Role of NOX2 and DUOX2 in the antiviral airway responses

Les voies respiratoires sont exposées à une panoplie de pathogènes. Lors d’une infection virale respiratoire les cellules qui recouvrent ces voies participent activement à la défense immunitaire contre ces derniers en limitant la propagation du virus et en engendrant une réponse proinflammatoire. Un évènement clef dans ces processus est l’activation des facteurs de transcription, notamment le « Nuclear Factor » (NF)-κB et l’« Interferon Regulatory Factor -3 » (IRF-3), qui régulent l’expression des cytokines antivirales et proinflammatoires. Des données récentes démontrent que les dérivés actifs de l’oxygène (ROS), produits suite à une infection virale, ont la capacité de réguler les voies de signalisation enclenchées par NF-κB et IRF-3. Une source importante de ROS est la famille de NADPH oxydases (NOX), qui contient les membres NOX1-5 et DUOX1 et 2. L’objectif de notre étude était d’identifier la NOX qui régule les mécanismes antiviraux et proinflammatoires suite à l’infection avec le virus respiratoire syncytial (RSV), qui cause des complications respiratoires majeures, et le virus Sendai (SeV), un modèle viral non-pathogène. Nos travaux ont permis d’identifier que NOX2 est une molécule clef dans la réponse proinflammatoire suite à l’infection virale. Plus spécifiquement, NOX2 est important pour l’activation de NF-κB et la sécrétion des cytokines régulées par ce dernier. De plus, nous avons observé une forte augmentation de la présence de DUOX2 dans les cellules de voies respiratoires humaines infectées par SeV. Une étude plus approfondie nous a permis de caractériser qu’une synergie entre deux cytokines secrétées lors de l’infection, soit l’interféron (IFN)β et le TNFα est responsable de l’induction de DUOX2. Nous avons aussi découvert que DUOX2 confère une activité antivirale et est nécessaire pour maintenir les taux des cytokines antivirales tardives IFNβ et IFNλ. Lors d’une infection avec RSV, l’induction de DUOX2 n’est pas détectable. Nous avons mis en évidence que RSV interfère avec l’expression de DUOX2 ce qui pourrait suggérer sa pathogénicité. En conclusion, nos travaux démontrent pour la première fois une implication spécifique des NADPH oxydase NOX2 et DUOX suite aux infections virales respiratoires.

