Differential localization of GABAA receptor subunits in relation to rat striatopallidal and pallidopallidal synapses

As a central integrator of basal ganglia function, the external segment of the globus pallidus (GP) plays a critical role in the control of voluntary movement. The GP is composed of a network of inhibitory GABA-containing projection neurons which receive GABAergic input from axons of the striatum (Str) and local collaterals of GP neurons. Here, using electrophysiological techniques and immunofluorescent labeling we have investigated the differential cellular distribution of a1, a2 and a3 GABAA receptor subunits in relation to striatopallidal (Str-GP) and pallidopallidal (GP-GP) synapses. Electrophysiological investigations showed that zolpidem (100 nm; selective for the a1 subunit) increased the amplitude and the decay time of both Str-GP and GP-GP IPSCs, indicating the presence of the a1 subunits at both synapses. However, the application of drugs selective for the a2, a3 and a5 subunits (zolpidem at 400 nm, L-838,417 and TP003) revealed differential effects on amplitude and decay time of IPSCs, suggesting the nonuniform distribution of non-a1 subunits. Immunofluorescence revealed widespread distribution of the a1 subunit at both soma and dendrites, while double- and triple-immunofluorescent labeling for parvalbumin, enkephalin, gephyrin and the ?2 subunit indicated strong immunoreactivity for GABAAa3 subunits in perisomatic synapses, a region mainly targeted by local axon collaterals. In contrast, immunoreactivity for synaptic GABAAa2 subunits was observed in dendritic compartments where striatal synapses are preferentially located. Due to the kinetic properties which each GABAAa subunit confers, this distribution is likely to contribute differentially to both physiological and pathological patterns of activity.

The 3′-untranslated region of CaMKIIα is a cis-acting signal for the localization and translation of mRNA in dendrites

Neuronal signaling requires that synaptic proteins be appropriately localized within the cell and regulated there. In mammalian neurons, polyribosomes are found not just in the cell body, but also in dendrites where they are concentrated within or beneath the dendritic spine. The α subunit of Ca2+-calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKIIα) is one of only five mRNAs known to be present within the dendrites, as well as in the soma of neurons. This targeted subcellular localization of the mRNA for CaMKIIα provides a possible cell biological mechanism both for controlling the distribution of the cognate protein and for regulating independently the level of protein expression in individual dendritic spines. To characterize the cis-acting elements involved in the localization of dendritic mRNA we have produced two lines of transgenic mice in which the CaMKIIα promoter is used to drive the expression of a lacZ transcript, which either contains or lacks the 3′-untranslated region of the CaMKIIα gene. Although both lines of mice show expression in forebrain neurons that parallels the expression of the endogenous CaMKIIα gene, only the lacZ transcripts bearing the 3′-untranslated region are localized to dendrites. The β-galactosidase protein shows a variable level of expression along the dendritic shaft and within dendritic spines, which suggests that neurons can control the local biochemistry of the dendrite either through differential localization of the mRNA or variations in the translational efficiency at different sites along the dendrite.

The Yck2 Yeast Casein Kinase 1 Isoform Shows Cell Cycle-specific Localization to Sites of Polarized Growth and Is Required for Proper Septin Organization

Casein kinase 1 protein kinases are ubiquitous and abundant Ser/Thr-specific protein kinases with activity on acidic substrates. In yeast, the products of the redundant YCK1 and YCK2 genes are together essential for cell viability. Mutants deficient for these proteins display defects in cellular morphogenesis, cytokinesis, and endocytosis. Yck1p and Yck2p are peripheral plasma membrane proteins, and we report here that the localization of Yck2p within the membrane is dynamic through the cell cycle. Using a functional green fluorescent protein (GFP) fusion, we have observed that Yck2p is concentrated at sites of polarized growth during bud morphogenesis. At cytokinesis, GFP–Yck2p becomes associated with a ring at the bud neck and then appears as a patch of fluorescence, apparently coincident with the dividing membranes. The bud neck association of Yck2p at cytokinesis does not require an intact septin ring, and septin assembly is altered in a Yck-deficient mutant. The sites of GFP–Yck2p concentration and the defects observed for Yck-deficient cells together suggest that Yck plays distinct roles in morphogenesis and cytokinesis that are effected by differential localization.

