Effects of methylation and hydroxylation of sphingomyelins on their biophysical properties and interactions with cholesterol

Sfingomyeliner är viktiga sphingolipidmolekyler som finns i cellmembranets exoplastiska monolager. Sfingomyeliner är sällsynta i växter och mikroorganismer. Den enigmatiska sfingomelinmolekylen som Thudicum isolerade från hjärnvävnad i slutet på 1800-talet fick sitt namn på basen av det grekiska ordet”sfinx”. Sfingomyeliner återfinns speciallt rikligt i myelinskidorna i nervvävnad, var de sfingomyelinrika membranen bildar ett isolerande lager runt nervcellernas axoner. De polära sfingomyelinerna är viktiga beståndsdelar av ägg, mjölk och kött, och betraktas som viktiga näringsämnen speciellt för spädbarn. Det finns ett flertal sjukdomar uppstår på grund av defekter i sfingomyelinmetabolismen., t.ex. Niemann-Picks sjukdom, som är en obotlig ärftlig metabolisk sjukdom. Nyligen har det rapporterats att sfingomyelin tillsammans med kolesterol och specifika proteiner bildar funtionella domäner, s.k. membranflottar, i cellers membran. Membranflottar anses delta i många viktiga biologiska processer som t.ex. signalöverföring, lipid- och proteinsortering, apoptos, celladhesion, cellmigration och synapsers signalöverföring. Därför är det ytterst viktigt att förstå samverkan mellan sfingomyelin och kolesterol och hur denna samverkan påverkar bildandet membranflottar. I avhandlingen presenteras data från våra studier av sfingomyelin samverkan med kolesterol. För avhandlingen syntetiserade vi unika sfingomyelin molekyler genom att införa metyl- och hydroxylgrupper i olika positioner i sphingomyelinmolekylerna, med målet att lära oss mera om sphingomyelinets membranegenskaper och samverkan med kolesterol. Alla sfingomyelin molekyler som användes i avhandlingsarbetet är biologiskt relevanta. I studierna fann vi att hydroxyl- och amidgrupperna i sfingomyelin är viktiga i vätebindningar mellan sfingomyelinmolekyler samt mellan sfingomyelin och kolesterol. Vi upptäckte ytterligare att substition av metylgrupper i acylkedjan eller i interfasregionen hos sfingomyelinmolekyler signifikant destabiliserade sphingomyelin bilagret och försvagade/upphävde molekylernas samverkan med kolesterol. Hur sfingomyelinbilagrens stabilitet och sfingomyelinen-koleterol samverkan påverkades av hydroxylgrupper var beroende av hydrohygruppens position. Förekomst av en extra hydroxylgrupp i sfingomyelionmolekylens sfingoidbasen ökade stabilitetnen hos sfingomyelinbilagren samt stabiliserade sfingomyelinets samverkan med kolesterol.

Cellular responses to stress and kinase signaling activation : apoptosis and differentiation

Stressignaler avkänns många gånger av membranbundna proteiner som översätter signalerna till kemisk modifiering av molekyler, ofta proteinkinaser Dessa kinaser överför de avkodade budskapen till specifika transkriptionsfaktorer genom en kaskad av sekventiella fosforyleringshändelser, transkriptionsfaktorerna aktiverar i sin tur de gener som behövs för att reagera på stressen. En av de mest kända måltavlorna för stressignaler är transkriptionsfaktor AP-1 familjemedlemen c-Jun. I denna studie har jag identifierat den nukleolära proteinet AATF som en ny regulator av c-Jun-medierad transkriptionsaktivitet. Jag visar att stresstimuli inducerar omlokalisering av AATF vilket i sin tur leder till aktivering av c-Jun. Den AATF-medierad ökningen av c-Jun-aktiviteten leder till en betydande ökning av programmerad celldöd. Parallellt har jag vidarekarakteriserat Cdk5/p35 signaleringskomplexet som tidigare har identifierats i vårt laboratorium som en viktig faktor för myoblastdifferentiering. Jag identifierade den atypiska PKCξ som en uppströms regulator av Cdk5/p35-komplexet och visar att klyvning och aktivering av Cdk5 regulatorn p35 är av fysiologisk betydelse för differentieringsprocessen och beroende av PKCξ aktivitet. Jag visar att vid induktion av differentiering fosforylerar PKCξ p35 vilket leder till calpain-medierad klyvning av p35 och därmed ökning av Cdk5-aktiviteten. Denna avhandling ökar förståelsen för de regulatoriska mekanismer som styr c-Jun-transkriptionsaktiviteten och c-Jun beroende apoptos genom att identifiera AATF som en viktig faktor. Dessutom ger detta arbete nya insikter om funktionen av Cdk5/p35-komplexet under myoblastdifferentiering och identifierar PKCξ som en uppströms regulator av Cdk5 aktivitet och myoblast differentiering.