Regulation of gene expression in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires que l’on retrouve autant en eau douce qu’en milieu marin. Ils sont particulièrement connus pour causer des fleurs d’algues toxiques nommées ‘marée-rouge’, ainsi que pour leur symbiose avec les coraux et pour leur importante contribution à la fixation du carbone dans les océans. Au point de vue moléculaire, ils sont aussi connus pour leur caractéristiques nucléaires uniques, car on retrouve généralement une quantité immense d’ADN dans leurs chromosomes et ceux-ci sont empaquetés et condensés sous une forme cristalline liquide au lieu de nucléosomes. Les gènes encodés par le noyau sont souvent présents en multiples copies et arrangés en tandem et aucun élément de régulation transcriptionnelle, y compris la boite TATA, n’a encore été observé. L’organisation unique de la chromatine des dinoflagellés suggère que différentes stratégies sont nécessaires pour contrôler l’expression des gènes de ces organismes. Dans cette étude, j’ai abordé ce problème en utilisant le dinoflagellé photosynthétique Lingulodinium polyedrum comme modèle. L. polyedrum est d’un intérêt particulier, car il a plusieurs rythmes circadiens (journalier). À ce jour, toutes les études sur l’expression des gènes lors des changements circadiens ont démontrées une régulation à un niveau traductionnel. Pour mes recherches, j’ai utilisé les approches transcriptomique, protéomique et phosphoprotéomique ainsi que des études biochimiques pour donner un aperçu de la mécanique de la régulation des gènes des dinoflagellés, ceci en mettant l’accent sur l’importance de la phosphorylation du système circadien de L. polyedrum. L’absence des protéines histones et des nucléosomes est une particularité des dinoflagellés. En utilisant la technologie RNA-Seq, j’ai trouvé des séquences complètes encodant des histones et des enzymes modifiant les histones. L polyedrum exprime donc des séquences conservées codantes pour les histones, mais le niveau d’expression protéique est plus faible que les limites de détection par immunodétection de type Western. Les données de séquençage RNA-Seq ont également été utilisées pour générer un transcriptome, qui est une liste des gènes exprimés par L. polyedrum. Une recherche par homologie de séquences a d’abord été effectuée pour classifier les transcrits en diverses catégories (Gene Ontology; GO). Cette analyse a révélé une faible abondance des facteurs de transcription et une surprenante prédominance, parmi ceux-ci, des séquences à domaine Cold Shock. Chez L. polyedrum, plusieurs gènes sont répétés en tandem. Un alignement des séquences obtenues par RNA-Seq avec les copies génomiques de gènes organisés en tandem a été réalisé pour examiner la présence de transcrits polycistroniques, une hypothèse formulée pour expliquer le manque d’élément promoteur dans la région intergénique de la séquence de ces gènes. Cette analyse a également démontré une très haute conservation des séquences codantes des gènes organisés en tandem. Le transcriptome a également été utilisé pour aider à l’identification de protéines après leur séquençage par spectrométrie de masse, et une fraction enrichie en phosphoprotéines a été déterminée comme particulièrement bien adapté aux approches d’analyse à haut débit. La comparaison des phosphoprotéomes provenant de deux périodes différentes de la journée a révélée qu’une grande partie des protéines pour lesquelles l’état de phosphorylation varie avec le temps est reliées aux catégories de liaison à l’ARN et de la traduction. Le transcriptome a aussi été utilisé pour définir le spectre des kinases présentes chez L. polyedrum, qui a ensuite été utilisé pour classifier les différents peptides phosphorylés qui sont potentiellement les cibles de ces kinases. Plusieurs peptides identifiés comme étant phosphorylés par la Casein Kinase 2 (CK2), une kinase connue pour être impliquée dans l’horloge circadienne des eucaryotes, proviennent de diverses protéines de liaison à l’ARN. Pour évaluer la possibilité que quelques-unes des multiples protéines à domaine Cold Shock identifiées dans le transcriptome puissent moduler l’expression des gènes de L. polyedrum, tel qu’observé chez plusieurs autres systèmes procaryotiques et eucaryotiques, la réponse des cellules à des températures froides a été examinée. Les températures froides ont permis d’induire rapidement un enkystement, condition dans laquelle ces cellules deviennent métaboliquement inactives afin de résister aux conditions environnementales défavorables. Les changements dans le profil des phosphoprotéines seraient le facteur majeur causant la formation de kystes. Les phosphosites prédits pour être phosphorylés par la CK2 sont la classe la plus fortement réduite dans les kystes, une découverte intéressante, car le rythme de la bioluminescence confirme que l’horloge a été arrêtée dans le kyste.

Spatiotemporal regulation of the Greatwall : PP2A axis is required for mitotic progression

Le cycle cellulaire est hautement régulé par la phosphorylation réversible de plusieurs effecteurs. La kinase dépendante des cyclines Cdk1 déclenche la mitose en induisant le bris de l’enveloppe nucléaire, la condensation des chromosomes et la formation du fuseau mitotique. Chez les animaux métazoaires, ces évènements sont contrés par la protéine phosphatase PP2A-B55, qui déphosphoryle plusieurs substrats de Cdk1. La kinase Greatwall (Gwl) est activée par le complexe cycline B-Cdk1 en début de mitose et induit ensuite l’inhibition de PP2A-B55 via Endos/Arpp19. Toutefois, les mécanismes moléculaires qui régulent Gwl sont encore peu connus. Nous avons montré que Gwl a une activité s’opposant à PP2A-B55, qui collabore avec la kinase Polo pour assurer l’attachement du centrosome au noyau et la progression du cycle cellulaire dans le syncytium de l’embryon de la drosophile. Ensuite, nous avons trouvé dans des cellules de drosophile que Gwl est localisée au noyau pendant l’interphase, mais qu’elle se relocalise au cytoplasme dès la prophase, avant le bris de l’enveloppe nucléaire. Nous avons montré que cette translocation de Gwl est cruciale pour sa fonction et qu’elle dépend de la phosphorylation de plusieurs résidus de la région centrale de Gwl par les kinases Polo et Cdk1. Cette région centrale contient également deux séquences de localisation nucléaire (respectivement NLS1 et NLS2). De plus, nos résultats suggèrent que la phosphorylation de Gwl par la kinase Polo promeut sa liaison avec la protéine 14-3-3ε, ce qui favorise la rétention cytoplasmique de Gwl. Le rôle de Cdk1 dans cette translocation reste quant à lui inconnu. De plus, nous avons montré que le complexe cycline B-Cdk1 entre dans le noyau avant que Gwl ne soit transportée dans le cytoplasme. Cdk1 pourrait donc activer Gwl et phosphoryler ses substrats nucléaires, à l’abri de PP2A-B55 qui est largement cytoplasmique. Gwl est ensuite exclue du noyau et relocalisée dans le cytoplasme afin d’induire l’inhibition de PP2A-B55. Cela permet de synchroniser les événements de phosphorylation se produisant dans le noyau et dans le cytoplasme. Fait intéressant, un mécanisme de régulation de la localisation de Gwl similaire à cela a été découvert chez l’humain et chez la levure, suggérant que ce mécanisme est conservé entre différentes espèces.

