Degenerative process and cell death in salivary glands of Rhipicephalus sanguineus (Latreille, 1806) (Acari: Ixodidae) semi-engorged female exposed to the acaricide permethrin

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Features of autophagic cell death in Plasmodium liver-stage parasites

Analyzing molecular determinants of Plasmodium parasite cell death is a promising approach for exploring new avenues in the fight against malaria. Three major forms of cell death (apoptosis, necrosis and autophagic cell death) have been described in multicellular organisms but which cell death processes exist in protozoa is still a matter of debate. Here we suggest that all three types of cell death occur in Plasmodium liver-stage parasites. Whereas typical molecular markers for apoptosis and necrosis have not been found in the genome of Plasmodium parasites, we identified genes coding for putative autophagy-marker proteins and thus concentrated on autophagic cell death. We characterized the Plasmodium berghei homolog of the prominent autophagy marker protein Atg8/LC3 and found that it localized to the apicoplast. A relocalization of PbAtg8 to autophagosome-like vesicles or vacuoles that appear in dying parasites was not, however, observed. This strongly suggests that the function of this protein in liver-stage parasites is restricted to apicoplast biology.

Organometallic anticancer agents that interfere with cellular energy processes: a subtle approach to inducing cancer cell death.

Two hybrid compounds comprising an antimetastatic ruthenium-arene fragment tethered to an indazole-3-carboxylic acid derivative that inhibits aerobic glycolysis in cancer cells have been prepared and evaluated in a variety of cancer cell lines, including highly relevant human glioblastoma cells, with an apparent synergistic action between the two components observed.

Programmed cell death (PCD) processes begin extremely early in Alstroemeria petal senescence

-In the Liliaceous species Alstroemeria, petal senescence is characterized by wilting and inrolling, terminating in abscission 8-10 d after flower opening. -In many species, flower development and senescence involves programmed cell death (PCD). PCD in Alstroemeria petals was investigated by light (LM) and transmission electron microscopy (TEM) (to study nuclear degradation and cellular integrity), DNA laddering and the expression programme of the DAD-1 gene. -TEM showed nuclear and cellular degradation commenced before the flowers were fully open and that epidermal cells remained intact whilst the mesophyll cells degenerated completely. DNA laddering increased throughout petal development. Expression of the ALSDAD-1 partial cDNA was shown to be downregulated after flower opening. -We conclude that some PCD processes are started extremely early and proceed throughout flower opening and senescence, whereas others occur more rapidly between stages 4-6 (i.e. postanthesis). The spatial distribution of PCD across the petals is discussed. Several molecular and physiological markers of PCD are present during Alstroemeria petal senescence. © New Phytologist (2003).

Cell death and immunohistochemistry of p53, c-Fos and c-Jun after spermine infection into the rat striatum

Administration of polyamines into the central nervous system results in tissue damage, possibly through the excitotoxic actions of the NMDA receptor. Direct injection of 100 nmol of spermine into the rat striatum produced a lesion equivalent to approximately 50% of the striatum. Analysis of the DNA in this region revealed the distinct ladder-like pattern of degradation often associated with apoptosis. This DNA fragmentation was confirmed in vivo using terminal deoxynucleotidyl-transferase-mediated biotinylated deoxyuridine triphosphate nick end labelling (TUNEL). The morphology of the TUNEL-positive cells showed marked differences at the needle tract when compared with cells in damaged areas away from the needle tract, suggesting a differential mechanism of cell death in these two regions. The patterns of p53, c-Fos and c-Jun protein expression were determined using immunohistochemistry. The number of p53-immunoreactive cells increased up to 14 h and returned to basal levels by 24 h. c-Fos protein expression transiently increased, peaking at 8 h after injection, c-Jun exhibited a protracted pattern of expression, remaining elevated up to 24 h. p53 protein expression was colocalised with TUNEL staining in areas away from the needle tract, but not in cells at the needle tract, suggesting once again a differential mechanism of cell death. At 14 h, c-Fos and c-Jun were not colocalised with TUNEL staining, suggesting that they are either not involved with the cell death process or that the time course of protein expression and the onset of DNA fragmentation do not overlap. This work represents the first characterisation of processes associated with cell death induced by spermine in vivo.

