Investigation of Association between PFO complicated by cryptogenic stroke and a common variant of the cardiac transcription factor GATA4

Patent foramen ovale (PFO) is associated with clinical conditions including cryptogenic stroke, migraine and varicose veins. Data from studies in humans and mouse suggest that PFO and the secundum form of atrial septal defect (ASDII) exist in an anatomical continuum of septal dysmorphogenesis with a common genetic basis. Mutations in multiple members of the evolutionarily conserved cardiac transcription factor network, including GATA4, cause or predispose to ASDII and PFO. Here, we assessed whether the most prevalent variant of the GATA4 gene, S377G, was significantly associated with PFO or ASD. Our analysis of world indigenous populations showed that GATA4 S377G was largely Caucasian-specific, and so subjects were restricted to those of Caucasian descent. To select for patients with larger PFO, we limited our analysis to those with cryptogenic stroke in which PFO was a subsequent finding. In an initial study of Australian subjects, we observed a weak association between GATA4 S377G and PFO/Stroke relative to Caucasian controls in whom ASD and PFO had been excluded (OR = 2.16; p = 0.02). However, in a follow up study of German Caucasians no association was found with either PFO or ASD. Analysis of combined Australian and German data confirmed the lack of a significant association. Thus, the common GATA4 variant S377G is likely to be relatively benign in terms of its participation in CHD and PFO/Stroke.

Transcription factor GATA4 and apoptotic TRAIL pathway in granulosa cell function and tumors

Normal growth and development require the precise control of gene expression. Transcription factors are proteins that regulate gene expression by binding specific sequences of DNA. Abnormalities in transcription are implicated in a variety of human diseases, including cancer, endocrine disorders and birth defects. Transcription factor GATA4 has emerged as an important regulator of normal development and function in a variety of endoderm- and mesoderm- derived tissues, including gut, heart and several endocrine organs, such as gonads. Mice harboring a null mutation of Gata4 gene die during embryogenesis due to failure in heart formation, complicating the study of functional role of GATA4 in other organs. However, the expression pattern of GATA4 suggests it may play a role in the regulation of ovarian granulosa cell development, function and apoptosis. This premise is supported by in vitro studies showing that GATA4 regulates several steroidogenic enzymes as well as auto-, para- and endocrine signaling molecules important for granulosa cell function. This study assessed the in vivo role of GATA4 for granulosa cell function by utilizing two genetically modified mouse strains. The findings in the GATA4 deficient mice included delayed puberty, impaired fertility and signs of diminished estrogen production. At the molecular level, the GATA4 deficiency leads to attenuated expression of central steroidogenic genes, Steroidogenic acute regulatory protein (StAR), Side-chain cleavage (SCC), and aromatase as a response to stimulations with exogenous gonadotropins. Taken together, these suggest GATA4 is necessary for the normal ovarian function and female fertility. Programmed cell death, apoptosis, is a crucial part of normal ovarian development and function. In addition, disturbances in apoptosis have been implicated to pathogenesis of human granulosa cell tumors (GCTs). Apoptosis is controlled by extrinsic and intrinsic pathways. The intrinsic pathway is regulated by members of Bcl-2 family, and its founding member, the anti-apoptotic Bcl-2, is known to be important for granulosa cell survival. This study showed that the expression levels of GATA4 and Bcl-2 correlate in the human GCTs and that GATA4 regulates Bcl-2 expression, presumably by directly binding to its promoter. In addition, disturbing GATA4 function was sufficient to induce apoptosis in cultured GCT- derived cell line. Taken together, these results suggest GATA4 functions as an anti-apoptotic factor in GCTs. The extrinsic apoptotic pathway is controlled by the members of tumor necrosis factor (TNF) superfamily. An interesting ligand of this family is TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL), possessing a unique ability to selectively induce apoptosis in malignant cells. This study characterized the previously unknown expression of TRAIL and its receptors in both developing and adult human ovary, as well as in malignant granulosa cell tumors. TRAIL pathway was shown to be active in GCTs suggesting it may be a useful tool in treating these malignancies. However, more studies are required to assess the function of TRAIL pathway in normal ovaries. In addition to its ability to induce apoptosis in GCTs, this study revealed that GATA4 protects these malignancies from TRAIL-induced apoptosis. GATA4 presumably exerts this effect by regulating the expression of anti-apoptotic Bcl-2. This is of particular interest as high expression of GATA4 is known to correlate to aggressive GCT behavior. Thus, GATA4 seems to protect GCTs from endogenous TRAIL by upregulating anti-apoptotic factors such as Bcl-2.

