Pathogenèse de l’hépatite autoimmune : influence des gènes, du sexe, de l’âge et de l’environnement

L’hépatite autoimmune (HAI) résulte d’une perte de tolérance du système immunitaire envers des antigènes de l’hépatocyte. Elle peut se présenter sous forme d’hépatite aiguë, parfois fulminante, ou comme une maladie chronique menant progressivement à une cirrhose hépatique. En absence de traitement, cette maladie est fatale. La pathogenèse de l’HAI et les mécanismes responsables de sa progression restent inconnus à ce jour. L’objectif global de ce projet est d’examiner les facteurs prédisposants et les mécanismes immunologiques responsables de l’apparition et de la progression de l’HAI. Pour permettre l’étude de la pathogenèse de l’HAI, nous avons développé un modèle murin expérimental d’hépatite autoimmune de type 2. Celui-ci est basé sur la xénoimmunisation de souris C57BL/6 avec les deux antigènes ciblés dans l’HAI de type 2 chez l’homme (CYP2D6 et FTCD). Par mimétisme moléculaire, le système immunitaire de ces souris réagit contre les protéines murines homologues et une HAI s’ensuit. Ce modèle expérimental présente la plupart des caractéristiques histologiques, biochimiques et sérologiques d’une HAI de type 2. Les souris développent une inflammation autoimmune chronique avec présence d’hépatite d’interface et d’infiltrations intralobulaires, un infiltrat composé majoritairement de lymphocytes T CD4+ mais aussi de lymphocytes T CD8+ et B, d’une élévation des ALT sériques, des niveaux d’immunoglobulines G circulantes augmentés ainsi que d’autoanticorps anti-LKM1 et anti-LC1. L’étude de l’influence du bagage génétique a permis de définir l’importance relative des gènes du CMH et des gènes non-CMH sur le développement d’une HAI. Les gènes du locus CMH sont essentiels mais insuffisants pour mener au développement d’une HAI et donc, la susceptibilité génétique à l’HAI est comme chez l’homme, multigénique. Les patients atteints d’HAI de type 2 sont généralement des jeunes filles. L’étude des influences de l’âge et du sexe dans ce modèle a permis de montrer que les souris femelles avant et au début de leur maturité sexuelle sont plus susceptibles au développement d’une HAI de type 2. De plus, les femelles ont un nombre réduit de lymphocytes T régulateurs, ce qui leur confère une susceptibilité accrue comparé aux mâles. L’ensemble de ces travaux nous a conduits à proposer un mécanisme où le développement d’une HAI chez les femelles d’un âge particulier résulterait de l’activation de cellules T CD4+ autoréactives ayant échappé aux mécanismes de tolérance centrale, via un mécanisme de mimétisme moléculaire avec un antigène exogène. En présence d’une tolérance périphérique réduite due à un faible nombre de cellules T régulatrices, les cellules T autoréactives proliféreraient et activeraient des cellules B autoréactives entraînant la sécrétion d’autoanticorps. L’activation subséquente de cellules T CD8+ cytotoxiques spécifiques amènerait la lyse des hépatocytes et la relâche d’autoantigènes permettant la perpétuation de l’autoimmunité.

Le rôle de l’inflammation dans le développement des complications neurologiques associées à l’insuffisance hépatique aiguë chez la souris