Precise Temporal Regulation of roughest is Required for Correct Salivary Gland Autophagic Cell Death in Drosophila

The Drosophila roughest (rst) locus encodes an immunoglobulin superfamily transmembrane glycoprotein implicated in a variety of embryonic and postembryonic developmental processes. Here we demonstrate a previously unnoticed role for this gene in the autophagic elimination of larval salivary glands during early pupal stages by showing that overexpression of the Rst protein ectodomain in early pupa leads to persistence of salivary glands up to at least 12 hours after head eversion, although with variable penetrance. The same phenotype is observed in individuals carrying the dominant regulatory allele rst(D), but not in loss of function alleles. Analysis of persistent glands at the ultrastructural level showed that programmed cell death starts at the right time but is arrested at an early stage of the process. Finally we describe the expression pattern and intracellular distribution of Rst in wild type and rstD mutants, showing that its downregulation in salivary glands at the beginning of pupal stage is an important factor in the correct implementation of the autophagic program of this tissue in space and time. genesis 47:492-504, 2009. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

Targeting essential pathways in trypanosomatids gives insights into protozoan mechanisms of cell death.

Apoptosis is a normal component of the development and health of multicellular organisms. However, apoptosis is now considered a prerogative of unicellular organisms, including the trypanosomatids of the genera Trypanosoma spp. and Leishmania spp., causative agents of some of the most important neglected human diseases. Trypanosomatids show typical hallmarks of apoptosis, although they lack some of the key molecules contributing to this process in metazoans, like caspase genes, Bcl-2 family genes and the TNF-related family of receptors. Despite the lack of these molecules, trypanosomatids appear to have the basic machinery to commit suicide. The components of the apoptotic execution machinery of these parasites are slowly coming into light, by targeting essential processes and pathways with different apoptogenic agents and inhibitors. This review will be confined to the events known to drive trypanosomatid parasites to apoptosis.

Regulation of cell death receptor S-nitrosylation and apoptotic signaling by Sorafenib in hepatoblastoma cells.

Nitric oxide (NO) plays a relevant role during cell death regulation in tumor cells. The overexpression of nitric oxide synthase type III (NOS-3) induces oxidative and nitrosative stress, p53 and cell death receptor expression and apoptosis in hepatoblastoma cells. S-nitrosylation of cell death receptor modulates apoptosis. Sorafenib is the unique recommended molecular-targeted drug for the treatment of patients with advanced hepatocellular carcinoma. The present study was addressed to elucidate the potential role of NO during Sorafenib-induced cell death in HepG2 cells. We determined the intra- and extracellular NO concentration, cell death receptor expression and their S-nitrosylation modifications, and apoptotic signaling in Sorafenib-treated HepG2 cells. The effect of NO donors on above parameters has also been determined. Sorafenib induced apoptosis in HepG2 cells. However, low concentration of the drug (10nM) increased cell death receptor expression, as well as caspase-8 and -9 activation, but without activation of downstream apoptotic markers. In contrast, Sorafenib (10µM) reduced upstream apoptotic parameters but increased caspase-3 activation and DNA fragmentation in HepG2 cells. The shift of cell death signaling pathway was associated with a reduction of S-nitrosylation of cell death receptors in Sorafenib-treated cells. The administration of NO donors increased S-nitrosylation of cell death receptors and overall induction of cell death markers in control and Sorafenib-treated cells. In conclusion, Sorafenib induced alteration of cell death receptor S-nitrosylation status which may have a relevant repercussion on cell death signaling in hepatoblastoma cells.