Transcription factors MYOCD, SRF, Mesp1 and SMARCD3 enhance the cardio-inducing effect of GATA4, TBX5, and MEF2C during direct cellular reprogramming.

Transient overexpression of defined combinations of master regulator genes can effectively induce cellular reprogramming: the acquisition of an alternative predicted phenotype from a differentiated cell lineage. This can be of particular importance in cardiac regenerative medicine wherein the heart lacks the capacity to heal itself, but simultaneously contains a large pool of fibroblasts. In this study we determined the cardio-inducing capacity of ten transcription factors to actuate cellular reprogramming of mouse embryonic fibroblasts into cardiomyocyte-like cells. Overexpression of transcription factors MYOCD and SRF alone or in conjunction with Mesp1 and SMARCD3 enhanced the basal but necessary cardio-inducing effect of the previously reported GATA4, TBX5, and MEF2C. In particular, combinations of five or seven transcription factors enhanced the activation of cardiac reporter vectors, and induced an upregulation of cardiac-specific genes. Global gene expression analysis also demonstrated a significantly greater cardio-inducing effect when the transcription factors MYOCD and SRF were used. Detection of cross-striated cells was highly dependent on the cell culture conditions and was enhanced by the addition of valproic acid and JAK inhibitor. Although we detected Ca(2+) transient oscillations in the reprogrammed cells, we did not detect significant changes in resting membrane potential or spontaneously contracting cells. This study further elucidates the cardio-inducing effect of the transcriptional networks involved in cardiac cellular reprogramming, contributing to the ongoing rational design of a robust protocol required for cardiac regenerative therapies.

Détermination des domaines du facteur de transcription GATA4 impliqués dans l'hypertrophie et la survie des cardiomyocytes

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mutations in cardiac T-Box Factor gene TBX20 are associated with diverse cardiac pathologies, including defects of septation and valvulogenesis and cardiomyopathy

The T-box family transcription factor gene TBX20 acts in a conserved regulatory network, guiding heart formation and patterning in diverse species. Mouse Tbx20 is expressed in cardiac progenitor cells, differentiating cardiomyocytes, and developing valvular tissue, and its deletion or RNA interference-mediated knockdown is catastrophic for heart development. TBX20 interacts physically, functionally, and genetically with other cardiac transcription factors, including NKX2-5, GATA4, and TBX5, mutations of which cause congenital heart disease (CHD). Here, we report nonsense (Q195X) and missense (I152M) germline mutations within the T-box DNA-binding domain of human TBX20 that were associated with a family history of CHD and a complex spectrum of developmental anomalies, including defects in septation, chamber growth, and valvulogenesis. Biophysical characterization of wild-type and mutant proteins indicated how the missense mutation disrupts the structure and function of the TBX20 T-box. Dilated cardiomyopathy was a feature of the TBX20 mutant phenotype in humans and mice, suggesting that mutations in developmental transcription factors can provide a sensitized template for adult-onset heart disease. Our findings are the first to link TBX20 mutations to human pathology. They provide insights into how mutation of different genes in an interactive regulatory circuit lead to diverse clinical phenotypes, with implications for diagnosis, genetic screening, and patient follow-up.

