Lipoproteins and mitogen-activated protein kinase signaling: a role in atherogenesis?

PURPOSE OF REVIEW: Lipoproteins play a critical role in the development of atherosclerosis, which might result partly from their capacity to induce specific intracellular signaling pathways. The goal of this review is to summarize the signaling properties of lipoproteins, in particular, their capacity to induce activation of mitogen-activated protein kinase pathways and the resulting modulation of cellular responses in blood vessel cells. RECENT FINDINGS: Lipoproteins activate the extracellular signal-regulated kinase and p38 mitogen-activated protein kinase pathways in all blood vessel cell types. This may require lipoprotein docking to scavenger receptor B1, allowing transfer of cholesterol and sphingosine-1-phosphate to plasma membranes. Subsequent propagation of the signals probably requires the stimulation of G protein-coupled receptors, followed by the transactivation of receptor tyrosine kinases. Lipoprotein-induced extracellular signal-regulated kinase activity favors cell proliferation, whereas lipoprotein-induced p38 mitogen-activated protein kinase activity leads to cell hyperplasia and promotes cell migration. Some signaling pathways and cellular effects induced by lipoproteins have been observed in atherosclerotic plaques and therefore represent potential targets for the development of anti-atherosclerotic drugs. SUMMARY: The main blood vessel cell types have the capacity to activate protein kinase pathways in the presence of lipoproteins. This induces cell proliferation, hyperplasia and migration, known to be dysregulated in atherosclerotic lesions.

Signalling by neurotrophins and hepatocyte growth factor regulates axon morphogenesis by differential β-catenin phosphorylation

Tyrosine phosphorylation of ß-catenin, a component of adhesion complexes and the Wnt pathway, affects cell adhesion, migration and gene transcription. By reducing ßcatenin availability using shRNA-mediated gene silencing or expression of intracellular N-cadherin, we show that ß-catenin is required for axon growth downstream of Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF) and Hepatocyte Growth Factor (HGF) signalling. We demonstrate that receptor tyrosine kinases (RTK) Trk and Met interact with and phosphorylate ß-catenin. Neurotrophins (NT) stimulation of Trk receptors results in phosphorylation of ß-catenin at residue Y654 and increased axon growth and branching. Conversely, pharmacological inhibition of Trk or a Y654F mutant blocks these effects. ß-catenin phospho(P)-Y654 colocalizes with the cytoskeleton at growth cones. However, HGF that also increases axon growth and branching, induces ß-catenin phosphorylation at Y142 and a nuclear localization. Interestingly, dominant negative ΔN-TCF4 abolishes the effects of HGF in axon growth and branching, but not of NT. We conclude that NT and HGF signalling differentially phosphorylate ß-catenin, targeting ß-catenin to distinct compartments to regulate axon morphogenesis by TCF4-transcription-dependent and independent mechanisms. These results place ß-catenin downstream of growth factor/RTK signalling in axon differentiation.

ErbB Ligands in Angiogenesis

The formation of new blood vessels, i.e. angiogenesis, is an important phenomenon during normal development and wound repair, as well as during various pathological processes, such as tumor growth and metastasis. Specific growth factors regulate angiogenesis by modulating the different cellular functions of endothelial cells (EC), and periendothelial cells, such as pericytes (PC) and smooth muscle cells (SMC), which interact with ECs in a paracrine manner. ErbB receptors form a subgroup of transmembrane receptor tyrosine kinases that interact with growth factors of the epidermal growth factor (EGF) family. ErbB receptors regulate behaviour of a variety of normal as well as tumor cell types. Cancer drugs that target epidermal growth factor receptor (EGFR, ErbB1) or ErbB2 receptor have been approved for clinical use. It has been speculated that part of the antitumor activity of ErbB inhibitor compounds result from an antiangiogenic mechanism. The results presented here indicate a role for endothelial-derived EGF-like growth factors heparin binding EGF-like growth factor (HB-EGF) and neuregulin-1 (NRG-1) in the paracrine regulation of angiogenesis. HB-EGF, EGFR and ErbB2 are shown to mediate interaction between ECs and SMCs in vitro, and gefitinib, an inhibitor of EGFR kinase activity, suppresses recruitment of PCs/SMCs in vivo. NRG-1 is shown to regulate EC functions in vitro and angiogenesis in vivo by indirect mechanisms involving vascular endothelial growth factor-A (VEGF-A) and VEGF receptor-2 (VEGFR-2). Furthermore, EGFR activity is demonstrated to regulate recruitment of bone marrow-derived perivascular cells during tumor neovascularization in vivo. These results indicate that ErbB signaling is involved in the cellular processes of new blood vessel formation. This study gives new information about the role of ErbB ligands and receptors in angiogenesis and vasculogenesis and about the mechanisms by which ErbB inhibitor drugs such as gefitinib affect tumor growth.

