Loss of connexin40 is associated with decreased endothelium-dependent relaxations and eNOS levels in the mouse aorta.

Upon agonist stimulation, endothelial cells trigger smooth muscle relaxation through the release of relaxing factors such as nitric oxide (NO). Endothelial cells of mouse aorta are interconnected by gap junctions made of connexin40 (Cx40) and connexin37 (Cx37), allowing the exchange of signaling molecules to coordinate their activity. Wild-type (Cx40(+/+)) and hypertensive Cx40-deficient mice (Cx40(-/-)), which also exhibit a marked decrease of Cx37 in the endothelium, were used to investigate the link between the expression of endothelial connexins (Cx40 and Cx37) and endothelial nitric oxide synthase (eNOS) expression and function in the mouse aorta. With the use of isometric tension measurements in aortic rings precontracted with U-46619, a stable thromboxane A(2) mimetic, we first demonstrate that ACh- and ATP-induced endothelium-dependent relaxations solely depend on NO release in both Cx40(+/+) and Cx40(-/-) mice, but are markedly weaker in Cx40(-/-) mice. Consistently, both basal and ACh- or ATP-induced NO production were decreased in the aorta of Cx40(-/-) mice. Altered relaxations and NO release from aorta of Cx40(-/-) mice were associated with lower expression levels of eNOS in the aortic endothelium of Cx40(-/-) mice. Using immunoprecipitation and in situ ligation assay, we further demonstrate that eNOS, Cx40, and Cx37 tightly interact with each other at intercellular junctions in the aortic endothelium of Cx40(+/+) mice, suggesting that the absence of Cx40 in association with altered Cx37 levels in endothelial cells from Cx40(-/-) mice participate to the decreased levels of eNOS. Altogether, our data suggest that the endothelial connexins may participate in the control of eNOS expression levels and function.

Expression study of the atherosclerosis mouse aorta reveals significant disturbance of calcium signaling pathway

Atherosclerosis is a complex disease resulting from interactions of genetic and environmental risk factors leading to heart failure and stroke. Using an atherosclerotic mouse model (ldlr-/-, apobec1-/- designated as LDb), we performed microarray analysis to identify candidate genes and pathways, which are most perturbed in changes in the following risk factors: genetics (control C57BL/6 vs. LDb mice), shearstress (lesion-prone vs. lesion-resistant regions in LDb mice), diet (chow vs. high fat fed LDb mice) and age (2-month-old vs. 8-month old LDb mice). ^ Atherosclerotic lesion quantification and lipid profile studies were performed to assess the disease phenotype. A microarray study was performed on lesion-prone and lesion-resistant regions of each aorta. Briefly, 32 male C57BL/6 and LDb mice (n =16/each) were fed on either chow or high fat diet, sacrificed at 2- and 8-months old, and RNA isolated from the aortic lesion-prone and aortic lesion-resistant segments. Using 64 Affymetrix Murine 430 2.0 chips, we profiled differentially expressed genes with the cut off value of FDR ≤ 0.15 for t-test, and q <0.0001 for the ANOVA. The data were normalized using two normalization methods---invariant probe sets (Loess) and Quantile normalization, the statistical analysis was performed using t-tests and ANOVA, and pathway characterization was done using Pathway Express (Wayne State). The result identified the calcium signaling pathway as the most significant overrepresented pathway, followed by focal adhesion. In the calcium signaling pathway, 56 genes were found to be significantly differentially expressed out of 180 genes listed in the KEGG calcium signaling pathway. Nineteen of these genes were consistently identified by both statistical tests, 11 of which were unique to the test, and 26 were unique to the ANOVA test, using the cutoffs noted above. ^ In conclusion, this finding suggested that hypercholesterolemia drives the disease progression by altering the expression of calcium channels and regulators which subsequently results in cell differentiation, growth, adhesion, cytoskeletal change and death. Clinically, this pathway may serve as an important target for future therapeutic intervention, and thus the calcium signaling pathway may serve as an important target for future diagnostic and therapeutic intervention. ^

Hydrogen sulfide:a novel mechanism for the vascular protection by resveratrol under oxidative stress in mouse aorta

