Five new CYLD mutations in skin appendage tumors and evidence that aspartic acid 681 in CYLD is essential for deubiquitinase activity.

Brooke-Spiegler syndrome, familial cylindromatosis, and familial trichoepithelioma are autosomal-dominant genetic predispositions for benign tumors of skin appendages caused by mutations in the CYLD gene localized on chromosome 16q12-q13. The encoded protein functions as ubiquitin-specific protease (UBP), which negatively regulates NF-kappaB and c-Jun N-terminal kinase (JNK) signaling. We investigated five families affected with these skin neoplasms and identified four premature stop codons and the novel missense mutation D681G in a family in which 11 of 12 investigated tumors were trichoepitheliomas. CYLD protein harboring this missense mutation had a significant reduced ability to inhibit TNF receptor-associated factor (TRAF)2- and TRAF6-mediated NF-kappaB activation, tumor necrosis factor-alpha (TNFalpha)-induced JNK signaling, and to deubiquitinate TRAF2. CYLD-D681G was coimmunoprecipitated by TRAF2, but was unable to cleave K63-linked polyubiquitin chains. Aspartic acid 681 is highly conserved in CYLD homologues and other members of the UBP family, but does not belong to the Cys and His boxes providing the CYLD catalytic triad (Cys601, His871, and Asp889). As reported previously, the homologous residue D295 of HAUSP/USP-7 forms a hydrogen bond with the C-terminal end of ubiquitin and is important for the enzymatic activity. These results underline that D681 in CYLD is required for cleavage of K63-linked polyubiquitin chains.

JNK3 Is Required for the Cytoprotective Effect of Exendin 4.

Preservation of beta cell against apoptosis is one of the therapeutic benefits of the glucagon-like peptide-1 (GLP1) antidiabetic mimetics for preserving the functional beta cell mass exposed to diabetogenic condition including proinflammatory cytokines. The mitogen activated protein kinase 10 also called c-jun amino-terminal kinase 3 (JNK3) plays a protective role in insulin-secreting cells against death caused by cytokines. In this study, we investigated whether the JNK3 expression is associated with the protective effect elicited by the GLP1 mimetic exendin 4. We found an increase in the abundance of JNK3 in isolated human islets and INS-1E cells cultured with exendin 4. Induction of JNK3 by exendin 4 was associated with an increased survival of INS-1E cells. Silencing of JNK3 prevented the cytoprotective effect of exendin 4 against apoptosis elicited by culture condition and cytokines. These results emphasize the requirement of JNK3 in the antiapoptotic effects of exendin 4.

