Regulation of lipocalin prostaglandin-D synthase expression by interleukin-1β in human chondrocytes

L'arthrose est une maladie multifactorielle complexe. Parmi les facteurs impliqués dans sa pathogénie, les certains prostaglandines exercent un rôle inflammatoire et d’autres un rôle protecteur. La prostaglandine D2 (PGD2) est bien connue comme une PG anti-inflammatoire, qui est régulée par l’enzyme «Lipocalin prostaglandine D-synthase». Avec l’inflammation de l'arthrose, les chondrocytes essaient de protéger le cartilage en activant certaines voies de récupération dont l'induction du gène L-PGDS. Dans cette étude, nous étudions la voie de signalisation impliquée dans la régulation de l'expression du (L-PGDS) sur les chondrocytes traités avec différents médiateurs inflammatoires. Le but de projet: Nous souhaitons étudier la régulation de la L-PGDS dans le but de concevoir des approches thérapeutiques qui peuvent activer la voie intrinsèque anti-inflammatoire. Méthode et conclusions: In vivo, l'arthrose a été suivie en fonction de l’âge chez la souris ou chirurgicalement suivant une intervention au niveau des genoux de souris. Nous avons confirmé les niveaux d’expression de L-PGDS histologiquement et par immunohistochimie. In vitro, dans les chondrocytes humains qui ont été traités avec différents médiateurs de l'inflammation, nous avons observé une augmentation de l’expression de la L-PGDS dose et temps dépendante. Nous avons montré, in vivo et in vitro que l’inflammation induit une sécrétion chondrocytaire de la L-PGDS dans le milieu extracellulaire. Enfin, nous avons observé la production de différentes isoformes de la L-PGDS en réponse à l'inflammation.

Regulation of lipocalin prostaglandin-D synthase expression by interleukin-1β in human chondrocytes

L'arthrose est une maladie multifactorielle complexe. Parmi les facteurs impliqués dans sa pathogénie, les certains prostaglandines exercent un rôle inflammatoire et d’autres un rôle protecteur. La prostaglandine D2 (PGD2) est bien connue comme une PG anti-inflammatoire, qui est régulée par l’enzyme «Lipocalin prostaglandine D-synthase». Avec l’inflammation de l'arthrose, les chondrocytes essaient de protéger le cartilage en activant certaines voies de récupération dont l'induction du gène L-PGDS. Dans cette étude, nous étudions la voie de signalisation impliquée dans la régulation de l'expression du (L-PGDS) sur les chondrocytes traités avec différents médiateurs inflammatoires. Le but de projet: Nous souhaitons étudier la régulation de la L-PGDS dans le but de concevoir des approches thérapeutiques qui peuvent activer la voie intrinsèque anti-inflammatoire. Méthode et conclusions: In vivo, l'arthrose a été suivie en fonction de l’âge chez la souris ou chirurgicalement suivant une intervention au niveau des genoux de souris. Nous avons confirmé les niveaux d’expression de L-PGDS histologiquement et par immunohistochimie. In vitro, dans les chondrocytes humains qui ont été traités avec différents médiateurs de l'inflammation, nous avons observé une augmentation de l’expression de la L-PGDS dose et temps dépendante. Nous avons montré, in vivo et in vitro que l’inflammation induit une sécrétion chondrocytaire de la L-PGDS dans le milieu extracellulaire. Enfin, nous avons observé la production de différentes isoformes de la L-PGDS en réponse à l'inflammation.