The C-Terminal Variable Region Specifies the Dynamic Properties of Arabidopsis Microtubule-Associated Protein MAP65 Isotypes

The microtubule-associated protein, MAP65, is a member of a family of divergent microtubule-associated proteins from different organisms generally involved in maintaining the integrity of the central spindle in mitosis. The dicotyledon Arabidopsis thaliana and the monocotyledon rice (Oryza sativa) genomes contain 9 and 11 MAP65 genes, respectively. In this work, we show that the majority of these proteins fall into five phylogenetic clades, with the greatest variation between clades being in the C-terminal random coil domain. At least one Arabidopsis and one rice isotype is within each clade, indicating a functional specification for the C terminus. In At MAP65-1, the C-terminal domain is a microtubule binding region (MTB2) harboring the phosphorylation sites that control its activity. The At MAP65 isotypes show differential localization to microtubule arrays and promote microtubule polymerization with variable efficiency in a MTB2-dependent manner. In vivo studies demonstrate that the dynamics of the association and dissociation of different MAP65 isotypes with microtubules can vary up to 10-fold and that this correlates with their ability to promote microtubule polymerization. Our data demonstrate that the C-terminal variable region, MTB2, determines the dynamic properties of individual isotypes and suggest that slower turnover is conditional for more efficient microtubule polymerization.

Pro-fibrotic role of ERK3-MK5 during pressure-overload induced cardiac hypertrophy

Il y a 4 isoforme de p38 : α, β, δ, and γ. MK5, à l'origine identifié comme étant un régulateur de PRAK (Regulated/Activated Protein Kinase), est maintenant connu pour être activée par la protéine kinase p38 (qui est un mitogène activé par la protéine kinase, MAPK). Cette dernière est impliquée dans les mécanismes de fibrose et d'apoptose pendant l'hypertrophie cardiaque. De plus, MK5 est également activée par les MAPKs atypiques; ERK3 et ERK4. Bien qu’elles soient fortement exprimées dans le coeur, le rôle physiologique de MK5 et ERK3 demeure inconnu. Par conséquent, nous avons étudié l'effet de la constriction aortique transversale (TAC) – induisant un surcharge chronique de pression chez les souris hétèrozygotes knockout pour MK5 (MK5+/-) ou ERK3 (ERK3+/-) et pour leurs types sauvages (MK5+/+ et ERK3+/+). Deux sem post-TAC; le ratio de poids du coeur/poids corporel a été augmenté chez les 2 souris MK5+/- et MK5+/+. L'échocardiographie de la trans-thoracique démontre que la surcharge de pression a altéré la fonction diastolique du ventricule gauche chez MK5+/+, mais pas chez la souris MK5+/-. De plus, nous avons observé moins de dépôt de collagène, évalué par une coloration au trichrome de Masson, 2 et 3 sem post-TAC chez les souris MK5+/-. Parallèlement, le niveau de l’ARNm de collagène type1 alpha-1 a été significativement diminué dans les coeurs des souris MK5+/-, 2 et 3 sem post-TAC. De même, ERK3, mais pas ERK5 ni p38α, co-IP avec MK5 dans les 2 modèles des coeurs TAC; aigus ou chroniques. En revanche, l’ajout exogénique de GST-MK5 a abaissé ERK4 et p38α, mais pas ERK3 dans les lysâtes de coeur de souris. Par contre, GST-ERK3 et GST-p38α ne démontrent aucune co-IP avec MK5. Ces données suggèrent que dans le coeur seul ERK3, et non ERK4 ou p38α, est capable d’interagir avec, et réguler MK5. A niveau physiologique MK5 interagit entièrement avec ERK3 et par conséquent MK5 n’est pas disponible pour lier les protéines exogéniques. Les souris hétérozygotes pour ERK3 (ERK3+/-) ont également démontré une réduction ou une absence de collagène et une faible expression d’ARNm du collagène type1 alpha1, 3 sem post-TAC. Ces résultats démontrent un important rôle pro-fibrotique de la signalisation MK5-ERK3 pendant une surcharge chronique de pression.Nous avons également démontré 5 variant d'épissage de (MK5.1-5), y compris la forme originale (MK5.1). MK5.2 et MK5.5 subissent une délétion de 6 paires de base dans l’exon 12 : MK5.3 manque l'exon 12 : MK5.4 et MK5.5 manquent les exons 2-6. L'expression des ARNm des différents variant d'épissage a été vérifiée par PCR en temps réel (qPCR). Bien que l’expression est ubiquitaire, l'abondance relative de chaque variant était tissu-spécifique (coeur, rein, pancréas, muscle squelettique, poumon, foie, et cerveau). En plus, l'abondance relative des variant d’épissage varie pendant la surcharge de pression et le développement postnatal du coeur. En outre, l'immunofluorescence a indiqué que MK5.1-5.3 se localise au noyau alors que MK5.4-5.5 est situé au niveau cytoplasmic dans les cellules HEK 293 non stimulées. Suite à une stimulation avec l'anisomycin, un activateur de p38 MAPK, MK5.1-5.3 se translocalise du noyau au cytoplasme alors qu’une petite fraction de MK5.4-5.5 translocalise vers le noyau. Ces variant d'épissage peuvent diversifier la signalisation de MK5-ERK3 dans coeur, mais leur rôle exact oblige des recherches supplémentaires. Excepté l’isoforme δ, toutes les isoformes de p38 sont exprimées dans le coeur et la forme α est considérée comme étant l'isoforme dominante. L’analyse par qPCR et immunobuvardage de type western ont démontré que p38α et p38γ sont les deux isoformes prédominantes alors que p38β et p38δ sont exprimées aux mêmes niveaux dans le coeur de rat adulte. L'immunofluorescence a démontré que p38α et p38γ se trouvent dans le cytoplasme et le noyau. Cependant, suite à la surcharge par TAC, p38γ s'est accumulé dans noyau tandis que la distribution de p38α est demeurée inchangée. Ainsi, l'abondance de p38γ et sa translocalisation nucléaire suite à la surcharge de pression indique un rôle potentiel dans l'expression génique pendant le remodelage cardiaque. En conclusion, nous avons mis en évidence pour la première fois un rôle pro-fibrotique pour la signalisation MK5-ERK3 pendant une surcharge chronique de pression. D'ailleurs, les niveaux comparables d'expression de p38γ avec p38α, et la localisation différentielle de p38γ pendant la surcharge aiguë ou chronique de pression suggèrent différents rôles possibles pour ces isoformes pendant le remodelage hypertrophique cardiaque.