Identification de déterminants impliqués dans la différenciation des cellules souches embryonnaires

Les cellules souches ont attiré l’attention du public ces dernières années, grâce non-seulement à leur utilisation comme thérapies visant à s’attaquer à certains types de cancers, mais aussi en relation avec leur potentiel dans le domaine de la médecine regénérative. Il est établi que le destin cellulaire des cellules souches embryonnaires (ESC) est régulé de façon intensive par un groupe de facteur clés agissant sur leur pluripotence. Il est néanmoins envisageable que certains déterminants influençant l’auto-renouvellement et la différenciation de ces cellules soient toujours inconnus. Afin de tester cette hypothèse, nous avons généré, en utilisant une méthode par infections virales, une collection de ESC contenant des délétions chromosomales chevauchantes que nous avons baptisée DelES (Deletion in ES cells). Cette librairie contient plus de 1000 clones indépendants dont les régions délétées couvrent environ 25% du génome murin. À l’aide de cette ressource, nous avons conduit un criblage de formation de corps embryoïdes (EB), démontrant que plusieurs clones délétés avaient un phénotype de différenciation anormal. Nos études de complémentation sur un groupe de clones ont par la suite permis l’identification de Rps14 - un gène codant pour une protéine ribosomale (RP) comme étant haploinsuffisant pour la formation de EB. Dans un deuxième temps, l’analyse approfondie des résultats de notre crible a permis d’identifier un groupe de gènes codants pour des RP qui semblent essentiels pour la différenciation des ESC, mais dispensables pour leur auto-renouvellement. De manière intéressante, les phénotypes anormaux de formation en EB les plus marqués sont associés à des délétions de RP qui se retrouvent au site de sortie des ARN messagers (ARNm) du ribosome, soit Rps5, Rps14 et Rps28. Étonnament, alors qu’un débalancement des RP conduit généralement à une réponse de type p53, l’haploinsuffisance de ces trois gènes ne peut être renversée par une simple réduction des niveaux d’expression de ce gène suppresseur de tumeurs. Finalement, nos études de profilage polysomal et de séquençage à haut-débit montrent une signature spécifique de gènes liés au mésoderme chez un clone hétérozygote pour Rps5, suggérant ainsi une explication au phénotype de différenciation p53-indépendant identifié chez ces ESC. Nos travaux rapportent donc la création d’une ressource intéressante de génomique fonctionnelle qui a permis de mettre à jour le rôle essentiel que jouent les RP dans le processus de formation de EB. Nos résultats permettent aussi de documenter une réponse p53-indépendante suite à un débalancement de RP dans un contexte opposant l’auto-renouvellement et la différenciation des ESC.

“Development of lymphoid cell culture system from Penaeus monodon and molecular approaches for its transformation

Unveiling the molecular and regulatory mechanisms that prevent in vitro transformation in shrimp remains elusive in the development of continuous cell lines, with an arduous history of over 25 years (Jayesh et al., 2012). Despite presenting challenges to researchers in developing a cell line, the billion dollar aquaculture industry is under viral threat. In addition, the regulatory mechanisms that prevent in vitro transformation and carcinoma in shrimps might provide new leads for the development of anti-ageing and anti-cancer interventions in human (Vogt, 2011) and in higher vertebrates. This highlights the importance of developing shrimp cell lines, to bring out effective prophylactics against shrimp viruses and for understanding the mechanism that induce cancer and ageing in human.. Advances in molecular biology and various gene transfer technologies for immortalization of cells have resulted in the development of hundreds of cell lines from insects and mammals, but yet not a single cell line has been developed from shrimp and other marine invertebrates. With this backdrop, the research described in this thesis attempted to develop molecular tools for induced in vitro transformation in lymphoid cells from Penaeus monodon and for the development of continuous cell lines using conventional and novel technologies to address the problems at cellular and molecular level.