Expression of lipocalin-type prostaglandin D synthase (β-trace) in human heart and its accumulation in the coronary circulation of angina patients

Lipocalin-type prostaglandin D synthase (L-PGDS) is localized in the central nervous system and male genital organs of various mammals and is secreted as β-trace into the closed compartment of these tissues separated from the systemic circulation. In this study, we found that the mRNA for the human enzyme was expressed most intensely in the heart among various tissues examined. In human autopsy specimens, the enzyme was localized immunocytochemically in myocardial cells, atrial endocardial cells, and a synthetic phenotype of smooth muscle cells in the arteriosclerotic intima, and accumulated in the atherosclerotic plaque of coronary arteries with severe stenosis. In patients with stable angina (75–99% stenosis), the plasma level of L-PGDS was significantly (P < 0.05) higher in the great cardiac vein (0.694 ± 0.054 μg/ml, n = 7) than in the coronary artery (0.545 ± 0.034 μg/ml), as determined by a sandwich enzyme immunoassay. However, the veno-arterial difference in the plasma L-PGDS concentration was not observed in normal subjects without stenosis. After a percutaneous transluminal coronary angioplasty was performed to compress the stenotic atherosclerotic plaques, the L-PGDS concentration in the cardiac vein decreased significantly (P < 0.05) to 0.610 ± 0.051 μg/ml at 20 min and reached the arterial level within 1 h. These findings suggest that L-PGDS is present in both endocardium and myocardium of normal subjects and the stenotic site of patients with stable angina and is secreted into the coronary circulation.

Prostaglandin H synthase 2 is expressed abnormally in human colon cancer: evidence for a transcriptional effect.

Evidence from epidemiological studies, clinical trials, and animal experiments indicates that inhibitors of prostaglandin synthesis lower the risk of colon cancer. We tested the hypothesis that abnormal expression of prostaglandin H synthase 2 (PHS-2), which can be induced by oncogenes and tumor promoters, occurs during colon carcinogenesis by examining its level in colon tumors. Human colon cancers were found to have an increased expression of PHS-2 mRNA compared with normal colon specimens from the same patient (n = 5). In situ hybridization showed that the neoplastic colonocytes had increased expression of PHS-2 (n = 4). Additionally, five colon cancer cell lines were shown to express high levels of PHS-2 mRNA even in the absence of a known inducer of PHS-2. To study the basis for this increased gene expression, we transfected a colon cancer cell line, HCT-116, with a reporter gene containing 2.0 kb of the 5' regulatory sequence of the PHS-2 gene. Constitutive transcription of the reporter gene was observed, whereas normal control cell lines transcribed the reporter only in response to an exogenous agonist. We conclude that PHS-2 is transcribed abnormally in human colon cancers and that this may be one mechanism by which prostaglandins or related compounds that support carcinogenesis are generated.

Association of prostaglandin-endoperoxide synthase 2 gene polymorphisms with asthma and atopy in Chinese children

Background: Cyclooxygenase-2 (COX-2) plays essential roles in inflammation. Previous studies have suggested associations between prostaglandin-endoperoxide synthase 2 (PTGS2) polymorphisms and prostaglandins production in asthma. Objective: We have invest

Regulation of microsomal prostaglandin E2 synthase-1 and 5-lipoxygenase-activating protein/5-lipoxygenase by 4-hydroxynonenal in human osteoarthritic chondrocytes