Convergencia de vías de señalización en un modelo de apoptosis

La sepsis es un evento inflamatorio generalizado del organismo inducido por un daño causado generalmente por un agente infeccioso. El patógeno más frecuentemente asociado con esta entidad es el Staphylococcus aureus, responsable de la inducción de apoptosis en células endoteliales debida a la producción de ceramida. Se ha descrito el efecto protector de la proteína C activada (PCA) en sepsis y su relación con la disminución de la apoptosis de las células endoteliales. En este trabajo se analizó la activación de las quinasas AKT, ASK1, SAPK/JNK y p38 en un modelo de apoptosis endotelial usando las técnicas de Western Blotting y ELISA. Las células endoteliales (EA.hy926), se trataron con C2-ceramida (130μM) en presencia de inhibidores químicos de cada una de estas quinasas y PCA. La supervivencia de las células en presencia de inhibidores químicos y PCA fue evaluada por medio de ensayos de activación de las caspasas 3, 7 y 9, que verificaban la muerte celular por apoptosis. Los resultados evidencian que la ceramida reduce la activación de AKT y aumenta la activación de las quinasas ASK, SAPK/JNK y p38, en tanto que PCA ejerce el efecto contrario. Adicionalmente se encontró que la tiorredoxina incrementa la activación/fosforilación de AKT, mientras que la quinasa p38 induce la defosforilación de AKT.