Future perspectives in melanoma research: meeting report from the "Melanoma Bridge": Napoli, December 3rd-6th 2014.

The fourth "Melanoma Bridge Meeting" took place in Naples, December 3-6th, 2014. The four topics discussed at this meeting were: Molecular and Immunological Advances, Combination Therapies, News in Immunotherapy, and Tumor Microenvironment and Biomarkers. Until recently systemic therapy for metastatic melanoma patients was ineffective, but recent advances in tumor biology and immunology have led to the development of new targeted and immunotherapeutic agents that prolong progression-free survival (PFS) and overall survival (OS). New therapies, such as mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway inhibitors as well as other signaling pathway inhibitors, are being tested in patients with metastatic melanoma either as monotherapy or in combination, and all have yielded promising results. These include inhibitors of receptor tyrosine kinases (BRAF, MEK, and VEGFR), the phosphatidylinositol 3 kinase (PI3K) pathway [PI3K, AKT, mammalian target of rapamycin (mTOR)], activators of apoptotic pathway, and the cell cycle inhibitors (CDK4/6). Various locoregional interventions including radiotherapy and surgery are still valid approaches in treatment of advanced melanoma that can be integrated with novel therapies. Intrinsic, adaptive and acquired resistance occur with targeted therapy such as BRAF inhibitors, where most responses are short-lived. Given that the reactivation of the MAPK pathway through several distinct mechanisms is responsible for the majority of acquired resistance, it is logical to combine BRAF inhibitors with inhibitors of targets downstream in the MAPK pathway. For example, combination of BRAF/MEK inhibitors (e.g., dabrafenib/trametinib) have been demonstrated to improve survival compared to monotherapy. Application of novel technologies such sequencing have proven useful as a tool for identification of MAPK pathway-alternative resistance mechanism and designing other combinatorial therapies such as those between BRAF and AKT inhibitors. Improved survival rates have also been observed with immune-targeted therapy for patients with metastatic melanoma. Immune-modulating antibodies came to the forefront with anti-CTLA-4, programmed cell death-1 (PD-1) and PD-1 ligand 1 (PD-L1) pathway blocking antibodies that result in durable responses in a subset of melanoma patients. Agents targeting other immune inhibitory (e.g., Tim-3) or immune stimulating (e.g., CD137) receptors and other approaches such as adoptive cell transfer demonstrate clinical benefit in patients with melanoma as well. These agents are being studied in combination with targeted therapies in attempt to produce longer-term responses than those more typically seen with targeted therapy. Other combinations with cytotoxic chemotherapy and inhibitors of angiogenesis are changing the evolving landscape of therapeutic options and are being evaluated to prevent or delay resistance and to further improve survival rates for this patient population. This meeting's specific focus was on advances in combination of targeted therapy and immunotherapy. Both combination targeted therapy approaches and different immunotherapies were discussed. Similarly to the previous meetings, the importance of biomarkers for clinical application as markers for diagnosis, prognosis and prediction of treatment response was an integral part of the meeting. The overall emphasis on biomarkers supports novel concepts toward integrating biomarkers into contemporary clinical management of patients with melanoma across the entire spectrum of disease stage. Translation of the knowledge gained from the biology of tumor microenvironment across different tumors represents a bridge to impact on prognosis and response to therapy in melanoma.

Dual activation of pathways regulated by steroid receptors and peptide growth factors in primary prostate cancer revealed by Factor Analysis of microarray data

Background: We use an approach based on Factor Analysis to analyze datasets generated for transcriptional profiling. The method groups samples into biologically relevant categories, and enables the identification of genes and pathways most significantly associated to each phenotypic group, while allowing for the participation of a given gene in more than one cluster. Genes assigned to each cluster are used for the detection of pathways predominantly activated in that cluster by finding statistically significant associated GO terms. We tested the approach with a published dataset of microarray experiments in yeast. Upon validation with the yeast dataset, we applied the technique to a prostate cancer dataset. Results: Two major pathways are shown to be activated in organ-confined, non-metastatic prostate cancer: those regulated by the androgen receptor and by receptor tyrosine kinases. A number of gene markers (HER3, IQGAP2 and POR1) highlighted by the software and related to the later pathway have been validated experimentally a posteriori on independent samples. Conclusion: Using a new microarray analysis tool followed by a posteriori experimental validation of the results, we have confirmed several putative markers of malignancy associated with peptide growth factor signalling in prostate cancer and revealed others, most notably ERRB3 (HER3). Our study suggest that, in primary prostate cancer, HER3, together or not with HER4, rather than in receptor complexes involving HER2, could play an important role in the biology of these tumors. These results provide new evidence for the role of receptor tyrosine kinases in the establishment and progression of prostate cancer.

