Mécanismes traductionnels impliqués dans la potentialisation à long-terme de la transmission synaptique des cellules pyramidales de l’hippocampe chez le rongeur.

La mémoire et l’apprentissage sont des phénomènes complexes dont on ne comprend pas encore bien l’origine au niveau cellulaire et moléculaire. Cependant, il est largement admis que des changements plus simples au niveau synaptique, tels que la potentialisation à long-terme (long-term potentiation ou LTP) pourraient constituer la base cellulaire de la formation des nouveaux souvenirs. Ces mécanismes sont couramment étudiés au niveau de l’hippocampe, une région du lobe temporal reconnue comme étant nécessaire à la formation de la mémoire explicite chez les mammifères. La LTP est classiquement définie comme un renforcement durable de l’efficacité de connexions synaptiques ayant été stimulées de façon répétée et soutenue. De plus, on peut distinguer deux formes de LTP: une LTP précoce, qui repose sur la modification de protéines déjà formées, et une LTP tardive, qui requiert, elle, la synthèse de nouvelles protéines. Cependant, bien que de nombreuses études se soient intéressées au rôle de la traduction pour la maintenance de la LTP, les mécanismes couplant l’activité synaptique à la machinerie de synthèse protéique, de même que l’identité des protéines requises sont encore peu connus. Dans cette optique, cette thèse de doctorat s’est intéressée aux interactions entre l’activité synaptique et la régulation de la traduction. Il est par ailleurs reconnu que la régulation de la traduction des ARNm eukaryotiques se fait principalement au niveau de l’initiation. Nous avons donc étudié la modulation de deux voies majeures pour la régulation de la traduction au cours de la LTP : la voie GCN2/eIF2α et la voie mTOR. Ainsi, nos travaux ont tout d’abord démontré que la régulation de la voie GCN2/eIF2α et de la formation du complexe ternaire sont nécessaires à la maintenance de la plasticité synaptique et de la mémoire à long-terme. En effet, l’activité synaptique régule la phosphorylation de GCN2 et d’eIF2α, ce qui permet de moduler les niveaux du facteur de transcription ATF4. Celui-ci régule à son tour la transcription CREB-dépendante et permet ainsi de contrôler les niveaux d’expression génique et la synthèse de protéines nécessaires pour la stabilisation à long-terme des modifications synaptiques. De plus, la régulation de la voie mTOR et de la traduction spécifique des ARNm 5’TOP semble également jouer un rôle important pour la plasticité synaptique à long-terme. La modulation de cette cascade par l’activité synaptique augmente en effet spécifiquement la capacité de traduction des synapses activées, ce qui leur permet de traduire et d’incorporer les protéines nécessaires au renforcement durable des synapses. De telles recherches permettront sans doute de mieux comprendre la régulation des mécanismes traductionnels par l’activité synaptique, ainsi que leur importance pour la maintenance de la potentialisation à long-terme et de la mémoire à long-terme.