Intraflagellar transport in the developing and mature vertebrate retina

Intraflagellar transport (IFT) is required for the assembly and maintenance of cilia. In this study we analyzed the subcellular localization of IFT proteins in retinal cells by correlative high-resolution immunofluorescence and immunoelectron microscopy. The rod photoreceptor cell was used as a model system to analyze protein distribution in cilia. To date the expression of IFT proteins has been described in the ciliary region without deciphering the precise spatial and temporal subcellular localization of IFT proteins, which was the focus of my work. rnThe establishment of the pre-embedding immunoelectron method was an important first step for the present doctoral thesis. Results of this work reveal the differential localization of IFT20, IFT52, IFT57, IFT88, IFT140 in sub-ciliary compartments and also their presence in non-ciliary compartments of retinal photoreceptor cells. Furthermore, the localization of IFT20, IFT52 and IFT57 in dendritic processes of non-ciliated neurons indicates that IFT protein complexes also operate in non-ciliated cells and may participate in intracellular vesicle trafficking in eukaryotic cells in general.rnIn addition, we have investigated the involvement of IFT proteins in the ciliogenesis of vertebrate photoreceptor cilia. Electron microscopy analyses revealed six morphologically distinct stages. The first stages are characterized by electron dense centriolar satellites and a ciliary vesicle, while the formation of a ciliary shaft and of the light sensitive outer segment disks are features of the later stages. IFT proteins were expressed during all stages of photoreceptor cell development and found to be associated with the ciliary apparatus. In addition to the centriole and basal body IFT proteins are present in the photoreceptor cytoplasm, associated with centriolar satellites, post-Golgi vesicles and with the ciliary vesicle. Therewith the data provide an evidence for the involvement of IFT proteins during ciliogenesis, including the formation of the ciliary vesicle and the elongation of the primary cilium of photoreceptor cells. Moreover, the cytoplasmic localization of IFT proteins in the absence of a ciliary shaft in early stages of ciliogenesis indicates roles of IFT proteins beyond their well-established function for IFT in mature cilia and flagella. rn

GENETIC INTERACTIONS OF FACTORS THAT REGULATE ALTERNATIVE RNA SPLICING IN THE MALE GERM LINE OF DROSOPHILA

Alternative RNA splicing is a critical process that contributes variety to protein functions, and further controls cell differentiation and normal development. Although it is known that most eukaryotic genes produce multiple transcripts in which splice site selection is regulated, how RNA binding proteins cooperate to activate and repress specific splice sites is still poorly understood. In addition how the regulation of alternative splicing affects germ cell development is also not well known. In this study, Drosophila Transformer 2 (Tra2) was used as a model to explore both the mechanism of its repressive function on its own pre-mRNA splicing, and the effect of the splicing regulation on spermatogenesis in testis. Half-pint (Hfp), a protein known as splicing activator, was identified in an S2 cell-based RNAi screen as a co-repressor that functions in combination with Tra2 in the splicing repression of the M1 intron. Its repressive splicing function is found to be sequence specific and is dependent on both the weak 3’ splice site and an intronic splicing silencer within the M1 intron. In addition we found that in vivo, two forms of Hfp are expressed in a cell type specific manner. These alternative forms differ at their amino terminus affecting the presence of a region with four RS dipeptides. Using assays in Drosophila S2 cells, we determined that the alternative N terminal domain is necessary in repression. This difference is probably due to differential localization of the two isoforms in the nucleus and cytoplasm. Our in vivo studies show that both Hfp and Tra2 are required for normal spermatogenesis and cooperate in repression of M1 splicing in spermatocytes. But interestingly, Tra2 and Hfp antagonize each other’s function in regulating germline specific alternative splicing of Taf1 (TBP associated factor 1). Genetic and cytological studies showed that mutants of Hfp and Taf1 both cause similar defects in meiosis and spermatogenesis. These results suggest Hfp regulates normal spermatogenesis partially through the regulation of taf1 splicing. These observations indicate that Hfp regulates tra2 and taf1 activity and play an important role in germ cell differentiation of male flies.

Insulin-like growth factors-I and -II differentially regulate endogenous acetylcholine release from the rat hippocampal formation

Insulin-like growth factors-I and -II (IGF-I and -II) are structurally related mitogenic polypeptides with potent growth promoting effects. These peptides and their corresponding IGF-I and -II receptors are selectively localized in the brain. To date, most of the effects of IGFs are believed to be mediated by IGF-I receptors whereas the significance of IGF-II receptor in mediating biological responses remains unclear. In the present study, we characterized the distribution of IGF-I and IGF-II receptor sites and investigated the effects of both factors on endogenous acetylcholine (ACh) release in adult rat hippocampus. [125I]IGF-I receptor binding sites are recognized by IGF-I> IGF-II> insulin, whereas [125I]IGF-II binding was competed potently by IGF-II> IGF-I but not by insulin. At the cellular level, IGF-I receptor sites were primarily noted in the molecular layer of the dentate gyrus and the CA2-CA3 subfields of the Ammon’s horn whereas IGF-II sites were localized predominantly in the pyramidal cell layer of the CA1-CA3 subfields and in the granular cell layer of the dentate gyrus. IGF-I (10−14–10−8 M) and des(1–3) IGF-I (10−10–10−8 M) were found to inhibit whereas IGF-II (10−14–10−8 M) potentiated K+-evoked ACh release from hippocampal slices. Tetrodotoxin altered the effects of IGF-I but not those of IGF-II suggesting that IGF-I acts indirectly via the release of other modulators whereas IGF-II acts directly on or in close proximity to the cholinergic terminals. The inhibitory effects of IGF-I were also observed in the frontal cortex but not in the striatum. In contrast, the stimulatory effects of IGF-II were evident both in the frontal cortex and striatum. Taken together, these results reveal the differential localization of IGF-I and IGF-II receptor sites in the hippocampal formation and the opposite role for these growth factors in the acute regulation of ACh release likely via two distinct mechanisms. Additionally, these data provide the first evidence for a direct role for IGF-II and its receptors in the regulation of transmitter release in the central nervous system.