Tamizaje neonatal para fibrosis quística en una muestra de la ciudad de Bogotá

La Fibrosis Quística es la enfermedad autosómica recesiva mas frecuente en caucásicos. En Colombia no se conoce la incidencia de la enfermedad, pero investigaciones del grupo de la Universidad del Rosario indican que podría ser relativamente alta. Objetivo: Determinar la incidencia de afectados por Fibrosis Quística en una muestra de recién nacidos de la ciudad de Bogotá. Metodología: Se analizan 8.297 muestras de sangre de cordón umbilical y se comparan tres protocolos de tamizaje neonatal: TIR/TIR, TIR/DNA y TIR/DNA/TIR. Resultados: El presente trabajo muestra una incidencia de 1 en 8.297 afectados en la muestra analizada. Conclusiones: Dada la relativamente alta incidencia demostrada en Bogotá, se justifica la implementación de Tamizaje Neonatal para Fibrosis Quística en Colombia.

Tweaking the gain on platelet regulation: The tachykinin connection

Soluble factors such as ADP and thromboxane (TX) A(2) that are secreted or released by platelets at sites of tissue injury, mediate autocrine and paracrine regulation of platelet function, resulting in rapid localised thrombus formation. The suppression of platelet function, particularly through targeting such secondary regulatory mechanisms, that serve to 'fine-tune' the platelet response, has proven effective in the prevention of inappropriate platelet activation that results in thrombosis. The most commonly used anti-platelet approaches (ADP receptor antagonism or inhibition of TXA(2) synthesis), however, lack efficacy in many patients, suggesting the existence of additional uncharacterised mechanisms for the regulation of platelet function. Recent data, which form a focus of this review, have identified peripheral tachykinin peptide family members, such as substance P and the newly identified endokinins, as physiologically important positive feedback regulators of platelet function. The actions of tachykinins that are released from platelets during activation are mediated by the neurokinin-1 receptor. Initial analysis of the role of this receptor in platelet thrombus formation, and thrombosis in the mouse, indicate this to be a promising new target for the development of anti-thrombotic drugs. (C) 2008 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

The neurokinin 1 receptor: a potential new target for anti-platelet therapy?

The important role of platelets in the development of arterial thrombosis and cardiovascular disease is well established. Current treatments for arterial thrombosis include anti-platelet agents such as aspirin, thienopyridines and glycoprotein IIb-IIIa inhibitors. Despite these drugs being effective there remains a substantial unmet clinical demand for more effective therapeutic approaches, which may reflect the existence of alternative underlying regulatory mechanisms to those already targeted. Recent publications have demonstrated a key role for tachykinins in the positive feedback regulation of platelet aggregation and thrombus formation. The pro-thrombotic effects of tachykinins on platelets are mediated through the neurokinin 1 receptor, which may therefore offer a novel therapeutic drug target in the prevention and the treatment of arterial thrombosis.

Peripheral tachykinins and the neurokinin receptor NK1 are required for platelet thrombus formation

Platelets play an important role in hemostasis, with inappropriate platelet activation being a major contributor to debilitating and often fatal thrombosis by causing myocardial infarction and stroke. Although current antithrombotic treatment is generally well tolerated and effective, many patients still experience cardiovascular problems, which may reflect the existence of alternative underlying regulatory mechanisms in platelets to those targeted by existing drugs. In this study, we define a role for peripherally distributed members of the tachykinin family of peptides, namely substance P and the newly discovered endokinins A and B that are present in platelets, in the activation of platelet function and thrombus formation. We have reported previously that the preferred pharmacologically characterized receptor for these peptides, the NK1 receptor, is present on platelets. Inhibition or deficiency of the NK1 receptor, or SP agonist activity, resulted in substantially reduced thrombus formation in vitro under arterial flow conditions, increased bleeding time in mice, and a decrease in experimentally induced thromboembolism. Inhibition of the NK1 receptor may therefore provide benefit in patients vulnerable to thrombosis and may offer an alternative therapeutic target.

