The Maillard reaction in vivo

The Maillard or browning reaction between reducing sugars and protein contributes to the chemical deterioration and loss of nutritional value of proteins during food processing and storage. This article presents and discusses evidence that the Maillard reaction is also involved in the chemical aging of long-lived proteins in human tissues. While the concentration of the Amadori adduct of glucose to lens protein and skin collagen is relatively constant with age, products of sequential glycation and oxidation of protein, termed glycoxidation products, accumulate in these long-lived proteins with advancing age and at an accelerated rate in diabetes. Among these products are the chemically modified amino acids, N epsilon-(carboxymethyl)lysine (CML), N epsilon-(carboxymethyl)hydroxylysine (CMhL), and the fluorescent crosslink, pentosidine. While these glycoxidation products are present at only trace levels in tissue proteins, there is strong evidence for the presence of other browning products which remain to be characterized. Mechanisms for detoxifying reactive intermediates in the Maillard reaction and catabolism of extensively browned proteins are also discussed, along with recent approaches for therapeutic modulation of advanced stages of the Maillard reaction.

Galactokinases: potential biotechnological applications as biocatalysts

Galactokinase, a member of the GHMP (galactokinase, homoserine kinase, mevalonate kinase, phosphomevalonate kinase) family of kinases, catalyses the ATP-dependent phosphorylation of galactose at position 1 on the sugar. This reaction is important in the Leloir pathway of galactose catabolism. The need to produce monosaccharides phosphorylated at position 1 for the synthesis of complex molecules, including aminoglycoside antibiotics, has stimulated interest in exploiting the catalytic potential of galactokinases. However, the enzyme is quite specific, generally only catalysing the phosphorylation of D-galactose and closely related molecules. Directed evolution strategies have identified a key tyrosine residue (Tyr-371 in the Escherichia coli enzyme) which, although distant from the active site, influences the specificity of the enzyme. Alteration of this residue to histidine in E. coli and Lactococcus lactis galactokinases dramatically expanded the substrate range to include both D- and L-sugars. Similar experiments with the human enzyme demonstrated that alteration of the equivalent tyrosine (Tyr-379) to cysteine, lysine, arginine, serine or tryptophan increased the catalytic promiscuity of the enzyme. It has been hypothesised that these specificity changes arise because of alterations in the flexibility of the polypeptide chain. This hypothesis has yet to be tested experimentally. The biotechnological potential of galactokinases is clearly considerable and exploitation of closely related enzymes such as N-acetylgalactosamine kinase and arabinose kinase would expand that potential still further.

CCAAT/enhancer binding protein α predicts poorer prognosis and prevents energy starvation-induced cell death in hepatocellular carcinoma

CCAAT enhancer binding protein α (C/EBPα) plays an essential role in cellular differentiation, growth, and energy metabolism. Here, we investigate the correlation between C/EBPα and hepatocellular carcinoma (HCC) patient outcomes and how C/EBPα protects cells against energy starvation. Expression of C/EBPα protein was increased in the majority of HCCs examined (191 pairs) compared with adjacent nontumor liver tissues in HCC tissue microarrays. Its upregulation was correlated significantly with poorer overall patient survival in both Kaplan-Meier survival (P = 0.017) and multivariate Cox regression (P = 0.028) analyses. Stable C/EBPα-silenced cells failed to establish xenograft tumors in nude mice due to extensive necrosis, consistent with increased necrosis in human C/EBPα-deficient HCC nodules. Expression of C/EBPα protected HCC cells in vitro from glucose and glutamine starvation-induced cell death through autophagy-involved lipid catabolism. Firstly, C/EBPα promoted lipid catabolism during starvation, while inhibition of fatty acid beta-oxidation significantly sensitized cell death. Secondly, autophagy was activated in C/EBPα-expressing cells, and the inhibition of autophagy by ATG7 knockdown or chloroquine treatment attenuated lipid catabolism and subsequently sensitized cell death. Finally, we identified TMEM166 as a key player in C/EBPα-mediated autophagy induction and protection against starvation.