Reactive oxygen species (ROS) decreases bioavailability of nitric oxide (NO) and impairs NO-dependent relaxations. Like NO, hydrogen sulfide (H2S) is an antioxidant and vasodilator; however, the effect of ROS on H2S-induced relaxations is unknown. Here we investigated whether ROS altered the effect of H2S on vascular tone in mouse aorta and determined whether resveratrol (RVT) protects it via H2S. Pyrogallol induced ROS formation. It also decreased H2S formation and relaxation induced by l-cysteine and in mouse aorta. Pyrogallol did not alter sodium hydrogensulfide (NaHS)-induced relaxation suggesting that the pyrogallol effect on l-cysteine relaxations was due to endogenous H2S formation. RVT inhibited ROS formation, enhanced l-cysteine-induced relaxations and increased H2S level in aortas exposed to pyrogallol suggesting that RVT protects against "H2S-dysfunctions" by inducing H2S formation. Indeed, H2S synthesis inhibitor AOAA inhibited the protective effects of RVT. RVT had no effect on Ach-induced relaxation that is NO dependent and the stimulatory effect of RVT on H2S-dependent relaxation was also independent of NO. These results demonstrate that oxidative stress impairs endogenous H2S-induced relaxations and RVT offers protection by inducing H2S suggesting that targeting endogenous H2S pathway may prevent vascular dysfunctions associated by oxidative stress.

Functional expression of kinin B1 and B2 receptors in mouse abdominal aorta

Previous studies have shown that the vascular reactivity of the mouse aorta differs substantially from that of the rat aorta in response to several agonists such as angiotensin II, endothelin-1 and isoproterenol. However, no information is available about the agonists bradykinin (BK) and DesArg9BK (DBK). Our aim was to determine the potential expression of kinin B1 and B2 receptors in the abdominal mouse aorta isolated from C57BL/6 mice. Contraction and relaxation responses to BK and DBK were investigated using isometric recordings. The kinins were unable to induce relaxation but concentration-contraction response curves were obtained by applying increasing concentrations of the agonists BK and DBK. These effects were blocked by the antagonists Icatibant and R-715, respectively. The potency (pD2) calculated from the curves was 7.0 ± 0.1 for BK and 7.3 ± 0.2 for DBK. The efficacy was 51 ± 2% for BK and 30 ± 1% for DBK when compared to 1 µM norepinephrine. The concentration-dependent responses of BK and DBK were markedly inhibited by the arachidonic acid inhibitor indomethacin (1 µM), suggesting a mediation by the cyclooxygenase pathway. These contractile responses were not potentiated in the presence of the NOS inhibitor L-NAME (1 mM) or endothelium-denuded aorta, indicating that the NO pathway is not involved. We conclude that the mouse aorta constitutively contains B1 and B2 subtypes of kinin receptors and that stimulation with BK and DBK induces contractile effect mediated by endothelium-independent vasoconstrictor prostanoids.

Vascular smooth muscle relaxation mediated by nitric oxide donors: a comparison with acetylcholine, nitric oxide and nitroxyl ion

I Vasorelaxant properties of three nitric oxide (NO) donor drugs (glyceryl trinitrate, sodium nitroprusside and spermine NONOate) in mouse aorta (phenylephrine pre-contracted) were compared with those of endothelium-derived NO (generated with acetylcholine), NO free radical (NO; NO gas solution) and nitroxyl ion (NO-; from Angeli's salt). 2 The soluble guanylate cyclase inhibitor, ODQ (1H-(1,2,4-)oxadiazolo(4,3-a)-quinoxalin-1-one; 0.3, 1 and 10 muM), concentration-dependently inhibited responses to all agents. 10 muM ODQ abolished responses to acetylcholine and glyceryl trinitrate, almost abolished responses to sodium nitroprusside but produced parallel shifts (to a higher concentration range; no depression in maxima) in the concentration-response curves for NO gas solution, Angeli's salt and spermine NONOate. 3 The NO scavengers, carboxy-PTIO, (2-(4-carboxyphenyl)-4,4,5,5-tetramethyl-indazoline-1-oxyl-3-oxide; 100 muM) and hydroxocobalamin (100 muM), both inhibited responses to NO gas solution and to the three NO donor drugs, but not Angeli's salt. Hydroxocobalamin, but not carboxy-PTIO, also inhibited responses to acetylcholine. 4 The NO- inhibitor, L-cysteine (3 mm), inhibited responses to Angeli's salt, acetylcholine and the three NO donor drugs, but not NO gas solution. 5 The data suggest that, in mouse aorta, responses to all three NO donors involve (i) activation of soluble guanylate cyclase, but to differing degrees and (ii) generation of both NO and NO-. Glyceryl trinitrate and sodium nitroprusside, which generate NO following tissue bioactivation, have profiles resembling the profile of endothelium-derived NO more than that of exogenous NO. Spermine NONOate, which generates NO spontaneously outside the tissue, was the drug that most closely resembled (but was not identical to) exogenous NO.