Identification and characterization of new genes and pathways regulating spermatogonial cell fate

Spermatogenesis, i.e sperm production in the seminiferous tubules of the testis, is a complex process that takes over one month to complete. Life-long ability of sperm production ultimately lies in a small population of undifferentiated cells, called spermatogonial stem cells (SSCs). These cells give rise to differentiating spermatogonia, which are committed to mature into spermatozoa. SSCs represent a heterogeneous population of cells and many aspects of their basic biology are still unknown. Understanding the mechanisms behind the cell fate decision of these cells is important to gain more insights into the causes of infertility and testis cancer. In addition, an interesting new aspect is the use of testis-derived stem cells in regenerative medicine. Our data demonstrated that adult mouse testis houses a population of Nanog-expressing spermatogonia. Based on mRNA and protein analysis these cells are enriched in stage XII of the mouse seminiferous epithelial cycle. The cells derived from this stage have the highest capacity to give rise to ES cell-like cells which express Oct4 and Nanog. These cells are under tight non- GDNF regulation but their fate can be dictated by activating p21 signalling. Comparative studies suggested that these cells are regulated like ES cells. Taken together these data imply that pluripotent cells are present in the adult mammalian testis. CIP2A (cancerous inhibitor of PP2A) has been associated with tumour aggressiveness and poor prognosis. In the testis it is expressed by the descendants of stem cells, i.e. the spermatogonial progenitor cells. Our data suggest that CIP2A acts upstream of PLZF and is needed for quantitatively normal spermatogenesis. Classification of CIP2A as a cancer/testis gene makes it an attractive target for cancer therapy. Study on the CIP2A deficient mouse model demonstrates that systemic inhibition of CIP2A does not severely interfere with growth and development or tissue or organ function, except for the spermatogenic output. These data demonstrate that CIP2A is required for quantitatively normal spermatogenesis. Hedgehog (Hh) signalling is involved in the development and maintenance of many different tissues and organs. According to our data, Hh signalling is active at many different levels during rat spermatogenesis: in spermatogonia, spermatocytes and late elongating spermatids. Localization of Suppressor of Fused (SuFu), the negative regulator of the pathway, specifically in early elongating spermatids suggests that Hh signalling needs to be shut down in these cells. Introduction of Hh signalling inhibitor resulted in an increase in germ cell apoptosis. Follicle-stimulating hormone (FSH) and inhibition of receptor tyrosine kinases resulted in down-regulation of Hh signalling. These data show that Hh signalling is under endocrine and paracrine control and it promotes germ cell survival.

ERBB4 mutations in cancer and amyotrophic lateral sclerosis

ErbB receptor tyrosine kinases, epidermal growth factor receptor (EGFR, also known as ErbB1), ErbB2 (HER2 or NEU), ErbB3 (HER3), and ErbB4 (HER4), transduce signals borne by extracellular ligands into central cellular responses such as proliferation, survival, differentiation, and apoptosis. Mutations in ERBB genes are frequently detected in human malignant diseases of epithelial and neural origin, making ErbB receptors important drug targets. Targeting EGFR and ErbB2 has been successful in eg. lung and breast cancer, respectively, and mutations in these genes can be used to select patients that are responsive to the targeted treatment. Although somatic ERBB4 mutations have been found in many high-incidence cancers such as melanoma, lung cancer, and colorectal cancer and germ-line ERBB4 mutations have been linked to neuronal disorders and cancer, ErbB4 has generally been neglected as a potential drug target. Thus, the consequences of ERBB4 mutations on ErbB4 biology are largely unknown. This thesis aimed to elucidate the functional consequences and assess the clinical significance of somatic and germ-line ERBB4 mutations in the context of cancer and amyotrophic lateral sclerosis. The results of this study indicated that cancer-associated ERBB4 mutations can promote aberrant ErbB4 function by activating the receptor or inducing qualitative changes in ErbB4 signaling. ERBB4 mutations increased survival or decreased differentiation in vitro, suggesting that ERBB4 mutations can be oncogenic. Importantly, the potentially oncogenic mutations were located in various subdomains in ErbB4, possibly providing explanation for the characteristic scattered pattern of mutations in ERBB4. This study also demonstrated that hereditary variation in ERBB4 gene can have a significant effect on the prognosis of breast cancer. In addition, it was shown that hereditary or de novo germ-line ERBB4 mutations that predispose to amyotrophic lateral sclerosis inhibit ErbB4 activity. Together, these results suggest that ErbB4 should be considered as a novel drug target in cancer and amyotrophic lateral sclerosis.