Role and regulation of islet-Brain 1 in pancreatic β-cells

Résumé : L'insuline est produite et sécrétée par la cellule ß-pancréatique. Son rôle est de régler le taux de sucre dans le sang. Si ces cellules meurent ou échouent à produire suffisamment de l'insuline, les sujets développent le diabète de type 2 (DT2), une des maladies les plus communes dans les pays développés. L'excès chronique des lipoprotéines LDL oxydés (oxLDL) et/ou des cytokines pro-inflammatoires comme l'interleukine-1ß (IL-1ß) participent au dérèglement et à la mort des cellules ß. Nous avons montré qu'une chute des niveaux d'expression de la protéine nommée «mitogen activated protein kinase 8 interacting protein 1» ou «islet brain 1 (IB 1)» est en partie responsable des effets provoqués par les oxLDL ou IL-1ß. IB1 régule l'expression de l'insuline et la survie cellulaire en inhibant la voie de signalisation « c-jun N-terminal Kinase (JNK)». La réduction des niveaux d'expression d'IB1 provoque l'activation de la voie JNK en réponse aux facteurs environnementaux, et ainsi initie la réduction de l'expression de l'insuline et l'induction du programme de mort cellulaire. Les mimétiques de l'hormone "Glucagon-like peptide 1", tel que l'exendin-4 (ex-4), sont une nouvelle classe d'agents hypoglycémiants utilisés dans le traitement du DT2. Les effets bénéfiques de l'ex-4 sont en partie accomplis en préservant l'expression de l'insuline et la survie des cellules ß contre les stress associés au DT2. La restauration des niveaux d'expression d'IB1 est un des mécanismes par lequel l'ex-4 prodigue son effet sur la cellule. En effet, cette molécule stimule l'activité du promoteur du gène et ainsi compense la réduction du contenu en IB1 causée par le stress. Outre ce rôle anti-apoptotique, dans ce travail de thèse nous avons mis en évidence une autre fonction d'IB1 dans la cellule ß. La réduction de l'activité ou des niveaux d'expression d'IB1 induisent une réduction importante de la sécrétion de l'insuline en réponse au glucose. Le mécanisme par lequel IB1 régule la sécrétion de l'insuline implique à la fois le métabolisme du glucose et éventuellement le transport vésiculaire en contrôlant l'expression de la protéine annexin A2. En résumé, IB 1 est une molécule clé à travers laquelle l'environnement du diabétique pourrait exercer un effet délétère sur la cellule ß. L'amélioration de l'activité d'IB1 et/ou de son expression devrait être considérée dans les approches thérapeutiques futures visant à limiter la perte des cellules ß dans le diabète. Abstract : ß-cells of the pancreatic islets of Langerhans produce and secrete insulin when blood glucose rises. In turn, insulin ensures that plasma glucose concentrations return within a relatively narrow physiological range. If ß-cells die or fail to produce enough insulin, individuals develop one of the most common diseases in Western countries, namely type 2 diabetes (T2D). Chronic excess of oxidized low density lipoproteins (oxLDL) and/or pro-inflammatory cytokines such as interleukin 1-ß (IL-1ß) contribute to decline of ß-cells and thereby are thought to accelerate progression of the disease overtime. We showed that profound reduction in the levels of the mitogen activated protein kinase 8 interacting protein 1 also called islet brain 1 (IB1) causes ß-cell failure accomplished by oxLDL or IL-1 ß. IB1 regulates insulin expression and cell survivals by inhibiting the c-Jun N-terminal Kinase pathway. Diminution in IB 1 levels leads to an increase in activation of the JNK pathway induced by environmental stressors, and thus initiates loss of insulin expression and programmed cell death. The mimetic agents of the glucoincretin glucagon-like peptide 1 such as exendin-4 (ex-4) are new class of hypoglycaemic medicines for treatment of T2D. The beneficial property is in part achieved by preserving insulin expression and ß-cell survival against stressors related to diabetes. Restored levels in IB 1 account for the cytoprotective effect of the ex-4. In fact, the latter molecule .stimulates the promoter activity of the gene and thus compensates loss of IB1 content triggered by stress. Beside of the anti-apoptotic role, an additional leading function for IB 1 in ß-cells was highlighted in this thesis. Impairment in IB1 activity or silencing of the gene in ß-cells revealed a major reduction in insulin secretion elicited by glucose. The mechanisms whereby IB 1 couples glucose to insulin release involve glucose metabolism and potentially, vesicles trafficking by maintaining the levels of annexin A2. IB 1 is therefore a key molecule through which environmental factors related to diabetes may exert harmful effects on ß-cells. Improvement in IB 1 activity and/or expression should be considered as a target for therapeutic purpose.

Rac2 GTPase activation by angiotensin II is modulated by Ca2C/calcineurin and mitogen-activated protein kinases in human neutrophils

