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.

Étude de l’implication de la force du signal transmis par le récepteur des cellules T dans le développement et la survie des lymphocytes T mémoires

Suite à la rencontre d’un antigène (Ag) présenté à la surface des cellules présentatrice de l’Ag (CPA), les lymphocytes T naïfs, ayant un récepteur des cellules T (RCT) spécifique de l’Ag, vont proliférer et se différencier en LT effecteurs (1). Suite à l’élimination de l’Ag la majorité des LTe vont mourir par apoptose alors que les restants vont se différencier en LT mémoire (LTm) protégeant l’organisme à long terme. Les mécanismes qui permettent la différenciation des LTe en LTm sont encore inconnus. Pour comprendre comment les LTm CD8+ sont générés à partir des LTe, nous avons émis l’hypothèse que la densité de l’Ag présenté par les CPA peut avoir un impact sur la sélection des LT CD8+ répondant l’Ag à se différencier en LTm. De manière intéressante, nos résultats montrent qu’une immunisation avec des cellules dendritiques (DCs) exprimant un haut niveau de complexe CMH/peptide à sa surface permet le développement de LTm. À l’inverse, le développement des LTm est fortement réduit (10-20X) lorsque les souris sont immunisées avec des DCs exprimant un niveau faible de complexes CMH/peptide à leur surface. De plus, la quantité d’Ag n’a aucune influence ni sur l’expansion des LT CD8+ ni sur l’acquisition de leurs fonctions effectrices, mais affecte de manière critique la génération des LTm. Nos résultats suggèrent que le nombre de RCT engagé lors de la reconnaissance de l’Ag est important pour la formation des LTm. Pour cela nous avons observé par vidéo-microscopie le temps d’interaction entre des LTn et des DCs. Nos résultats montrent que le temps et la qualité de l’interaction sont dépendants de la densité d’Ag présenté par les DCs. Effectivement, nous observons une diminution dans le pourcentage de LT faisant une interaction prolongée avec les DCs quand le niveau d’Ag est faible. De plus, nous observons des variations de l’expression des facteurs de transcription clefs impliqués dans la différenciation des LTm tels qu’Eomes, Bcl-6 et Blimp-1. Par ailleurs, la densité d’Ag fait varier l’expression du Neuron-derived orphan nuclear receptor 1 (Nor-1). Nor-1 est impliqué dans la conversion de Bcl-2 en molécule pro-apoptotique et contribue à la mort par apoptose des LTe pendant la phase de contraction. Notre modèle propose que la densité de l’épitope contrôle la génération des CD8+ LTm. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la génération des LTm permettra le développement de meilleures stratégies pour la génération de vaccin. Dans un second temps, nous avons évalué le rôle du signal RCT dans l’homéostasie des LTm. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle de souris transgénique pour le RCT dont son expression peut être modulée par un traitement à la tétracycline. Ce système nous a permis d’abolir l’expression du RCT à la surface des LTm. De manière intéressante, en absence de RCT exprimé, les LTm CD8+ peuvent survivre à long terme dans l’organisme et rester fonctionnels. De plus, une sous population des LTm CD4+ a la capacité de survivre sans RCT exprimé dans un hôte lymphopénique alors que l’autre sous population nécessite l’expression du RCT.

La formine Diaphanous est essentielle pour l’organisation et la maturation de l’anneau contractile pendant la cytokinèse

Une cellule se divise en deux par le processus de cytokinèse. Elle requiert la coordination de plusieurs composants pour éviter la formation des cellules potentiellement cancéreuses. Premièrement, un anneau contractile (AC) dépendant de l’actine et de Rho-GTP diminue le diamètre de la cellule jusqu’à la formation d’une structure plus stable indépendante de l’actine, l’anneau du midbody (AM) qui guide l’éventuelle séparation des cellules sœurs. Diaphanous (Dia) est une formine dépendante de Rho responsable de l’agencement des filaments d’actine non ramifiés qui se localise à l’AC et est essentielle à la cytokinèse. Nous avons étudié le rôle de Dia pendant la cytokinèse par microscopie de haute résolution en temps réel pour suivre le comportement dynamique des protéines fluorescentes (PF) dans des cellules de Drosophile S2. Une construction fonctionnelle de Dia-PF est recrutée à l’AC et l’AM indépendamment de l’actine mais est absente dans l’AM mature. Dia quitte l’AM au même temps où l’AM dévient indépendant d’actine. La déplétion de Dia par ARN interférant ralentit la constriction de l’AC, augmente les oscillations et, dans 70% des cas, les cellules échouent la cytokinèse pendant la constriction, suggérant que Dia a un rôle dans l’organisation de l’AC. LifeAct-PF, une sonde pour F-actine, dévoile une diminution des filaments d’actine spécifique à l’AC des cellules dépourvues de Dia pendant que Anilline-PF et Myosine-PF sont recrutées en puncta. Ces résultats soutiennent un modèle où Dia nuclée des filaments d’actine qui permettent l’organisation dynamique de l’AC et la perte de Dia régule la transition à l’AM stable indépendant d’actine.

