Apoprotein B100 has a prolonged interaction with the translocon during which its lipidation and translocation change from dependence on the microsomal triglyceride transfer protein to independence

When lipid synthesis is limited in HepG2 cells, apoprotein B100 (apoB100) is not secreted but rapidly degraded by the ubiquitin-proteasome pathway. To investigate apoB100 biosynthesis and secretion further, the physical and functional states of apoB100 destined for either degradation or lipoprotein assembly were studied under conditions in which lipid synthesis, proteasomal activity, and microsomal triglyceride transfer protein (MTP) lipid-transfer activity were varied. Cells were pretreated with a proteasomal inhibitor (which remained with the cells throughout the experiment) and radiolabeled for 15 min. During the chase period, labeled apoB100 remained associated with the microsomes. Furthermore, by crosslinking sec61β to apoB100, we showed that apoB100 remained close to the translocon at the same time apoB100–ubiquitin conjugates could be detected. When lipid synthesis and lipoprotein assembly/secretion were stimulated by adding oleic acid (OA) to the chase medium, apoB100 was deubiquitinated, and its interaction with sec61β was disrupted, signifying completion of translocation concomitant with the formation of lipoprotein particles. MTP participates in apoB100 translocation and lipoprotein assembly. In the presence of OA, when MTP lipid-transfer activity was inhibited at the end of pulse labeling, apoB100 secretion was abolished. In contrast, when the labeled apoB100 was allowed to accumulate in the cell for 60 min before adding OA and the inhibitor, apoB100 lipidation and secretion were no longer impaired. Overall, the data imply that during most of its association with the endoplasmic reticulum, apoB100 is close to or within the translocon and is accessible to both the ubiquitin-proteasome and lipoprotein-assembly pathways. Furthermore, MTP lipid-transfer activity seems to be necessary only for early translocation and lipidation events.

Lipidation and glycosylation of a T cell antigen receptor (TCR) transmembrane hvdrophobic peptide dramatically enhances in vitro and in vivo function

A T cell antigen receptor (TCR) transmembrane sequence derived peptide (CP) has been shown to inhibit T cell activation both in vitro and in vivo at the membrane level of the receptor signal transduction. To examine the effect of sugar or lipid conjugations on CP function, we linked CP to 1-aminoglucosesuccinate (GS), N-myristate (MYR), mono-di-tripalmitate (LP1, LP2, or LP3), and a lipoamino acid (LA) and examined the effects of these compounds on T cell activation in vitro and by using a rat model of adjuvant-induced arthritis, in vivo. In vitro, antigen presentation results demonstrated that lipid conjugation enhanced CP's ability to lower IL-2 production from 56.99% +/- 15.69 S.D. observed with CP, to 12.08% +/- 3.34 S.D. observed with LA. The sugar conjugate GS resulted in only a mild loss of in vitro activity compared to CP (82.95% +/- 14.96 S.D.). In vivo, lipid conjugation retarded the progression of adjuvant-induced arthritis by approximately 50%, whereas the sugar. conjugated CP, GS, almost completely inhibited the progression of arthritis. This study demonstrates that hydrophobic peptide activity is markedly enhanced in vitro and in vivo by conjugation to lipids or sugars. This may have practical applications in drug delivery and bioavailability of hydrophobic peptides. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Investigation du rôle des molécules de signalisation cellulaire dans la lipidation de l'apolipoprotéine A-I

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Investigation du rôle des molécules de signalisation cellulaire dans la lipidation de l'apolipoprotéine A-I

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Microsomal triglyceride transfer protein promotes the secretion of Xenopus laevis vitellogenin A1.

Vitellogenins (Vtg) are ancient lipid transport and storage proteins and members of the large lipid transfer protein (LLTP) gene family, which includes insect apolipophorin II/I, apolipoprotein B (apoB), and the microsomal triglyceride transfer protein (MTP). Lipidation of Vtg occurs at its site of synthesis in vertebrate liver, insect fat body, and nematode intestine; however, the mechanism of Vtg lipid acquisition is unknown. To explore whether Vtg biogenesis requires the apoB cofactor and LLTP family member, MTP, Vtg was expressed in COS cells with and without coexpression of the 97-kDa subunit of human MTP. Expression of Vtg alone gave rise to a approximately 220-kDa apoprotein, which was predominantly confined to an intracellular location. Coexpression of Vtg with human MTP enhanced Vtg secretion by 5-fold, without dramatically affecting its intracellular stability. A comparison of wild type and a triglyceride transfer-defective form of MTP revealed that both were capable of promoting Vtg secretion, whereas only wild type MTP could promote the secretion of apoB41 (amino-terminal 41% of apoB). These studies demonstrate that the biogenesis of Vtg is MTP-dependent and that MTP is the likely ancestral member of the LLTP gene family.