Angiotensin II (Ang II) highly stimulates superoxide anion production by neutrophils. The G-protein Rac2 modulates the activity of NADPH oxidase in response to various stimuli. Here, we describe that Ang II induced both Rac2 translocation from the cytosol to the plasma membrane and Rac2 GTP-binding activity. Furthermore, Clostridium difficile toxin A, an inhibitor of the Rho-GTPases family Rho, Rac and Cdc42, prevented Ang II-elicited O2-/ROS production, phosphorylation of the mitogen-activated protein kinases (MAPKs) p38, extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) and c-Jun N-terminal kinase 1/2, and Rac2 activation. Rac2 GTPase inhibition by C. difficile toxin A was accompanied by a robust reduction of the cytosolic Ca(2)(+) elevation induced by Ang II in human neutrophils. Furthermore, SB203580 and PD098059 act as inhibitors of p38MAPK and ERK1/2 respectively, wortmannin, an inhibitor of phosphatidylinositol-3-kinase, and cyclosporin A, a calcineurin inhibitor, hindered both translocation of Rac2 from the cytosol to the plasma membrane and enhancement of Rac2 GTP-binding elicited by Ang II. These results provide evidence that the activation of Rac2 by Ang II is exerted through multiple signalling pathways, involving Ca(2)(+)/calcineurin and protein kinases, the elucidation of which should be insightful in the design of new therapies aimed at reversing the inflammation of vessel walls found in a number of cardiovascular diseases.

The tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand receptors TRAIL-R1 and TRAIL-R2 have distinct cross-linking requirements for initiation of apoptosis and are non-redundant in JNK activation.

Overexpression of the tumor necrosis factor (TNF)-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) receptors, TRAIL-R1 and TRAIL-R2, induces apoptosis and activation of NF-kappaB in cultured cells. In this study, we have demonstrated differential signaling capacities by both receptors using either epitope-tagged soluble TRAIL (sTRAIL) or sTRAIL that was cross-linked with a monoclonal antibody. Interestingly, sTRAIL was sufficient for induction of apoptosis only in cell lines that were killed by agonistic TRAIL-R1- and TRAIL-R2-specific IgG preparations. Moreover, in these cell lines interleukin-6 secretion and NF-kappaB activation were induced by cross-linked or non-cross-linked anti-TRAIL, as well as by both receptor-specific IgGs. However, cross-linking of sTRAIL was required for induction of apoptosis in cell lines that only responded to the agonistic anti-TRAIL-R2-IgG. Interestingly, activation of c-Jun N-terminal kinase (JNK) was only observed in response to either cross-linked sTRAIL or anti-TRAIL-R2-IgG even in cell lines where both receptors were capable of signaling apoptosis and NF-kappaB activation. Taken together, our data suggest that TRAIL-R1 responds to either cross-linked or non-cross-linked sTRAIL which signals NF-kappaB activation and apoptosis, whereas TRAIL-R2 signals NF-kappaB activation, apoptosis, and JNK activation only in response to cross-linked TRAIL.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.

The scaffold protein IB1/JIP-1 is a critical mediator of cytokine-induced apoptosis in pancreatic beta cells.

In insulin-secreting cells, cytokines activate the c-Jun N-terminal kinase (JNK), which contributes to a cell signaling towards apoptosis. The JNK activation requires the presence of the murine scaffold protein JNK-interacting protein 1 (JIP-1) or human Islet-brain 1(IB1), which organizes MLK3, MKK7 and JNK for proper signaling specificity. Here, we used adenovirus-mediated gene transfer to modulate IB1/JIP-1 cellular content in order to investigate the contribution of IB1/JIP-1 to beta-cell survival. Exposure of the insulin-producing cell line INS-1 or isolated rat pancreatic islets to cytokines (interferon-gamma, tumor necrosis factor-alpha and interleukin-1beta) induced a marked reduction of IB1/JIP-1 content and a concomitant increase in JNK activity and apoptosis rate. This JNK-induced pro-apoptotic program was prevented in INS-1 cells by overproducing IB1/JIP-1 and this effect was associated with inhibition of caspase-3 cleavage. Conversely, reducing IB1/JIP-1 content in INS-1 cells and isolated pancreatic islets induced a robust increase in basal and cytokine-stimulated apoptosis. In heterozygous mice carrying a selective disruption of the IB1/JIP-1 gene, the reduction in IB1/JIP-1 content in happloinsufficient isolated pancreatic islets was associated with an increased JNK activity and basal apoptosis. These data demonstrate that modulation of the IB1-JIP-1 content in beta cells is a crucial regulator of JNK signaling pathway and of cytokine-induced apoptosis.