Empéripolèse des cellules de lymphomes humains Ramos par les fibroblastes.

Le fichier vidéo en format .avi accompagne mon document et correspond à l'annexe II. C'est une vidéomicroscopie dont la légende est mise en annexe II.

The orphan nuclear receptor, liver receptor homolog-1 (LRH-1, NR5A2) regulates decidualization

La période de réceptivité endométriale chez l’humain coïncide avec la différentiation des cellules stromales de l’endomètre en cellules hautement spécifiques, les cellules déciduales, durant le processus dit de décidualisation. Or, on sait qu’une transformation anormale des cellules endométriales peut être à l’origine de pertes récurrentes de grossesses. LRH-1 est un récepteur nucléaire orphelin et un facteur de transcription régulant de nombreux évènements relatif à la reproduction et comme tout récepteur, son activation promouvoit l’activité transcriptionnelle de ses gènes cibles. Nous avons déjà montré que LRH-1 et son activité sont essentiels pour la décidualisation au niveau de l’utérus chez la souris et nous savons qu’il est présent dans l’utérus chez l’humain au moment de la phase de prolifération mais aussi de sécrétion du cycle menstruel, et que son expression augmente dans des conditions de décidualisation in vitro. Notre hypothèse est alors la suivante : LRH-1 est indispensable à la décidualisation du stroma endométrial, agissant par le biais de la régulation transcriptionnelle de gènes requis pour la transformation de cellules stromales en cellules déciduales. Afin d’explorer le mécanisme moléculaire impliqué dans la régulation transcriptionnelle effectuée par l’intermédiaire de ce récepteur, nous avons mis en place un modèle de décidualisation in vitro utilisant une lignée de cellules stromales de l’endomètre, cellules humaines et immortelles (hESC). Notre modèle de surexpression développé en transfectant les dites cellules avec un plasmide exprimant LRH-1, résulte en l’augmentation, d’un facteur 5, de l’abondance du transcriptome de gènes marqueurs de la décidualisation que sont la prolactine (PRL) et l’insulin-like growth factor binding protein-1 (IGFBP-1). En outre, la sous-régulation de ce récepteur par l’intermédiaire de petits ARN interférents (shRNA) abolit la réaction déciduale, d’un point de vue morphologique mais aussi en terme d’expression des deux gènes marqueurs cités ci-dessus. Une analyse par Chromatin ImmunoPrécipitation (ou ChIP) a démontré que LRH-1 se lie à des régions génomiques se trouvant en aval de certains gènes importants pour la décidualisation comme PRL, WNT 4, WNT 5, CDKN1A ou encore IL-24, et dans chacun de ces cas cités, cette capacité de liaison augmente dans le cadre de la décidualisation in vitro. Par ailleurs, des études structurelles ont identifié les phospholipides comme des ligands potentiels pour LRH-1. Nous avons donc choisi d’orienter notre travail de façon à explorer les effets sur les ligands liés à LRH-1 de traitements impliquant des agonistes et antagonistes à notre récepteur nucléaire. Les analyses par q-PCR et Western blot ont montré que la modulation de l’activité de LRH-1 par ses ligands influait aussi sur la réaction déciduale. Enfin, des études récentes de Salker et al (Salker, Teklenburg et al. 2010) ont mis en évidence que les cellules stromales humaines décidualisées sont de véritables biocapteurs de la qualité embryonnaire et qu’elles ont la capacité de migrer en direction de l’embryon. La série d’expériences que nous avons réalisée à l’aide de cellules hESC placées en co-culture avec des embryons de souris confirme que la migration cellulaire est bien dirigée vers les embryons. Cette propriété quant à l’orientation de la migration cellulaire est notoirement diminuée dans le cas où l’expression de LRH-1 est déplétée par shRNA dans les hESC. Nos données prouvent donc que LRH-1 régule non seulement la transcription d’un ensemble de gènes impliqués dans le processus de décidualisation mais agit aussi sur la motilité directionnelle de ces cellules hESC décidualisées in vitro.