Nuclear calcium signaling: a cell within a cell

Calcium (Ca2+) is a versatile second messenger that regulates a wide range of cellular functions. Although it is not established how a single second messenger coordinates diverse effects within a cell, there is increasing evidence that the spatial patterns of Ca2+ signals may determine their specificity. Ca2+ signaling patterns can vary in different regions of the cell and Ca2+ signals in nuclear and cytoplasmic compartments have been reported to occur independently. No general paradigm has been established yet to explain whether, how, or when Ca2+ signals are initiated within the nucleus or their function. Here we highlight that receptor tyrosine kinases rapidly translocate to the nucleus. Ca2+ signals that are induced by growth factors result from phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate hydrolysis and inositol 1,4,5-trisphosphate formation within the nucleus rather than within the cytoplasm. This novel signaling mechanism may be responsible for growth factor effects on cell proliferation.

Lien entre l'hémostase et le développement néoplasique : rôle spécifique du facteur tissulaire et de l'inhibiteur du facteur tissulaire

Il est reconnu, depuis une centaine d’années, que des désordres de la coagulation, regroupés sous le terme de coagulopathies, sont souvent associés au développement néoplasique. Pendant de nombreuses années, ces coagulopathies furent souvent reconnues comme une simple conséquence du développement du cancer. D’ailleurs, pour les cliniciens, l’apparition de ces anomalies sanguines constitue souvent le premier signe clinique d’un cancer occulte. Toutefois, l’étude approfondie du lien existant entre le système hémostatique et le cancer indique que différents facteurs hémostatiques vont interagir avec soit l’environnement tumoral ou soit la tumeur elle-même et influencer le développement du cancer. Au cours de nos travaux, nous avons porté une attention particulière à deux protéines jouant un rôle primordial dans l’hémostase. Le facteur tissulaire (TF) et l’inhibiteur du facteur tissulaire (TFPI) peuvent jouer des rôles pro- ou anti-néoplasique, et ce indépendamment de leurs fonctions hémostatiques normales. Dans le premier volet de cette thèse, nous avons étudié les propriétés antiangiogéniques de TFPI. L’angiogenèse, soit la formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir du réseau pré-existant, est reconnue comme étant une étape clée du développement tumoral. D’après nos travaux, le TFPI peut inhiber la formation de structures de type capillaire des cellules endothéliales (CEs) de la veine ombilicale humaine (HUVEC), et ce à une IC 50 de 5 nM, soit la concentration physiologique de l’inhibiteur. De plus, le TFPI bloque la migration des cellules endothéliales lorsque ces dernières sont stimulées par la sphingosine-1-phosphate (S1P), une molécule relâchée lors de l’activation des plaquettes sanguines. Cette inhibition de la migration cellulaire s’explique par l’effet du TFPI sur l’adhésion des CEs. En effet, TFPI inhibe la phosphorylation de deux protéines clées participant à la formation des complexes d’adhésion focales soit FAK (focal adhesion kinase) et PAX (paxilin). L’inhibition de ces deux protéines suggère qu’il y ait une réorganisation des complexes focaux, pouvant expliquer la perte d’adhérence. Finalement, des études de microscopie confocale démontrent que les cellules traitées au TFPI changent de morphologie au niveau du cytosquelette d’actine provoquant une désorganisation des structures migratoires (pseudopodes). Les effets du TFPI au niveau de la migration, de l’adhésion et de la morphologie cellulaire sont strictement spécifiques aux cellules endothéliales humaines, puisque aucun n’effet n’est observé en traitant des cellules cancéreuses de glioblastomes (GB) humains, qui sont normalement des tumeurs hautement vascularisées. En résumé, cette première étude démontre que le TFPI est un inhibiteur de l’angiogenèse. Dans le second volet de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux différents rôles de TF, le principal activateur de la coagulation. Cette protéine est également impliquée dans le développement néoplasique et notamment celui des médulloblastomes (MB) chez l’enfant via des fonctions hémostatiques et non-hémostatiques. Nos travaux démontrent que l’expression de TF est induite par la voie de signalisation de HGF (hepatocyte growth factor) et de son récepteur Met. Cet effet de HGF/Met semble spécifique aux MB puisque HGF ne peut stimuler l’expression de TF au niveau des cellules cancéreuses de glioblastomes. TF, exprimé à la surface des cellules médulloblastiques (DAOY), est responsable de l’activité pro-thrombogénique de ces cellules, ainsi qu’un acteur important de la migration de ces cellules en réponse au facteur VIIa (FVIIa). De plus, en étudiant 18 spécimens cliniques de MB, nous avons établi un lien entre l’intensité d’expression de TF et de Met. L’importance de cette corrélation est également suggérée par l’observation que les cellules exprimant les plus forts taux de TF et de Met sont également les plus agressives en termes d’index de prolifération et de dissémination métastatiques. En résumé, ces travaux représentent le point de départ pour la mise au point de TF comme un marqueur diagnostique clinique dans les cas de tumeurs du cerveau pédiatriques. De plus, l’élucidation de la voie de signalisation moléculaire responsable de l’expression de TF permet de mieux comprendre la biologie et le fonctionnement de ces tumeurs et de relier le profil d’expression de TF aux phénotypes agressifs de la maladie. Il est reconnu que HGF peut également jouer un rôle protecteur contre l’apoptose. Dans le troisième volet de cette thèse, nous avons remarqué que cette protection est corrélée à l’expression de TF. En réduisant à néant l’expression de TF à l’aide de la technologie des ARN silencieux (siRNA), nous démontrons que HGF ne protège plus les cellules contre l’apoptose. Donc, TF médie l’activité anti-apoptotique de HGF. TF assume cette protection en inactivant la phosphorylation de p53 sur la sérine 15, empêchant ainsi la translocation de p53 au noyau. Finalement, l’expression de TF et son interaction avec le FVIIa, au niveau des cellules médulloblastiques favorise la survie de ces dernières et ce même si elles sont soumises à de fortes concentrations de médicaments couramment utilisées en cliniques. Ce troisième et dernier volet démontre l’implication de TF en tant que facteur impliqué dans la survie des cellules cancéreuses, favorisant ainsi le développement de la tumeur. Dans son ensemble, cette thèse vise à démontrer que les facteurs impliqués normalement dans des fonctions hémostatiques (TFPI et TF) peuvent contribuer à réguler le développement tumoral. Tout système physiologique et pathologique est dépendant d’un équilibre entre activateur et inhibiteur et la participation de TF et de TFPI à la régulation du développement néoplasique illustre bien cette balance délicate. Par sa contribution anti- ou pro-néoplasique le système hémostatique constitue beaucoup plus qu’une simple conséquence du cancer; il fait partie par l’action de TF des stratégies élaborées par les cellules cancéreuses pour assurer leur croissance, leur déplacement et leur survie, alors que TFPI tente de limiter la croissance tumorale en diminuant la vascularisation.