Immunoregulation in human malaria: the challenge of understanding asymptomatic infection

Asymptomatic Plasmodium infection carriers represent a major threat to malaria control worldwide as they are silent natural reservoirs and do not seek medical care. There are no standard criteria for asymptomaticPlasmodium infection; therefore, its diagnosis relies on the presence of the parasite during a specific period of symptomless infection. The antiparasitic immune response can result in reducedPlasmodium sp. load with control of disease manifestations, which leads to asymptomatic infection. Both the innate and adaptive immune responses seem to play major roles in asymptomatic Plasmodiuminfection; T regulatory cell activity (through the production of interleukin-10 and transforming growth factor-β) and B-cells (with a broad antibody response) both play prominent roles. Furthermore, molecules involved in the haem detoxification pathway (such as haptoglobin and haeme oxygenase-1) and iron metabolism (ferritin and activated c-Jun N-terminal kinase) have emerged in recent years as potential biomarkers and thus are helping to unravel the immune response underlying asymptomatic Plasmodium infection. The acquisition of large data sets and the use of robust statistical tools, including network analysis, associated with well-designed malaria studies will likely help elucidate the immune mechanisms responsible for asymptomatic infection.

Neuroprotection in cerebral ischemia with XG-102, a new peptide inhibitor of JNK

Abstract Stroke or cerebrovascular accident, whose great majority is of ischemic nature, is the third leading cause of mortality and long lasting disability in industrialised countries. Resulting from the loss of blood supply to the brain depriving cerebral tissues of oxygen and glucose, it induces irreversible neuronal damages. Despite the large amount of research carried out into the causes and pathogenic features of cerebral ischemia the progress toward effective treatments has been poor. Apart the clot-busting drug tissue-type plasminogen activator (tPA) as effective therapy for acute stroke (reperfusion by thrombolysis) but limited to a low percentage of patients, there are currently no other approved medical treatments. The need for new therapy strategies is therefore imperative. Neuronal death in cerebral ischemia is among others due to excitotoxic mechanisms very early after stroke onset. One of the main involved molecular pathways leading to excitotoxic cell death is the c-Jun NH2-terminal kinase (JNK) pathway. Several studies have already shown the efficacy of a neuroprotective agent of a new type, a dextrogyre peptide synthesized in the retro inverso form (XG102, formerly D-JNKI1), which is protease-resistant and cell-penetrating and that selectively and strongly blocks the access of JNK to many of its targets. A powerful protection was observed with this compound in several models of ischemia (Borsello et al. 2003;Hirt et al. 2004). This chimeric compound, made up of a 10 amino acid TAT transporter sequence followed by a 20 amino acids JNK binding domain (JBD) sequence from JNK inhibitor protein (JIP) molecule, induced both a major reduction in lesion size and improved functional outcome. Moreover it presents a wide therapeutic window. XG-102 has proved its powerful efficacy in an occlusion model of middle cerebral artery in mice with intracérebroventricular (i.c.v.) injection but in order to be able to consider the development of this drug for human ischemic stroke it was therefore necessary to determine the feasibility of its systemic administration. The studies being the subject of this thesis made it possible to show a successful neuroprotection with XG-102 administered systemically after transient mouse middle cerebral artery occlusion (MCAo). Moreover our data. provided information about the feasibility to combine XG-102 with tPA without detrimental action on cell survival. By combining the benefits from a reperfusion treatment with the effects of a neuroprotective compound, it would represent the advantage of bringing better chances to protect the cerebral tissue. Résumé L'attaque cérébrale ou accident vasculaire cérébral, dont la grande majorité est de nature ischémique, constitue la troisième cause de mortalité et d'infirmité dans les pays industrialisés. Résultant de la perte d'approvisionnement de sang au cerveau privant les tissus