" Leishmania major " metacaspase in programmed cell death

Abstract: The human protozoan parasite Leishmania major has been shown to exhibit several morphological and biochemical features characteristic of a programmed cell death (PCD) when differentiating into infectious stages and under a variety of stress conditions. In mammalian cells, the principal effector molecules of PCD or apoptosis are caspases. Although some caspase-like peptidase activity has been reported in dying parasites, no caspase gene is present in the L. major genome. However, a single metacaspase gene is present in L. major whose encoded protein harbors the predicted secondary structure and the catalytic dyad histidine/cysteine described for caspases and other metacaspases identified in plants and yeast. Metacaspases are also present in other protozoan parasites such as Trypanosoma and Plasmodium species and are not present in mammalian cells, which make them a possible drug target for the treatment of the parasitic diseases they cause. The Saccharomyces cerevisiae metacaspase YCA1 has been implicated in the death of aging cells, cells defective in some biological functions, and cells exposed to different environmental stresses. In this study, we evaluated the functional heterologous complementation of a S. cerevisiae ycal null mutant with the L. major metacaspase (LmjMCA} in cell death induced by oxidative stress. We show that LmjMCA is involved in yeast cell death, similar to YCA1, and that this function depends on its catalytic activity. LmjMCA was found to be auto-processed as occurs for caspases, however, LmjMCA did not exhibit any activity with caspase substrates. In contrast, LmjMCA was active towards substrates with arginine in the P1 position, with the activity being abolished following H147A and C202A catalytic site mutations and addition of the arginal inhibitor leupeptin. In order to identify the L. major proteins that may function as substrates, inhibitors, or may bind and recruit LmjMCA, a yeast two-hybrid screening with cDNA libraries from different life cycle stages of the parasite was conducted. Proteins putatively involved in PCD were identified as interacting with LmjMCA, however, the interaction of LmjMCA with proteins involved in other physiological processes such as vesicle transport, suggests that LmjMCA could have additional roles in the different life cycle stages of the parasite. Résumé: Plusieurs caractéristiques morphologiques et biochimiques rappelant la mort cellulaire programmée ont été identifiées dans les stades infectieux et sous des conditions de stress, chez le parasite protozoaire humain, Leishmania major. Dans les cellules de mammifères, les caspases sont les molécules effectrices principales impliquées dans la mort cellulaire programmée et l'apoptose. Bien qu'une activité caspase ait été retrouvée dans des parasites en mon` cellulaire, le génome de Leishmania ne contient aucun gène qui pourrait coder pour une caspase. À la place, on retrouve un gène unique codant pour une métacaspase. Une prédiction de la structure secondaire de la métacaspase montre que cette métacaspase a un domaine catalytique contenant la dyade histidine/cystéine présente dans les caspases et les autres métacaspases décrites chez les plantes et la levure. Les métacaspases sont aussi présentes dans d'autres parasites protozoaires tels que Trypanosome et Plasmodium, mais ne sont pas présentes dans les cellules de mammifères, ce qui en fait des cibles intéressantes pour le développement de drogue. Dans la levure, Saccharomyces cerevisiae, la métacaspase YCA1 est impliquée dans la mort des cellules âgées, la mort des cellules défectueuses dans certaines fonctions biologiques et dans les cellules exposées à différents stress environnementaux. Dans cette étude, une complémentation hétérologue fonctionnelle d'un mutant de la levure déficient en YCA1 par le gène LmjMCA de L. major lors de l'induction de ta mort par stress oxydatif a été évaluée. Nos résultats montrent que LmjMCA peut remplacer YGA1 dans le programme de mort cellulaire chez la levure et que celte fonction dépend de son activité catalytique. De plus, LmjMCA subit une auto clivage comme les caspases mais n'exhibe aucune spécificité pour les substrats des caspases. Au contraire, LmjMCA est active envers des substrats ayant une arginine en position P1, son activité étant détruite suite à des changements de son domaine catalytique par les mutations H147A et C202A ou suite à une inhibition para la leupeptine. Afin d'identifier quels pourraient être les substrats, les inhibiteurs ou les molécules interagissant avec LmjMCA, nous avons entrepris un criblage double-hybride en utilisant des librairies de d'ADNc provenant de différents stades du cycle parasitaire. Plusieurs protéines potentiellement impliquées dans un programme de mort cellulaire ont été identifiées comme interagissant avec LmjMCA. Cependant, l'identification de protéines impliquées dans le transport vésiculaire suggère aussi que LmjMCA pourrait avoir un rôle additionnel dans les différents stades du cycle parasitaire. Résumé destiné à un large public: De nos jours, la leishmaniose est la deuxième plus importante maladie parasitaire après la malaria. Malgré les avancées accomplies dans les stratégies de contrôle, près de deux millions de nouveaux cas apparaissent chaque année. Actuellement, la principale stratégie pour faire face à ce problème épidémiologique consiste en un traitement pharmacologique des personnes infectées. Pourtant, seule une dizaine de médicaments, dont la plupart sont toxiques, est disponible pour traiter la leishmaniose et des cas de résistance émergent dans certains pays endémiques. Il devient donc urgent de mettre au