L’arthrose (OA) est une maladie dégénérative et multifactorielle caractérisée par une destruction de cartilage, une formation d’ostéophytes et une inflammation au niveau de la membrane synoviale. Le 4-hydroxynonénal (HNE), un produit final de la peroxydation lipidique, a été identifié récemment comme un facteur catabolique et un médiateur inflammatoire dans le cartilage arthrosique humain. Notre projet vise à étudier l’effet du HNE sur la régulation de la prostaglandine E2 synthase-1 microsomale (mPGES-1) et de la protéine activante 5-lipoxygénase (FLAP)/5-lipoxygénase (5-LOX) dans les chondrocytes arthrosiques humains. Lorsque les cellules sont traitées une seule fois avec 10 µM HNE, les résultats de Western blot et de PCR en temps réel montrent que l’expression de la cyclooxygénase-2 (COX-2) et de la mPGES-1 augmente de manière significative et atteint respectivement le maximum après 8 et 16 heures d’incubation puis diminue graduellement. Cependant, lorsque les cellules sont traitées plusieurs fois avec 10 µM HNE à 2 heures d’intervalle, l’expression de la COX-2 et de la mPGES-1 augmente en fonction du temps sans subir une baisse après 24 heures d’incubation. Le HNE induit l’activité du promoteur de la mPGES-1 via l’activation du facteur de transcription Egr-1. L’investigation de la 2ème voie du métabolisme de l’acide arachidonique, à savoir 5-LOX/FLAP, montre que le HNE induit l’expression de FLAP après 24 heures de stimulation et celle de 5-LOX seulement après 48 heures. Ceci semble survenir à l’étape de transcription au cours de laquelle HNE induit l’expression de l’ARNm et l’activité du promoteur du gène 5-LOX. Nous avons démontré aussi que le niveau de leukotriène B4 (LTB4) augmente et suit le même profil que celui de la 5-LOX. L’étude des mécanismes moléculaires susceptibles d’être impliqués dans la régulation de la 5-LOX/FLAP par le HNE montre que ce dernier stimule leur expression via l’action de prostaglandine E2 (PGE2) et du facteur de croissance transformant-beta 1 (TGF-β1). En conclusion, notre étude démontre que le HNE induit à court-terme d’incubation la voie de COX-2/mPGES-1 puis par la suite stimule celle de FLAP/5-LOX à long-terme d’incubation dans les chondrocytes arthrosiques humains. Ces résultats suggèrent que la mPGES-1 et 5-LOX/FLAP sont des potentielles cibles thérapeutiques intéressantes pour contrôler la production de PGE2 et LTB4 dans OA.

Régulation de l'expression de PPARγ dans l'arthrose

L’arthrose (OA) est une maladie dégénérative très répondue touchant les articulations. Elle est caractérisée par la destruction progressive du cartilage articulaire, l’inflammation de la membrane synoviale et le remodelage de l’os sous chondral. L’étiologie de cette maladie n’est pas encore bien définie. Plusieurs études ont été menées pour élucider les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans le développement de l’OA. Les effets protecteurs du récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes gamma (PPARγ) dans l'OA sont bien documentés. Il a été démontré que PPARγ possède des propriétés anti-inflammatoires et anti-cataboliques. Aussi, plusieurs stimuli ont été impliqués dans la régulation de l’expression de PPARγ dans différents types cellulaires. Cependant, les mécanismes exacts responsables de cette régulation ainsi que le profil de l’expression de ce récepteur au cours de la progression de l’OA ne sont pas bien connus. Dans la première partie de nos travaux, nous avons essayé d’élucider les mécanismes impliqués dans l’altération de l’expression de PPARγ dans cette maladie. Nos résultats ont confirmé l’implication de l’interleukine-1β (IL-1β), une cytokine pro-inflammatoire, dans la réduction de l’expression de PPARγ au niveau des chondrocytes du cartilage articulaire. Cet effet coïncide avec l'induction de l’expression du facteur de transcription à réponse précoce de type 1 (Egr-1). En plus, la diminution de l'expression de PPARγ a été associée au recrutement d'Egr-1 et la réduction concomitante de la liaison de Sp1 au niveau du promoteur de PPARγ. Dans la deuxième partie de nos travaux, nous avons évalué le profil d’expression de ce récepteur dans le cartilage au cours de la progression de cette maladie. Le cochon d’inde avec OA spontanée et le chien avec OA induite par rupture du ligament croisé antérieur (ACLT) deux modèles animaux d’OA ont été utilisés pour suivre l’expression des trois isoformes de PPARs : PPAR alpha (α), PPAR béta (β) et PPAR gamma (γ) ainsi que la prostaglandine D synthase hématopoïétique (H-PGDS) et la prostaglandine D synthase de type lipocaline (L-PGDS) deux enzymes impliquées dans la production de l’agoniste naturel de PPARγ, la 15-Deoxy-delta(12,14)-prostaglandine J(2) (15d-PGJ2). Nos résultats ont démontré des changements dans l’expression de PPARγ et la L-PGDS. En revanche, l’expression de PPARα, PPARβ et H-PGDS est restée stable au fil du temps. La diminution de l’expression de PPARγ dans le cartilage articulaire semble contribuer au développement de l’OA dans les deux modèles animaux. En effet, le traitement des chondrocytes par de siRNA dirigé contre PPARγ a favorisé la production des médiateurs arthrosiques tels que l'oxyde nitrique (NO) et la métalloprotéase matricielle de type 13 (MMP-13), confirmant ainsi le rôle anti-arthrosique de ce récepteur. Contrairement à ce dernier, le niveau d'expression de la L-PGDS a augmenté au cours de la progression de cette maladie. La surexpression de la L-PGDS au niveau des chondrocytes humains a été associée à la diminution de la production de ces médiateurs arthrosiques, suggérant son implication dans un processus de tentative de réparation. En conclusion, l’ensemble de nos résultats suggèrent que la modulation du niveau d’expression de PPARγ, de la L-PGDS et d’Egr-1 au niveau du cartilage articulaire pourrait constituer une voie thérapeutique potentielle dans le traitement de l’OA et probablement d’autres formes d'arthrite.