Biogénèse des lipoprotéines de haute densité (HDL): implication du transporteur ABCA1

Les patients atteints de la maladie de Tangier présentent des niveaux très bas de lipoprotéines de haute densité (HDL), un facteur de risque pour le développement des maladies cardiovasculaires. In vivo, les HDL ont un effet protecteur important contre l’athérosclérose puisqu’elles effectuèrent le transport à rebours du cholestérol des tissus périphériques vers le foie. Or, la maladie de Tangier est causée par des mutations dans le gène du transporteur « ATP-binding cassette A1 » (ABCA1). Le modèle actuel stipule que ce transporteur assure la lipidation de l’apolipoprotéine A-I (apoA-I), la composante protéique majeure des HDL, pour former des particules HDL naissantes discoïdales. Un défaut dans la lipidation de l’apoA-I par l’ABCA1 abolit la biogénèse des HDL. Nous avons voulu étudier les sites d’interaction de l’ABCA1 avec son ligand (l’apoA-I), les voies de biogénèse impliquées, et l’implication des pré-β-HDL dans l’efflux du cholestérol par la voie de l’ABCA1. D’abord, nous avons utilisé un système de culture cellulaire (fibroblastes humaines et BHK-ABCA1-inductible) afin de déterminer les sites de liaison cellulaires de l’apoA-I, leurs localisations et l’implication de l’ABCA1. Nous avons trouvé que la majorité de l’apoA-I n’est pas associée à l’ABCA1 et, deux tiers de cet apoA-I, était à la membrane plasmique. Ensuite, Une étude plus détaillée examinait les voies de lipidation de l’apoA-I, soit au niveau de la membrane plasmique (MP), soit aux compartiments intracellulaires (CICs). Nous avons montré que la lipidation de l’apoA-I a lieu aux deux niveaux (MP et CICs) selon deux voies différentes cinétiquement. Finalement, nous avons montré que les pré-β-HDL effluent aussi (efficacement que l’apoA-I) le cholestérol par la voie de l’ABCA1. Ces observations réunies démontrent que 1) la majorité de l’apoA-I s’est trouvé non-associée à l’ABCA1; 2) deux tiers de l’apoA-I s’associent a la membrane plasmique; 3) la lipidation de l’apoA-I se fait en partie à la membrane plasmique et, par la voie de retro-endocytose du complexe apoA-I/ABCA1.

Fonction de la protéine Ceroid lipofuscinosis neuronal 5 (CLN5) dans le tri et le recyclage à l’endosome