JNK regulation of neurogenesis, neuroplasticity and anxiety-related behaviors in mice

I vår moderna värld har förekomsten av ångeststörningar drastiskt ökat, vilket påverkar välfärden i våra samhällen. Eftersom de molekylära mekanismerna bakom ångest är relativt okända, är möjligheterna till behandling av ångeststörningar begränsade. I och med utvecklingen av genetiska manipuleringmetoder och avbildningstekniker har strukturella förändringar associerade med ångeststörningar kunnat konstateras. Neuroanatomiska studier har påvisat störningar i dendritarkitektur, dendrittaggar och i neurogenesen hos vuxna individer. Särskilt neurogenesen i hippocampus anses viktig i detta sammanhang. Neurogenes i hippocampus har föreslagits spela en viktig roll i ångeststörningarnas patofysiologi och för hur vissa antidepressiva läkemedel förmedlar sin effekt. Under senare år har MAP-kinaser (MAPK) föreslagits vara involverade både i uppkomsten av affektiva störningar och i neurogenes i hippocampus. JNK är en grupp kinaser inom MAPK-familjen som aktiveras av olika externa stressfaktorer. I normala celler är aktiviteten hos JNK låg. Cell-stress ökar aktiviteten hos JNK vilket leder till bl.a. apoptos. JNK kinaser anses vara potentiella terapeutiska mål för behandling av neurodegenerativa sjukdomar men deras potential som mål för behandling av affektiva sjukdomar har tillsvidare inte utretts. Den här avhandlingen behandlar betydelsen av JNK för ångestrelaterat beteende hos möss. Med hjälp av Jnk1-knockout möss och farmakologisk inhibering av JNK-signalering, demonstreras att JNK reglerar neurogenes i hippocampus, vilket i sin tur ligger bakom mössens ångestrelaterade beteende. Jnk1-knockout möss var mindre ängsliga och uppvisade ökad neurogenes i hippcampus jämfört med kontrollmöss. Inhibering av JNK-signalering i hjärnan hos möss gjorde dem också mindre ängsliga och ökade neurogenesen i hippocampus på samma sätt som vissa antidepressiva läkemedel. Inhibering av JNK-aktivitet ledde inte bara till ökad neurogenes i hippocampus, utan främjade också mognandet av nybildade nervceller hos vuxna möss. Resultaten visar också att dendritarkitekturen och fördelningen av dendrittaggar hos CA3 neuroner i hippocampus är förändrad hos Jnk1-knockout möss. Genom screening av substratmolekyler för JNK hittades två JNKeffektormolekyler, MARCKSL1 (ett aktin-associerat protein) och MAP2 (ett mikrotubulus-associerat protein), som reglerade neuronernas sttruktur. Det här tyder på att JNK-signalering kan kontrollera ångeststörningsrelaterade förändringar hor dendriter och dendrittaggar. Sammanfattningsvis ger resultaten som presenteras i avhandlingen en ökad insikt i molekylära mekanismer som kan leda till ångeststörningsrelaterade förändringar i neurogenes och dendritstruktur. Därtill föreslås att JNKsignalbanan har potential som terapeutiskt mål för behandling av ångeststörningar.