Structure and function study of prostaglandin H synthase

Prostaglandin H synthase (PGHS) is a key enzyme in biosynthesis of prostaglandins, thromboxane, and prostacyclin. It has two activities, cyclooxygenase and peroxidase. "PGHS" means PGHS-1. A current hypothesis considers the cyclooxygenase reaction to be a free radical chain reaction, initiated by interaction of the synthase peroxidase with hydroperoxides leading to the production of a tyrosyl free radical. According to this hypothesis, tyrosyl residue(s) may play a key role in the cyclooxygenase reaction. Tetranitromethane (TNM) can relatively selectively nitrate tyrosines at pH 8.0. The effect of TNM on both cyclooxygenase activity and peroxidase activity has been examined: reaction of the synthase holoenzyme with TNM at pH 8.0 led to inactivation of both activities, with the cyclooxygenase activity being lost rapidly and completely, while the peroxidase activity was lost more slowly. Indomethacin, a non-steroidal anti-inflammatory agent, can protect the synthase from the inactivation of TNM. Amino acid analyses indicated that a loss of tyrosine and formation of nitrotyrosine residues occurred during reaction with TNM, and that TNM-reacted holoenzyme with $<$10% residual cyclooxygenase activity had about 2.0 nitrotyrosine/subunit.^ PGH synthase is known to be an endoplasmic reticulum membrane-associated protein. Antibodies directed at particular PGHS peptide segments and indirect immunofluorescence have been used to characterize the membrane topology of crucial portions of PGHS. PGHS was expressed in COS-1 cells transfected with the appropriate cDNA. Stably-transfected human endothelial cells were also used for the topology study. The cells were treated with streptolysin-O, which selectively permeabilizes the plasma membrane, or with saponin to achieve general membrane disruption, before incubation with the antipeptide antibodies. Bound antipeptide antibody was stained by FITC-labelled secondary antibody and visualized by fluorescence microscopy. With the antipeptide antibodies against residues 51-66, 156-170 or 377-390, there was a significant reticular and perinuclear pattern of staining in cells permeabilized with saponin but not in cells permeabilized with SLO alone. Antibodies directed against the endogenous C-terminal peptide or against residues 271-284 produced staining in cells permeabilized with saponin, and also in a lower, but significant fraction of cells permeabilized with SLO. Similar results were obtained when COS-1 cells expressing recombinant PGHS with a viral reporter peptide inserted at the C-terminus were stained with antibody against the reporter epitope.^ The PGHS C-terminal sequence is similar to that of the consensus KDEL ER retention signal. The potential function of the PGHS C-terminus segment in ER retention was examined by mutating this segment and analyzing the subcellular distribution of the mutants expressed in COS-1 cells. None of the mutants had an altered subcellular distribution, although some had greatly diminished the enzyme activities. (Abstract shortened by UMI.) ^

Interleukin 4 suppresses c-kit ligand-induced expression of cytosolic phospholipase A2 and prostaglandin endoperoxide synthase 2 and their roles in separate pathways of eicosanoid synthesis in mouse bone marrow-derived mast cells.