Participation of connexin-based channels in the control of vascular function

SUMMARYIntercellular communication is achieved at specialized regions of the plasma membrane by gap junctions. The proteins constituting the gap junctions are called connexins and are encoded by a family of genes highly conserved during evolution. In adult mouse, four connexins (Cxs) are known to be expressed in the vasculature: Cx37, Cx40, Cx43 and Cx45. Several recent studies have provided evidences that vascular connexins expression and blood pressure regulation are closely linked, suggesting a role for connexins in the control of blood pressure. However, the precise function that each vascular connexin plays under physiological and pathophysiological conditions is still not elucidated. In this context, this work was dedicated to evaluate the contribution of each of the four vascular connexins in the control of the vascular function and in the blood pressure regulation.In the present work, we first demonstrated that vascular connexins are differently regulated by hypertension in the mouse aorta. We also observed that endothelial connexins play a regulatory role on eNOS expression levels and function in the aorta, therefore in the control of vascular tone. Then, we demonstrated that Cx40 plays a pivotal role in the kidney by regulating the renal levels of COX-2 and nNOS, two key enzymes of the macula densa known to participate in the control of renin secreting cells. We also found that Cx43 forms the functional gap junction involved in intercellular Ca2+ wave propagation between vascular smooth muscle cells. Finally, we have started to generate transgenic mice expressing specifically Cx40 in the endothelium to investigate the involvement of Cx40 in the vasomotor tone, or in the renin secreting cells to evaluate the role of Cx40 in the control of renin secretion.In conclusion, this work has allowed us to identify new roles for connexins in the vasculature. Our results suggest that vascular connexins could be interesting targets for new therapies caring hypertension and vascular diseases.

Decreased acute vascular remodeling, anaphylaxis and delayed type hypersensitivity in PPARβ/δ-deficient mice