L’insuffisance hépatique aiguë (IHA) se caractérise par la perte soudaine de la fonction hépatique résultant de la nécrose massive des hépatocytes en l’absence de pathologie hépatique préexistante. L’IHA s’accompagne de perturbations métaboliques et immunologiques qui peuvent entraîner l’apparition de complications périphériques et cérébrales telles qu’un syndrome de réponse inflammatoire systémique (SIRS), une encéphalopathie hépatique (EH), un œdème cérébral, une augmentation de la pression intracrânienne, et la mort par herniation du tronc cérébral. Les infections sont une complication fréquente de l’IHA et elles sont associées à un risque accru de développer un SIRS et une aggravation subséquente de l’EH avec un taux de mortalité augmenté. L’ammoniaque joue un rôle majeur dans les mécanismes physiopathologiques qui mènent au développement de l’EH et de l’œdème cérébral, et des études récentes suggèrent que les cytokines pro-inflammatoires sont également impliquées. Le but de cette thèse est d’étudier le rôle des cytokines pro-inflammatoires circulantes et cérébrales dans le développement de l’EH et de l’œdème cérébral lors d’IHA. Dans l’article 1, nous démontrons que l’inhibition périphérique du facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α) par l’etanercept retarde la progression de l’EH en diminuant le dommage hépatocellulaire, réduisant l’inflammation périphérique et centrale ainsi que le stress oxydatif/nitrosatif hépatique et cérébral associé chez la souris avec une IHA induite par l’azoxyméthane (AOM). Ces résultats démontrent un rôle important du TNF-α dans la physiopathologie de l’EH lors d’IHA d’origine toxique et suggèrent que l’etanercept pourrait constituer une approche thérapeutique dans la prise en charge des patients en attente de transplantation hépatique. Dans l’article 2, nous simulons la présence d’une infection chez la souris avec une IHA induite par l’AOM pour mettre en évidence une éventuelle augmentation de la réponse inflammatoire. Nous démontrons que l’endotoxémie induite par le lipopolysaccharide (LPS) précipite la survenue du coma et aggrave la pathologie hépatique. Les cytokines pro-inflammatoires systémiques et cérébrales sont augmentées de façon synergique par le LPS lors d’IHA et résultent en une activation accrue de la métalloprotéinase matricielle-9 cérébrale qui s’accompagne d’une extravasation d’immunoglobulines G (IgG) dans le parenchyme cérébral. Ces résultats démontrent une augmentation majeure de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE) qui contribue à la pathogenèse de l’EH lors d’IHA en condition infectieuse. Les résultats de l’article 3 démontrent que l’augmentation de la perméabilité de la BHE lors d’IHA induite par l’AOM en condition non infectieuse ne résulte pas de l’altération de l’expression des protéines constitutives de la BHE. Dans l’article 4, nous démontrons que l’exposition d’astrocytes en culture à des concentrations physiopathologiques d’ammoniaque ou d’interleukine-1β résulte en l’altération de gènes astrocytaires impliqués dans la régulation du volume cellulaire et dans le stress oxydatif/nitrosatif. Un effet additif est observé dans le cas d’un traitement combiné au niveau des gènes astrocytaires impliqués dans le stress oxydatif/nitrosatif. L’ensemble des résultats de cette thèse démontre un rôle important de l’inflammation périphérique et cérébrale dans la survenue des complications neurologiques lors d’IHA et une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques impliqués pourrait contribuer à la mise en place de stratégies thérapeutiques chez les patients atteints d’IHA en attente de transplantation.

Physiopathologie des maladies métaboliques héréditaires des acyls-Coenzyme A révélée par l’étude d’un modèle animal déficient en 3-hydroxy-3-méthylglutaryl-Coenzyme A lyase

La plupart des conditions détectées par le dépistage néonatal sont reliées à l'une des enzymes qui dégradent les acyls-CoA mitochondriaux. Le rôle physiopathologique des acyls-CoA dans ces maladies est peu connue, en partie parce que les esters liés au CoA sont intracellulaires et les échantillons tissulaires de patients humains ne sont généralement pas disponibles. Nous avons créé une modèle animal murin de l'une de ces maladies, la déficience en 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA lyase (HL), dans le foie (souris HLLKO). HL est la dernière enzyme de la cétogenèse et de la dégradation de la leucine. Une déficience chronique en HL et les crises métaboliques aigües, produisent chacune un portrait anormal et distinct d'acyls-CoA hépatiques. Ces profils ne sont pas prévisibles à partir des niveaux d'acides organiques urinaires et d'acylcarnitines plasmatiques. La cétogenèse est indétectable dans les hépatocytes HLLKO. Dans les mitochondries HLLKO isolées, le dégagement de 14CO2 à partir du [2-14C]pyruvate a diminué en présence de 2-ketoisocaproate (KIC), un métabolite de la leucine. Au test de tolérance au pyruvate, une mesure de la gluconéogenèse, les souris HLLKO ne présentent pas la réponse hyperglycémique normale. L'hyperammoniémie et l'hypoglycémie, des signes classiques de plusieurs erreurs innées du métabolisme (EIM) des acyls-CoA, surviennent de façon spontanée chez des souris HLLKO et sont inductibles par l'administration de KIC. Une charge en KIC augmente le niveau d'acyls-CoA reliés à la leucine et diminue le niveau d'acétyl-CoA. Les mitochondries des hépatocytes des souris HLLKO traitées avec KIC présentent un gonflement marqué. L'hyperammoniémie des souris HLLKO répond au traitement par l'acide N-carbamyl-L-glutamique. Ce composé permet de contourner une enzyme acétyl-CoA-dépendante essentielle pour l’uréogenèse, le N-acétylglutamate synthase. Ceci démontre un mécanisme d’hyperammoniémie lié aux acyls-CoA. Dans une deuxième EIM des acyls-CoA, la souris SCADD, déficiente en déshydrogénase des acyls-CoA à chaînes courtes. Le profil des acyls-CoA hépatiques montre un niveau élevé du butyryl-CoA particulièrement après un jeûne et après une charge en triglycérides à chaîne moyenne précurseurs du butyryl-CoA.