Le tri et le transport efficace des hydrolases acides vers le lysosome jouent un rôle critique pour la fonction des cellules. Plus de 50 maladies humaines sont dues à des mutations des enzymes lysosomales, des protéines régulant des processus-clés du transport vers le lysosome ou des enzymes effectuant des modifications posttraductionnelles importantes pour la fonction du lysosome. L’objectif de cette thèse est d’identifier des protéines et des mécanismes permettant à la cellule de réguler le transport des enzymes vers le lysosome. Nous avons formulé l’hypothèse que des protéines mutées dans des maladies lysosomales et dont les fonctions étaient inconnues pouvaient jouer un rôle dans le transport vers le lysosome. Les céroïdes-lipofuscinoses neuronales forment une famille de maladies lysosomales rares mais sont aussi les maladies neurodégénératives infantiles les plus fréquentes. Plusieurs gènes impliqués dans les NCL encodent des protéines aux fonctions inconnues. Les travaux présentés dans cette thèse ont identifié la protéine « ceroid lipofuscinosis neuronal-5 » (CLN5) qui est localisée à l’endosome et au lysosome comme élément nécessaire au recrutement et à l’activation de rab7. Rab7 est une protéine Rab-clé qui contrôle le trafic à l’endosome tardif. Cette petite GTPase est impliquée dans le recrutement de retromer, un complexe protéique qui régule le trafic de l’endosome vers l’appareil de Golgi des récepteurs de tri lysosomal comme sortilin et le récepteur du mannose-6-phosphate. Dans les cellules où CLN5 est déplété, les récepteurs de tri lysosomal sont moins recyclés plus rapidement dégradés. En utilisant des expériences de photomarquage nous avons aussi pu démontrer que Rab7 est moins activées en l’absence de CLN5. Pour exécuter leur fonction les protéines rabs doivent être recrutée à la membrane et activées par l’échange d’une molécule de GDP pour une molécule de GTP. Le recrutement des Rabs à la membrane nécessite une modification posttraductionnelle lipidique pour être facilités. En utilisant un modèle de levures nous avons démontré que l’homologue de Rab7, Ypt7 est palmitoylée. Nous avons aussi démontré que la palmitoyltransférase Swif1 est nécessaire au recrutement de Ypt7 à la membrane. Nous avons aussi remarqué que les sous- unités de retromer chez la levure sont moins recrutées lorsque les palmitoyltransférases sont déplétées. Dans les cellules de mammifères nous avons démontré que Rab7 est également palmitoylé et que cette palmitoylation est possiblement effectuée par les palmitoyltransférases DHHC1 et DHHC8. La palmitoylation de Rab7 a lieu sur les cystéines en C-terminal qui sont nécessaires au recrutement membranaire et qui auparavant étaient uniquement décrites comme prénylées. En utilisant la méthode de « click chemistry » nous avons découvert que lorsque la prénylation de Rab7 est bloquée le niveau de palmitoylation augmente. Pour caractériser l’interaction entre CLN5 et Rab7 nous avons performé des expériences afin d’établir définitivement la topologie de cette protéine. Nous avons ainsi démontré que CLN5 est une protéine hautement glycosylée qui est initialement traduite en protéine transmembranaire et subséquemment clivée par un membre de la famille des peptidase de peptide signal (SPP). Cette protéine soluble peut alors possiblement interagir avec CLN3 qui est aussi palmitoylée pour recruter et activer Rab7. Nos études suggèrent pour la première fois que CLN5 pourrait être un recruteur et un activateur de Rab7 qui agirait avec la protéine CLN3 pour séquestrer Rab7 avec les autres récepteurs palmitoylés et permettre leur recyclage vers l’appareil de Golgi.

RAB3GAP1 und RAB3GAP2 (RAB3 GTPase-activating Protein 1/2) beeinflussen die Autophagie in C. elegans und humanen Zellen