Luteinizing hormone regulates inhibin-alpha subunit expression through multiple signaling pathways involving steroidogenic factor-1 and beta-catenin in the macaque corpus luteum

We employed different experimental model systems to define the role of GATA4, beta-catenin, and steroidogenic factor (SF-1) transcriptional factors in the regulation of monkey luteal inhibin secretion. Reverse transcription polymerase chain reactions and western blotting analyses show high expression of inhibin-alpha, GATA4, and beta-catenin in corpus luteum (CL) of the mid-luteal phase. Gonadotropin-releasing hormone receptor antagonist-induced luteolysis model suggested the significance of luteinizing hormone (LH) in regulating these transcriptional factors. Inducible cyclic AMP early repressor mRNA expression was detected in the CL and no change was observed in different stages of CL. Following amino acid sequence analysis, interaction between SF-1 and beta-catenin in mid-stage CL was verified by reciprocal co-immunoprecipitation experiments coupled to immunoblot analysis. Electrophoretic mobility shift analysis support the role of SF-1 in regulating luteal inhibin-alpha expression. Our results suggest a possible multiple crosstalk of Wnt, cAMP, and SF-1 in the regulation of luteal inhibin secretion.

Developmental Expression of an Amphioxus (Branchiostoma belcheri) Gene Encoding a GATA Transcription Factor

GATA基因在脊椎动物和非脊椎动物的发育中行使重要的功能,该家族的成员在进化上也足非常保守的.脊椎动物的GATA基因分为两个亚群:GATA1/2/3和GATA4/5/6.通过生物信息分析,在文吕鱼的基因缓中找到了3个GATA基因:一个GATA1/2/3业家族基因,两个GATA4/5/6亚家族基因:还找到一个类GATA基因.还克隆了白氏文昌鱼(Branchiostoma belcheri)GATA123的一段序列,并研究了它在早期胚胎发育中的表达图式.结果表明GATA123在原肠胚的中内胚层表达,而在神经胚晚期和幼体早期,GATA123在脑泡和消化道中部区域表达.这种表达模式与头部发育的重要基因Otx相类似.结果提示在文吕鱼脑泡的发育过程中GATA123和Otx很可能共同发挥着重要的作用.

文昌鱼Dkk和Kremen基因家族表达图谱和功能的研究

文昌鱼长期作为脊索动物的祖先模型被研究。它与脊椎动物发育机制的比较为后者的发生和进化提供了大量证据。Wnt信号通路在动物胚胎发育中行使着多样而重要的功能：如胚胎轴系的建立，胚层分化，神经图式形成等。在腔肠动物胚胎发育的早期，Wnt/β-catenin主要参与动植物半球极性的形成和胚层分化——很可能是Wnt通路的祖先功能。而在高等脊椎动物胚胎发育的早期，Wnt/β-catenin通路对于背腹轴、前后轴和左右轴极性的建立发挥着至关重要的作用。我们的研究主要集中在文昌鱼Wnt/β-catenin信号通路的两种调节因子Dickkopf（Dkk）和Kremen，以探明这些Wnt信号调节因子的祖先功能，以及在脊椎动物中获得新功能的进化历程。分泌性蛋白Dkk是Wnt信号通路的抑制因子，协同它的高亲和性受体Kremen，在两栖类胚胎头部的发育中起着关键作用。基于脊椎动物Dkk和kremen的报道以及佛罗里达文昌鱼基因组序列信息，我们运用分子克隆的方法，得到白氏文昌鱼Dkk家族的两个基因：BbDkk124和BbDkk3，以及Kremen家族的5个基因：BbKremen-a，BbKremen-c，BbKremen-d，BbKremen-e，BbKremen-g，用整体胚胎原位杂交的方法研究了它们的表达图谱，并在293T细胞和非洲爪蟾胚胎这两个系统中检测了它们对Wnt信号活性的影响和胚胎发育表型的影响。结果表明文昌鱼Dkk和Kremen的表达区域与脊椎动物的同源基因并不相同，出现了较大分歧，但BbDkk124作为Wnt信号抑制因子的功能是保守的。Kremen家族的两个基因BbKremen-e和BbKremen-g在293T细胞内对Wnt通路的影响不显著，而在非洲爪蟾系统中，引起胚胎不同的畸形表型。我们的实验结果为脊椎动物Dkk和Kremen 基因家族的进化提供了一些资料。 此外我们还研究了文昌鱼GATA家族的基因，这个家族在脊椎动物和非脊椎动物的发育中行使重要的动能，在进化上也是非常保守的。脊椎动物的GATA基因分为两个亚群：GATA1/2/3和GATA4/5/6。通过生物信息分析，我们在文昌鱼的基因组中找到了三个GATA基因：一个GATA1/2/3亚家族基因，两个GATA4/5/6亚家族基因，另外还找到一个类GATA基因。我们克隆了白氏文昌鱼GATA123的一段序列并研究了它在早期胚胎发育中的特异性表达。结果表明GATA123在原肠胚的中内胚层表达，而在神经胚晚期和幼体早期，GATA123在脑泡和消化道中部区域表达。这种表达模式与头部发育的重要基因Otx相类似。我们的研究结果提示在文昌鱼脑泡的发育过程中GATA123和Otx很可能协同发挥着重要的作用。