On the cellular stress response to Staphylococcus aureus alpha-toxin

Staphylococcus aureus alpha-hemolysin was the first bacterial toxin recognized to form pores in the plasma membrane of eukaryotic cells. It is secreted as a water-soluble monomer that upon contact with target membranes forms an amphiphatic heptameric beta-barrel which perforates the bilayer. As a consequence, red cells undergo colloidosmotic lyses, while some nucleated cells may succumb to necrosis or programmed cell death. However, most cells are capable of repairing a limited number of membrane lesions, and then respond with productive transcriptional activation of NF-kB. In the present study, by using microarray and semiquantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR), data from a previously performed serial analysis of gene expression (SAGE) were extended and verified, revealing that immediate early genes (IEGs) such as c-fos, c-jun and egr-1 are strongly induced at 2-8 h after transient toxin treatment. Activating protein 1 (AP-1: c-Fos, c-Jun) binding activity was increased accordingly. As IEGs are activated by growth factors, these findings led to the discovery that -toxin promotes cell cycle progression of perforated cells in an EGFR-dependent fashion. Although the amount of c-fos mRNA rose rapidly after toxin treatment, c-Fos protein expression was observed only after a lag of about 3 h. Since translation consumes much ATP, which transiently drops after transient membrane perforation, the suspicion arised that membrane-perforation caused global, but temporary downregulation of translation. In fact, eIF2α became heavily phosphorylated minutes after cells had been confronted with the toxin, resulting in shutdown of protein synthesis before cellular ATP levels reached the nadir. GCN2 emerged as a candidate eIF2α kinase, since its expression rapidly increased in toxin-treated cells. Two hours after toxin treatment, GADD34 transcripts, encoding a protein that targets the catalytic subunit of protein phosphatase 1 (PP1) to the endoplasmic reticulum, were overexpressed. This was followed by dephosphorylation of eIF2α and resumption of protein synthesis. Addition of tautomycetin, a specific inhibitor of PP1, led to marked hyperphosphorylation of eIF2α and significantly reduced the drop of ATP-levels in toxin-treated cells. A novel link between two major stress-induced signalling pathways emerged when it was found that both translational arrest and restart were under the control of stress-activated protein kinase (SAPK) p38. The data provide an explanation for the indispensible role of p38 for defence against the archetypal threat of membrane perforation by agents that produce small transmembrane-pores.

Inhibition of indoleamine 2,3-dioxygenase in mixed lymphocyte reaction affects glucose influx and enzymes involved in aerobic glycolysis and glutaminolysis in alloreactive T-cells

Indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) suppresses adaptive immunity. T-cell proliferation and differentiation to effector cells require increased glucose consumption, aerobic glycolysis and glutaminolysis. The effect of IDO on the above metabolic pathways was evaluated in alloreactive T-cells. Mixed lymphocyte reaction (MLR) in the presence or not of the IDO inhibitor, 1-DL-methyl-tryptophane (1-MT), was used. In MLRs, 1-MT decreased tryptophan consumption, increased cell proliferation, glucose influx and lactate production, whereas it decreased tricarboxylic acid cycle activity. In T-cells, from the two pathways that could sense tryptophan depletion, i.e. general control nonrepressed 2 (GCN2) kinase and mammalian target of rapamycin complex 1, 1-MT reduced only the activity of the GCN2 kinase. Additionally 1-MT treatment of MLRs altered the expression and/or the phosphorylation state of glucose transporter-1 and of key enzymes involved in glucose metabolism and glutaminolysis in alloreactive T-cells in a way that favors glucose influx, aerobic glycolysis and glutaminolysis. Thus in alloreactive T-cells, IDO through activation of the GCN2 kinase, decreases glucose influx and alters key enzymes involved in metabolism, decreasing aerobic glycolysis and glutaminolysis. Acting in such a way, IDO could be considered as a constraining factor for alloreactive T-cell proliferation and differentiation to effector T-cell subtypes.