point de nouveaux traitements anti-leishmaniens capables d'éliminer le parasite sans effets indésirables sur le patient. Récemment, des caractéristiques morphologiques et biochimiques de la mort cellulaire programmée (MCP) semblables au processus de l'apoptose chez les mammifères ont été décrites dans Leishmania. Cependant, des gènes codant pour des protéines similaires à celles qui sont impliquées dans l'apoptose, comme les caspases, ne se retrouvent pas dans le génome de Leishmanía major. Néanmoins, les espèces de Leishmanía, aussi bien que d'autres parasites protozoaires responsables des trypanosomiases et de la malaria, possèdent des métacaspases qui sont des protéines homologues aux caspases mais qui ne sont pas présentes chez les mammifères. C'est pourquoi, la caractérisation de la métacaspase de Leishmania (LmjMCA) ainsi que ses mécanismes d'activation pourrait être une piste d'investigation intéressante dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans les voies de signalisation de la MCP des parasites protozoaires. Dans la levure, Saccharomyces cerevisiae, la métacaspase YCA1 est impliquée dans la mort des cellules âgées, la mort des cellules défectueuses dans certaines fonctions biologiques et dans les cellules exposées à différents stress environnementaux. Dans cette étude, une complémentation hétérologue fonctionnelle d'un mutant de la levure déficient en YCA1 par le gène LmjMCA de L major lors de l'induction de la mort par stress oxydatif a été évaluée. Nos résultats montrent que LmjMCA peut remplacer YCA1 dans le programme de mort cellulaire chez la levure et que cette fonction dépend de son activité catalytique. De plus, LmjMCA subit une auto clivage comme les caspases mais n'exhibe aucune spécificité pour les substrats des caspases. Au contraire, LmjMCA est active envers des substrats ayant une arginine en position P1, son activité étant détruite suite à des changements de son domaine catalytique par les mutations H147A et C202A ou suite à une inhibition para la leupeptine. Afin d'identifier quels pourraient être les substrats, les inhibiteurs ou les molécules interagissant avec LmjMCA, nous avons entrepris un criblage double-hybride en utilisant des librairies de d'ADNe provenant de différents stades du cycle parasitaire. Plusieurs protéines potentiellement impliquées dans un programme de mort cellulaire ont été identifiées comme interagissant avec LmjMCA. Cependant, l'identification de protéines impliquées dans le transport vésiculaire suggère aussi que LmjMCA pourrait avoir un rôle additionnel dans les différents stades du cycle parasitaire. Resumen destinado al público en general: La leishmaniasis es la segunda enfermedad parasitaria más importante en el mundo actual. Aproximadamente 2 millones de nuevos casos ocurren cada año a pesar de los avances logrados en el desarrollo de nuevos métodos de control. El tratamiento farmacológico de las personas infectadas es actualmente la principal estrategia de control, sin embargo, menos de una decena de medicamentos se encuentran disponibles en el mercado, la mayoría de ellos son tóxicos, y ya empiezan a encontrarse parásitos resistentes en algunos países endémicos para la leishmaniasis. El desarrollo de nuevos medicamentos capaces de eliminar los parásitos sin producir efectos indeseables en los humanos, es una necesidad inminente. Recientemente, algunas de las características morfológicas y bioquímicas de la muerte celular programada (MCP) similares al proceso de la apoptosis en mamíferos, han sido descritas en parasitos de Leishmania. Sin embargo, genes que codifiquen proteínas similares a aquellas involucradas en la apoptosis, como las caspasas, no se encuentran en el genoma de Leishmania major. AI contrario, las especies de Leishmania, así como de los otros parásitos responsables de la tripanosomiasis y de la malaria, poseen metacaspases, proteínas homologas a las caspases pero que no están presentes en las células de mamíferos. La caracterización de la metacaspasa de L. major y de sus mecanismos de activación constituye, por lo tanto, un área de investigación interesante para la identificación de nuevos blancos terapéuticos en el proceso de MCP de los parásitos protozoarios. En la levadura Saccharomyces cerevisiae, la metacaspasa YCA1 ha sido descrita como implicada en la muerte de células envejecidas, células defectuosas en algunas funciones biológicas, y en células expuestas a diferentes tipos de estrés ambiental. En el presente estudio se evaluó la complementación heteróloga funcional de una levadura mutante deficiente en YCA1 con el gen de metacaspase de L. major (LmjMCA) en la MCP inducida por estrés oxidativo. Nuestros resultados muestran que la LmjMCA puede reemplazarla YCA1 en la MCP de la levadura dependiente de su actividad catalítica y que la LmjMCA se auto-procesa similar a las caspasas. Sin embargo, LmjMCA no reconoce los substratos de caspasas sino substratos con una arginina en ta posición P1. Dicha actividad enzimática fue abolida con la inducción de las mutaciones puntuales H147A y C202A en la díada catalítica de LmjMCA y con la adición de leupeptina, un inhibidor con arginina. Con el fin de identificar proteínas que pudieran funcionar como substratos, inhibidores o moléculas modificadoras de LmjMCA, se aplicó el método de doble-híbrido en levadura con bibliotecas de ADNc provenientes de diferentes estadios del ciclo de vida del parásito. Algunas proteínas potencialmente implicadas. en la MCP del parásito fueron identiñcadas interactuando con LmjMCA. La identificación de otras proteínas involucradas en transporte vesicular sugiere que la LmjMCA podría tener una función biológica adicional en los diferentes estadios del ciclo de vida dei parásito.