Development and application of in vivo expression technology (IVET) for analysing microbial gene expression in complex environments

Establishing the mechanisms by which microbes interact with their environment, including eukaryotic hosts, is a major challenge that is essential for the economic utilisation of microbes and their products. Techniques for determining global gene expression profiles of microbes, such as microarray analyses, are often hampered by methodological restraints, particularly the recovery of bacterial transcripts (RNA) from complex mixtures and rapid degradation of RNA. A pioneering technology that avoids this problem is In Vivo Expression Technology (IVET). IVET is a 'promoter-trapping' methodology that can be used to capture nearly all bacterial promoters (genes) upregulated during a microbe-environment interaction. IVET is especially useful because there is virtually no limit to the type of environment used (examples to date include soil, oomycete, a host plant or animal) to select for active microbial promoters. Furthermore, IVET provides a powerful method to identify genes that are often overlooked during genomic annotation, and has proven to be a flexible technology that can provide even more information than identification of gene expression profiles. A derivative of IVET, termed resolvase-IVET (RIVET), can be used to provide spatio-temporal information about environment-specific gene expression. More recently, niche-specific genes captured during an IVET screen have been exploited to identify the regulatory mechanisms controlling their expression. Overall, IVET and its various spin-offs have proven to be a valuable and robust set of tools for analysing microbial gene expression in complex environments and providing new targets for biotechnological development.

TGF-beta superfamily members and ovarian follicle development

In recent years, exciting progress has been made towards unravelling the complex intraovarian control mechanisms that, in concert with systemic signals, coordinate the recruitment, selection and growth of follicles from the primordial stage through to ovulation and corpus luteum formation. A plethora of growth factors, many belonging to the transforming growth factor-beta (TGF-beta) superfamily, are expressed by ovarian somatic cells and oocytes in a developmental, stage-related manner and function as intraovarian regulators of folliculogenesis. Two such factors, bone morphogenetic proteins, RMP-4 and BMP-7, are expressed by ovarian stromal cells and/or theca cells and have recently been implicated as positive regulators of the primordial-to-primary follicle transition. In contrast, evidence indicates a negative role for anti-Mullerian hormone (AMH, also known as Mullerian-inhibiting substance) of pre-granulosa/granulosa cell origin in this key event and subsequent progression to the antral stage. Two other TGF-beta superfamily members, growth and differentiation factor-9 (GDF-9) and BMP-15 (also known as GDF-9B) are expressed in an oocyte-specific manner from a very early stage and play key roles in promoting follicle growth beyond the primary stage; mice with null mutations in the gdf-9 gene or ewes with inactivating mutations in gdf-9 or bmp-15 genes are infertile with follicle development arrested at the primary stage. Studies on later stages of follicle development indicate positive roles for granulosa cell-derived activin, BMP-2, -5 and -6, theca cell-derived BMP-2, -4 and -7 and oocyte-derived BMP-6 in promoting granulosa cell proliferation, follicle survival and prevention of premature luteinization and/or atresia. Concomitantly, activin, TGF-beta and several BMPs may exert paracrine actions on theca cells to attenuate LH-dependent androgen production in small to medium-size antral follicles. Dominant follicle selection in monovular species may depend on differential FSH sensitivity amongst a growing cohort of small antral follicles. Changes in intrafollicular activins, GDF-9, AMH and several BMPs may contribute to this selection process by modulating both FSH- and IGF-dependent signalling pathways in granulosa cells. Activin may also play a positive role in oocyte maturation and acquisition of developmental competence. in addition to its endocrine role to suppress FSH secretion, increased output of inhibin by the selected dominant follicle(s) may upregulate LH-induced androgen secretion that is required to sustain a high level of oestradiol secretion during the pre-ovulatory phase. Advances in our understanding of intraovarian regulatory mechanisms should facilitate the development of new approaches for monitoring and manipulating ovarian function and improving fertility in domesticated livestock, endangered species and man.

Analysis of protein networks in resting and collagen receptor (GPVI)-stimulated platelet sub-proteomes.