Mechanisms of Adenovirus-Mediated Autophagy

A patient diagnosed with a glioma, generally, has an average of 14 months year to live after implementation of conventional therapies such as surgery, chemotherapy, and radiation. Glioblastomas are highly lethal because of their aggressive nature and resistance to conventional therapies and apoptosis. Thus other avenues of cell death urgently need to be explored. Autophagy, which is also known as programmed cell death type II, has recently been identified as an alternative mechanism to kill apoptosis- resistant cancer cells. Traditionally, researchers have studied how cells undergo autophagy during viral infection as an immune response mechanism, but recently researchers have discovered how viruses have evolved to manipulate autophagy for their benefit. Extensive studies of viral-induced autophagy provide a rationale to investigate other viruses, such as the adenovirus, which may be developed as part of a therapy against cancers resistant to apoptosis. Despite the present and relatively poor understanding of the mechanisms behind adenoviral-induced autophagy, adenovirus is a promising candidate, because of its ability to efficiently eradicate tumors. A better understanding of how the adenovirus induces autophagy will allow for the development of viruses with increased oncolytic potency. We hypothesized that adenovirus induces autophagy in order to aid in lysis. We found that replication, not infection, was required for adenovirus-mediated autophagy. Loss of function analysis of early genes revealed that, of the early genes tested, no single gene was sufficient to induce autophagy alone. Examination of cellular pathways for their role in autophagy during adenovirus infection revealed a function for the eIF2α pathway and more specifically the GCN2 kinase. Cells lacking GCN2 are more resistant to adenovirus-mediated autophagy in vitro; in vivo we also found these cells fail to undergo autophagy, but display more cell death. We believe that autophagy is a protective mechanism the cell employs during adenoviral infection, and in the in vivo environment, cells cannot recover from virus infection and are more susceptible to death. Congruently, infected cells deficient for autophagy through deletion of ATG5 are not able undergo productive cell lysis, providing evidence that the destruction of the cytoplasm and cell membrane through autophagy is crucial to the viral life cycle. This project is the first to describe a gene, other than a named autophagy gene, to be required for adenovirus- mediated autophagy. It is also the first to examine autophagic cell death as a means to aid in viral-induced cell lysis.

Mechanisms of Adenovirus-Mediated Autophagy

A patient diagnosed with a glioma, generally, has an average of 14 months year to live after implementation of conventional therapies such as surgery, chemotherapy, and radiation. Glioblastomas are highly lethal because of their aggressive nature and resistance to conventional therapies and apoptosis. Thus other avenues of cell death urgently need to be explored. Autophagy, which is also known as programmed cell death type II, has recently been identified as an alternative mechanism to kill apoptosis- resistant cancer cells. Traditionally, researchers have studied how cells undergo autophagy during viral infection as an immune response mechanism, but recently researchers have discovered how viruses have evolved to manipulate autophagy for their benefit. Extensive studies of viral-induced autophagy provide a rationale to investigate other viruses, such as the adenovirus, which may be developed as part of a therapy against cancers resistant to apoptosis. Despite the present and relatively poor understanding of the mechanisms behind adenoviral-induced autophagy, adenovirus is a promising candidate, because of its ability to efficiently eradicate tumors. A better understanding of how the adenovirus induces autophagy will allow for the development of viruses with increased oncolytic potency. We hypothesized that adenovirus induces autophagy in order to aid in lysis. We found that replication, not infection, was required for adenovirus-mediated autophagy. Loss of function analysis of early genes revealed that, of the early genes tested, no single gene was sufficient to induce autophagy alone. Examination of cellular pathways for their role in autophagy during adenovirus infection revealed a function for the eIF2α pathway and more specifically the GCN2 kinase. Cells lacking GCN2 are more resistant to adenovirus-mediated autophagy in vitro; in vivo we also found these cells fail to undergo autophagy, but display more cell death. We believe that autophagy is a protective mechanism the cell employs during adenoviral infection, and in the in vivo environment, cells cannot recover from virus infection and are more susceptible to death. Congruently, infected cells deficient for autophagy through deletion of ATG5 are not able undergo productive cell lysis, providing evidence that the destruction of the cytoplasm and cell membrane through autophagy is crucial to the viral life cycle. This project is the first to describe a gene, other than a named autophagy gene, to be required for adenovirus- mediated autophagy. It is also the first to examine autophagic cell death as a means to aid in viral-induced cell lysis.

Traitement de la maladie du greffon contre l’hôte chronique par la photophérèse extra corporelle au TH9402 : m écanisme de régulation de la maladie du greffon contre l’hôte chronique par les cellules T régulatrices