Stabilité temporelle du Thermomètre de détresse et de l'Échelle d'évaluation des symptômes d'Edmonton-révisée chez des parents de survivants d'une tumeur pédiatrique

Essai doctoral présenté à la Faculté des arts et des sciences en vue de l’obtention du grade de Docteur en psychologie, option psychologie clinique (D.Psy.)

Roles of the translationally controlled tumour protein (TCTP) and the double-stranded RNA-dependent protein kinase, PKR, in cellular stress responses

Translationally controlled tumour protein (TCTP) is a highly conserved protein present in all eukaryotic organisms. Various cellular functions and molecular interactions have been ascribed to this protein, many related to its growth-promoting and antiapoptotic properties. TCTP levels are highly regulated in response to various cellular stimuli and stresses. We have shown recently that the double-stranded RNA-dependent protein kinase, PKR, is involved in translational regulation of TCTP. Here we extend these studies by demonstrating that TCTP is downregulated in response to various proapoptotic treatments, in particular agents that induce Ca++ stress, in a PKR-dependent manner. This regulation requires phosphorylation of protein synthesis factor eIF2α. Since TCTP has been characterized as an antiapoptotic and Ca++-binding protein, we asked whether it is involved in protecting cells from Ca++-stress-induced apoptosis. Overexpression of TCTP partially protects cells against thapsigargin-induced apoptosis, as measured using caspase-3 activation assays, a nuclear fragmentation assay, using fluorescence-activated cell sorting analysis, and time-lapse video microscopy. TCTP also protects cells against the proapoptotic effects of tunicamycin and etoposide, but not against those of arsenite. Our results imply that cellular TCTP levels influence sensitivity to apoptosis and that PKR may exert its proapoptotic effects at least in part through downregulation of TCTP via eIF2α phosphorylation.

Preliminary results on the non-thermal effects of 200-350 GHz radiation on the growth rate of S. cerevisiae cells in microcolonies

We report preliminary results from studies of biological effects induced by non-thermal levels of non-ionizing electromagnetic radiation. Exponentially growing Saccharomyces cerevisiae yeast cells grown on dry media were exposed to electromagnetic fields in the 200–350 GHz frequency range at low power density to observe possible non-thermal effects on the microcolony growth. Exposure to the electromagnetic field was conducted over 2.5 h. The data from exposure and control experiments were grouped into either large-, medium- or small-sized microcolonies to assist in the accurate assessment of growth. The three groups showed significant differences in growth between exposed and control microcolonies. A statistically significant enhanced growth rate was observed at 341 GHz. Growth rate was assessed every 30 min via time-lapse photography. Possible interaction mechanisms are discussed, taking into account Frohlich's hypothesis.

The dermomyotome ventrolateral lip is essential for the hypaxial myotome formation

Background The myotome is the primitive skeletal muscle that forms within the embryonic metameric body wall. It can be subdivided into an epaxial and hypaxial domain. It has been shown that the formation of the epaxial myotome requires the dorsomedial lip of the dermomyotome (DML). Although the ventrolateral lip (VLL) of the dermomyotome is believed to be required for the formation of the hypaxial myotome, experimentally evidence for this statement still needs to be provided. Provision of such data would enable the resolution of a debate regarding the formation of the hypaxial dermomyotome. Two mechanisms have been proposed for this tissue. The first proposes that the intermediate dermomyotome undergoes cellular expansion thereby pushing the ventral lateral lip in a lateral direction (translocation). In contrast, the alternative view holds that the ventral lateral lip grows laterally. Results Using time lapse confocal microscopy, we observed that the GFP-labelled ventrolateral lip (VLL) of the dermomyotome grows rather than translocates in a lateral direction. The necessity of the VLL for lateral extension of the myotome was addressed by ablation studies. We found that the hypaxial myotome did not form after VLL ablation. In contrast, the removal of an intermediate portion of the dermomyotome had very little effect of the hypaxial myotome. These results demonstrate that the VLL is required for the formation of the hypaxial myotome. Conclusion Our study demonstrates that the dermomyotome ventrolateral lip is essential for the hypaxial myotome formation and supports the lip extension model. Therefore, despite being under independent signalling controls, both the dorsomedial and ventrolateral lip fulfil the same function, i.e. they extend into adjacent regions permitting the growth of the myotome.