Neuroprotective role of PrPC against kainate-induced epileptic seizures and cell death depends on the modulation of JNK3 activation by GluR6/7-PSD-95 binding

Cellular prion protein (PrPC) is a glycosyl-phosphatidylinositol¿anchored glycoprotein. When mutated or misfolded, the pathogenic form (PrPSC) induces transmissible spongiform encephalopathies. In contrast, PrPC has a number of physiological functions in several neural processes. Several lines of evidence implicate PrPC in synaptic transmission and neuroprotection since its absence results in an increase in neuronal excitability and enhanced excitotoxicity in vitro and in vivo. Furthermore, PrPC has been implicated in the inhibition of N-methyl-D-aspartic acid (NMDA)¿mediated neurotransmission, and prion protein gene (Prnp) knockout mice show enhanced neuronal death in response to NMDA and kainate (KA). In this study, we demonstrate that neurotoxicity induced by KA in Prnp knockout mice depends on the c-Jun N-terminal kinase 3 (JNK3) pathway since Prnpo/oJnk3o/o mice were not affected by KA. Pharmacological blockage of JNK3 activity impaired PrPC-dependent neurotoxicity. Furthermore, our results indicate that JNK3 activation depends on the interaction of PrPC with postsynaptic density 95 protein (PSD-95) and glutamate receptor 6/7 (GluR6/7). Indeed, GluR6¿PSD-95 interaction after KA injections was favored by the absence of PrPC. Finally, neurotoxicity in Prnp knockout mice was reversed by an AMPA/KA inhibitor (6,7-dinitroquinoxaline-2,3-dione) and the GluR6 antagonist NS-102. We conclude that the protection afforded by PrPC against KA is due to its ability to modulate GluR6/7-mediated neurotransmission and hence JNK3 activation.

Neuroprotective role of PrPC against kainate-induced epileptic seizures and cell death depends on the modulation of JNK3 activation by GluR6/7-PSD-95 binding

Cellular prion protein (PrPC) is a glycosyl-phosphatidylinositol¿anchored glycoprotein. When mutated or misfolded, the pathogenic form (PrPSC) induces transmissible spongiform encephalopathies. In contrast, PrPC has a number of physiological functions in several neural processes. Several lines of evidence implicate PrPC in synaptic transmission and neuroprotection since its absence results in an increase in neuronal excitability and enhanced excitotoxicity in vitro and in vivo. Furthermore, PrPC has been implicated in the inhibition of N-methyl-D-aspartic acid (NMDA)¿mediated neurotransmission, and prion protein gene (Prnp) knockout mice show enhanced neuronal death in response to NMDA and kainate (KA). In this study, we demonstrate that neurotoxicity induced by KA in Prnp knockout mice depends on the c-Jun N-terminal kinase 3 (JNK3) pathway since Prnpo/oJnk3o/o mice were not affected by KA. Pharmacological blockage of JNK3 activity impaired PrPC-dependent neurotoxicity. Furthermore, our results indicate that JNK3 activation depends on the interaction of PrPC with postsynaptic density 95 protein (PSD-95) and glutamate receptor 6/7 (GluR6/7). Indeed, GluR6¿PSD-95 interaction after KA injections was favored by the absence of PrPC. Finally, neurotoxicity in Prnp knockout mice was reversed by an AMPA/KA inhibitor (6,7-dinitroquinoxaline-2,3-dione) and the GluR6 antagonist NS-102. We conclude that the protection afforded by PrPC against KA is due to its ability to modulate GluR6/7-mediated neurotransmission and hence JNK3 activation.