CONCLUSION: The C/EBPα gene is important in that it links HCC carcinogenesis to autophagy-mediated lipid metabolism and resistance to energy starvation; its expression in HCC predicts poorer patient prognosis.

The molecular basis of galactosemia - Past, present and future

Galactosemia, an inborn error of galactose metabolism, was first described in the 1900s by von Ruess. The subsequent 100years has seen considerable progress in understanding the underlying genetics and biochemistry of this condition. Initial studies concentrated on increasing the understanding of the clinical manifestations of the disease. However, Leloir's discovery of the pathway of galactose catabolism in the 1940s and 1950s enabled other scientists, notably Kalckar, to link the disease to a specific enzymatic step in the pathway. Kalckar's work established that defects in galactose 1-phosphate uridylyltransferase (GALT) were responsible for the majority of cases of galactosemia. However, over the next three decades it became clear that there were two other forms of galactosemia: type II resulting from deficiencies in galactokinase (GALK1) and type III where the affected enzyme is UDP-galactose 4'-epimerase (GALE). From the 1970s, molecular biology approaches were applied to galactosemia. The chromosomal locations and DNA sequences of the three genes were determined. These studies enabled modern biochemical studies. Structures of the proteins have been determined and biochemical studies have shown that enzymatic impairment often results from misfolding and consequent protein instability. Cellular and model organism studies have demonstrated that reduced GALT or GALE activity results in increased oxidative stress. Thus, after a century of progress, it is possible to conceive of improved therapies including drugs to manipulate the pathway to reduce potentially toxic intermediates, antioxidants to reduce the oxidative stress of cells or use of "pharmacological chaperones" to stabilise the affected proteins.

The Cyclin D1 (CCND1) A870G polymorphism predicts clinical outcome to lapatinib and capecitabine in HER2-positive metastatic breast cancer

BACKGROUND: Lapatinib plus capecitabine emerged as an efficacious therapy in metastatic breast cancer (mBC). We aimed to identify germline single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in genes involved in capecitabine catabolism and human epidermal receptor signaling that were associated with clinical outcome to assist in selecting patients likely to benefit from this combination.

PATIENTS AND METHODS: DNA was extracted from 240 of 399 patients enrolled in EGF100151 clinical trial (NCT00078572; clinicaltrials.gov) and SNPs were successfully evaluated in 234 patients. The associations between SNPs and clinical outcome were analyzed using Fisher's exact test, Kaplan-Meier curves, log-rank tests, likelihood ratio test within logistic or Cox regression model, as appropriate.

RESULTS: There were significant interactions between CCND1 A870G and clinical outcome. Patients carrying the A-allele were more likely to benefit from lapatinib plus capecitabine versus capecitabine when compared with patients harboring G/G (P = 0.022, 0.024 and 0.04, respectively). In patients with the A-allele, the response rate (RR) was significantly higher with lapatinib plus capecitabine (35%) compared with capecitabine (11%; P = 0.001) but not between treatments in patients with G/G (RR = 24% and 32%, respectively; P = 0.85). Time to tumor progression (TTP) was longer in patients with the A-allele treated with lapatinib plus capecitabine compared with capecitabine (median TTP = 7.9 and 3.4 months; P < 0.001), but not in patients with G/G (median TTP = 6.1 and 6.6 months; P = 0.92).

CONCLUSION: Our findings suggest that CCND1A870G may be useful in predicting clinical outcome in HER2-positive mBC patients treated with lapatinib plus capecitabine.

