sous-chondral. Ces changements structurels et fonctionnels sont dues à de nombreux facteurs. Les cytokines, les prostaglandines (PG), et les espèces réactives de l'oxygène sont les principaux médiateurs impliqués dans la pathophysiologie de l'OA. L'interleukine-1β (IL-1β) est une cytokine pro-inflammatoire majeure qui joue un rôle crucial dans l'OA. L'IL-1β induit l'expression de la cyclooxygénase-2 (COX-2), la microsomale prostaglandine E synthase-1 (mPGES-1), la synthase inductible de l'oxyde nitrique (iNOS), ainsi que leurs produits la prostaglandine E2 (PGE2) et l'oxyde nitrique (NO). Ce sont des médiateurs essentiels de la réponse inflammatoire au cours de l'OA qui contribuent aux mécanismes des douleurs, de gonflement, et de destruction des tissus articulaires. Les modifications épigénétiques jouent un rôle très important dans la régulation de l’expression de ces gènes pro-inflammatoires. Parmi ces modifications, la méthylation/ déméthylation des histones joue un rôle critique dans la régulation des gènes. La méthylation/ déméthylation des histones est médiée par deux types d'enzymes: les histones méthyltransférases (HMT) et les histones déméthylases (HDM) qui favorisent l’activation et/ou la répression de la transcription. Il est donc nécessaire de comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent l’expression des gènes de la COX-2, la mPGES-1, et l’iNOS. L'objectif de cette étude est de déterminer si la méthylation/déméthylation des histones contribute à la régulation de l’expression des gènes COX-2, mPGES-1, et iNOS dans des chondrocytes OA humains induits par l'IL-1β. Nous avons montré que la méthylation de la lysine K4 de l'histone H3 (H3K4) par SET-1A contribue à l’activation des gènes COX-2 et iNOS dans les chondrocytes humains OA induite par l'IL-1β. Nous avons également montré que la lysine K9 de l’histone H3 (H3K9) est déméthylée par LSD1, et que cette déméthylation contribue à l’expression de la mPGES-1 induite par IL-1β dans les chondrocytes humains OA. Nous avons aussi trouvé que les niveaux d'expression des enzymes SET-1A et LSD1 sont élevés au niveau du cartilage OA. Nos résultats montrent, pour la première fois, l'implication de la méthylation/ déméthylation des histones dans la régulation de l’expression des gènes COX-2, mPGES-1, et iNOS. Ces données suggèrent que ces mécanismes pourraient être une cible potentielle pour une intervention pharmacologique dans le traitement de la physiopathologie de l'OA.

Regulation of lipocalin prostaglandin-D synthase expression by interleukin-1β in human chondrocytes

L'arthrose est une maladie multifactorielle complexe. Parmi les facteurs impliqués dans sa pathogénie, les certains prostaglandines exercent un rôle inflammatoire et d’autres un rôle protecteur. La prostaglandine D2 (PGD2) est bien connue comme une PG anti-inflammatoire, qui est régulée par l’enzyme «Lipocalin prostaglandine D-synthase». Avec l’inflammation de l'arthrose, les chondrocytes essaient de protéger le cartilage en activant certaines voies de récupération dont l'induction du gène L-PGDS. Dans cette étude, nous étudions la voie de signalisation impliquée dans la régulation de l'expression du (L-PGDS) sur les chondrocytes traités avec différents médiateurs inflammatoires. Le but de projet: Nous souhaitons étudier la régulation de la L-PGDS dans le but de concevoir des approches thérapeutiques qui peuvent activer la voie intrinsèque anti-inflammatoire. Méthode et conclusions: In vivo, l'arthrose a été suivie en fonction de l’âge chez la souris ou chirurgicalement suivant une intervention au niveau des genoux de souris. Nous avons confirmé les niveaux d’expression de L-PGDS histologiquement et par immunohistochimie. In vitro, dans les chondrocytes humains qui ont été traités avec différents médiateurs de l'inflammation, nous avons observé une augmentation de l’expression de la L-PGDS dose et temps dépendante. Nous avons montré, in vivo et in vitro que l’inflammation induit une sécrétion chondrocytaire de la L-PGDS dans le milieu extracellulaire. Enfin, nous avons observé la production de différentes isoformes de la L-PGDS en réponse à l'inflammation.