Exposure to parabens at the concentration of maximal proliferative response increases migratory and invasive activity of human breast cancer cells in vitro

Alkyl esters of p–hydroxybenzoic acid (parabens) are widely used as preservatives in personal care products, foods and pharmaceuticals. Their oestrogenic activity, their measurement in human breast tissue and their ability to drive proliferation of oestrogen-responsive human breast cancer cells has opened a debate on their potential to influence breast cancer development. Since proliferation is not the only hallmark of cancer cells, we have investigated the effects of exposure to parabens at concentrations of maximal proliferative response on migratory and invasive properties using three oestrogen-responsive human breast cancer cell lines (MCF-7, T-47-D, ZR-75-1). Cells were maintained short-term (1 week) or long-term (20±2 weeks) in phenol-red-free medium containing 5% charcoal-stripped serum with no addition, 10-8M 17-oestradiol, 1-5x10-4M methylparaben, 10-5M n-propylparaben or 10-5M n-butylparaben. Long-term exposure (20±2 weeks) of MCF-7 cells to methylparaben, n-propylparaben or n-butylparaben increased migration as measured using a scratch assay, time-lapse microscopy and xCELLigence technology: invasive properties were found to increase in matrix degradation assays and migration through matrigel on xCELLigence. Western immunoblotting showed an associated downregulation of E-cadherin and -catenin in the long-term paraben-exposed cells which could be consistent with a mechanism involving epithelial to mesenchymal transition. Increased migratory activity was demonstrated also in long-term paraben-exposed T-47-D and ZR-75-1 cells using a scratch assay and time-lapse microscopy. This is the first report that in vitro, parabens can influence not only proliferation but also migratory and invasive properties of human breast cancer cells.

MCP-1 induces migration of adult neural stem cells

As a model for brain inflammation we previously studied transcriptional profiles of tumor necrosis factor-alpha (TNF)treated U373 astroglioma cells. In previous work we were able to demonstrate that the chemokine monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1, SCYA2, CCL2, MCAF) expression in U373 cells was inducible by TNF-alpha treatment. Demonstrably MCP-1 mRNA and protein expression in U373 cells was sustainable over time and at the highest level of all genes analyzed (Schwamborn et al., BMC Genomics 4, 46, 2003). In the hematopoietic system MCP-1 is a CC chemokine that attracts monocytes, memory T lymphocytes, and natural killer cells. In search of further functions in brain inflammation we tested the hypothesis that MCP-1 acts as a chemokine on neural stem cells. Here we report that MCP-1 activates the migration capacity of rat-derived neural stem cells. The migration of stem cells in a Boyden chamber analysis was elevated after stimulation with MCP-1. Time-lapse video microscopy visualized the migration of single stem cells from neurospheres in MCP-1-treated cultures, whereas untreated cultures depicted no migration at all, but showed signs of sprouting. Expression of the MCP-1 receptor CCR2 in neurosphere cultures was verified by RT-PCR and immunofluorescence microscopy. Supernatants from TNF-treated U373 cells also induced migration of neural stem cells.

Ibuprofen inhibits migration and proliferation of human coronary artery smooth muscle cells by inducing a differentiated phenotype: role of peroxisome proliferator-activated receptor y

Objectives: The search for agents that are capable of preventing restenosis and reduce the risk of late thrombosis is of utmost importance. In this study we aim to evaluate the in vitro effects of ibuprofen on proliferation and migration of human coronary artery smooth muscle cells (HCASMCs) and on human coronary artery endothelial cells (HCAECs) migration. Methods: Cell proliferation was evaluated by direct cell counting using trypan blue exclusion. Cell migration was assessed by wound healing “scratch” assay and by time lapse video-microscopy. Protein expression was assessed by immunoblotting, and morphological changes were studied by immunocytochemistry. The involvement of the PPARγ pathway was studied with the selective agonist troglitazone, and the use of highly selective antagonists of PPARγ such as PGF2α and GW9662. Results: We demonstrate that ibuprofen inhibits proliferation and migration of HCASMCs and induces a switch in HCASMCs towards a differentiated and contractile phenotype, and that these effects are mediated through the PPARγ pathway. Importantly we also show that the effects of ibuprofen are cell type specific as it does not affect migration and proliferation of endothelial cells. Conclusions: Taken together, our results suggest that ibuprofen could be an effective drug for the development of novel drug eluting stents, which could lead reduced rates of restenosis and potentially other complications of DES stent implantation.