Regulation of S-Like Ribonuclease Levels in Arabidopsis. Antisense Inhibition of RNS1 or RNS2 Elevates Anthocyanin Accumulation1

The S-like ribonucleases (RNases) RNS1 and RNS2 of Arabidopsis are members of the widespread T2 ribonuclease family, whose members also include the S-RNases, involved in gametophytic self-incompatibility in plants. Both RNS1 and RNS2 mRNAs have been shown previously to be induced by inorganic phosphate (Pi) starvation. In our study we examined this regulation at the protein level and determined the effects of diminishing RNS1 and RNS2 expression using antisense techniques. The Pi-starvation control of RNS1 and RNS2 was confirmed using antibodies specific for each protein. These specific antibodies also demonstrated that RNS1 is secreted, whereas RNS2 is intracellular. By introducing antisense constructs, mRNA accumulation was inhibited by up to 90% for RNS1 and up to 65% for RNS2. These plants contained abnormally high levels of anthocyanins, the production of which is often associated with several forms of stress, including Pi starvation. This effect demonstrates that diminishing the amounts of either RNS1 or RNS2 leads to effects that cannot be compensated for by the actions of other RNases, even though Arabidopsis contains a large number of different RNase activities. These results, together with the differential localization of the proteins, imply that RNS1 and RNS2 have distinct functions in the plant.

Interaction with mLin-7 Alters the Targeting of Endocytosed Transmembrane Proteins in Mammalian Epithelial Cells

To investigate the targeting mechanism for proteins bound to the mammalian Lin-7 (mLin-7) PDZ domain, we created receptor protein chimeras composed of the carboxyl-terminal amino acids of LET-23 fused to truncated nerve growth factor receptor/P75. mLin-7 bound to the chimera with a wild-type LET-23 carboxyl-terminal tail (P75t-Let23WT), but not a mutant tail (P75t-Let23MUT). In Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells, P75t-Let23WT localized to the basolateral plasma membrane domain, whereas P75t-Let23MUT remained apical. Furthermore, mutant mLin-7 constructs acted as dominant interfering proteins and inhibited the basolateral localization of P75t-Let23WT. The mechanisms for this differential localization were examined further, and, initially, we found that P75t-Let23WT and P75t-Let23MUT were delivered equally to the apical and basolateral plasma membrane domains. Although basolateral retention of P75t-Let23WT, but not P75t-Let23MUT, was observed, the greatest difference in receptor localization was seen in the rapid trafficking of P75t-Let23WT to the basolateral plasma membrane domain after endocytosis, whereas P75t-Let23MUT was degraded in lysosomes, indicating that mLin-7 binding can alter the fate of endocytosed proteins. Altogether, these data support a model for basolateral protein targeting in mammalian epithelial cells dependent on protein–protein interactions with mLin-7, and also suggest a dynamic role for mLin-7 in endosomal sorting.