The role of EphB6 and ephrinbs in blood pressure regulation

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

Increased 5-HT2C Receptor Binding in the Brain Stem And Cerebral Cortex During Liver Regeneration And Hepatic Neoplasia In Rats

In the present study, serotonin 2C (5-HT2c) receptor binding parameters in the brainstem and cerebral cortex were investigated during liver generation after partial hepatectomy (PH) and N-nitrosodiethylamine (NDEA) induced hepatic neoplasia in male Wistar rats. The serotonin content increased significantly (p<0.01) in the cerebral cortex after PH and in NDEA induced hepatic neoplasia. Brain stem serotonin content increased significantly (p<0.05) after PH and (p<0.001) in NDEA induced hepatic neoplasia. The number and affinity of the 5-HT2c receptors in the crude synaptic membrane preparations of the brain stem showed a significant (p<0.001) increase after PH and in NDEA induced hepatic neoplasia. The number and affinity of 5-HT2c receptors increased significantly (p<0.001) in NDEA induced hepatic neoplasia in the crude synaptic membrane preparations of the cerebral cortex. There was a significant (p<0.01) increase in plasma norepinephrine in PH and (p<0.001) in NDEA induced hepatic neoplasia, indicating sympathetic stimulation. Thus, our results suggest that during active hepatocyte proliferation 5-HT2c receptor in the brain stem and cerebral cortex are up-regulated which in turn induce hepatocyte proliferation mediated through sympathetic stimulation.

Hepatic GABAA receptor functional regulation during rat liver cell proliferation

Gamma aminohutyric acid (GAB A.) receptor tunctionaI status was artaIV se(l in pa It ial hcpatcctoIn ised.II'II). lead nitrate (LN) induced hyperplastic and N-nifrosodiethylantinc INDEAI treated nctplastic rat Iivers during peak DNA synthesis. The high-affinity I'HJGALA binding significantly decreased in PII and NDEi\ rats and the receptor affinity decreased in NDEA and increased in LN rats compared with control . in NDEA. displacement analysis of I'I IIGABA with muscimol showed loss of low-allinity site and a shill of high-allinity cite towards low-allinity . ' 1 he affinity sites shifted towards high-affinity in LN rats. 'file number of low-allinity 1'I Ilhicuc)lline receptors decreased cignilic:uttly in NDEA and I'll whereas it increased in LN rats. (ir\Bi\t receptor :gunist. unrscinrul. disc dependcnllyinhihilcd epidermal growth factor IEGI--) induced DNA synthesis :uul enhanced the tr:utsfnrnting grmvth )actor (Il I I'(il (tlI mediated DNA synthesis suppression in prim:uy hepalucvte cultures . Our results suggest that GABA,t reccjhtor act as an inhibitory signal fur hepatic cell prolifctatiun.