La maladie du greffon contre l’hôte (GVHD) est la principale cause de mortalité et de morbidité suite aux greffes de cellules souches hématopoïétiques. Plusieurs patients demeurent réfractaires aux traitements actuels ce qui rend nécessaire le développement de nouvelles stratégies afin de combattre cette maladie. Dans l’étude qui suit, nous avons utilisé un nouvel agent thérapeutique, le TH9402, une molécule photosensible et démontré qu’elle permet, lorsqu’exposée à la lumière visible (514 nm), d’éliminer sélectivement les cellules T activées in vivo tout en préservant les cellules T au repos et les cellules T régulatrices (Tregs). Les Tregs ainsi préservés peuvent abroger la réponse alloréactive par la sécrétion d’IL-10 ou par contact cellule-cellule via un mécanisme impliquant le CTLA-4. Nous avons découvert que la signalisation du CTLA-4 était associée à une hausse de la population Treg in vitro. Cette hausse est due à la conversion de cellules T CD4+CD25- en Tregs et non à une prolifération sélective des Tregs. Dans la deuxième partie de cette étude, nous avons démontré que la signalisation de CTLA-4 était associée à une augmentation de l’expression de la protéine Indoleamine 2,3 dioxygenase (IDO). Ces effets nécessitent la déplétion du tryptophane ainsi que de la protéine de phase aigue GCN2. Finalement, nous avons observé que l’infusion de cellules traitées au TH9402 chez des patients souffrant de GVHD chronique est associée à une augmentation de la population Treg chez ces patients sans causer de lymphopénie ni de diminution de la réponse immunitaire dirigée contre les antigènes viraux. Ces résultats suggèrent que le traitement au TH9402 pourrait représenter une approche particulièrement intéressante pour le traitement de la GVHD chronique réfractaire aux traitements actuels. De plus, l’augmentation de l’expression d’IDO pourrait être utilisée comme valeur prédictive de la réponse du patient au traitement. Ceci pourrait permettre d’améliorer la qualité de soins ainsi que de la qualité de vie des patients souffrant de GVHD chronique.

Traitement de la maladie du greffon contre l’hôte chronique par la photophérèse extra corporelle au TH9402 : m écanisme de régulation de la maladie du greffon contre l’hôte chronique par les cellules T régulatrices

La maladie du greffon contre l’hôte (GVHD) est la principale cause de mortalité et de morbidité suite aux greffes de cellules souches hématopoïétiques. Plusieurs patients demeurent réfractaires aux traitements actuels ce qui rend nécessaire le développement de nouvelles stratégies afin de combattre cette maladie. Dans l’étude qui suit, nous avons utilisé un nouvel agent thérapeutique, le TH9402, une molécule photosensible et démontré qu’elle permet, lorsqu’exposée à la lumière visible (514 nm), d’éliminer sélectivement les cellules T activées in vivo tout en préservant les cellules T au repos et les cellules T régulatrices (Tregs). Les Tregs ainsi préservés peuvent abroger la réponse alloréactive par la sécrétion d’IL-10 ou par contact cellule-cellule via un mécanisme impliquant le CTLA-4. Nous avons découvert que la signalisation du CTLA-4 était associée à une hausse de la population Treg in vitro. Cette hausse est due à la conversion de cellules T CD4+CD25- en Tregs et non à une prolifération sélective des Tregs. Dans la deuxième partie de cette étude, nous avons démontré que la signalisation de CTLA-4 était associée à une augmentation de l’expression de la protéine Indoleamine 2,3 dioxygenase (IDO). Ces effets nécessitent la déplétion du tryptophane ainsi que de la protéine de phase aigue GCN2. Finalement, nous avons observé que l’infusion de cellules traitées au TH9402 chez des patients souffrant de GVHD chronique est associée à une augmentation de la population Treg chez ces patients sans causer de lymphopénie ni de diminution de la réponse immunitaire dirigée contre les antigènes viraux. Ces résultats suggèrent que le traitement au TH9402 pourrait représenter une approche particulièrement intéressante pour le traitement de la GVHD chronique réfractaire aux traitements actuels. De plus, l’augmentation de l’expression d’IDO pourrait être utilisée comme valeur prédictive de la réponse du patient au traitement. Ceci pourrait permettre d’améliorer la qualité de soins ainsi que de la qualité de vie des patients souffrant de GVHD chronique.