Overexpression of catalase prevents gentamicin – induced apoptosis of renal proximal tubular cells in transgenic mice.

Introduction : La néphrotoxicité est une complication majeure de la gentamicine, qui est largement utilisée dans le traitement des infections bactériennes, en particulier celles provoquées par des bactéries à Gram-négatif. La gentamicine induit l'apoptose tubulaire, mais les mécanismes moléculaires impliqués demeurent mal compris. Dans l’étude présente, nous avons examiné le rôle des espèces réactives de l'oxygène (ROS) , des proteins Bax, Bmf et Caspase-12 (Csp-12) dans le mécanisme d’action de la gentamicine sur l'apoptose des tubules proximaux rénaux (RPT) et les dommages rénaux induits par ce médicament chez la souris. Méthode: Des souris adultes (âgées 18-19 semaines) mâles non-Tg et des souris transgéniques (CAT-Tg) qui surexpriment la catalase spécifiquement dans leurs cellules des RPT ont été traitées par injections intra-péritonéales de gentamicine (20 mg/kg/jour) pour 5 jours consécutifs, puis euthanasiés. Les reins ont été examinés et analysés par histologie, immunohistochimie pour presansance de la stress oxidative, expression des proteins Bax, Bmf et Csp-12 et essai TUNEL pour étudier de l’apoptose . Nous avons aussi examiné l'effet de la gentamicine sur génération des ROS et l’apoptose dans les cellules RPTC immortalisées de rat (IRPTC) in vitro. Résultats: In vivo, chez les souris non-Tg, la gentamicine induit une tubulopathie et l'apoptose des RPT , stimule la production de ROS et induit une augmentation de Bax et Bmf détectée par immunohistochimie et augmont activité du caspase-12. Ces changements sont atténués chez les souris Cat-Tg. In vitro, la gentamicine induit l’apoptos des cellulles. Le co-traitement avec la catalase normalise ces effets dans les IRPTC. Conclusion : Ces données démontrent que l'apoptose des RPTC induite par la gentamicine s’effectue, au moins en partie, par l'intermédiaire de la génération des ROS.

The essential role of annexin A1 mimetic peptide in the skin allograft survival

Immunosuppressive drugs have a critical role in inhibiting tissue damage and allograft rejection.Studies have demonstrated the anti-infl ammatory effects of the annexin A1 (AnxA1) in the regulationof transmigration and apoptosis of leucocytes. In the present study, an experimental skin allograftmodel was used to evaluate a potential protective effect of AnxA1 in transplantation survival. Micewere used for the skin allograft model and pharmacological treatments were carried out using eitherthe AnxA1 mimetic peptide Ac2-26, with or without cyclosporine A (CsA), starting 3 days beforesurgery until rejection. Graft survival, skin histopathology, leucocyte transmigration and expressionof AnxA1 and AnxA5 post-transplantation were analysed. Pharmacological treatment with Ac2-26increased skin allograft survival related with inhibition of neutrophil transmigration and inductionof apoptos is, thereby reducing the tissue damage compared with control animals. Moreover, AnxA1and AnxA5 expression increased after Ac2-26 treatment in neutrophils. Interestingly, thecombination of Ac2-26 and cyclosporine A showed similar survival of transplants when compared withthe cyclosporine A group, which could be attributed to a synergistic effect of both drugs. Investigationsin vitro revealed that cyclosporine A inhibited extracellular-signal-regulated kinase (ERK) phosphory-lation induced by Ac2-26 in neutrophils. Overall, the results suggest that AnxA1 has an essential role inaugmenting the survival of skin allograft, mainly owing to inhibition of neutrophil transmigration andenhancement of apoptosis. This effect may lead to the development of new therapeutic approachesrelevant to transplant rejection.