A whole-genome massively parallel sequencing analysis of BRCA1 mutant oestrogen receptor-negative and -positive breast cancers

BRCA1 encodes a tumour suppressor protein that plays pivotal roles in homologous recombination (HR) DNA repair, cell-cycle checkpoints, and transcriptional regulation. BRCA1 germline mutations confer a high risk of early-onset breast and ovarian cancer. In more than 80% of cases, tumours arising in BRCA1 germline mutation carriers are oestrogen receptor (ER)-negative; however, up to 15% are ER-positive. It has been suggested that BRCA1 ER-positive breast cancers constitute sporadic cancers arising in the context of a BRCA1 germline mutation rather than being causally related to BRCA1 loss-of-function. Whole-genome massively parallel sequencing of ER-positive and ER-negative BRCA1 breast cancers, and their respective germline DNAs, was used to characterize the genetic landscape of BRCA1 cancers at base-pair resolution. Only BRCA1 germline mutations, somatic loss of the wild-type allele, and TP53 somatic mutations were recurrently found in the index cases. BRCA1 breast cancers displayed a mutational signature consistent with that caused by lack of HR DNA repair in both ER-positive and ER-negative cases. Sequencing analysis of independent cohorts of hereditary BRCA1 and sporadic non-BRCA1 breast cancers for the presence of recurrent pathogenic mutations and/or homozygous deletions found in the index cases revealed that DAPK3, TMEM135, KIAA1797, PDE4D, and GATA4 are potential additional drivers of breast cancers. This study demonstrates that BRCA1 pathogenic germline mutations coupled with somatic loss of the wild-type allele are not sufficient for hereditary breast cancers to display an ER-negative phenotype, and has led to the identification of three potential novel breast cancer genes (ie DAPK3, TMEM135, and GATA4).

Induction of signalling in non-erythroid cells by pharmacological levels of erythropoietin

Erythropoiesis is maintained by the hormone erythropoietin (Epo) binding to its cognate receptor (EpoR) on erythroid progenitor cells. The Epo-EpoR interaction initiates a signal transduction process that regulates the survival, growth and differentiation of these cells. Originally perceived as highly lineage-restricted, Epo is now recognised to have pleiotropic effects extending beyond the maintenance of red cell mass. Functional interactions between Epo and EpoR have been demonstrated in numerous cells and tissues. EpoR expression on neoplastic cells leads to concern that recombinant human erythropoietin, used to treat anaemia in cancer patients, may augment tumour growth. Here we demonstrate that EPO, at pharmacological concentrations, can activate three major signalling cascades, viz. the Jak2/STAT5, Ras/ERK and PI3K/Akt pathways in non-small cell lung carcinoma (NSCLC) cell lines. EpoR synthesis is normally under the control of GATA-1, but NSCLC cells exhibit decreased GATA-1 levels compared to GATA-2, -3 and -6, suggesting that GATA-1 is not essential for EpoR production. The increased Epo-induced signalling was not associated with a growth advantage for the NSCLC cells.