Functional studies of the deubiquitinating enzymes USP19, USP4 and UCH-L1

El marcaje de proteínas con ubiquitina, conocido como ubiquitinación, cumple diferentes funciones que incluyen la regulación de varios procesos celulares, tales como: la degradación de proteínas por medio del proteosoma, la reparación del ADN, la señalización mediada por receptores de membrana, y la endocitosis, entre otras (1). Las moléculas de ubiquitina pueden ser removidas de sus sustratos gracias a la acción de un gran grupo de proteasas, llamadas enzimas deubiquitinizantes (DUBs) (2). Las DUBs son esenciales para la manutención de la homeostasis de la ubiquitina y para la regulación del estado de ubiquitinación de diferentes sustratos. El gran número y la diversidad de DUBs descritas refleja tanto su especificidad como su utilización para regular un amplio espectro de sustratos y vías celulares. Aunque muchas DUBs han sido estudiadas a profundidad, actualmente se desconocen los sustratos y las funciones biológicas de la mayoría de ellas. En este trabajo se investigaron las funciones de las DUBs: USP19, USP4 y UCH-L1. Utilizando varias técnicas de biología molecular y celular se encontró que: i) USP19 es regulada por las ubiquitin ligasas SIAH1 y SIAH2 ii) USP19 es importante para regular HIF-1α, un factor de transcripción clave en la respuesta celular a hipoxia, iii) USP4 interactúa con el proteosoma, iv) La quimera mCherry-UCH-L1 reproduce parcialmente los fenotipos que nuestro grupo ha descrito previamente al usar otros constructos de la misma enzima, y v) UCH-L1 promueve la internalización de la bacteria Yersinia pseudotuberculosis.

Hallazgos radiológicos de la enfermedad pulmonar en pacientes Colombianos con esclerodermia

La esclerosis sistémica (ES) es una enfermedad autoinmune multisistémica que afecta principalmente la piel, los pulmones, el tracto gastrointestinal, el corazón y los riñones. La enfermedad pulmonar, presente en casi el 100% de los casos, es el factor con mayor influencia en la mortalidad. El propósito de este estudio es realizar un análisis detallado de la enfermedad pulmonar por tomografía computarizada de alta resolución(TCAR) en pacientes Colombianos con ES, para lo cual se realizó un estudio de prevalencia analítica en 44 pacientes con ES valorados en el Hospital Universitario Mayor Méderi en los últimos 7 años. Los resultados mostraron características demográficas y clínicas similares a las previamente descritas. La prevalencia de enfermedad pulmonar intersticial fue alta, y los hallazgos de fibrosis pulmonar como vidrio esmerilado y panal de abejas se asociaron con la presencia del autoanticuerpo antiSCL70. La medida del diámetro esofágico por TCAR fue mayor en los pacientes con disfagia, antiSCL 70 y linfopenia, los cuales son marcadores de mal pronóstico.

A continuum receptor model of hepatic lipoprotein metabolism

A mathematical model describing the uptake of low density lipoprotein (LDL) and very low density lipoprotein (VLDL) particles by a single hepatocyte cell is formulated and solved. The model includes a description of the dynamic change in receptor density on the surface of the cell due to the binding and dissociation of the lipoprotein particles, the subsequent internalisation of bound particles, receptors and unbound receptors, the recycling of receptors to the cell surface, cholesterol dependent de novo receptor formation by the cell and the effect that particle uptake has on the cell's overall cholesterol content. The effect that blocking access to LDL receptors by VLDL, or internalisation of VLDL particles containing different amounts of apolipoprotein E (we will refer to these particles as VLDL-2 and VLDL-3) has on LDL uptake is explored. By comparison with experimental data we find that measures of cell cholesterol content are important in differentiating between the mechanisms by which VLDL is thought to inhibit LDL uptake. We extend our work to show that in the presence of both types of VLDL particle (VLDL-2 and VLDL-3), measuring relative LDL uptake does not allow differentiation between the results of blocking and internalisation of each VLDL particle to be made. Instead by considering the intracellular cholesterol content it is found that internalisation of VLDL-2 and VLDL-3 leads to the highest intracellular cholesterol concentration. A sensitivity analysis of the model reveals that binding, unbinding and internalisation rates, the fraction of receptors recycled and the rate at which the cholesterol dependent free receptors are created by the cell have important implications for the overall uptake dynamics of either VLDL or LDL particles and subsequent intracellular cholesterol concentration. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effect of heparin and fractionated heparin on trophoblast invasion

BACKGROUND: Heparin can significantly reduce pregnancy complications in women with certain thrombophilias, such as antiphospholipid syndrome. Recent reports suggest that heparin may act by mechanisms other than anticoagulation. However, the effect of heparin on trophoblast biology in the absence of thrombophilia has not been extensively investigated. Therefore, this study aimed to evaluate trophoblast invasion, using an established cell line and primary extravillous trophoblasts (EVTs), following exposure to heparin and fractionated heparin. METHODS: An EVT cell line (SGHPL-4) was used to study invasion in the presence of hepatocyte growth factor (HGF) and varying concentrations of fractionated and unfractionated heparin. These experiments were repeated using first trimester primary EVTs. RESULTS: Both forms of heparin significantly reduced HGF-induced invasion in the SGHPL-4 cell line. This suppression of invasion appeared to be dose-dependent for fractionated heparin. In primary EVT cells, fractionated heparin also demonstrated significant suppression of invasion. CONCLUSIONS: Heparin has the potential to reduce trophoblast invasion in cell lines and first trimester EVT cells. This article highlights the need for further evaluation of these medications in vitro and in vivo, especially when used in the absence of thrombophilic disorders.