Endothelial cells form a semi-permeable barrier that participates in the exchange of plasma fluids, proteins and cells, and helps to maintain the physiological functions of organs as well as circulatory homeostasis. Vascular permeability and vasodilatation are increased during acute and chronic inflammation, cancer and wound healing. This is mediated by exposure to certain vascular permeability increasing factors, such as vascular endothelial growth factor (VEGF). The peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR) belong to the nuclear hormone receptor (NHRs) family of ligand-activated transcription factors. Three isotypes, PPARa, PPARp/5 and PPARy have been identified. They are all expressed in endothelial cells (ECs). Recent data have demonstrated their involvement in important mechanisms for vasculogenesis and angiogenesis, such as cell proliferation/differentiation, directional sensing/migration, and survival. PPARs were reported to modulate the expression of pro-angiogenic soluble factors, such as VEGF-A and may also participate in the regulation of expression of VEGF receptors. The aim of the present work was to elucidate the role of PPARp/δ in endothelial cell functions important for angiogenesis as well as in vascular permeability and vasodilatation. Using organ culture models of mouse aorta expiants, cultures of human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and genetically modified mouse models, we studied the consequences of loss and gain of PPARp/5 activity on endothelial cell functions. In the first part of this study, we show that the activation of PPARp/δ promotes EC outgrowth in murine aorta expiants. In vivo we observed that dermal vessel acute permeability in response to VEGF-A stimulation is strongly impaired in PPARfi/δ -I- animals. Additionally, observation of the dermal vessel morphology showed a clear enlargement of the wild-type dermal vessels upon VEGF-A injection, whereas vessels of PPARp/5 -/- animals showed almost no enlargement. The impaired response to VEGF stimulation in the knock-out animals was not due to structural or morphological abnormalities. Based on this data, we suggest that PPARp/5 may act on intracellular signaling cascades in ECs, downstream of the VEGF-A receptor. In the second part of this study, we address the relevance of PPARβ/δ vascular functions in pathophysiological inflammatory conditions, such as delayed- type hypersensitivity (DTH) reaction and anaphylaxis in mice. The DTH reaction is a cell-mediated immune reaction to protein, bacterial and viral antigens, whereas anaphylaxis is the most severe form of allergic reaction. In these in vivo models, we demonstrated that the absence of PPARβ/δ in ECs prevents the formation of severe edema in the DTH reaction, and that Ρ PARβ/δ accelerates recovery following systemic anaphylaxis, at least partially through the control of vascular permeability. Our data not only describe a novel function of PPARβ/δ in vessel permeability and vasodilatation, but also open new routes of research for the development of vessel permeability/vasodilatation regulating agents. - Les cellules endothéliales qui bordent la face interne des vaisseaux sanguins forment l'endothélium, une barrière semi-perméable qui régule les échanges de fluides, de protéines et de cellules immunes entre la circulation et les organes. L'endothélium participe également au maintien de la fonction des organes et de l'homéostasie circulatoire. La perméabilité vasculaire augmente dans des situations inflammatoires aigties ou chroniques, dans les tumeurs, et pendant la réparation de blessures. Cette augmentation de perméabilité est due à la production de facteurs sécrétés, tels que le Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF-A), la thrombine ou I'histamine. Lès récepteurs nucléaires Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPAR) sont des facteurs de transcription mis en activité par des ligands. Trois isotypes de PPARs, PPARa, ΡΡΑΡβ/δ and PPARy ont été caractérisés. Ils sont exprimés dans les cellules endothéliales, et des travaux récents ont montré qu'ils régulent des comportements cellulaires importants pour la vasculogenèse et l'angiogenèse, tels que la prolifération, la différenciation, la migration, et la survie des cellules. Ils régulent également la production de VEGF-A par divers types cellulaires. Le but de ce travail était d'élucider le rôle de PPARβ/δ dans la régulation de la perméabilité vasculaire, plus particulièrement dans les cellules endothéliales. Grâce à des cultures d'expiants d'aortes de souris, à la culture d'une lignée endothéliale humaine (HUVECs) et de souris génétiquement modifiées, nous avons étudié le rôle de PPARβ/δ dans les cellules endothéliales, dans des situations gain et perte de fonction du récepteur. Dans la première partie de ce travail, nous avons montré les propriétés pro-angiogéniques de PPARβ/δ dans des explants d'aortes. In vivo, nous avons observé l'absence d'hyperperméabilité aiguë induite par le VEGF-A, la thrombine et I'histamine chez les souris PPARβ/δ -/-. De plus, l'analyse morphologique des vaisseaux dans le derme des souris après stimulation par VEGF- A a confirmé l'absence de réponse à la stimulation. Ces analyses morphologiques nous ont également permis de montrer que l'absence de réponse aiguë n'était pas due à un défaut de structure des vaisseaux dermiques chez les souris PPARp/δ -/-. Sur la base de ces résultats, nous proposons que PPARp/δ régule des voies de signalisation intracellulaires dans les cellules endothéliales, voie de signalisation impliquées dans la régulation de la perméabilité vasculaire: Dans la seconde partie du travail, nous avons étudié l'importance de la régulation de la perméabilité vasculaire par PPARβ/δ dans des situations pathophysiologiques impliquant une hyperperméabilité aiguë des vaisseaux : une réaction d'hypersensibilité cutanée retardée d'une part (delayed-type hypersensitivity, DTH), et un choc anaphylactique d'autre part. Dans ces deux modèles induits expérimentalement chez la souris, l'absence de PPARβ/δ prévient en partie la formation de l'oedème inflammatoire local (DTH), et accélère la récupération (anaphylaxie), au moins partiellement en réglant la perméabilité vasculaire. Ces résultats ouvrent un nouveau champs d'étude quant au rôle de PPARβ/δ dans les vaisseaux et à d'éventuelles applications thérapeutiques dans des pathologies inflammatoires.

Contribution of the gap junction proteins Connexin40 and Connexin43 to the control of blood pressure