Essential role of GATA5 in the mammalian heart

réalisé en cotutelle avec le Dr. Marie Kmita et Dr. Marco Horb

Diversité fonctionnelle du facteur de transcription Tbx5 dans le coeur

Le cœur des vertébrés est un organe modulaire qui requiert le " patterning " complexe des champs morphogénétiques cardiogènes et la convergence coordonnée des diverses sous-populations de progéniteurs cardiogéniques. Au moins 7 facteurs de transcription de la famille T-box coopèrent au sein de ces nombreuses sous-populations de progéniteurs cardiogéniques afin de réguler la morphogenèse et l’agencement de multiples structures le long de l’ébauche cardiaque, ce qui explique que les mutations humaines de ces gènes engendrent diverses malformations congénitales cardiaques (MCCs). L’un de ces gènes T-box, Tbx5, dont l’haploinsuffisance génère le syndrome de Holt-Oram (SHO), intervient dans une grande variété de réseaux de régulation géniques (RRGs) qui orchestrent la morphogenèse des oreillettes, du ventricule gauche, de la valve mitrale, des septums inter-auriculaire et inter-ventriculaire, ainsi que du système de conduction cardiaque. La diversité des RRGs impliqués dans la formation de ces structures cardiaques suggère que Tbx5 détient une profusion de fonctions qui ne seront identifiables qu’en répertoriant ses activités moléculaires dans chaque lignée cardiaque examinée isolément. Afin d’aborder cette problématique, une ablation génétique de Tbx5 dans l’endocarde a été réalisée. Cette expérience a démontré le rôle crucial de Tbx5 dans la survie des cellules endocardiques bordant le septum primum et des cardiomyocytes au sein de cette structure embryonnaire qui contribuera à la morphogenèse du septum inter-auriculaire. En outre, cette étude a révélé l’existence d’une communication croisée entre la sous-population de cellules endocardiques Tbx5+ et le myocarde au niveau du septum primum, afin d’assurer la survie des cardiomyocytes, et ultimement de garantir la maturation du septum inter-auriculaire. Nos résultats confirment aussi l’importance de l’interdépendance génétique (Tbx5 et Gata4 ainsi que Tbx5 et Nos3) entre différents loci dans la morphogenèse de la cloison inter-auriculaire, et particulièrement de l’influence que peut avoir l’environnement sur la pénétrance et l’expressivité des communications inter-auriculaires (CIAs) dans le SHO. En outre, puisque les fonctions d’un gène dépendent ordinairement des différents isoformes qu’il peut générer, une deuxième étude a focalisé davantage sur l’aspect transcriptionnel de Tbx5. Cette approche a mené à la découverte de 6 transcrits alternatifs exhibant des fonctions à la fois communes et divergentes. La caractérisation de 2 de ces isoformes a révélé le rôle de l’isoforme long (Tbx5_v1) dans la régulation de la croissance des cardiomyocytes durant la cardiogénèse, tandis que l’isoforme court (Tbx5_v2), préférentiellement exprimé dans le cœur mature, réprime la croissance cellulaire. Il est donc entièrement concevable que les mutations de TBX5 entraînant une troncation de la région C-terminale accroissent la concentration d’une protéine mutée qui, à l’instar de Tbx5_v2, interfère avec la croissance de certaines structures cardiaques. En revanche, la divergence de fonctions de ces isoformes, caractérisée par les disparités de localisation subcellulaire et de d’interaction avec d’autres cofacteurs cardiaques, suggère que les mutations affectant davantage un isoforme favoriseraient l’émergence d’un type particulier de MCC. Finalement, un dernier objectif était d’identifier le ou les mécanisme(s) moléculaire(s) par le(s)quel(s) Tbx5 régule son principal gène cible, Nppa, et d’en extraire les indices qui éclairciraient sa fonction transcriptionnelle. Cet objectif nécessitait dans un premier lieu d’identifier les différents modules cis-régulateurs (MCRs) coordonnant la régulation transcriptionnelle de Nppa et Nppb, deux gènes natriurétiques dont l’organisation en tandem et le profil d’expression durant la cardiogénèse sont conservés dans la majorité des vertébrés. L’approche d’empreinte phylogénétique employée pour scanner le locus Nppb/Nppa a permis d’identifier trois MCRs conservés entre diverses espèces de mammifères, dont un (US3) est spécifique aux euthériens. Cette étude a corroboré que la régulation de l’expression du tandem génique Nppb/Nppa requérait l’activité transcriptionnelle d’enhancers en complément aux promoteurs de Nppa et Nppb. La concordance quasiment parfaite entre les profils d’expression de Tbx5 et de ces deux gènes natriurétiques chez les mammifères, suggère que le gradient d’expression ventriculaire de Tbx5 est interprété par le recrutement de ce facteur au niveau des différents enhancers identifiés. En somme, les études présentées dans cette thèse ont permis de clarifier la profusion de fonctions cardiaques que possède Tbx5. Certaines de ces fonctions émanent de l’épissage alternatif de Tbx5, qui favorise la synthèse d’isoformes dotés de propriétés spécifiques. Les diverses interactions combinatoires entre ces isoformes et d’autres facteurs cardiaques au sein des diverses sous-populations de progéniteurs cardiogènes contribuent à l’émergence de RRGs cardiaques divergents.