Aß biology and its contribution to Alzheimer's disease

A doença de Alzheimer (DA) é uma desordem neurodegenerativa progressiva patologicamente caracterizada pela presença de placas de amilóide (placas senis) insolúveis e também pela presença de tranças neurofibrilhares,formadas pela proteína Tau hiperfosforiladada. O principal constituinte das placas senis é o peptídeo beta-amilóide (Ab), que deriva do processamento proteolítico da proteína precursora de amilóide de Alzheimer (APP). Embora Ab exista como um agregado pouco solúvel nas placas senis, ele é secretado pelas células como uma molécula solúvel. O Ab “per se” pode afectar o metabolismo da APP. Alguns autores sugerem que o Ab exerce o seu efeito alterando o processamento ou catabolismo da APP, outros sugerem que ele também induz a transcrição da APP, onde aumentando os níveis da APP pode estar a contribuir para a sua própria produção (mecanismo de “feedback” positivo). Assim sendo, torna-se difícil consolidar todas estas observações e identificar as potenciais funções fisiológicas do Ab “in vivo”, ou as consequências da sua produção. Neste trabalho caracterizaram-se os efeitos do Ab no metabolismo da APP. Os nossos estudos revelaram que um dos mecanismos induzidos pelo Ab é a acumulação intracelular do fragmento neuroprotector sAPP (isAPPa) em estruturas com características vesiculares associadas ao citosqueleto. Estudos adicionais em culturas primárias revelaram que o Ab estava a exercer o seu efeito ao nível da secreção vesicular, provavelmente interferindo com o transporte de APP/sAPP ao longo da rede do citosqueleto. Esta hipótese é sustentada pelo facto do Ab estar a afectar a estabilidade e a polimerização de proteínas envolvidas na dinâmica do citosqueleto. Contrariamente a publicações anteriores o Ab não induziu a transcrição da APP, na verdade em culturas primárias neuronais foi observado uma diminuição nos níveis de expressão da APP. Isto foi acompanhado por um aumento nos fragmentos C-terminais da APP (CTFs) e uma diminuição na localização nuclear do seu domínio intracelular (AICD), sugerindo alterações na sinalização nuclear da APP. O Ab pode afectar outras vias de sinalização, particularmente alterando o balanço entre as actividades das proteínas cinases e fosfatases, o que pode ter consequências para o desenvolvimento da doença. Os dados obtidos indicam que o Ab é capaz de inibir a actividade da proteína fosfatase1, a sua importância numa perspectiva de futuras terapias é discutida. Devido à relevância da agregação do Ab para a sua toxicidade, a formação de complexos com proteínas que promovem a sua desagregação/degradação e o seu efeito no processamento da APP foi avaliado. Na presença destes complexos observou-se uma reversão da acumulação isAPP, demonstrando o potencial terapêutico destas proteínas como moduladores do metabolismo da APP. Este trabalho permitiu compreender melhor os mecanismos envolvidos nos efeitos do Ab no processamento da APP e descobrir algumas moléculas que podem ser relevantes numa perspectiva de diagnóstico e terapia na DA.

Embryonic and larval ecology and biochemistry of offshore decapods

Understanding the biology of offshore species is hardened by the difficulties of sampling in the deep-sea environment. Additionally, due to the vastness of the open ocean, knowledge of early life histories of pelagic larvae is still relatively scarce. In decapod species with bentho-pelagic lifestyle, the transition from life in the seafloor to the water column not only is associated with drastic morphological metamorphosis, but also with changes in behavior and feeding ecology. The purpose of the present thesis was to investigate physiological, biochemical and behavioral adaptation occurring during early development of such species. The Norway lobster, Nephrops norvegicus, and the crab Monodaeus couchi were used as a model as these two species are encountered off the NE Atlantic shelf at depth greater than 300 m. Chapter 1 introduces the challenges faced by both adult and larvae inhabiting such remote habitats, including the effect of food availability on development and oceanographic processes on dispersal and recruitment. The thesis follows early life histories, starting with within-brood variability in the fatty acid (FA) profile displayed by developing N. norvegicus embryos. There were no differences in the FA composition of embryos sampled from both sides of the brooding chamber in most females. However, all females exhibited significant differences in the FA profiles of embryos sampled from different pleopods. Potential causes for the variations recorded may be differential female investment during oocyte production or shifts in FA catabolism during the incubation period promoted by embryo’s location within the brooding chamber. Next, feeding rates and digestive enzymes activity of the early stage larvae was investigated in N. norvegicus. Both stages were able to maximize food intake when larvae were scarce and showed increased feeding rate following periods of starvation. Amylase activity indicated that carbohydrates are not the primary energy reserve and that feeding may be required soon after hatching to trigger amylase activity. Protease activity indicated that protein reserves are catabolized under starvation. These results indicate that larvae may maximize prey ingestion in the presence of plankton patches with higher food abundance and minimize the deleterious effects induced by previous periods of intermittent starvation or unsuitable prey densities/types. Additionally, changes in enzymatic activity may allow newly hatched N. norvegicus larvae to metabolize protein reserves to overcome short-term starvation. Vertical migration behavior and the influence of oceanographic properties were studied next. All zoeal stages of M. couchi displayed reverse diel vertical migration. Abundance of early stages was correlated with chlorophyll a levels. An ontogenic shift in vertical distribution explained the results; earlier zoeal stages remain in the food-rich upper water column while later stages migrate to the bottom for settlement. This vertical migration behavior is likely to affect horizontal distribution of larvae. Indeed, global current patterns will result in low inter-annual variations in decapod larvae recruitment, but short term variations such as upwelling events will cause deviation from the expected dispersal pattern. Throughout development, from the embryo to metamorphosis into benthic juvenile, offshore decapods face many challenges. For the developing individual survivorship will depend heavily on food availability but also on the reserves passed on by the mother. Even though vertical migration behavior can allow the larvae to take advantage of depth varying currents for transport, the effect of general circulation pattern will superimpose local current and influence feeding conditions and affect dispersal and recruitment.