Implication de l'endosome de recyclage dans la migration cellulaire in vivo

Au cours de l’ovogenèse chez la mouche du vinaigre: Drosophila melanogaster, un groupe de cellules folliculaires appelées cellules de bord, migrent à travers les cellules nourricières pour atteindre l’ovocyte. Cet événement, nécessitant la transition épithélio- mésenchymateuse (TEM), la réorientation, puis l’arrêt, ressemble à la formation de métastases. L’endocytose est un régulateur clé de plusieurs événements polarisés, y compris la migration cellulaire. En effet, différentes protéines impliquées dans la migration, comme les intégrines et les E-cadhérines (cadhérines épithéliales), sont régulées par transport à travers les endosomes. De même, l’endocytose restreint au front de migration l’activité des récepteurs tyrosine kinases (RTKs) qui guident les cellules de bord dans leur mouvement. Cependant les mécanismes moléculaires de cette restriction spatiale de l’activité des RTKs demeurent largement inconnus. Nous avons testé l’implication du trafic vésiculaire à travers la machinerie d’endocytose, dans la migration dirigée des cellules de bord, car ce système est facilement accessible pour l’expression de protéines et l’analyse de mutants. Nous avons commencé par confirmer une observation précédente du rôle de l’endosome précoce dans la migration des cellules de bord. Ensuite, nous avons identifié l’endosome de recyclage (ER) comme un régulateur clé de cette migration. En effet, nous avons démontré que l’expression dans les cellules de bord d’une forme dominante négative de Rab11, la petite GTPase régulant le transport vésiculaire à travers l’ER, bloque la migration ou entraîne de sévères défauts de migration dans environ 80% des chambres d’œufs examinées. De plus, nous observons par immunofluorescence une relocalisation de l’activité des RTKs alors que d’autres protéines de migration ne sont pas affectées par Rab11 dominant négatif. Ce résultat a été par la suite confirmé par une interaction génétique entre Rab11 et les RTKs. D’autre part, nous avons montré que le complexe exocyste, un effecteur de Rab11, est impliqué dans la migration des cellules de bord. Nous avons trouvé par microscopie confocale en tissu fixé et par microscopie en temps réel que Sec15, un composant de ce complexe, est polarisé, de façon Rab11- dépendante, dans des vésicules qui s’accumulent au front de migration tout au long du mouvement des cellules de bord. De plus, la perte de l’activité de Sec15 perturbe à son tour la migration. Ainsi, toutes ces données démontrent le rôle fondamental d’un cycle d’endo- exocytose dans le maintien des RTKs actifs au niveau du front de migration des cellules de bord le long de leur mouvement.