Die Proteinhomöostase wird in der Zelle von drei Stoffwechselwegen reguliert: den molekularen Chaperonen, dem Ubiquitin-Proteasom-System und dem autophagosomalen Abbauweg. Die (Makro)Autophagie verpackt und transportiert zytosolische Komponenten in Autophagosomen zu den Lysosomen, wo sie abgebaut werden. Eine Störung dieses Abbauwegs wirkt auf die Proteostase.rnIn dieser Dissertation wurde C. elegans als Modellorganismus zur Erforschung von Proteinstabilität genutzt. In einer RNAi-vermittelten Proteostase-Analyse von Chromosom I und ausgewählter zusätzlicher Gene wurde ein Wurmstamm, der ein Luc::GFP-Konstrukt im Muskel exprimiert, genutzt. Dieses Reporterprotein aggregiert unter Hitzestressbedingungen und diese Aggregation kann durch Modulatoren der Proteostase beeinflusst werden. Dabei wurden mögliche neue Faktoren der Proteinhomöostase entdeckt. Durch weitere Experimente bei denen die Aggregation von PolyQ35::YFP im AM140-System, der Paralyse-Phänotyp und die Akkumulation Thioflavin S-gefärbter Aggregate von Aβ42 im CL2006-Wurmstamm und die Effekte auf die Autophagie mittels eines GFP::LGG1-Konstrukt analysiert wurden, konnten rbg-1 und rbg-2 als neue Modulatoren der Proteinhomöostase, insbesondere der Autophagie, identifiziert werden.rnIm Säuger bilden beide Orthologe dieser Gene, RAB3GAP1 und RAB3GAP2 den heterodimeren RAB3GAP-Komplex, der bisher nur bekannt war für die Stimulation der Umwandlung der GTP-gebundenen aktiven Form zur GDP-gebundenen inaktiven Form der RAB GTPase RAB3. In Immunoblot-Analysen und mikroskopischen Darstellungen im Säugersystem konnte gezeigt werden, dass die Effekte auf die Proteostase über den autophagosomalen Abbauweg wirken. RAB3GAP1/2 wirken als positive Stimulatoren, wenn die Lipidierung von LC3-I und der autophagische Flux von LC3-II und p62/SQSTM1 betrachtet werden. Diese Effekte werden aber nicht über die RAB GTPase RAB3 vermittelt. Die Proteine FEZ1 und FEZ2 haben einen antagonistischen Effekt auf die Autophagie und wenn alle vier Komponenten RAB3GAP1, RAB3GAP2, FEZ1 und FEZ2 zusammen herunter- oder hochreguliert werden, heben sich diese Effekte auf. In Co-Immunopräzipitationen und proteomischen Analysen konnte keine direkte Interaktion zwischen dem RAB3GAP-Komplex und FEZ1/2 oder zu anderen Autophagie-Genen nachgewiesen werden.rnHier konnte der RAB3GAP-Komplex funktionell mit Proteostase und Autophagie in C. elegans und Säugerzellen assoziiert werden. Dieser Komplex zeigt Einflüsse auf die autophagosomale Biogenese indem sie die Proteostase und die Bildung von (prä)autophagosomalen Strukturen in C. elegans und die Lipidierung von LC3 und damit den autophagischen Flux der Autophagiesubstrate LC3-II und p62/SQSTM1 in Säugerzellen beeinflusst. Darüber hinaus wirkt RAB3GAP der komplexen Autophagie-Unterdrückung durch FEZ1 und FEZ2 entgegen. Somit konnte gezeigt werden, dass RAB3GAP als neuartiger Faktor auf die autophagosomale Biogenese und somit auf die Proteostase wirkt.rn

Development of lipid-core-peptide (LCP) based vaccines for the prevention of the group A streptococcal (GAS) infection

Traditional vaccines consisting of whole attenuated micro-organisms. or microbial components administered with adjuvant, have been demonstrated as one of the most cost-effective and successful public health interventions. Their use in large scale immunisation programs has lead to the eradication of smallpox, reduced morbidity and mortality from many once common diseases, and reduced strain on health services. However, problems associated with these vaccines including risk of infection. adverse effects, and the requirement for refrigerated transport and storage have led to the investigation of alternative vaccine technologies. Peptide vaccines, consisting of either whole proteins or individual peptide epitopes, have attracted much interest, as they may be synthesised to high purity and induce highly specific immune responses. However, problems including difficulties stimulating long lasting immunity. and population MHC diversity necessitating multiepitopic vaccines and/or HLA tissue typing of patients complicate their development. Furthermore, toxic adjuvants are necessary to render them immunogenic. and as such non-toxic human-compatible adjuvants need to be developed. Lipidation has been demonstrated as a human compatible adjuvant for peptide vaccines. The lipid-core-peptide (LCP) system. incorporating lipid adjuvant, carrier, and peptide epitopes, exhibits promise as a lipid-based peptide vaccine adjuvant. The studies reviewed herein investigate the use of the LCP system for developing vaccines to protect against group A streptococcal (GAS) infection. The studies demonstrate that LCP-based GAS vaccines are capable of inducing high-titres of antigen specific IgG antibodies. Furthermore. mice immunised with an LCP-based GAS vaccine were protected against challenge with 8830 strain GAS.

Lipid, sugar and liposaccharide based delivery systems 2

The vast majority of biologically active compounds will never be considered as potential drugs due to inherently poor bioavailability. This review discusses the progress in the development of chemical systems to improve the metabolic stability, absorption and physicochemical properties of potential drugs. Delivery systems that involve the conjugation of lipid and/or sugar moieties are highlighted, as well as novel methods of conjugation of these groups to drugs. The use of sugar molecules to target drugs to particular organs or cells is also discussed, as is the use of lipids in the growing area of gene delivery. This is an update of a previous review [1].

Amélioration des propriétés pharmacocinétiques de peptides par différentes alkylations N-terminales

Modélisations moléculaires réalisés avec le logiciel HyperChem 8.