Undetectable Levels of CSF Amyloid-β Peptide in a Patient with 17β-Hydroxysteroid Dehydrogenase Deficiency

17β-hydroxysteroid dehydrogenase 10 (HSD10) deficiency is a rare X-linked inborn error of isoleucine catabolism. Although this protein has been genetically implicated in Alzheimer's disease pathogenesis, studies of amyloid-β peptide (Aβ) in patients with HSD10 deficiency have not been previously reported. We found, in a severely affected child with HSD10 deficiency, undetectable levels of Aβ in the cerebrospinal fluid, together with low expression of brain-derived neurotrophic factor, α-synuclein, and serotonin metabolites. Confirmation of these findings in other patients would help elucidating mechanisms of synaptic dysfunction in this disease, and highlight the role of Aβ in both early and late periods of life.

Multifaceted roles of peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) at the cellular and whole organism levels.

Chronic disorders, such as obesity, diabetes, inflammation, non-alcoholic fatty liver disease and atherosclerosis, are related to alterations in lipid and glucose metabolism, in which peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR)α, PPARβ/δ and PPARγ are involved. These receptors form a subgroup of ligand-activated transcription factors that belong to the nuclear hormone receptor family. This review discusses a selection of novel PPAR functions identified during the last few years. The PPARs regulate processes that are essential for the maintenance of pregnancy and embryonic development. Newly found hepatic functions of PPARα are the mediation of female-specific gene repression and the protection of the liver from oestrogen induced toxicity. PPARα also controls lipid catabolism and is the target of hypolipidaemic drugs, whereas PPARγ controls adipocyte differentiation and regulates lipid storage; it is the target for the insulin sensitising thiazolidinediones used to treat type 2 diabetes. Activation of PPARβ/δ increases lipid catabolism in skeletal muscle, the heart and adipose tissue. In addition, PPARβ/δ ligands prevent weight gain and suppress macrophage derived inflammation. In fact, therapeutic benefits of PPAR ligands have been confirmed in inflammatory and autoimmune diseases, such as encephalomyelitis and inflammatory bowel disease. Furthermore, PPARs promote skin wound repair. PPARα favours skin healing during the inflammatory phase that follows injury, whilst PPARβ/δ enhances keratinocyte survival and migration. Due to their collective functions in skin, PPARs represent a major research target for our understanding of many skin diseases. Taken altogether, these functions suggest that PPARs serve as physiological sensors in different stress situations and remain valuable targets for innovative therapies.

Parenteral nutrition in the intensive care unit: cautious use improves outcome.