cérébraux d'oxygène et de glucose, elle induit des dommages neuronaux irréversibles. En dépit du nombre élevé de recherches effectuées pour caractériser les mécanismes pathogènes de l'ischémie. cérébrale, les progrès vers des traitements efficaces restent pauvres. Excepté l'activateur tissulaire du plasminogène (tPA) dont le rôle est de désagréger les caillots sanguins et employé comme thérapie efficace contre l'attaque cérébrale aiguë (reperfusion par thrombolyse) mais limité à un faible pourcentage de patients, il n'y a actuellement aucun autre traitement médical approuvé. Le besoin de nouvelles stratégies thérapeutiques est par conséquent impératif. La mort neuronale dans l'ischémie cérébrale est entre autres due à des mécanismes excitotoxiques survenant rapidement après le début de l'attaque cérébrale. Une des principales voies moléculaires impliquée conduisant à la mort excitotoxique des cellules est la voie de la c-Jun NH2terminal kinase (JNK). Plusieurs études ont déjà montré l'efficacité d'un agent neuroprotecteur d'un nouveau type, un peptide dextrogyre synthétisé sous la forme retro inverso (XG-102, précédemment D-JNKI1) résistant aux protéases, capable de pénétrer dans les cellules et de bloquer sélectivement et fortement l'accès de JNK à plusieurs de ses cibles. Une puissante protection a été observée avec ce composé dans plusieurs modèles d'ischémie (Borsello et al. 2003;Hirt et al. 2004). Ce composé chimérique, construit à partir d'une séquence TAT de 10 acides aminés suivie par une séquence de 20 acides aminés d'un domaine liant JNK (JBD) issu de la molécule JNK protéine inhibitrice. (JIP), induit à la fois une réduction importante de la taille de lésion et un comportement fonctionnel amélioré. De plus il présente une fenêtre thérapeutique étendue. XG-102 a prouvé sa puissante efficacité dans un modèle d'occlusion de l'artère cérébrale moyenne chez la souris avec injection intracerebroventriculaire (i.c.v.) mais afin de pouvoir envisager le développement de ce composé pour l'attaque cérébrale chez l'homme, il était donc nécessaire de déterminer la faisabilité de son administration systémique. Les études faisant l'objet de cette thèse ont permis de montrer une neuroprotection importante avec XG-102 administré de façon systémique après l'occlusion transitoire de l'artère cérébrale moyenne chez la souris (MCAo). De plus nos données ont fourni des informations quant à la faisabilité de combiner XG-102 et tPA, démontrant une protection efficace par XG-102 malgré l'action nuisible du tPA sur la survie des cellules. En combinant les bénéfices de la reperfusion avec les effets d'un composé neurooprotecteur, cela représenterait l'avantage d'apporter des meilleures chances de protéger le tissu cérébral.

The JNK binding domain of islet-brain 1 inhibits IL-1 induced JNK activity and apoptosis but not the transcription of key proapoptotic or protective genes in insulin-secreting cell lines.

The stress-activated protein kinase c-Jun NH2-terminal kinase (JNK) is a central signal for interleukin-1beta (IL-1beta)-induced apoptosis in insulin-producing beta-cells. The cell-permeable peptide inhibitor of JNK (JNKI1), that introduces the JNK binding domain (JBD) of the scaffold protein islet-brain 1 (IB1) inside cells, effectively prevents beta-cell death caused by this cytokine. To define the molecular targets of JNK involved in cytokine-induced beta-cell apoptosis we investigated whether JNKI1 or stable expression of JBD affected the expression of selected pro- and anti-apoptotic genes induced in rat (RIN-5AH-T2B) and mouse (betaTC3) insulinoma cells exposed to IL-1beta. Inhibition of JNK significantly reduced phosphorylation of the specific JNK substrate c-Jun (p<0.05), IL-1beta-induced apoptosis (p<0.001), and IL-1beta-mediated c-fos gene expression. However, neither JNKI1 nor JBD did influence IL-1beta-induced NO synthesis or iNOS expression or the transcription of the genes encoding mitochondrial manganese superoxide dismutase (MnSOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx), glutathione-S-transferase rho (GSTrho), heat shock protein (HSP) 70, IL-1beta-converting enzyme (ICE), caspase-3, apoptosis-inducing factor (AIF), Bcl-2 or Bcl-xL. We suggest that the anti-apoptotic effect of JNK inhibition by JBD is independent of the transcription of major pro- and anti-apoptotic genes, but may be exerted at the translational or posttranslational level.