Summary Cells in tissues and organs coordinate their activities by communicating with each other through intercellular channels named gap junctions. These channels are conduits between the cytoplasmic compartments of adjacent cells, allowing the exchange of small molecules which may be crucial for hormone secretion. Renin is normally secreted in a regulated manner by specific cells of the juxtaglomerular apparatus located within the renal cortex. Gap junctional communication may be requisite to maintain an accurate functioning in coordination of renin-producing cells, more especially as renin is of paramount importance for the control of blood pressure. Connexin43 (Cx43) and Cx40 form gap junctions that link in vivo the cells of the juxtaglomerular apparatus. Cx43 links the endothelial cells, whereas gap junctions made of Cx40 connect the endothelial cells, the renin secreting cells, as well as the endothelial cells of to the renin-secreting cells of the afferent arteriole. The observation that loss of Cx40 results in chronic hypertension associated with altered vasomotion and signal conduction along arterioles, has lead us to suggest that connexins may contribute to control blood pressure by participating to the integration of various mechanical, osmotic and electrochemical stimuli involved in the control of renin secretion and by mediating the adaptive changes of the vascular wall induced by elevated blood pressure and mechanical stress. We therefore postulated that the absence of Cx40 could have deleterious effects on the coordinated functioning of the renin-containing cells, hence accounting for hypertension. In the first part of my thesis, we reported that Cx40-deficient mice (Cx40) are hypertensive due to increased plasma renin levels and numbers of renin-producing cells. Besides, we demonstrated that prostaglandins and nitric oxide, which are possible mediators in the regulation of renin secretion by the macula densa, exert a critical role in the mechanisms controlling blood pressure ín Cx40 knockout hypertensive mice. In view of previous studies that stated avessel-specifc increase in the expression of Cx43 during renin-dependent hypertension, we hypothesized that Cx43 channels are particularly well-matched to integrate the response of cells constituting the vascular wall to hypertensive conditions. Using transgenic mice in which Cx43 was replaced by Cx32, we revealed that the replacement of Cx43 by Cx32 is associated with decreased expression and secretion of renin and prevent the renin-dependent hypertension which is normally induced in the 2K1C model. To gain insights into the regulation of connexins in two separate tissues exposed to the same fluid pressure, the second part of my thesis work was dedicated to the study of the impact of chronic hypertension and related hypertrophy on the expression of the cardiovascular connexins (Cx40, Cx37, Cx43 and Cx45) in mouse aorta and heart. Our results documented that the expression of connexins is differentially regulated in mouse aorta. according to the models of hypertension. Thus, blood pressure induces mechanical forces that differentially alter the expression of vascular connexins in order to respond to an adaptation of the aortic wall observed under pathological conditions. Altogether these data provide the first evidences that intercellular communication mediated by gap junctions is required for a proper renin secretion from the juxtaglomerular apparatus in order to control blood pressure.

Expression and function of endothelin and its receptors in vascular adventitial fibroblasts

Objective: The adventitia has been recognized to play important roles in vascular oxidative stress, remodelling and contraction. We recently demonstrated that adventitial fibroblasts are able to express endothelin-1 (ET-1) in response to angiotensin II (ANG II). However, the mechanisms by which ANG II induces ET-1 expression are unknown. It is also unclear whether the ET-1 receptors are expressed in the adventitia. We therefore examined the role of oxidative stress in the regulation of ET-1. We also investigated the expression of both the ETA and ETB receptors and the roles of these two types of receptors in collagen synthesis and ET-1 clearance in adventitial fibroblasts. Methods and Results: Adventitial fibroblasts were isolated and cultured from the thoracic mouse aorta. Cells were treated with ANG II (lOOnM), ET-1 (lOpM), NADPH oxidase inhibitor apocynin (lOOfiM), the superoxide anion scavenger tempol (lOOfiM), the ANG II receptor antagonists (100[aM), losartan (AT| receptor) and PD 1233 19 (AT2 receptor), the ET-1 receptor antagonists (lOOuM), BQ123 (ETA receptor) and BQ788 (ETB receptor), and the ETB receptor agonist (lOOnM) Sarafotoxin 6C. ET-1 peptide levels were determined by ELISA, while ETA ,ETB and collagen levels were determined by Western blot. ANG II increased ET-1 peptide levels in a time-dependent manner reaching significance when incubated for 24 hours. NAD(P)H oxidase inhibitor, apocynin, as well as the superoxide scanverger, tempol, significantly reduced ANG Il-induced ET-1 peptide levels while over-expression of SOD1 (endogenous antioxidant enzyme) significantly decreased ANG Il-induced collagen I expression, therefore implicating reactive oxygen species in the mediation of ET-1. ANG II increased ETA receptor protein as well as collagen in a similar fashion, reaching significance after 4, 6, and 24 hours treatment. ANG II induced collagen was reduced while in the presence of the ETA receptor antagonist suggesting the role of the ETa receptor in the regulation of the extracellular matrix. ANG II treatment also increased ETB receptor protein levels in a time-dependent manner. ANG II treatment in the presence of the ETB receptor antagonist significantly increased ET-1 peptide levels. On another hand, the ETB receptor agonist, Sarafotoxin 6C, significantly decreased ET-1 peptide levels. These data implicate the role of the ETb receptor in the clearance of the ET-1 peptide. Conclusion: ANG II-induced increases of ET-1 peptide appears to be mediated by reactive oxygen species derived from NAD(P)H oxidase. Both the ETA and ETB receptors are expressed in adventitial fibroblasts. The ETA receptor subtype mediates collagen I expression, while the ETB receptor may play a protective role through increasing the clearance of the ET- 1 peptide.