Critical illness is characterised by nutritional and metabolic disorders, resulting in increased muscle catabolism, fat-free mass loss, and hyperglycaemia. The objective of the nutritional support is to limit fat-free mass loss, which has negative consequences on clinical outcome and recovery. Early enteral nutrition is recommended by current guidelines as the first choice feeding route in ICU patients. However, enteral nutrition alone is frequently associated with insufficient coverage of the energy requirements, and subsequently energy deficit is correlated to worsened clinical outcome. Controlled trials have demonstrated that, in case of failure or contraindications to full enteral nutrition, parenteral nutrition administration on top of insufficient enteral nutrition within the first four days after admission could improve the clinical outcome, and may attenuate fat-free mass loss. Parenteral nutrition is cautious if all-in-one solutions are used, glycaemia controlled, and overnutrition avoided. Conversely, the systematic use of parenteral nutrition in the ICU patients without clear indication is not recommended during the first 48 hours. Specific methods, such as thigh ultra-sound imaging, 3rd lumbar vertebra-targeted computerised tomography and bioimpedance electrical analysis, may be helpful in the future to monitor fat-free mass during the ICU stay. Clinical studies are warranted to demonstrate whether an optimal nutritional management during the ICU stay promotes muscle mass and function, the recovery after critical illness and reduces the overall costs.

L’étude de l’interaction entre les chondrocytes et le collagène modifié par le 4-Hydroxynonénal : implication dans le développement de l’arthrose

OBJECTIF: Récemment, nous avons démontré que la modification du collagène type II (Col II) par le 4-hydroxynonénal (HNE), un produit de la peroxydation lipidique, est augmentée dans le cartilage arthrosique sans qu’on sache la signification de cette augmentation dans la pathogenèse de l’arthrose. L’objectif de cette étude vise à démontrer que cette modification affecte l’interaction chondrocytes/matrice extracellulaire (MEC) et en conséquence induit des changements phénotypiques et fonctionnels de ces cellules. METHODES: Des plaques de culture ont été préalablement cotées avec du Col II puis traitées avec du HNE (0.1-2 mM) excepté le puits contrôle. Les chondrocytes ont été ensuite ensemencés puis incubés pendant 48 heures. La viabilité des cellules est évaluée par le test MTT. Le Western blot est utilisé pour mesurer l’expression des molécules d’adhésion (l’ICAM-1 et l’intégrine α1β1), de la cyclooxygenase-2 (COX-2), du Col II ainsi que la phosphorylation de la p38 MAPK, ERK1/2 et NF-κB-p65. La RT-PCR en temps réel est utilisée pour mesurer l’expression de l’ARNm de l’ICAM-1, des intégrines α1β1, de la COX-2 et de la métalloprotéinases-13 (MMP-13). La détermination de l’expression de l’ICAM-1 à la surface des cellules est réalisée par cytométrie de flux. Des kits commerciaux ont servi pour mesurer le niveau de la MMP-13, de la prostaglandine E2 (PGE2), de l’activité de la caspase-8 et de la phosphorylation de la p38 MAPK, ERK1/2 et NF-κB-p65. RESULTATS: La modification du Col II par 0.2 mM HNE induit significativement l’expression des molécules d’adhésion telles que l’ICAM-1 et l’intégrine α1β1, de la MMP-13 sans avoir un effet sur la morphologie, la survie et le phénotype cellulaires. Nos résultats montrent aussi une forte augmentation de la phosphorylation de la p38 MAPK, d’ERK1/2 et de NF-κB-p65. Cependant, la modification du Col II par 2 mM HNE affecte la morphologie et la viabilité cellulaires et induit l’activité de la caspase-8. Elle inhibe fortement l’expression des integrines α1β1 et du Col II ainsi que la phosphorylation de l’ERK1/2 et de NF-κB-p65, mais par contre, induit significativement la production de la COX-2 et son produit la PGE2 ainsi que la phosphorylation de la p38 MAPK. Fait intéressant, le prétraitement des complexes HNE/Col II par 0.1 mM de carnosine empêche les changements phénotypiques et fonctionnels des chondrocytes. CONCLUSION : Ces nouveaux résultats suggèrent le rôle important de la modification du Col II par le HNE dans l’arthrose, en affectant le phénotype et le fonctionnement cellulaires des chondrocytes. La carnosine, par sa capacité de neutraliser le HNE, a révélé d’être un agent promoteur dans le traitement de l’arthrose.