Mouse bone marrow-derived mast cells (BMMCs) developed with interleukin 3 (IL-3) can be stimulated by c-kit ligand (KL) and accessory cytokines over a period of hours for direct delayed prostaglandin (PG) generation or over a period of days to prime for augmented IgE-dependent PG and leukotriene (LT) production, as previously reported. We now report that IL-4 is counterregulatory for each of these distinct KL-dependent responses. BMMCs cultured for 4 days with KL + IL-3 or with KL + IL-10 produced 5- to 7-fold more PGD2 and approximately 2-fold more LTC4 in response to IgE-dependent activation than BMMCs maintained in IL-3 alone. IL-4 inhibited the priming for increased IgE-dependent PGD2 and LTC4 production to the level obtained by activation of BMMCs maintained in IL-3 alone with an IC50 of approximately 0.2 ng/ml. IL-4 inhibited the KL-induced increase in expression of cytosolic phospholipase A2 (cPLA2) but had no effect on the incremental expression of PG endoperoxide synthase 1 (PGHS-1) and hematopoietic PGD2 synthase or on the continued baseline expression of 5-lipoxygenase, 5-lipoxygenase activating protein, and LTC4 synthase. BMMCs stimulated by KL + IL-10 for 10 h exhibited a delayed phase of PGD2 generation, which was dependent on de novo induction of PGHS-2. IL-4 inhibited the induction of PGHS-2 expression and the accompanying cytokine-initiated delayed PGD2 generation with an IC50 of approximately 6 ng/ml. IL-4 had no effect on the expression of PGHS-2 and the production of PGD2 elicited by addition of IL-1 beta to the combination of KL + IL-10. IL-4 had no effect on the immediate phase of eicosanoid synthesis elicited by KL alone or by IgE and antigen in BMMCs maintained in IL-3. Thus, the counterregulatory action of IL-4 on eicosanoid generation is highly selective for the induced incremental expression of cPLA2 and the de novo expression of PGHS-2, thereby attenuating time-dependent cytokine-regulated responses to stimulation via Fc epsilon receptor I and stimulation via c-kit, respectively.

Régulation de l'expression de PPARγ dans l'arthrose

L’arthrose (OA) est une maladie dégénérative très répondue touchant les articulations. Elle est caractérisée par la destruction progressive du cartilage articulaire, l’inflammation de la membrane synoviale et le remodelage de l’os sous chondral. L’étiologie de cette maladie n’est pas encore bien définie. Plusieurs études ont été menées pour élucider les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans le développement de l’OA. Les effets protecteurs du récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes gamma (PPARγ) dans l'OA sont bien documentés. Il a été démontré que PPARγ possède des propriétés anti-inflammatoires et anti-cataboliques. Aussi, plusieurs stimuli ont été impliqués dans la régulation de l’expression de PPARγ dans différents types cellulaires. Cependant, les mécanismes exacts responsables de cette régulation ainsi que le profil de l’expression de ce récepteur au cours de la progression de l’OA ne sont pas bien connus. Dans la première partie de nos travaux, nous avons essayé d’élucider les mécanismes impliqués dans l’altération de l’expression de PPARγ dans cette maladie. Nos résultats ont confirmé l’implication de l’interleukine-1β (IL-1β), une cytokine pro-inflammatoire, dans la réduction de l’expression de PPARγ au niveau des chondrocytes du cartilage articulaire. Cet effet coïncide avec l'induction de l’expression du facteur de transcription à réponse précoce de type 1 (Egr-1). En plus, la diminution de l'expression de PPARγ a été associée au recrutement d'Egr-1 et la réduction concomitante de la liaison de Sp1 au niveau du promoteur de PPARγ. Dans la deuxième partie de nos travaux, nous avons évalué le profil d’expression de ce récepteur dans le cartilage au cours de la progression de cette maladie. Le cochon d’inde avec OA spontanée et le chien avec OA induite par rupture du ligament croisé antérieur (ACLT) deux modèles animaux d’OA ont été utilisés pour suivre l’expression des trois isoformes de PPARs : PPAR alpha (α), PPAR béta (β) et PPAR gamma (γ) ainsi que la prostaglandine D synthase hématopoïétique (H-PGDS) et la prostaglandine D synthase de type lipocaline (L-PGDS) deux enzymes impliquées dans la production de l’agoniste naturel de PPARγ, la 15-Deoxy-delta(12,14)-prostaglandine J(2) (15d-PGJ2). Nos résultats ont démontré des changements dans l’expression de PPARγ et la L-PGDS. En revanche, l’expression de PPARα, PPARβ et H-PGDS est restée stable au fil du temps. La diminution de l’expression de PPARγ dans le cartilage articulaire semble contribuer au développement de l’OA dans les deux modèles animaux. En effet, le traitement des chondrocytes par de siRNA dirigé contre PPARγ a favorisé la production des médiateurs arthrosiques tels que l'oxyde nitrique (NO) et la métalloprotéase matricielle de type 13 (MMP-13), confirmant ainsi le rôle anti-arthrosique de ce récepteur. Contrairement à ce dernier, le niveau d'expression de la L-PGDS a augmenté au cours de la progression de cette maladie. La surexpression de la L-PGDS au niveau des chondrocytes humains a été associée à la diminution de la production de ces médiateurs arthrosiques, suggérant son implication dans un processus de tentative de réparation. En conclusion, l’ensemble de nos résultats suggèrent que la modulation du niveau d’expression de PPARγ, de la L-PGDS et d’Egr-1 au niveau du cartilage articulaire pourrait constituer une voie thérapeutique potentielle dans le traitement de l’OA et probablement d’autres formes d'arthrite.