Le peptide natriurétique auriculaire induit la différenciation cardiaque dans les cellules souches embryonnaires carcinomateuses de souris P19

Traditionnellement associée à la reproduction féminine, l'ocytocine (OT), une hormone peptidique synthétisée par les noyaux paraventriculaire et supraoptique de l'hypothalamus et sécrétée par l'hypophyse postérieure (neurohypophyse), a été récemment revue et a été démontrée avoir plusieurs nouveaux rôles dans le système cardio-vasculaire. En effet, notre laboratoire a montré que l’OT peut induire la différenciation des cellules souches embryonnaires (CSE) en cardiomyocytes (CM) fonctionnels. À l’aide du modèle cellulaire embryonnaire carcinomateux de souris P19, il a été démontré que ce processus survenait suite à la libération de la guanosine monophosphate cyclique (GMPc) dépendante du monoxyde d’azote. De même, il est connu que le peptide natriurétique auriculaire (ANP), un peptide produit, stocké et sécrété par les myocytes cardiaques, peut aussi induire la production du GMPc. De nombreuses études ont démontré que le cœur ayant subi un infarctus pouvait être régénéré à partir d’une population isolée de cellules souches et progénitrices transplantées. Une de ces populations de cellules, fréquemment isolées à partir d'organes provenant d'animaux aux stades de développement embryonnaire et adulte, appelée « Side Population » (SP), sont identifiées par cytométrie en flux (FACS) comme une population de cellules non marquées par le colorant fluorescent Hoechst 33342 (Ho). Les cellules SP expriment des protéines de transport spécifiques, de la famille ATP-binding cassette, qui ont pour rôle de transporter activement le colorant fluorescent Ho de leur cytoplasme. La sous-population de cellules SP isolée du cœur affiche un potentiel de différenciation cardiaque amélioré en réponse à un traitement avec l’OT. Récemment, l'hétérogénéité phénotypique et fonctionnelle des CSE a été mise en évidence, et cela a été corrélé avec la présence de sous-populations cellulaires ressemblant beaucoup aux cellules SP issues du cœur. Puisque l’ANP peut induire la production du GMPc et qu’il a été démontré que la différenciation cardiaque était médiée par la production du GMPc, alors nous émettons l'hypothèse selon laquelle l’ANP pourrait induire la différenciation cardiaque. Étant donné que les CSE sont composés d’un mélange de différents types cellulaires alors nous émettons aussi l’hypothèse selon laquelle l’utilisation d’une sous-population de CSE plus homogène renforcerait le potentiel de différenciation de l'ANP. Méthodes : Les SP ont été isolées des cellules P19 par FACS en utilisant la méthode d’exclusion du colorant fluorescent Ho. Puis, leur phénotype a été caractérisé par immunofluorescence (IF) pour les marqueurs de l’état indifférencié, d’auto-renouvellement et de pluripotence octamer-binding transcription factor 4 (OCT4) et stage-specific embryonic antigen-1 (SSEA1). Ensuite, la dose pharmacologique optimale d’ANP a été déterminée via des tests de cytotoxicité sur des cellules P19 (MTT assay). Pour induire la différenciation en cardiomyocytes, des cellules à l’état de sphéroïdes ont été formées à l’aide de la technique du « Hanging-Drop » sous la stimulation de l’ANP pendant 5 jours. Puis, des cryosections ont été faites dans les sphéroïdes afin de mettre en évidence la présence de marqueurs de cellules cardiaques progénitrices tels que GATA4, Nkx2.5 et un marqueur mitochondrial spécifique Tom22. Ensuite, les cellules SP P19 ont été stimulées dans les sphéroïdes cellulaires par le traitement avec de l'ANP (10-7 M) ou de l’OT (10-7 M), de l’antagoniste spécifique du guanylate cyclase particulé (GCp) A71915 (10-6 M), ainsi que la combinaison des inducteurs OT+ANP, OT+A71915, ANP+A71915. Après la mise en culture, la différenciation en cardiomyocytes a été identifié par l’apparition de colonies de cellules battantes caractéristiques des cellules cardiaques, par la détermination du phénotype cellulaire par IF, et enfin par l’extraction d'ARN et de protéines qui ont été utilisés pour le dosage du GMPc par RIA, l’expression des ARNm par RT-PCR et l’expression des protéines par immunobuvardage de type western. Résultats : Les sphéroïdes obtenus à l’aide de la technique du « Hanging-Drop » ont montré une hausse modeste de l’expression des ARNm suivants : OTR, ANP et GATA4 comparativement aux cellules cultivées en monocouches. Les sphéroïdes induits par l’ANP ont présenté une augmentation significative des facteurs de transcription cardiaque GATA4 et Nkx2.5 ainsi qu’un plus grand nombre de mitochondries caractérisé par une plus grande présence de Tom22. De plus, L’ANP a induit l’apparition de colonies de cellules battantes du jour 7 (stade précoce) au jour 14 (stade mature) de façon presque similaire à l’OT. Cependant, la combinaison de l’ANP avec l’OT n’a pas induit de colonies de cellules battantes suggérant un effet opposé à celui de l’OT. Par IF, nous avons quantifié (nombre de cellules positives) et caractérisé, du jour 6 au jour 14 de différenciation, le phénotype cardiaque de nos cellules en utilisant les marqueurs suivants : Troponine T Cardiaque, ANP, Connexines 40 et 43, l’isoforme ventriculaire de la chaîne légère de myosine (MLC-2v), OTR. Les SP différenciées sous la stimulation de l’ANP ont montré une augmentation significative du GMPc intracellulaire comparé aux cellules non différenciées. À notre grande surprise, l’antagoniste A71915 a induit une plus grande apparition de colonies de cellules battantes comparativement à l’OT et l’ANP à un jour précoce de différenciation cardiaque et l’ajout de l’OT ou de l’ANP a potentialisé ses effets, augmentant encore plus la proportion de colonies de cellules battantes. De plus, la taille des colonies de cellules battantes était encore plus importante que sous la simple stimulation de l’OT ou de l’ANP. Les analyses radioimmunologiques dans les cellules SP P19 stimulés avec l’ANP, A71915 et la combinaison des deux pendant 15min, 30min et 60min a montré que l’ANP stimule significativement la production du GMPc, cependant A71915 n’abolit pas les effets de l’ANP et celui-ci au contraire stimule la production du GMPc via des effets agonistes partiels. Conclusion : Nos résultats démontrent d’une part que l’ANP induit la différenciation des cellules SP P19 en CM fonctionnels. D’autre part, il semblerait que la voie de signalisation NPRA-B/GCp/GMPc soit impliquée dans le mécanisme de différenciation cardiaque puisque l’abolition du GMPc médiée par le GCp potentialise la différenciation cardiaque et il semblerait que cette voie de signalisation soit additive de la voie de signalisation induite par l’OT, NO/GCs/GMPc, puisque l’ajout de l’OT à l’antagoniste A71915 stimule plus fortement la différenciation cardiaque que l’OT ou l’A71915 seuls. Cela suggère que l’effet thérapeutique des peptides natriurétiques observé dans la défaillance cardiaque ainsi que les propriétés vasodilatatrices de certains antagonistes des récepteurs peptidiques natriurétiques inclus la stimulation de la différenciation des cellules souches en cardiomyocytes. Cela laisse donc à penser que les peptides natriurétiques ou les antagonistes des récepteurs peptidiques natriurétiques pourraient être une alternative très intéressante dans la thérapie cellulaire visant à induire la régénération cardiovasculaire.