Les récepteurs activés par les protéases dans les tissus articulaires humains arthrosiques

L’arthrose (OA) est une maladie articulaire dégénérative à l’étiologie complexe et diverse. Les travaux de ces dernières années ont démontré que l’OA est une pathologie affectant tous les tissus de l’articulation incluant le cartilage, la membrane synoviale et l’os sous-chondral. L’OA se traduit par une déstructuration et une perte de fonctionnalité de l’articulation, et est principalement caractérisée par une perte de cartilage articulaire. L’inflammation de la membrane synoviale joue un rôle déterminant dans la progression de l’OA, toutefois elle serait secondaire à la dégradation du cartilage. De plus, l’os sous-chondral est également le siège de nombreuses transformations lors de l’OA. Il est fortement suggéré que ces changements ne correspondent pas seulement à une conséquence, mais pourraient être une cause du développement de l’OA impliquant une communication entre ce tissu et le cartilage. Il est maintenant bien établi que les voies inflammatoires et cataboliques jouent un rôle crucial dans l’OA. C’est pourquoi, nous avons étudié l’implication d’une nouvelle famille de récepteurs membranaires, les PARs, et plus particulièrement le PAR-2 dans les voies physiopathologiques de l’OA. Notre hypothèse est que l’activation de PAR-2 au cours de l’OA est un phénomène majeur du développement/progression de la maladie faisant du récepteur PAR-2 un candidat privilégié pour le développement de nouvelles approches thérapeutiques ciblant non seulement le cartilage mais aussi l’os sous-chondral. Pour cette étude, nous avons travaillé in vitro avec des chondrocytes (Cr) et des ostéoblastes (Ob) OA respectivement du cartilage et de l’os sous-chondral du condyle fémoral humain. Nos résultats ont démontré que PAR-2 était plus exprimé dans les Cr et les Ob OA que dans les cellules normales. Par ailleurs, PAR-2 est régulé positivement par certains facteurs retrouvés au cours de l’OA comme l’IL-1β, le TNF-α et le TGF-β dans les Cr OA, et par l’IL-1β, le TNF-α et la PGE2 dans les Ob OA. De plus, les principaux facteurs cataboliques et inflammatoires, soit la MMP-1, la MMP-13 et la COX-2 sont produits en quantité plus élevée suite à l’activation du récepteur dans le cartilage OA. De même, l’activation de PAR-2 dans les Ob OA conduit à une production accrue de facteurs pro-résorptifs tels que RANKL, l’IL-6, la MMP-1 et la MMP-9, et à l’augmentation de l’activité pro-résorptive de ces cellules. En outre, dans les deux types tissulaires étudiés, l’activation de PAR-2 augmente l’activité de certaines protéines de la famille des MAPKinases comme Erk1/2, p38 et JNK. Finalement, nous avons conclu notre étude en employant un modèle in vivo d’OA induite chez la souris sauvage et déficiente pour le gène PAR-2. Nos résultats ont démontré que l’absence d’expression et de production de PAR-2 influençait le processus inflammatoire et les changements structuraux affectant à la fois le cartilage et l’os sous-chondral, conduisant à un ralentissement du développement de l’OA. Nos travaux de recherche ont donc permis de montrer que le récepteur PAR-2 est un élément majeur du processus OA en agissant sur les voies cataboliques et inflammatoires du cartilage, et sur le remodelage tissulaire de l’os sous-chondral. Mots-clés : Arthrose, chondrocyte, cartilage, ostéoblaste, os sous-chondral, PAR-2, MMPs, COX, ILs, RANKL, résorption osseuse, MAPKinase, catabolisme, inflammation

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

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

Carbon metabolism in transgenic roots with altered levels of hexokinase and triosephosphate isomerase and growing under different nitrogen status