Growth factor activation of ErbB2/ErbB3 signaling pathways regulate the activity of Estrogen Receptors (ER)

La signalisation par l’estrogène a longtemps été considérée comme jouant un rôle critique dans le développement et la progression des cancers hormono-dépendants tel que le cancer du sein. Deux tiers des cancers du sein expriment le récepteur des estrogènes (ER) qui constitue un élément indiscutable dans cette pathologie. L’acquisition d’une résistance endocrinienne est cependant un obstacle majeur au traitement de cette forme de cancer. L’émergence de cancers hormono-indépendants peut est produite par l’activation de ER en absence d’estrogène, l’hypersensibilité du récepteur aux faibles concentrations plasmique d’estrogène ainsi que l’activation de ER par des modulateurs sélectifs. L’activité du ER est fortement influencée par l’environnement cellulaire tel que l’activation de voie de signalisation des facteurs de croissances, la disponibilité de protéines co-régulatrices et des séquences promotrices ciblées. Présentement, les études ont principalement considérées le rôle de ERα, cependant avec la découverte de ERβ, notre compréhension de la diversité des mécanismes potentiels impliquant des réponses ER-dépendantes s’est améliorée. L’activation des voies des kinases par les facteurs de croissance entraîne le développement d’un phénotype tumoral résistant aux traitements actuels. Nos connaissances des voies impliquées dans l’activation de ER sont restreintes. ERα est considéré comme le sous-type dominant et corrèle avec la plupart des facteurs de pronostic dans le cancer du sein. Le rôle de ERβ reste imprécis. Les résultats présentés dans cette thèse ont pour objectif de mieux comprendre l’implication de ERβ dans la prolifération cellulaire par l’étude du comportement de ERβ et ERα suite à l’activation des voies de signalisation par les facteurs de croissance. Nous démontrons que l’activation des récepteurs de surfaces de la famille ErbB, spécifiquement ErbB2/ErbB3, inhibe l’activité transcriptionnelle de ERβ, malgré la présence du coactivateur CBP, tout en activant ERα. De plus, l’inhibition de ERβ est attribuée à un résidu sérine (Ser-255) situé dans la région charnière, absente dans ERα. Des études supplémentaires de ErbB2/ErbB3 ont révélé qu’ils activent la voie PI3K/Akt ciblant à son tour la Ser-255. En effet, cette phosphorylation de ERβ par PI3K/Akt induit une augmentation de l’ubiquitination du récepteur qui promeut sa dégradation par le système ubiquitine-protéasome. Cette dégradation est spécifique pour ERβ. De façon intéressante, la dégradation par le protéasome requiert la présence du coactivateur CBP normalement requis pour l’activité transcriptionnelle des récepteurs nucléaires. Malgré le fait que l’activation de la voie PI3K/Akt corrèle avec une diminution de l’expression des gènes sous le contrôle de ERβ, on observe une augmentation de la prolifération des cellules cancéreuses. L’inhibition de la dégradation de ERβ réduit cette prolifération excessive causée par le traitement avec Hrgβ1, un ligand de ErbB3. Un nombre croissant d’évidences indique que les voies de signalisations des facteurs de croissance peuvent sélectivement réguler l’activité transcriptionnelle de sous-types de ER. De plus, le ratio ERα/ERβ dans les cancers du sein devient un outil de diagnostique populaire afin de déterminer la sévérité d’une tumeur. En conclusion, la caractérisation moléculaire du couplage entre la signalisation des facteurs de croissance et la fonction des ERs permettra le développement de nouveaux traitements afin de limiter l’apparition de cellules tumorales résistantes aux thérapies endocriniennes actuelles.