The transcriptional repressor REST determines the cell-specific expression of the human MAPK8IP1 gene encoding IB1 (JIP-1).

Islet-brain 1 (IB1) is the human and rat homologue of JIP-1, a scaffold protein interacting with the c-Jun amino-terminal kinase (JNK). IB1 expression is mostly restricted to the endocrine pancreas and to the central nervous system. Herein, we explored the transcriptional mechanism responsible for this preferential islet and neuronal expression of IB1. A 731-bp fragment of the 5' regulatory region of the human MAPK8IP1 gene was isolated from a human BAC library and cloned upstream of a luciferase reporter gene. This construct drove high transcriptional activity in both insulin-secreting and neuron-like cells but not in unrelated cell lines. Sequence analysis of this promoter region revealed the presence of a neuron-restrictive silencer element (NRSE) known to bind repressor zinc finger protein REST. This factor is not expressed in insulin-secreting and neuron-like cells. By mobility shift assay, we confirmed that REST binds to the NRSE present in the IB1 promoter. Once transiently transfected in beta-cell lines, the expression vector encoding REST repressed IB1 transcriptional activity. The introduction of a mutated NRSE in the 5' regulating region of the IB1 gene abolished the repression activity driven by REST in insulin-secreting beta cells and relieved the low transcriptional activity of IB1 observed in unrelated cells. Moreover, transfection in non-beta and nonneuronal cell lines of an expression vector encoding REST lacking its transcriptional repression domain relieved IB1 promoter activity. Last, the REST-mediated repression of IB1 could be abolished by trichostatin A, indicating that deacetylase activity is required to allow REST repression. Taken together, these data establish a critical role for REST in the control of the tissue-specific expression of the human IB1 gene.

IB1, a JIP-1-related nuclear protein present in insulin-secreting cells.

JIP-1 is a cytoplasmic inhibitor of the c-Jun amino-terminal kinase activated pathway recently cloned from a mouse brain cDNA library. We report herein the expression cloning of a rat cDNA encoding a JIP-1-related nuclear protein from a pancreatic beta-cell cDNA library that we named IB1 for Islet-Brain 1. IB1 was isolated by its ability to bind to GTII, a cis-regulatory element of the GLUT2 promoter. The IB1 cDNA encodes a 714-amino acid protein, which differs from JIP-1 by the insertion of 47 amino acids in the carboxyl-terminal part of the protein. The remaining 667 amino acids are 97% identical to JIP-1. The 47-amino acid insertion contains a truncated phosphotyrosine interaction domain and a putative helix-loop-helix motif. Recombinant IB1 (amino acids 1-714 and 280-714) was shown to bind in vitro to GTII. Functionally IB1 transactivated the GLUT2 gene. IB1 was localized within the cytoplasm and the nucleus of insulin-secreting cells or COS-7 cells transfected with an expression vector encoding IB1. Using a heterologous GAL4 system, we localized an activation domain of IB1 within the first 280 amino acids of the protein. These data demonstrate that IB1 is a DNA-binding protein related to JIP-1, which is highly expressed in pancreatic beta-cells where it functions as a transactivator of the GLUT2 gene.

Evidence for tuning adipocytes ICER levels for obesity care.