Ce projet a pour but d’évaluer la capacité de la voie des pentoses phosphates (VPP) dans les racines transgéniques de pomme de terre (Solanum tuberosum) modifiées pour exprimer différents niveaux de l'hexokinase (HK) et de la triosephosphate isomérase cytosolique (cTPI). Dans les racines, la VPP alimente la voie de l’assimilation de l’azote en equivalents réducteurs et permet donc la biosynthèse des acides aminés. Le glucose-6-phosphate produit par l’HK est consommé par la partie oxydative de la VPP catalysée par la glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PDH) et la 6-phosphogluconate déshydrogénase (6PGDH). Les changements dans l'expression de HK et cTPI peuvent affecter le fonctionnement de la VPP et les mécanismes qui sont liés à l’utilisation des équivalents réducteurs produits par la VPP, comme l'assimilation de l’azote et la synthèse des acides aminés. Afin d’évaluer l’effet des manipulations génétiques de l’HK et de la cTPI sur l’assimilation de l’azote, nous avons cultivé les racines transgéniques sur des milieux contenant des concentrations élevées (7 mM) ou basses (0,7 mM) de nitrate d’ammonium comme source d’azote. Les résultats montrent que la culture sur un milieu riche en azote induit les activités G6PDH et 6PGDH. Les données montrent que la capacité de la VPP est plus grande avec des niveaux élevés en HK ou en cTPI. Nous avons aussi pu démontrer une plus grande activité spécifique de l’HK dans les conditions pauvres en azote. Ces données ont été complémentées par des mesures des pools d’acides aminés dans les racines transgéniques cultivées sur différents niveaux d’azote. Aucune tendance notable des pools d’acides aminés n’a été remarquée dans les racines modifiées pour leur contenu en HK suggèrant que la manipulation de HK n’affecte pas l'assimilation de l’azote. Dans les racines transgéniques modifiées pour la cTPI, les ratios Gln/Glu et Asn/Asp sont plus élevés chez les clones antisens, indiquant une assimilation de l’azote plus élevée. Ces résultats ont démontré l'activation de l'assimilation de l’azote chez les clones antisens cTPI dans les conditions élevées et basses d’azote alors que la manipulation de l’HK n’affecte pas l’assimilation de l’azote.

The specific in vivo role of PPARgamma and its downstream signaling pathway in the pathophysiology of Osteoarthritis