Récepteur EphA7 : expression régionale dans le cerveau et localisation ultrastructurale dans l’hippocampe chez le rat et la souris adultes

Bourse de maîtrise du Groupe de recherche sur le système nerveux central GRSNC, (2009,2010) Bourse d’études supérieures du Canada Frederick Banting et Charles Best, IRSC Instituts de recherche en santé du Canada, (2011)

The role of EphB6 and ephrinbs in blood pressure regulation

L’hypertension artérielle est le facteur de risque le plus important dans les maladies cardiovasculaires (MCV) et les accidents vasculaires cérébraux (AVC). L’hypertension artérielle essentielle est une maladie complexe, multifactorielle et polygénique. Même si on a identifié de nombreux facteurs de risque de l’hypertension artérielle, on ne comprend pas encore clairement les mécanismes qui la régissent. Les kinases hépatocytes produisant l’érythropoïétine (Eph) constituent la plus grande famille des récepteurs tyrosine kinase qui se lient à des ligands de surface cellulaire appelés éphrines sur les cellules avoisinantes. On sait que les interactions de Eph et des éphrines sont essentielles aussi bien dans les processus de développement que dans le fonctionnement des organes et des tissus adultes. Cependant on n’a pas encore étudié la relation entre Eph/éphrines et l’hypertension artérielle. Nous avons créé des modèles de souris knockout (K.O.) Ephb6-/-, Efnb1-/- et Efnb3-/- pour cette étude. Dans le modèle EphB6-/-, nous avons observé que les souris K.O. Ephb6 castrées, mais pas les femelles, ainsi que les souris mâles non castrées présentaient une tension artérielle élevée (TA) par rapport à leurs homologues de type sauvage (TS). Ceci suggère que Ephb6 doit agir de concert avec l’hormone sexuelle mâle pour réguler la TA. Les petites artères des mâles castrés Ephb6-/- présentaient une augmentation de la contractilité, une activation de RhoA et une phosphorylation constitutive de la chaîne légère de la myosine (CLM) lorsque comparées à celles de leurs homologues TS. Ces deux derniers résultats indiquent que la phosphorylation de CLM et de RhoA passe par la voie de signalisation de Ephb6 dans les cellules du muscle lisse de la paroi vasculaire (CMLV). Nous avons démontré que la réticulation de Efnbs mais non celle de Ephb6 aboutit à une réduction de la contractilité des CMLV. Ceci montre que l’effet de Ephb6 passe par la signalisation inversée à travers Efnb. Dans le modèle Efnb1-/- conditionnel spécifique au muscle lisse, nous n’avons observé aucune différence entre Efnb1-/- et les souris de TS concernant la mesure de la TA dans des conditions normales. Cependant, la TA des souris K.O. Efnb1 lors d’un stress d’immobilisation est supérieure à celle des souris de TS. Dans les petites artères des souris K.O. Efnb1, le rétrécissement et la phosphorylation de CLM étaient élevés. In vitro, la contractilité et l’activation RhoA de la CMLV des souris TS étaient augmentées quand leur Efnb1 était réticulé. Ces résultats corroborent ceux des souris KO Ephb6 et prouvent que l’effet de Ephb6 dans le contrôle de la TA se produit au moins par l’intermédiaire d’un de ses ligands Efnb1 dans les CMLV. Dans le modèle Efnb3-/-, on a observé une augmentation de la TA et du rétrécissement des vaisseaux chez les femelles Efnb3-/-, mais non chez les mâles; l’échographie a aussi révélé une résistance accrue au débit sanguin des souris K.O. femelles. Cependant la mutation de Efnb3 ne modifie pas la phosphorylation de la CLM ou l’activation de RhoA in vivo. Dans l’expérience in vitro, les CMLV des souris femelles Efnb3-/- ont présenté une augmentation de la contractilité mais pas celle des souris mâles Efnb3-/-. La réticulation des CMLV chez les mâles ou les femelles de TS avec solide anti-Efnb3 Ab peut réduire leur contractilité. Notre étude est la première à évaluer le rôle de Eph/éphrines dans la régulation de la TA. Elle montre que les signalisations Eph/éphrines sont impliquées dans le contrôle de la TA. La signalisation inverse est principalement responsable du phénotype élevé de la TA. Bien que les Efnb1, Efnb3 appartiennent à la même famille, leur fonction et leur efficacité dans la régulation de la TA pourraient être différentes. La découverte de Eph/Efnb nous permet d’explorer plus avant les mécanismes qui gouvernent la TA.