The sorting behaviour of olfactory and vomeronasal axons during regeneration

In order to begin to understand how primary olfactory and vomeronasal organ (VNO) axons target specific regions of the olfactory bulb, we examined the sorting behaviour of these axons following neonatal unilateral olfactory bulbectomy. Bulbectomy induced widespread ipsilateral death of the primary olfactory and VNO neurons. After 4 weeks, many new sensory axons had re-grown into the cranial cavity and established a prominent plexus with evidence of dense tufts that were similar in gross appearance to glomeruli. Axons expressing the cell adhesion molecule OCAM, which normally innervate the ventrolateral and rostral halves of the main and accessory olfactory bulbs, respectively, sorted out and segregated from those axons not expressing this molecule within the plexus. In addition, VNO axons formed large discrete bundles that segregated from main olfactory axons within the plexus. Thus, VNO and primary olfactory axons as well as discrete subpopulations of both are able to sort out and remain segregated in the absence of the olfactory bulb. Sorting and convergence of axons therefore occur independently of the olfactory bulb and are probably attributable either to inherent properties of the axons themselves or to interactions between the axons and accompanying glial ensheathing cells.

Development of Imaging Mass Spectrometry Analysis of Lipids in Biological and Clinically Relevant Applications

La spectrométrie de masse mesure la masse des ions selon leur rapport masse sur charge. Cette technique est employée dans plusieurs domaines et peut analyser des mélanges complexes. L’imagerie par spectrométrie de masse (Imaging Mass Spectrometry en anglais, IMS), une branche de la spectrométrie de masse, permet l’analyse des ions sur une surface, tout en conservant l’organisation spatiale des ions détectés. Jusqu’à présent, les échantillons les plus étudiés en IMS sont des sections tissulaires végétales ou animales. Parmi les molécules couramment analysées par l’IMS, les lipides ont suscité beaucoup d'intérêt. Les lipides sont impliqués dans les maladies et le fonctionnement normal des cellules; ils forment la membrane cellulaire et ont plusieurs rôles, comme celui de réguler des événements cellulaires. Considérant l’implication des lipides dans la biologie et la capacité du MALDI IMS à les analyser, nous avons développé des stratégies analytiques pour la manipulation des échantillons et l’analyse de larges ensembles de données lipidiques. La dégradation des lipides est très importante dans l’industrie alimentaire. De la même façon, les lipides des sections tissulaires risquent de se dégrader. Leurs produits de dégradation peuvent donc introduire des artefacts dans l’analyse IMS ainsi que la perte d’espèces lipidiques pouvant nuire à la précision des mesures d’abondance. Puisque les lipides oxydés sont aussi des médiateurs importants dans le développement de plusieurs maladies, leur réelle préservation devient donc critique. Dans les études multi-institutionnelles où les échantillons sont souvent transportés d’un emplacement à l’autre, des protocoles adaptés et validés, et des mesures de dégradation sont nécessaires. Nos principaux résultats sont les suivants : un accroissement en fonction du temps des phospholipides oxydés et des lysophospholipides dans des conditions ambiantes, une diminution de la présence des lipides ayant des acides gras insaturés et un effet inhibitoire sur ses phénomènes de la conservation des sections au froid sous N2. A température et atmosphère ambiantes, les phospholipides sont oxydés sur une échelle de temps typique d’une préparation IMS normale (~30 minutes). Les phospholipides sont aussi décomposés en lysophospholipides sur une échelle de temps de plusieurs jours. La validation d’une méthode de manipulation d’échantillon est d’autant plus importante lorsqu’il s’agit d’analyser un plus grand nombre d’échantillons. L’athérosclérose est une maladie cardiovasculaire induite par l’accumulation de matériel cellulaire sur la paroi artérielle. Puisque l’athérosclérose est un phénomène en trois dimension (3D), l'IMS 3D en série devient donc utile, d'une part, car elle a la capacité à localiser les molécules sur la longueur totale d’une plaque athéromateuse et, d'autre part, car elle peut identifier des mécanismes moléculaires du développement ou de la rupture des plaques. l'IMS 3D en série fait face à certains défis spécifiques, dont beaucoup se rapportent simplement à la reconstruction en 3D et à l’interprétation de la reconstruction moléculaire en temps réel. En tenant compte de ces objectifs et en utilisant l’IMS des lipides pour l’étude des plaques d’athérosclérose d’une carotide humaine et d’un modèle murin d’athérosclérose, nous avons élaboré des méthodes «open-source» pour la reconstruction des données de l’IMS en 3D. Notre méthodologie fournit un moyen d’obtenir des visualisations de haute qualité et démontre une stratégie pour l’interprétation rapide des données de l’IMS 3D par la segmentation multivariée. L’analyse d’aortes d’un modèle murin a été le point de départ pour le développement des méthodes car ce sont des échantillons mieux contrôlés. En corrélant les données acquises en mode d’ionisation positive et négative, l’IMS en 3D a permis de démontrer une accumulation des phospholipides dans les sinus aortiques. De plus, l’IMS par AgLDI a mis en évidence une localisation différentielle des acides gras libres, du cholestérol, des esters du cholestérol et des triglycérides. La segmentation multivariée des signaux lipidiques suite à l’analyse par IMS d’une carotide humaine démontre une histologie moléculaire corrélée avec le degré de sténose de l’artère. Ces recherches aident à mieux comprendre la complexité biologique de l’athérosclérose et peuvent possiblement prédire le développement de certains cas cliniques. La métastase au foie du cancer colorectal (Colorectal cancer liver metastasis en anglais, CRCLM) est la maladie métastatique du cancer colorectal primaire, un des cancers le plus fréquent au monde. L’évaluation et le pronostic des tumeurs CRCLM sont effectués avec l’histopathologie avec une marge d’erreur. Nous avons utilisé l’IMS des lipides pour identifier les compartiments histologiques du CRCLM et extraire leurs signatures lipidiques. En exploitant ces signatures moléculaires, nous avons pu déterminer un score histopathologique quantitatif et objectif et qui corrèle avec le pronostic. De plus, par la dissection des signatures lipidiques, nous avons identifié des espèces lipidiques individuelles qui sont discriminants des différentes histologies du CRCLM et qui peuvent potentiellement être utilisées comme des biomarqueurs pour la détermination de la réponse à la thérapie. Plus spécifiquement, nous avons trouvé une série de plasmalogènes et sphingolipides qui permettent de distinguer deux différents types de nécrose (infarct-like necrosis et usual necrosis en anglais, ILN et UN, respectivement). L’ILN est associé avec la réponse aux traitements chimiothérapiques, alors que l’UN est associé au fonctionnement normal de la tumeur.