Glycogen synthase kinase 3 (GSK3) in the heart: a point of integration in hypertrophic signalling and a therapeutic target? A critical analysis

Glycogen synthase kinase 3 (GSK3, of which there are two isoforms, GSK3alpha and GSK3beta) was originally characterized in the context of regulation of glycogen metabolism, though it is now known to regulate many other cellular processes. Phosphorylation of GSK3alpha(Ser21) and GSK3beta(Ser9) inhibits their activity. In the heart, emphasis has been placed particularly on GSK3beta, rather than GSK3alpha. Importantly, catalytically-active GSK3 generally restrains gene expression and, in the heart, catalytically-active GSK3 has been implicated in anti-hypertrophic signalling. Inhibition of GSK3 results in changes in the activities of transcription and translation factors in the heart and promotes hypertrophic responses, and it is generally assumed that signal transduction from hypertrophic stimuli to GSK3 passes primarily through protein kinase B/Akt (PKB/Akt). However, recent data suggest that the situation is far more complex. We review evidence pertaining to the role of GSK3 in the myocardium and discuss effects of genetic manipulation of GSK3 activity in vivo. We also discuss the signalling pathways potentially regulating GSK3 activity and propose that, depending on the stimulus, phosphorylation of GSK3 is independent of PKB/Akt. Potential GSK3 substrates studied in relation to myocardial hypertrophy include nuclear factors of activated T cells, beta-catenin, GATA4, myocardin, CREB, and eukaryotic initiation factor 2Bvarepsilon. These and other transcription factor substrates putatively important in the heart are considered. We discuss whether cardiac pathologies could be treated by therapeutic intervention at the GSK3 level but conclude that any intervention would be premature without greater understanding of the precise role of GSK3 in cardiac processes.

Genetic and environmental risk factors in congenital heart disease functionally converge in protein networks driving heart development

Congenital heart disease (CHD) occurs in similar to 1% of newborns. CHD arises from many distinct etiologies, ranging from genetic or genomic variation to exposure to teratogens, which elicit diverse cell and molecular responses during cardiac development. To systematically explore the relationships between CHD risk factors and responses, we compiled and integrated comprehensive datasets from studies of CHD in humans and model organisms. We examined two alternative models of potential functional relationships between genes in these datasets: direct convergence, in which CHD risk factors significantly and directly impact the same genes and molecules and functional convergence, in which risk factors significantly impact different molecules that participate in a discrete heart development network. We observed no evidence for direct convergence. In contrast, we show that CHD risk factors functionally converge in protein networks driving the development of specific anatomical structures (e.g., outflow tract, ventricular septum, and atrial septum) that are malformed by CHD. This integrative analysis of CHD risk factors and responses suggests a complex pattern of functional interactions between genomic variation and environmental exposures that modulate critical biological systems during heart development.