Role of EFNBs and EphB4 in T cell development and function

Eph kinases are the largest family of cell surface receptor tyrosine kinases. The ligands of Ephs, ephrins (EFNs), are also cell surface molecules. Ephs interact with EFNs and the receptors and ligands transmit signals in both directions, i.e., from Ephs to EFNs and from EFNs to Ephs. Ephs and EFNs are widely involved in various developmental, physiological pathophysiological processes. Our group and others have reported the roles of Ephs/EFNs in the immune system. To further investigate the function of EphBs/EFNBs in T cell development and responses, we generated EFNB1, EFNB2, EphB4 conditional gene knockout (KO) mice and EFNB1/2 double KO mice. In the projects using EFNB1 and EFNB2 knockout mice, we specifically deleted EFNB1 or EFNB2 in T cells. The mice had normal size and cellularity of the thymus and spleen as well as normal T cell subpopulations in these organs. The bone marrow progenitors from KO mice and WT mice repopulated the host lymphoid organs to similar extents. The activation and proliferation of KO T cells was comparable to that of control mice. Naïve KO CD4 cells differentiated into Th1, Th2, Th17 and Treg cells similar to naïve control CD4 cells. In EFNB2 KO mice, we observed a significant relative increase of CD4CD8 double negative thymocytes in the thymus. Flowcytometry analysis revealed that there was a moderate increase in the DN3 subpopulation in the thymus. This suggests that EFNB2 is involved in thymocyte development. Our results indicate that the functions of EFNB1 and EFNB2 in the T cell compartment could be compensated by each other or by other members of the EFN family, and that such redundancy safeguards the pivotal roles of EFNB1 and EFNB2 in T cell development and function. In the project using EFNB1/B2 double knockout (dKO) model, we revealed a novel regulatory function of EFNb1 and EFNb2 in stabilizing IL-7Rα expression on the T cell surface. IL-7 plays important roles in thymocyte development, T cell homeostasis and survival. IL-7Rα undergoes internalization upon IL-7 binding. In the dKO mice, we observed reduced IL-7Rα expression in thymocytes and T cells. Moreover, the IL-7Rα internalization was accelerated in dKO CD4 cells upon IL-7 stimulation. In T cell lymphoma cell line, EL4, over-expression of either EFNB1 or EFNB2 retarded the internalization of IL-7Rα. We further demonstrated compromised IL-7 signaling and homeostatic proliferation of dKO T cells. Mechanism study using fluorescence resonance energy transfer and immunoprecipitation demonstrated that physical interaction of EFNB1 and EFNB2 with IL-7Rα was likely responsible for the retarded IL-7Rα internalization. In the last project, using medullary thymic epithelial cell (mTEC)-specific EphB4 knockout mice, we investigated T cell development and function after EphB4 deletion in mTEC. EphB4 KO mice demonstrated normal thymic weight and cellularity. T cell development and function were not influenced by the EphB4 deletion. Lastly, the KO mice developed normal delayed type hypersensitivity. Overall, our results suggest that comprehensive cross interaction between Eph and EFN family members could compensate function of a given deleted member in the T cell development, and only simultaneous deletion of multiple EFNBs will reveal their true function in the immune system. In fact, such redundancy signifies vital roles of Ephs and EFNs in the immune system.

Platelet adhesion signalling and the regulation of thrombus formation

Platelets perform a central role in haemostasis and thrombosis. They adhere to subendothelial collagens exposed at sites of blood vessel injury via the glycoprotein (GP) 1b-V-IX receptor complex, GPV1 and integrin alpha(2)beta(1)-These receptors perform distinct functions in the regulation of cell signalling involving non-receptor tyrosine kinases (e.g. Src, Fyn, Lyn, Syk and Btk), adaptor proteins, phospholipase C and lipid kinases such as phosphoinositide 3-kinase. They are also coupled to an increase in cytosolic calcium levels and protein kinase C activation, leading to the secretion of paracrine/autocrine platelet factors and an increase in integrin receptor affinities. Through the binding of plasma fibrinogen and von Willebrand Factor to integrin alphaIIbbeta(3), a platelet thrombus is formed. Although increasing evidence indicates that each of the adhesion receptors GPIb-V-IX and GPV1 and integrins alpha(2)beta(1) and alpha(IIb)beta(3) contribute to the signalling that regulates this process, the individual roles of each are only beginning to be dissected. By contrast, adhesion receptor signalling through platelet endothelial cell adhesion molecule 1 (PECAM-1) is implicated in the inhibition of platelet function and thrombus formation in the healthy circulation. Recent studies indicate that understanding of platelet adhesion signalling mechanisms might enable the development of new strategies to treat and prevent thrombosis.