VEGF is a mediator of retinal pigment epithelium permeability leading to photoreceptor cell death in light-induced retinal degeneration : gene therapy strategy to prevent AMD-disorders

ABSTRACTIn normal tissues, a balance between pro- and anti-angiogenic factors tightly controls angiogenesis. Alterations of this balance may have pathological consequences. For instance, concerning the retina, the vascular endothelial growth factor (VEGF) is a potent pro-angiogenic factor, and has been identified has a key player during ocular neovascularization implicated in a variety of retinal diseases. In the exudative form (wet-form) of age-related macular degeneration (AMD), neovascularizations occurring from the choroidal vessels are responsible for a quick and dramatic loss of visual acuity. In diabetic retinopathy and retinopathy of prematurity, sprouting from the retinal vessels leads to vision loss. Furthermore, the aging of the population, the increased- prevalence of diabetes and the better survival rate of premature infants will lead to an increasing rate of these conditions. In this way, anti-VEGF strategy represents an important therapeutic target to treat ocular neovascular disorders.In addition, the administration of Pigmented Epithelial growth factor, a neurotrophic and an anti- angiogenic factor, prevents photoreceptor cell death in a model of retinal degeneration induced by light. Previous results analyzing end point morphology reveal that the light damage (LD) model is used to mimic retinal degenerations arising from environmental insult, as well as aging and genetic disease such as advanced atrophic AMD. Moreover, light has been identified as a co-factor in a number of retinal diseases, speeding up the degeneration process. This protecting effect of PEDF in the LD retina raises the possibility of involvement of the balance between pro- and anti-angiogenic factors not only for angiogenesis, but also in cell survival and maintenance.The aim of the work presented here was to evaluate the importance of this balance in neurodegenerative processes. To this aim, a model of light-induced retinal degeneration was used and characterized, mainly focusing on factors simultaneously controlling neuron survival and angiogenesis, such as PEDF and VEGF.In most species, prolonged intense light exposure can lead to photoreceptor cell damage that can progress to cell death and vision loss. A protocol previously described to induce retinal degeneration in Balb/c mice was used. Retinas were characterized at different time points after light injury through several methods at the functional and molecular levels. Data obtained confirmed that toxic level of light induce PR cell death. Variations were observed in VEGF pathway players in both the neural retina and the eye-cup containing the retinal pigment epithelium (RPE), suggesting a flux of VEGF from the RPE towards the neuroretina. Concomitantly, the integrity of the outer blood-retinal-barrier (BRB) was altered, leading to extravascular albumin leakage from the choroid throughout the photoreceptor layer.To evaluate the importance of VEGF during light-induced retinal degeneration process, a lentiviral vector encoding the cDNA of a single chain antibody directed against all VEGF-A isoforms was developed (LV-V65). The bioactivity of this vector to block VEGF was validated in a mouse model of laser-induced choroidal neovascularization mediated by VEGF upregulation. The vector was then used in the LD model. The administration of the LV-V65 contributed to the maintenance of functional photoreceptors, which was assessed by ERG recording, visual acuity measurement and histological analyses. At the RPE level, the BRB integrity was preserved as shown by the absence of albumin leakage and the maintenance of RPE cell cohesion.These results taken together indicate that the VEGF is a mediator of light induced PR degeneration process and confirm the crucial role of the balance between pro- and anti-angiogenic factors in the PR cell survival. This work also highlights the prime importance of BRB integrity and functional coupling between RPE and PR cells to maintain the PR survival. VEGF dysregulation was already shown to be involved in wet AMD forms and our study suggests that VEGF dysregulation may also occur at early stages of AMD and could thus be a potential therapeutic target for several RPE related diseases.RESUMEDans les différents tissues de l'organisme, l'angiogenèse est strictement contrôlée par une balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques. Des modifications survenant dans cette balance peuvent engendrer des conséquences pathologiques. Par exemple, concernant la rétine, le facteur de croissance de l'endothélium vasculaire (VEGF) est un facteur pro-angiogénique important. Ce facteur a été identifié comme un acteur majeur dans les néovascularisations oculaires et les processus pathologiques angiogéniques survenant dans l'oeil et responsables d'une grande variété de maladies rétiniennes. Dans la forme humide de la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA), la néovascularisation choroïdienne est responsable de la perte rapide et