Development of Imaging Mass Spectrometry Analysis of Lipids in Biological and Clinically Relevant Applications

La spectrométrie de masse mesure la masse des ions selon leur rapport masse sur charge. Cette technique est employée dans plusieurs domaines et peut analyser des mélanges complexes. L’imagerie par spectrométrie de masse (Imaging Mass Spectrometry en anglais, IMS), une branche de la spectrométrie de masse, permet l’analyse des ions sur une surface, tout en conservant l’organisation spatiale des ions détectés. Jusqu’à présent, les échantillons les plus étudiés en IMS sont des sections tissulaires végétales ou animales. Parmi les molécules couramment analysées par l’IMS, les lipides ont suscité beaucoup d'intérêt. Les lipides sont impliqués dans les maladies et le fonctionnement normal des cellules; ils forment la membrane cellulaire et ont plusieurs rôles, comme celui de réguler des événements cellulaires. Considérant l’implication des lipides dans la biologie et la capacité du MALDI IMS à les analyser, nous avons développé des stratégies analytiques pour la manipulation des échantillons et l’analyse de larges ensembles de données lipidiques. La dégradation des lipides est très importante dans l’industrie alimentaire. De la même façon, les lipides des sections tissulaires risquent de se dégrader. Leurs produits de dégradation peuvent donc introduire des artefacts dans l’analyse IMS ainsi que la perte d’espèces lipidiques pouvant nuire à la précision des mesures d’abondance. Puisque les lipides oxydés sont aussi des médiateurs importants dans le développement de plusieurs maladies, leur réelle préservation devient donc critique. Dans les études multi-institutionnelles où les échantillons sont souvent transportés d’un emplacement à l’autre, des protocoles adaptés et validés, et des mesures de dégradation sont nécessaires. Nos principaux résultats sont les suivants : un accroissement en fonction du temps des phospholipides oxydés et des lysophospholipides dans des conditions ambiantes, une diminution de la présence des lipides ayant des acides gras insaturés et un effet inhibitoire sur ses phénomènes de la conservation des sections au froid sous N2. A température et atmosphère ambiantes, les phospholipides sont oxydés sur une échelle de temps typique d’une préparation IMS normale (~30 minutes). Les phospholipides sont aussi décomposés en lysophospholipides sur une échelle de temps de plusieurs jours. La validation d’une méthode de manipulation d’échantillon est d’autant plus importante lorsqu’il s’agit d’analyser un plus grand nombre d’échantillons. L’athérosclérose est une maladie cardiovasculaire induite par l’accumulation de matériel cellulaire sur la paroi artérielle. Puisque l’athérosclérose est un phénomène en trois dimension (3D), l'IMS 3D en série devient donc utile, d'une part, car elle a la capacité à localiser les molécules sur la longueur totale d’une plaque athéromateuse et, d'autre part, car elle peut identifier des mécanismes moléculaires du développement ou de la rupture des plaques. l'IMS 3D en série fait face à certains défis spécifiques, dont beaucoup se rapportent simplement à la reconstruction en 3D et à l’interprétation de la reconstruction moléculaire en temps réel. En tenant compte de ces objectifs et en utilisant l’IMS des lipides pour l’étude des plaques d’athérosclérose d’une carotide humaine et d’un modèle murin d’athérosclérose, nous avons élaboré des méthodes «open-source» pour la reconstruction des données de l’IMS en 3D. Notre méthodologie fournit un moyen d’obtenir des visualisations de haute qualité et démontre