Mathematical modelling of competitive LDL/VLDL binding and uptake by hepatocytes

Elevated levels of low-density-lipoprotein cholesterol (LDL-C) in the plasma are a well-established risk factor for the development of coronary heart disease. Plasma LDL-C levels are in part determined by the rate at which LDL particles are removed from the bloodstream by hepatic uptake. The uptake of LDL by mammalian liver cells occurs mainly via receptor-mediated endocytosis, a process which entails the binding of these particles to specific receptors in specialised areas of the cell surface, the subsequent internalization of the receptor-lipoprotein complex, and ultimately the degradation and release of the ingested lipoproteins' constituent parts. We formulate a mathematical model to study the binding and internalization (endocytosis) of LDL and VLDL particles by hepatocytes in culture. The system of ordinary differential equations, which includes a cholesterol-dependent pit production term representing feedback regulation of surface receptors in response to intracellular cholesterol levels, is analysed using numerical simulations and steady-state analysis. Our numerical results show good agreement with in vitro experimental data describing LDL uptake by cultured hepatocytes following delivery of a single bolus of lipoprotein. Our model is adapted in order to reflect the in vivo situation, in which lipoproteins are continuously delivered to the hepatocyte. In this case, our model suggests that the competition between the LDL and VLDL particles for binding to the pits on the cell surface affects the intracellular cholesterol concentration. In particular, we predict that when there is continuous delivery of low levels of lipoproteins to the cell surface, more VLDL than LDL occupies the pit, since VLDL are better competitors for receptor binding. VLDL have a cholesterol content comparable to LDL particles; however, due to the larger size of VLDL, one pit-bound VLDL particle blocks binding of several LDLs, and there is a resultant drop in the intracellular cholesterol level. When there is continuous delivery of lipoprotein at high levels to the hepatocytes, VLDL particles still out-compete LDL particles for receptor binding, and consequently more VLDL than LDL particles occupy the pit. Although the maximum intracellular cholesterol level is similar for high and low levels of lipoprotein delivery, the maximum is reached more rapidly when the lipoprotein delivery rates are high. The implications of these results for the design of in vitro experiments is discussed.

Age related changes in speed and mechanism of adult skeletal muscle stem cell migration

Skeletal muscle undergoes a progressive age-related loss in mass and function. Preservation of muscle mass depends in part on satellite cells, the resident stem cells of skeletal muscle. Reduced satellite cell function may contribute to the age-associated decrease in muscle mass. Here we focused on characterising the effect of age on satellite cell migration. We report that aged satellite cells migrate at less than half the speed of young cells. In addition, aged cells show abnormal membrane extension and retraction characteristics required for amoeboid based cell migration. Aged satellite cells displayed low levels of integrin expression. By deploying a mathematical model approach to investigate mechanism of migration, we have found that young satellite cells move in a random ‘memoryless’ manner whereas old cells demonstrate superdiffusive tendencies. Most importantly, we show that nitric oxide, a key regulator of cell migration, reversed the loss in migration speed and reinstated the unbiased mechanism of movement in aged satellite cells. Finally we found that although Hepatocyte Growth Factor increased the rate of aged satellite cell movement it did not restore the memoryless migration characteristics displayed in young cells. Our study shows that satellite cell migration, a key component of skeletal muscle regeneration, is compromised during aging. However, we propose clinically approved drugs could be used to overcome these detrimental changes.