brutale de l'acuité visuelle chez les patients affectés. Dans la rétinopathie diabétique et celle lié à la prématurité, l'émergence de néovaisseaux rétiniens est la cause de la perte de la vision. Les néovascularisations oculaires représentent la principale cause de cécité dans les pays développés. De plus, l'âge croissant de la population, la progression de la prévalence du diabète et la meilleure survie des enfants prématurés mèneront sans doute à l'augmentation de ces pathologies dans les années futures. Dans ces conditions, les thérapies anti- angiogéniques visant à inhiber le VEGF représentent une importante cible thérapeutique pour le traitement de ces pathologies.Plusieurs facteurs anti-angiogéniques ont été identifiés. Parmi eux, le facteur de l'épithélium pigmentaire (PEDF) est à la fois un facteur neuro-trophique et anti-angiogénique, et l'administration de ce facteur au niveau de la rétine dans un modèle de dégénérescence rétinienne induite par la lumière protège les photorécepteurs de la mort cellulaire. Des études antérieures basées sur l'analyse morphologique ont révélé que les modifications survenant lors de la dégénération induite suite à l'exposition à des doses toxiques de lumière représente un remarquable modèle pour l'étude des dégénérations rétiniennes suite à des lésions environnementales, à l'âge ou encore aux maladies génétiques telle que la forme atrophique avancée de la DMLA. De plus, la lumière a été identifiée comme un co-facteur impliqué dans un grand nombre de maladies rétiniennes, accélérant le processus de dégénération. L'effet protecteur du PEDF dans les rétines lésées suite à l'exposition de des doses toxiques de lumière suscite la possibilité que la balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques soit impliquée non seulement dans les processus angiogéniques, mais également dans le maintient et la survie des cellules.Le but de ce projet consiste donc à évaluer l'implication de cette balance lors des processus neurodégénératifs. Pour cela, un modèle de dégénération induite par la lumière à été utilisé et caractérisé, avec un intérêt particulier pour les facteurs comme le PEDF et le VEGF contrôlant simultanément la survie des neurones et l'angiogenèse.Dans la plupart des espèces, l'exposition prolongée à une lumière intense peut provoquer des dommages au niveau des cellules photoréceptrices de l'oeil, qui peut mener à leur mort, et par conséquent à la perte de la vision. Un protocole préalablement décrit a été utilisé pour induire la dégénération rétinienne dans les souris albinos Balb/c. Les rétines ont été analysées à différents moments après la lésion par différentes techniques, aussi bien au niveau moléculaire que fonctionnel. Les résultats obtenus ont confirmé que des doses toxiques de lumière induisent la mort des photorécepteurs, mais altèrent également la voie de signalisation du VEGF, aussi bien dans la neuro-rétine que dans le reste de l'oeil, contenant l'épithélium pigmentaire (EP), et suggérant un flux de VEGF provenant de ΙΈΡ en direction de la neuro-rétine. Simultanément, il se produit une altération de l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne externe, menant à la fuite de protéine telle que l'albumine, provenant de la choroïde et retrouvée dans les compartiments extravasculaires de la rétine, telle que dans la couche des photorécepteurs.Pour déterminer l'importance et le rôle du VEGF, un vecteur lentiviral codant pour un anticorps neutralisant dirigée contre tous les isoformes du VEGF a été développé (LV-V65). La bio-activité de ce vecteur a été testé et validée dans un modèle de laser, connu pour induire des néovascularisations choroïdiennes chez la souris suite à l'augmentation du VEGF. Ce vecteur a ensuite été utilisé dans le modèle de dégénération induite par la lumière. Les résultats des électrorétinogrammes, les mesures de l'acuité visuelle et les analyses histologiques ont montré que l'injection du LV-V65 contribue à la maintenance de photorécepteurs fonctionnels. Au niveau de l'EP, l'absence d'albumine et la maintenance des jonctions cellulaires des cellules de l'EP ont démontré que l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne externe est préservée suite au traitement.Par conséquent, tous les résultats obtenus indiquent que le VEGF est un médiateur important impliquée dans le processus de dégénération induit par la lumière et confirme le rôle cruciale de la balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques dans la survie des photorécepteurs. Cette étude révèle également l'importance de l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne et l'importance du lien fonctionnel et structurel entre l'EP et les photorécepteurs, essentiel pour la survie de ces derniers. Par ailleurs, Cette étude suggère que des dérèglements au niveau de l'équilibre du VEGF ne sont pas seulement impliqués dans la forme humide de la DMLA, comme déjà démontré dans des études antérieures, mais pourraient également contribuer et survenir dans des formes précoces de la DMLA, et par conséquent le VEGF représente une cible thérapeutique potentielle pour les maladies associées à des anomalies au niveau de l'EP.