Expression and regulation of microsomal prostaglandin E synthase-1 in human osteoarthritic cartilage and chondrocytes

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Expression and regulation of microsomal prostaglandin E synthase-1 in human osteoarthritic cartilage and chondrocytes

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Rôle de la voie PGD2/L-PGDS dans la physiopathologie de l’arthrose

L’arthrose (OA) est la maladie articulaire la plus répandue dans le monde faisant l’objet de nombreux travaux de recherche en raison de son lourd impact socioéconomique. Plusieurs travaux dans ce domaine ont pour objectif de déterminer les mécanismes moléculaires impliqués dans sa physiopathologie. Plusieurs travaux ont appuyés l’implication de la prostaglandine (E2) PGE2 dans sa physiopathologie, contrairement à la prostaglandine (D2) (PGD2) dont le rôle reste à déterminer. C’est pourquoi, nous nous sommes penchés dans cette thèse à l’étude de cette dernière molécule. Dans la première partie de nos travaux, nous avons montré que la PGD2 diminue au niveau du cartilage articulaire et au niveau niveau des explants de cartilage humains, la production des métalloprotéases-1(MMP-1) et MMP-13 induites par (Interleukine-1β) l’IL-1β. Cette diminution de la production protéique est accompagnée d’une diminution de l’expression au niveau de l’ARNm, et d’une diminution de l’activité du promoteur de MMP-1 et MMP-13. Cet effet est exercé via le récepteur D prostanoïde (DP1), bien que le Chemoattractant receptor expressed on Th2 cells (CRTH2) soit également exprimé chez les chondrocytes humains, mais ne semble pas être impliqué dans l’effet observé. Cette action inhibitrice se fait via la voie DP1/AMPc/protéine kinase A (AMPc/PKA). Dans la suite de nos travaux, nous avons montré pour la première fois l’expression des prostaglandines D-synthases responsables de la biosynthèse de la PGD2 au niveau des chondrocytes humains par immunohistochimie, avec des niveaux d’expression de l’ARNm plus élevés de la L-PGDS au niveau du cartilage OA comparativement au cartilage normal. L’IL-1β pourrait être responsable de cette augmentation via l’activation de la voie JNK et p38 MAPK, ainsi que par la voie NF-κB. L’ensemble de ces données indiquent que la modulation des niveaux de la PGD2 au niveau de l’articulation pourrait être pourvue d’un important potentiel thérapeutique. La L-PGDS pour sa part semble avoir un rôle important dans la physiopathologie de l’OA.