A mathematical model of the sterol regulatory element binding protein 2 cholesterol biosynthesis pathway

Cholesterol is one of the key constituents for maintaining the cellular membrane and thus the integrity of the cell itself. In contrast high levels of cholesterol in the blood are known to be a major risk factor in the development of cardiovascular disease. We formulate a deterministic nonlinear ordinary differential equation model of the sterol regulatory element binding protein 2 (SREBP-2) cholesterol genetic regulatory pathway in an hepatocyte. The mathematical model includes a description of genetic transcription by SREBP-2 which is subsequently translated to mRNA leading to the formation of 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase (HMGCR), a main precursor of cholesterol synthesis. Cholesterol synthesis subsequently leads to the regulation of SREBP-2 via a negative feedback formulation. Parameterised with data from the literature, the model is used to understand how SREBP-2 transcription and regulation affects cellular cholesterol concentration. Model stability analysis shows that the only positive steady-state of the system exhibits purely oscillatory, damped oscillatory or monotic behaviour under certain parameter conditions. In light of our findings we postulate how cholesterol homestasis is maintained within the cell and the advantages of our model formulation are discussed with respect to other models of genetic regulation within the literature.

Regulation of Multidrug Resistance-Associated Protein 2 by Calcium Signaling in Mouse Liver

Mu hiding resistance associated protein 2 (Mrp2) is a canalicular transporter responsible for organic anion secretion into bile. Mrp2 activity is regulated by insertion into the plasma membrane; however, the factors that control this are not understood. Calcium (Ca(2+)) signaling regulates exocytosis of vesicles in most cell types, and the type II inositol 1,4,5-triphosphate receptor (InsP(3)R2) regulates Ca(2+) release in the canalicular region of hepatocytes. However, the role of InsP(3)R2 and of Ca(2+) signals in canalicular insertion and function of Mrp2 is not known. The aim of this study was to determine the role of InsP(3)R2-mediated Ca(2+) signals in targeting Mrp2 to the canalicular membrane. Livers, isolated hepatocytes, and hepatocytes in collagen sandwich culture from wild-type (WT) and InsP(3)R2 knockout (KO) mice were used for western blots, confocal immunofluorescence, and time-lapse imaging of Ca(2+) signals and of secretion of a fluorescent organic anion. Plasma membrane insertion of green fluorescent protein (GFP)-Mrp2 expressed in HepG2 cells was monitored by total internal reflection microscopy. InsP(3)R2 was concentrated in the canalicular region of WT mice but absent in InsP(3)R2 KO livers, whereas expression and localization of InsP(3)R1 was preserved, and InsP(3)R3 was absent from both WT and KO livers. Ca(2+) signals induced by either adenosine triphosphate (ATP) or vasopressin were impaired in hepatocytes lacking InsP(3)R2. Canalicular secretion of the organic anion 5-chloromethylfluorescein diacetate (CMFDA) was reduced in KO hepatocytes, as well as in WT hepatocytes treated with 1,2-bis(o-aminophenoxy)ethane-N,N,N`,N`-tetra-acetic acid (BAPTA). Moreover, the choleretic effect of tauroursodeoxycholic acid (TUDCA) was impaired in InsP(3)R2 KO mice. Finally, ATP increased GFP-Mrp2 fluorescence in the plasma membrane of HepG2 cells, and this also was reduced by BAPTA. Conclusion: InsP(3)R2-mediated Ca(2+) signals enhance organic anion secretion into bile by targeting Mrp2 to the canalicular membrane. (HEPATOLOGY 2010;52:327-337)

SLC2A2 gene expression in kidney of diabetic rats is regulated by HNF-1 alpha and HNF-3 beta

We hypothesize that, in kidney of diabetic rats, hepatocyte nuclear factors (HNF-1 alpha. and HNF-3 beta) play a critical role in the overexpression of solute carrier 2A2 (SLC2A2) gene. Diabetic rats submitted or not to rapid (up to 12 h) and short-term (1, 4 and 6 days) insulin treatment were investigated. Twofold increase in GLUT2 mRNA was observed in diabetic, accompanied by significant increases in HNF-1 alpha and HNF-3 beta expression and binding activity. Additional 2-fold increase in GLUT2 mRNA and HNF-3 beta expression/activity was observed in 12-h insulin-treated rats. Six-day insulin treatment decreased GLUT2 mRNA and HNF-1 alpha expression and activity to levels of non-diabetic rats, whereas HNF-3 beta decreased to levels of non-insulin-treated diabetic rats. Our results provide evidence for a link between the overexpression of SLC2A2 gene and the transcriptional activity of HNF-1 alpha and HNF-3 beta in kidney of diabetic rats. Furthermore, recovery of SLC2A2 gene after 6-day insulin treatment also involves HNF-1 alpha and HNF-3 beta activity. (C) 2009 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.