Hyperactivation of retina by light in mice leads to photoreceptor cell death mediated by VEGF and retinal pigment epithelium permeability.

Light toxicity is suspected to enhance certain retinal degenerative processes such as age-related macular degeneration. Death of photoreceptors can be induced by their exposure to the visible light, and although cellular processes within photoreceptors have been characterized extensively, the role of the retinal pigment epithelium (RPE) in this model is less well understood. We demonstrate that exposition to intense light causes the immediate breakdown of the outer blood-retinal barrier (BRB). In a molecular level, we observed the slackening of adherens junctions tying up the RPE and massive leakage of albumin into the neural retina. Retinal pigment epithelial cells normally secrete vascular endothelial growth factor (VEGF) at their basolateral side; light damage in contrast leads to VEGF increase on the apical side - that is, in the neuroretina. Blocking VEGF, by means of lentiviral gene transfer to express an anti-VEGF antibody in RPE cells, inhibits outer BRB breakdown and retinal degeneration, as illustrated by functional, behavioral and morphometric analysis. Our data show that exposure to high levels of visible light induces hyperpermeability of the RPE, likely involving VEGF signaling. The resulting retinal edema contributes to irreversible damage to photoreceptors. These data suggest that anti-VEGF compounds are of therapeutic interest when the outer BRB is altered by retinal stresses.

Low concentrations of 3-hydroxy glutarate leads to ammonium accumulation and non-apoptotic cell death in developing brain cells

We previously showed in a 3D rat brain cell in vitro model for glutaric aciduria type-I that repeated application of 1mM 3-hydroxy-glutarate (3-OHGA) caused ammonium accumulation, morphologic alterations and induction of non-apoptotic cell death in developing brain cells. Here, we performed a dose-response study with lower concentrations of 3- OHGA.We exposed our cultures to 0.1, 0.33 and 1mM 3-OHGA every 12h over three days at two developmental stages (DIV5-8 and DIV11-14). Ammonium accumulation was observed at both stages starting from 0.1mM 3-OHGA, in parallel with a glutamine decrease. Morphological changes started at 0.33mM with loss of MBP expression and loss of astrocytic processes. Neurons were not substantially affected. At DIV8, release of LDH in the medium and cellular TUNEL staining increased from 0.1mM and 0.33mM 3-OHGA exposure, respectively. No increase in activated caspase-3 was observed. We confirmed ammonium accumulation and non-apoptotic cell death of brain cells in our in vitro model at lower 3-OHGA concentrations thus strongly suggesting that the observed effects are likely to take place in the brain of affected patients. The concomitant glutamine decrease suggests a defect in the astrocyte ammonium buffering system. Ammonium accumulation might be the cause of non-apoptotic cell death.

More than cell death: caspases and caspase inhibitors on the move.

It is becoming clear that "apoptotic" caspases can effect cellular processes other than cell death. A recent paper in Cell points to a novel role of the Drosophila caspase inhibitor DIAP1 as a determinant of cell migration.