une stratégie pour l’interprétation rapide des données de l’IMS 3D par la segmentation multivariée. L’analyse d’aortes d’un modèle murin a été le point de départ pour le développement des méthodes car ce sont des échantillons mieux contrôlés. En corrélant les données acquises en mode d’ionisation positive et négative, l’IMS en 3D a permis de démontrer une accumulation des phospholipides dans les sinus aortiques. De plus, l’IMS par AgLDI a mis en évidence une localisation différentielle des acides gras libres, du cholestérol, des esters du cholestérol et des triglycérides. La segmentation multivariée des signaux lipidiques suite à l’analyse par IMS d’une carotide humaine démontre une histologie moléculaire corrélée avec le degré de sténose de l’artère. Ces recherches aident à mieux comprendre la complexité biologique de l’athérosclérose et peuvent possiblement prédire le développement de certains cas cliniques. La métastase au foie du cancer colorectal (Colorectal cancer liver metastasis en anglais, CRCLM) est la maladie métastatique du cancer colorectal primaire, un des cancers le plus fréquent au monde. L’évaluation et le pronostic des tumeurs CRCLM sont effectués avec l’histopathologie avec une marge d’erreur. Nous avons utilisé l’IMS des lipides pour identifier les compartiments histologiques du CRCLM et extraire leurs signatures lipidiques. En exploitant ces signatures moléculaires, nous avons pu déterminer un score histopathologique quantitatif et objectif et qui corrèle avec le pronostic. De plus, par la dissection des signatures lipidiques, nous avons identifié des espèces lipidiques individuelles qui sont discriminants des différentes histologies du CRCLM et qui peuvent potentiellement être utilisées comme des biomarqueurs pour la détermination de la réponse à la thérapie. Plus spécifiquement, nous avons trouvé une série de plasmalogènes et sphingolipides qui permettent de distinguer deux différents types de nécrose (infarct-like necrosis et usual necrosis en anglais, ILN et UN, respectivement). L’ILN est associé avec la réponse aux traitements chimiothérapiques, alors que l’UN est associé au fonctionnement normal de la tumeur.

Metalloprotease meprin beta in rat kidney: glomerular localization and differential expression in glomerulonephritis

Meprin (EC 3.4.24.18) is an oligomeric metalloendopeptidase found in microvillar membranes of kidney proximal tubular epithelial cells. Here, we present the first report on the expression of meprin beta in rat glomerular epithelial cells and suggest a potential involvement in experimental glomerular disease. We detected meprin beta in glomeruli of immunostained rat kidney sections on the protein level and by quantitative RT-PCR of laser-capture microdissected glomeruli on the mRNA level. Using immuno-gold staining we identified the membrane of podocyte foot processes as the main site of meprin beta expression. The glomerular meprin beta expression pattern was altered in anti-Thy 1.1 and passive Heymann nephritis (PHN). In addition, the meprin beta staining pattern in the latter was reminiscent of immunostaining with the sheep anti-Fx1A antiserum, commonly used in PHN induction. Using Western blot and immunoprecipitation assays we demonstrated that meprin beta is recognized by Fx1A antiserum and may therefore represent an auto-antigen in PHN. In anti-Thy 1.1 glomerulonephritis we observed a striking redistribution of meprin beta in tubular epithelial cells from the apical to the basolateral side and the cytosol. This might point to an involvement of meprin beta in this form of glomerulonephritis.