Peptide Therapeutics and the Pharmaceutical Industry: Barriers Encountered Translating from the Laboratory to Patients

Peptides are receiving increasing interest as clinical therapeutics. These highly tunable molecules can be tailored to biocompatibility and biodegradability with simultaneously selective and potent therapeutic effects. Despite challenges regarding up-scaling and licensing of peptide products, their vast clinical potential is reflected in the 60 plus peptide-based therapeutics already on the market, and the further 500 derivatives currently in developmental stages. Peptides are proving effective for a multitude of disease states including: type 2 diabetes (controlled using the licensed glucagon-like peptide-1 receptor liraglutide); irritable bowel syndrome managed with linaclotide (currently at approval stages); acromegaly (treated with octapeptide somostatin analogues lanreotide and octreotide); selective or broad spectrum microbicidal agents such as the Gram-positive selective PTP-7 and antifungal heliomicin; anticancer agents including goserelin used as either adjuvant or for prostate and breast cancer,and the first marketed peptide derived vaccine against prostate cancer, sipuleucel-T. Research is also focusing on improving the biostability of peptides. This is achieved through a number of mechanisms ranging from replacement of naturally occurring L-amino acid enantiomers with D-amino acid forms, lipidation, peptidomimetics, N-methylation, cyclization and exploitation of carrier systems. The development of self-assembling peptides are paving the way for sustained release peptide formulations and already two such licensed examples exist, lanreotide and octreotide. The versatility and tunability of peptide-based products is resulting in increased translation of peptide therapies, however significant challenges remain with regard to their wider implementation. This review highlights some of the notable peptide therapeutics discovered to date and the difficulties encountered by the pharmaceutica lindustry in translating these molecules to the clinical setting for patient benefit, providing some possible solutions to the most challenging barriers. 

Rôle de la protéine DUSP5 dans l’autophagie des cardiomyocytes

Résumé: L’autophagie est un processus essentiel au maintien de l’homéostasie cellulaire. Elle permet de dégrader et recycler aussi bien des organelles entières que des composants cytoplasmiques non fonctionnels. De plus, l’augmentation d’autophagie en condition de stress constitue une réponse adaptative favorisant la survie cellulaire. Chez les cardiomyocytes, l’autophagie en condition basale est indispensable au renouvellement, entre autres, des mitochondries et des protéines formant les sarcomères. De plus, les stress tels l’ischémie cardiaque ou la carence en nutriments induisent une augmentation de l’autophagie protectrice. Dans certaines conditions extrêmes, il a été suggéré qu’un surcroît d’autophagie puisse toutefois exacerber la pathologie cardiaque en provoquant la mort des cardiomyocytes. Considérant l’importance de ce processus dans la physiopathologie cardiaque, l’identification des mécanismes signalétiques régulant l’autophagie chez les cardiomyocytes a été le sujet de recherches intenses. À cet effet, l’activation des Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK) a été démontrée pour réguler, avec d’autres voies signalétiques, l’autophagie et l’apoptose des cardiomyocytes. Il est donc probable que les Dual-Specificity Phosphatase (DUSP), enzymes clés contrôlant l’activité des MAPK, participent aussi à la régulation de l’autophagie. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons induit l’autophagie chez des cardiomyocytes isolés de rats nouveau-nés en culture. L’analyse de marqueurs d’autophagie par immunobuvardage démontre que l’activation des MAPK ERK1/2 et p38 corrèle avec l’activité autophagique chez les cardiomyocytes. Dans ces conditions, la diminution d’expression de la majorité des ARNm encodant les différentes DUSP retrouvées chez les cardiomyocytes contraste de façon marquée avec l’augmentation d’expression de l’ARNm Dusp5. De plus, nous avons démontré par une étude de gain de fonction que l’activation soutenue de p38 par surexpression d’un mutant MKK6 constitutivement actif stimule l’autophagie chez les cardiomyocytes. De façon surprenante, la perte de fonction de p38 obtenue par surexpression d’un mutant p38 dominant négatif n’altère en rien la réponse autophagique initiatrice dans notre modèle in vitro. Nos résultats suggèrent que les DUSP puissent réguler, via leurs actions sur les MAPK, d’importantes étapes du processus autophagique chez les cardiomyocytes.

Amélioration des propriétés pharmacocinétiques de peptides par différentes alkylations N-terminales

Modélisations moléculaires réalisés avec le logiciel HyperChem 8.