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

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

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

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

Spatial distribution and developmental appearance of postjunctional P2X(1) receptors on smooth muscle cells of the mouse vas deferens

P2X(1)-type purinoceptors, have been shown to mediate fast transmission between sympathetic varicosities and smooth muscle cells in the mouse vas deferens but the spatial organization of these receptors on the smooth muscle cells remains inconclusive. Voltage clamp techniques were used to estimate the amplitudes of spontaneous excitatory junction currents (SEJCs) in cells of the vas deferens longitudinal smooth muscle layer. These currents involved the activation of about 6% of the P2X-type channels present on the cell, as compared to whole cell currents produced when isolated smooth muscle cells were exposed to maximal concentrations of either ATP or alpha,beta -MeATP. Immunofluorescence staining of the vas deferens with antibodies against P2X(1) receptor showed a diffuse, grainy distribution over the entire membrane of each smooth muscle cell. Anti-P2X(1) staining was not markedly clustered beneath anti-SV2-stained sympathetic varicosities. Similar results were obtained for cells in the urinary bladder. During development, P2X(1) mRNA was detected as early as embryonic day 15 (E15). Increasing intensities of diffuse immunostaining for P2X(1) were observed in the walls of the bladder, tail artery, and aorta from E15 until 6 weeks postnatal. The vas deferens showed increasing intensities of diffuse staining of its smooth muscle layers between 2 and 6 weeks postnatal, consistent with the time-course of development of fast purinergic transmission described previously. Together, the results suggest that the response of smooth muscle of the vas deferens to ATP released from sympathetic varicosities relies on rapidly desensitizing P2X(1) receptors, distributed diffusely across the smooth muscle cell surface. Synapse 42:1-11, 2001. (C) 2001 Wiley-Liss, Inc.