Proteomics approaches have made important contributions to the characterisation of platelet regulatory mechanisms. A common problem encountered with this method, however, is the masking of low-abundance (e.g. signalling) proteins in complex mixtures by highly abundant proteins. In this study, subcellular fractionation of washed human platelets either inactivated or stimulated with the glycoprotein (GP) VI collagen receptor agonist, collagen-related peptide, reduced the complexity of the platelet proteome. The majority of proteins identified by tandem mass spectrometry are involved in signalling. The effect of GPVI stimulation on levels of specific proteins in subcellular compartments was compared and analysed using in silico quantification, and protein associations were predicted using STRING (the search tool for recurring instances of neighbouring genes/proteins). Interestingly, we observed that some proteins that were previously unidentified in platelets including teneurin-1 and Van Gogh-like protein 1, translocated to the membrane upon GPVI stimulation. Newly identified proteins may be involved in GPVI signalling nodes of importance for haemostasis and thrombosis.

Piezotolerant small-colony variants with increased thermotolerance, antibiotic susceptibility, and low invasiveness in a clonal Staphylococcus aureus population

Following a pressure treatment of a clonal Staphylococcus aureus culture with 400 MPa for 30 min, piezotolerant variants were isolated. Among 21 randomly selected survivors, 9 were piezotolerant and all formed small colonies on several agar media. The majority of the isolates showed increased thermotolerance, impaired growth, and reduced antibiotic resistance compared to the wild type. However, several nonpiezotolerant isolates also demonstrated impaired growth and the small-colony phenotype. In agglutination tests for the detection of protein A and fibrinogen, the piezotolerant variants showed weaker agglutination reactions than the wild type and the other isolates. All variants also showed defective production of the typical S. aureus golden color, a characteristic which has previously been linked with virulence. They were also less able to invade intestinal epithelial cells than the wild type. These S. aureus variants showed phenotypic similarities to previously isolated Listeria monocytogenes piezotolerant mutants that contained mutations in ctsR. Because of these similarities, possible alterations in the ctsR hypermutable regions of the S. aureus variants were investigated through amplified fragment length polymorphism analysis. No mutations were identified, and subsequently we sequenced the ctsR and hrcA genes of three representative variants, finding no mutations. This work demonstrates that S. aureus probably possesses a strategy resulting in an abundance of multiple-stressresistant variants within clonal populations. This strategy, however, seems to involve genes and regulatory mechanisms different from those previously reported for L. monocytogenes. We are in the process of identifying these mechanisms.

Roles of proteolysis in regulation of G protein-coupled receptor function

The enzymatic activity of peptidases must be tightly regulated to prevent uncontrolled hydrolysis of peptide bonds, which could have devastating effects in biological systems. Peptidases are often generated as inactive propeptidases, secreted with endogenous inhibitors or they are compartmentalized. Propeptidases become active after proteolytic removal of N-terminal activation peptides by other peptidases. Some peptidases only become active towards substrates only at certain pHs, thus confining activity to specific compartments or conditions. This review discusses the different roles proteolysis plays in regulating G protein-coupled receptors (GPCRs). At the cell-surface, certain GPCRs are regulated by the hydrolytic inactivation of bioactive peptides by membrane-anchored peptidases, which prevents signaling. Conversely, cell-surface peptidases can also generate bioactive peptides that directly activate GPCRs. Alternatively, cell-surface peptidases activated by GPCRs, can generate bioactive peptides to cause transactivation of receptor tyrosine kinases, thereby promoting signaling. Certain peptidases can signals directly to cells, by cleaving GPCR to initiate intracellular signaling cascades. Intracellular peptidases also regulate GPCRs; lysosomal peptidases destroy GPCRs in lysosomes to permanently terminate signaling and mediate downregulation; endosomal peptidases cleave internalized peptide agonists to regulate GPCR recycling, resensitization and signaling; and soluble intracellular peptidases also participate in GPCR function by regulating the ubiquitination state of GPCRs, thereby altering GPCR signaling and fate. Although the use of peptidase inhibitors has already brought success in the treatment of diseases such as hypertension, the discovery of new regulatory mechanisms involving proteolysis that control GPCRs may provide additional targets to modulate dysregulated GPCR signaling in disease.

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.