Regulation of cell migration in cancer: investigation into the regulation of cancer cell blebbing in the extracellular matrix

Cell migration is a highly coordinated process and any aberration in the regulatory mechanisms could result in pathological conditions such as cancer. The ability of cancer cells to disseminate to distant sites within the body has made it difficult to treat. Cancer cells also exhibit plasticity that makes them able to interconvert from an elongated, mesenchymal morphology to an amoeboid blebbing form under different physiological conditions. Blebs are spherical membrane protrusions formed by actomyosin-mediated contractility of cortical actin resulting in increased hydrostatic pressure and subsequent detachment of the membrane from the cortex. Tumour cells use blebbing as an alternative mode of migration by squeezing through preexisting gaps in the ECM, and bleb formation is believed to be mediated by the Rho-ROCK signaling pathway. However, the involvement of transmembrane water and ion channels in cell blebbing has not been examined. In the present study, the role of the transmembrane water channels, aquaporins, transmembrane ion transporters and lipid signaling enzymes in the regulation of blebbing was investigated. Using 3D matrigel matrix as an in vitro model to mimic normal extracellular matrix, and a combination of confocal and time-lapse microscopy, it was found that AQP1 knockdown by siRNA ablated blebbing of HT1080 and ACHN cells, and overexpression of AQP1-GFP not only significantly increased bleb size with a corresponding decrease in bleb numbers, but also induced bleb formation in non-blebbing cell lines. Importantly, AQP1 overexpression reduces bleb lifespan due to faster bleb retraction. This novel finding of AQP1-facilitated bleb retraction requires the activity of the Na+/H+ pump as inhibition of the ion transporter, which was found localized to intracellular vesicles, blocked bleb retraction in both cell lines. This study also demonstrated that a differential regulation of cell blebbing by AQP isoforms exists as knockdown of AQP5 had no effect on bleb formation. Data from this study also demonstrates that the lipid signaling PLD2 signals through PA in the LPA-LPAR-Rho-ROCK axis to positively regulate bleb formation in both cell lines. Taken together, this work provides a novel role of AQP1 and Na+/H+ pump in regulation of cell blebbing, and this could be exploited in the development of new therapy to treat cancer.

Effect of aluminium on migration of oestrogen unresponsive MDA-MB-231 human breast cancer cells in culture

Aluminium (Al) has been measured in human breast tissue, and may be a contributory factor in breast cancer development. At the 10th Keele meeting, we reported that long-term exposure to Al could increase migratory properties of oestrogen-responsive MCF-7 human breast cancer cells suggesting a role for Al in the metastatic process. We now report that long-term exposure (20–25 weeks) to Al chloride or Al chlorohydrate at 10−4 M or 10−5Mconcentrations can also increase themigration of oestrogen unresponsiveMDA-MB-231 human breast cancer cells as measured using time-lapse microscopy and xCELLigence technology. In parallel, Al exposure was found to give rise to increased secretion of active matrixmetalloproteinaseMMP9 as measured by zymography, and increased intracellular levels of activated MMP14 as measured by western immunoblotting. These results demonstrate that Al can increase migration of human breast cancer cells irrespective of their oestrogen responsiveness, and implicate alterations to MMPs as a potential mechanism worthy of further study.

The geodiamolide H, derived from Brazilian sponge Geodia corticostylifera, regulates actin cytoskeleton, migration and invasion of breast cancer cells cultured in three-dimensional environment

We are investigating effects of the depsipeptide geodiamolide H, isolated from the Brazilian sponge Geodia corticostylifera, on cancer cell lines grown in 3D environment. As shown previously geodiamolide H disrupts actin cytoskeleton in both sea urchin eggs and breast cancer cell monolayers. We used a normal mammary epithelial cell line MCF 10A that in 3D assay results formation of polarized spheroids. We also used cell lines derived from breast tumors with different degrees of differentiation: MCF7 positive for estrogen receptor and the Hs578T, negative for hormone receptors. Cells were placed on top of Matrigel. Spheroids obtained from these cultures were treated with geodiamolide H. Control and treated samples were analyzed by light and confocal microscopy. Geodiamolide H dramatically affected the poorly differentiated and aggressive Hs578T cell line. The peptide reverted HsS78T malignant phenotype to polarized spheroid-like structures. MCF7 cells treated by geodiamolide H exhibited polarization compared to controls. Geodiamolide H induced striking phenotypic modifications in Hs578T cell line and disruption of actin cytoskeleton. We investigated effects of geodiamolide H on migration and invasion of Hs578T cells. Time-lapse microscopy showed that the peptide inhibited migration of these cells in a dose-dependent manner. Furthermore invasion assays revealed that geodiamolide H induced a 30% decrease on invasive behavior of Hs578T cells. Our results suggest that geodiamolide H inhibits migration and invasion of Hs578T cells probably through modifications in actin cytoskeleton. The fact that normal cell lines were not affected by treatment with geodiamolide H stimulates new studies towards therapeutic use for this peptide.