Abnormal adipokine production, along with defective uptake and metabolism of glucose within adipocytes, contributes to insulin resistance and altered glucose homeostasis. Recent research has highlighted one of the mechanisms that accounts for impaired production of adiponectin (ADIPOQ) and adipocyte glucose uptake in obesity. In adipocytes of human obese subjects and mice fed with a high fat diet, the level of the inducible cAMP early repressor (ICER) is diminished. Reduction of ICER elevates the cAMP response element binding protein (CREB) activity, which in turn increases the repressor activating transcription factor 3. In fine, the cascade triggers reduction in the ADIPOQ and GLUT4 levels, which ultimately hampers insulin-mediated glucose uptake. The c-Jun N-terminal kinase (JNK) interacting-protein 1, also called islet brain 1 (IB1), is a target of CREB/ICER that promotes JNK-mediated insulin resistance in adipocytes. A rise in IB1 and c-Jun levels accompanies the drop of ICER in white adipose tissues of obese mice when compared with mice fed with a chow diet. Other than the expression of ADIPOQ and glucose transport, decline in ICER expression might impact insulin signaling. Impairment of ICER is a critical issue that will need major consideration in future therapeutic purposes.

The scaffold protein IB1/JIP-1 controls the activation of JNK in rat stressed urothelium.

The c-Jun N-terminal kinase (JNK) is critical for cell survival, differentiation, apoptosis and tumorigenesis. This signalling pathway requires the presence of the scaffold protein Islet-Brain1/c-Jun N-terminal kinase interacting protein-1 (IB1/JIP-1). Immunolabeling and in situ hybridisation of bladder sections showed that IB1/JIP-1 is expressed in urothelial cells. The functional role of IB1/JIP-1 in the urothelium was therefore studied in vivo in a model of complete rat bladder outlet obstruction. This parietal stress, which is due to urine retention, reduced the content of IB1/JIP-1 in urothelial cells and consequently induced a drastic increase in JNK activity and AP-1 binding activity. Using a viral gene transfer approach, the stress-induced activation of JNK was prevented by overexpressing IB1/JIP-1. Conversely, the JNK activity was increased in urothelial cells where the IB1/JIP-1 content was experimentally reduced using an antisense RNA strategy. Furthermore, JNK activation was found to be increased in non-stressed urothelial cells of heterozygous mice carrying a selective disruption of the IB1/JIP-1 gene. These data established that mechanical stress in urothelial cells in vivo induces a robust JNK activation as a consequence of regulated expression of the scaffold protein IB1/JIP-1. This result highlights a critical role for that scaffold protein in the homeostasis of the urothelium and unravels a new potential target to regulate the JNK pathway in this tissue.

MyD88, an adapter protein involved in interleukin-1 signaling.

MyD88 has a modular organization, an N-terminal death domain (DD) related to the cytoplasmic signaling domains found in many members of the tumor necrosis factor receptor (TNF-R) superfamily, and a C-terminal Toll domain similar to that found in the expanding family of Toll/interleukin-1-like receptors (IL-1R). This dual domain structure, together with the following observations, supports a role for MyD88 as an adapter in IL-1 signal transduction; MyD88 forms homodimers in vivo through DD-DD and Toll-Toll interactions. Overexpression of MyD88 induces activation of the c-Jun N-terminal kinase (JNK) and the transcription factor NF-kappaB through its DD. A point mutation in MyD88, MyD88-lpr (F56N), which prevents dimerization of the DD, also blocks induction of these activities. MyD88-induced NF-kappaB activation is inhibited by the dominant negative versions of TRAF6 and IRAK, which also inhibit IL-1-induced NF-kappaB activation. Overexpression of MyD88-lpr or MyD88-Toll (expressing only the Toll domain) acted to inhibit IL-1-induced NF-kappaB and JNK activation in a 293 cell line overexpressing the IL-1RI. MyD88 coimmunoprecipitates with the IL-1R signaling complex in an IL-1-dependent manner.