Genetic dissection of c-Myc function during mouse organogenesis

Résumé Le gène c-myc est un des oncogènes les plus fréquemment mutés dans les tumeurs humaines. Même si plus de 70 % des cancers humains montrent une dérégulation de c-Myc, les connaissances sur son rôle physiologique pendant le développement, et dans la souris adulte restent très peu connus. Récemment, notre laboratoire a pu montrer que c-Myc contrôle l'équilibre entre le renouvellement et la différenciation des cellules souches hématopoïetiques (CSH) dans la souris adulte. Ceci est probablement dû à lacapacité de c-Myc de contrôler l'entrée et la sortie des CSH de leur niche de la moelle osseuse, en régulant plusieurs molécules d'adhésion, parmi lesquelles la cadhérine-N (Wilson et al., 2004; Wilson and Trumpp, 2006). Des études utilisant un mutant d'inactivation ont demontré que la protéine c-Myc est essentielle pour le développement au delà du jour embryonnaire E9.5. Les embryons c-Myc déficients sont plus petits que la normale et possèdent de nombreux défauts; en particulier ils ne peuvent établir un système hématopoietique embryonnaire primitif (Trumpp et al., 2001). Nous avons récemment découvert que le développement du placenta dépend de la présence de cMyc. Ceci permet de proposer que certains, sinon tous, les défauts embryonnaires puorraient dériver indirectement d'un défaut nutritionnel causé par la défaillance du placenta. Afin de répondre à cette question de manière génétique, nous avons utilisé l'allele conditionel c-mycflox (Trumpp et al., 2001) en combinaison avec l'allele Sox2-Cre (Hayashi et al., 2002). Celui-ci détermine l'expression de la récombinase Cre spécifiquement dans les cellules de l'épiblaste à partir de E6.5, tandis qu'il n'y a pas, ou seulement très peu, d'activité de la récombinase Cre dans les tissus extraembryonnaires.Alnsi, cette stratégie nous permet de générer des embryons sans c-Myc qui se développent en présence d'un compartment extraembryonnaire ou c-Myc est exprimé normalement (Sox2Cre;c-mycflox2) Ces embryons, Sox2Cre;c-mycflox2 se développent et grandissent normalement tout en formant un système vasculaire normal, mais meurent à E11.5 à cause d'un sévère manque de cellules hématopoïetiques. De façon très intéressante, la seule population qui semble être présente en nombre à peu près normal dans ces embryons est celle des précurseurs et des cellules souches. Les cellules qui forment cette population prolifèrent normalement mais ne peuvent pas former des colonies in vitro, ce qui montre que ces cellules ont perdu leur activité de cellules souches. Cependant, lorsque nous avons analysé ces cellules plus en détail en éxaminant l'expression des molécules d'intégrine nous avons découvert que l'integrine ß est sur-éxprimée à la surface des cellules c-Myc déficientes. Ceci pourrait indiquer un mécanisme par lequel c-Myc régule des molécules d'adhésion sur les cellules du sang. En conséquence, en absence de c-Myc, l'adhésion et la migration des cellules du sang de l'AGM (Aorte-Gonade-Mésonéphros) vers le foie de l'embryon, à travers le système vasculaire, est compromise. En outre, nous avons pu montrer que les hépatocytes du foie, qui constitue le site principal de formation des cellules hématopoïetiques pendant le développement, est sévèrement atteint dans des Sox2Cre;c-mycflox2 embryons. Ceci n'est pas du à un défaut propre aux cellules hépatiques qui ont perdu c-Myc, mais résulte plutôt de l'absence de cellules hématopoietïques qui normalement colonisent le foie à ce stade du développement. Ces résultats représentent la première preuve directe que le développement des hépatoblastes est dépendant de signaux provenant des cellules du sang. Summary The myc gene is one of the most frequently mutated oncogenes in human tumors. It is found to be mis-regulated in over 70% of all human cancers. However, our knowledge about its physiological role in mammalian development and adulthood remains limited. Recent work in our laboratory showed that c-Myc controls the balance between hematopoietic stem cell (HSC) self-renewal and differentiation in the adult mouse. This is likely due to the capacity of c-Myc to control entry and exit of HSCs from the bone marrow niche by regulating a number of cell adhesion molecules including N-cadherin (Wilson et al., 2004; Wilson and Trumpp 2006). During development knockout studies showed that c-Myc is required for embryonic development beyond embryonic day (E) 9.5. c-Myc deficient embryos are severely reduced in size and show multiple defects including the failure to establish a primitive hematopoietic system (Trumpp et al., 2001). Importantly, we recentry uncovered that placental development also seems to depend on normal c-Myc function, raising the possibility that some if not all of the embryonic defects observed could be mediated indirectly by a nutrition defect caused by placental failure. To address this possibility genetically, we took advantage of the conditional c-mycflox allele (Trumpp et al., 2001) in combination with the Sox2-Cre allele (Hayashi et al., 2002), in which Cre expression is specifically targeted to all epiblast cells by E6.5, while there is little or no Cre activity inextra-embryonic lineages. Thus, this strategy allows the generation of c-Myc deficient embryos, which develop within a normal c-Myc expressing extra-embryonic compartment (Sox2Cre;c-mycflox2) Such Sox2Cre;c-mycflox2 embryos develop and grow appropriately and form a normal vascular system but die at E11.5 due to a severe lack of blood cells. Interestingly, the only hematopoietic population that seems to be present in almost normal numbers in the embryo is the stem/progenitor cell population. Cells within this populatíon proliferate normal but can not give rise to hematopoietic colonies in vitro showing that functional hematopoietic stem cell (HSC) activity is lost. However, when we analyzed these phenotypic HSCs in more detail and examined integrin expression in mutant stem/progenitor cells, we observed that ß1-integrin is upregulated. This may point to a potential mechanism whereby c-Myc regulates adhesíon molecules on hematopoietic cells and thereby disturbs adhesion and migration from the AGM (aorta-gonads-mesonephros) through the vascular system to the liver. Furthermore, we uncovered that the fetal liver, the main site of hematopoietic expansion at that stage, is severely affected in Sox2Cre;c-mycflox2 embryos and that this is not due to a cell intrinsic defect of c-Myc deficient hepatocytes but rather due to the lack of hematopoietic cells that normally colonize the fetal liver at that stage of development. This provides first direct evidence that hepatoblast development depends on signals derived from blood cells.