L'arthrose est une maladie articulaire dégénérative, avec une pathogenèse inconnue. Des études récentes suggèrent que l'activation du facteur de transcription du récepteur activateur de la prolifération des peroxysomes (PPAR) gamma est une cible thérapeutique pour ce maladie. Les agonistes du PPARγ inhibent l'inflammation et réduisent la synthèse des produits de dégradation du cartilage in vitro et in vivo. Cependant, des études utilisant des agonistes du PPARγ n’élucident pas les effets exacts médiés par ce gène complexe. En effet, certains de ces agonistes ont la capacité de régulariser d'autres voies de signalisation indépendantes de PPARγ, ainsi entraînant des effets secondaires graves. Afin d'obtenir une efficacité thérapeutique avec potentiellement moins de problèmes de sécurité, il est donc essentiel d'élucider, in vivo, le rôle exact de PPARγ dans la physiopathologie OA. Mon projet de thèse permettra de déterminer, pour la première fois, le rôle spécifique de PPARγ in vivo dans la physiopathologie OA. Les souris utilisées pour l’étude avaient une délétion conditionnelle du gène PPARγ dans le cartilage. Ces dernières ont été générées en employant le système LoxP/Cre. Pour tester cette hypothèse, j'ai généré deux types de souris avec une délétion au PPARγ, (a) une suppression du gène PPARγ spécifiquement dans le cartilage germinale pour l'étude de l'arthrose liée au développement et à l'âge et (b) la suppression inductible du gène PPARγ spécifiquement dans le cartilage chez la souris adulte pour les études OA. L’étude précédente dans notre laboratoire, utilisant ces souris ayant une délétion au gène PPARγ germinales, montre que ces souris présentent des anomalies du développement du cartilage. J'ai également exploré si ces souris qui présentent des défauts précoces du développement ont toutes les modifications phénotypiques dans le cartilage au cours du vieillissement. Mes résultats ont montré que les souris adultes, ayant une délétion au gène PPARγ, ont présenter un phénotype de l'arthrose spontanée associée à une dégradation du cartilage, l’hypocellularité, la fibrose synoviale. Cette étude a montré que PPARγ est un régulateur essentiel pour le cartilage, et c’est le manque (l’absence) de ce dernier qui conduit à un phénotype de l'arthrose spontanée accélérée (American Journal of Pathologie). A partir de ce but de l'étude, on n’a pas pu vérifier si ces souris présentaient l’OA spontanée en raison des défauts de développement ou à la suite de la délétion du gène PPARγ. Pour contourner les défauts de développement, j'ai généré des souris ayant une délétion du gène PPARγ spécifiquement dans le cartilage inductible avec le système Col2rTACre. Ces souris ont été soumises à modèle de la chirurgie OA (DMM: déstabilisation du ménisque médial) et les résultats révèlent que les souris PPARγ KO ont une dégradation accélérée du cartilage, une hypocellularité, une fibrose synoviale et une augmentation de l'expression des marqueurs cataboliques et des marqueurs inflammatoire. La perte de PPAR dans le cartilage articulaire est un évènement critique qui initie la dégradation de cartilage dans OA. Les études récentes suggèrent que le procès d’autophagie, une forme de survie cellulaire programmée, est altéré pendant l’OA et peut contribuer vers une protection diminuée des cellules, résultant la dégradation du cartilage. J’ai donc exploré le rôle de PPARγ dans la protection des cellules en déterminant l’effet de manque de PPARγ dans le cartilage par l’expression de mTOR (régulateur négatif principal d’autophagie) et les gènes d’autophagie durant OA. Mes résultats ont montré que les souris KO PPARγ présentent également une augmentation sur l'expression de mTOR et une diminution sur l’expression des marqueurs autophagiques en comparaison avec les chondrocytes articulaires isolés des souris contrôles OA. J'ai suggéré l'hypothèse que PPARγ contrôle la régulation de la signalisation de mTOR/autophagie, et finalement la mort des chondrocytes et l’expression des facteurs cataboliques et les facteurs inflammatoire. Pour tester cette hypothèse, j’ai fait la transfection des chondrocytes arthrosiques PPARγ-KO avec le vecteur d’expression de PPARγ pour déterminer si la restauration de l'expression de PPARγ peut sauver le phénotype des cellules PPARγ-KO OA. J'ai observé que la restauration de l'expression de PPARγ dans les cellules PPARγ-KO en présence du vecteur d'expression PPARγ, a pu considérablement régulariser négativement l'expression de mTOR et mettre en règle positivement l'expression des gènes autophagiques ainsi que le sauvetage significative de l'expression du collagène de type II et l’aggrecan et de baisser de manière significative l'expression de marqueurs cataboliques critiques et des marqueurs inflammatoires. Pour prouver que l’augmentation de la signalisation de mTOR et la diminution de l'autophagie est responsable du phénotype OA accélérée observée dans les souris PPARγ KO in vivo, j'ai généré les souris doubles KO PPARγ- mTOR inductible spécifique du cartilage en utilisant le système Col2 - rtTA -Cre et soumis ces souris à DMM modèle de l'arthrose. Mes résultants démontrent que les souris avec PPARγ- mTOR doubles KO ont été significativement protégés contre les OA DMM induites associées à une protection significative contre la destruction du cartilage, la perte de protéoglycanes et la perte de chondro-cellularité par rapport aux souris témoins. Considérant que mTOR est un répresseur majeur de l'autophagie, j'ai trouvé que l'expression de deux marqueurs de l'autophagie critiques (ULK1 et LC3B) a été significativement plus élevée dans les chondrocytes extraits les souris doubles KO PPARγ-mTOR par rapport aux souris témoins. En plus, les études de sauvetage in vitro en utilisant le vecteur d'expression PPAR et les études in vivo utilisant les souris doubles KO PPARγ- mTOR montrent que PPARγ est impliqué dans la régulation de la protéine signalant de mTOR/autophagie dans le cartilage articulaire. Ces résultats contournent PPARγ et sa signalisation en aval de mTOR/autophagie en tant que cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement de l'arthrose.