Análisis del patrón de expresión de un gen cuya expresión es afectada por la inactivación del factor de transcripción Nurr1

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Morfología) UANL

Análisis del patrón de expresión espacial y temporal del gen nurr1 en la hipófisis murina

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Morfología) U.A.N.L., 2006.

Papel funcional del receptor nuclear Nurr1 en el sistema nervioso central de mamífero

Tesis (Doctorado en Ciencias con Especialidad en Morfología) UANL

The AF-1 Domain of the Orphan Nuclear Receptor NOR-1 Mediates Trans-activation, Coactivator Recruitment, and Activation by the Purine Anti-metabolite 6-Mercaptopurine

NOR-1/NR4A3 is an orphan member of the nuclear hormone receptor superfamily. NOR-1 and its close relatives Nurr1 and Nur77 are members of the NR4A subgroup of nuclear receptors. Members of the NR4A subgroup are induced through multiple signal transduction pathways. They have been implicated in cell proliferation, differentiation, T-cell apoptosis, chondrosarcomas, neurological disorders, inflammation, and atherogenesis. However, the mechanism of transcriptional activation, coactivator recruitment, and agonist-mediated activation remain obscure. Hence, we examined the molecular basis of NOR-1-mediated activation. We observed that NOR-1 trans-activates gene expression in a cell- and target-specific manner; moreover, it operates in an activation function (AF)-1-dependent manner. The N-terminal AF-1 domain delimited to between amino acids 1 and 112, preferentially recruits the steroid receptor coactivator (SRC). Furthermore, SRC-2 modulates the activity of the AF-1 domain but not the C-terminal ligand binding domain (LBD). Homology modeling indicated that the NOR-1 LBD was substantially different from that of hRORbeta, a closely related AF-2-dependent receptor. In particular, the hydrophobic cleft characteristic of nuclear receptors was replaced with a very hydrophilic surface with a distinct topology. This observation may account for the inability of this nuclear receptor LBD to efficiently mediate cofactor recruitment and transcriptional activation. In contrast, the N-terminal AF-1 is necessary for cofactor recruitment and can independently conscript coactivators. Finally, we demonstrate that the purine anti-metabolite 6-mercaptopurine, a widely used antineoplastic and anti-inflammatory drug, activates NOR-1 in an AF-1-dependent manner. Additional 6-mercaptopurine analogs all efficiently activated NOR-1, suggesting that the signaling pathways that modulate proliferation via inhibition of de novo purine and/or nucleic acid biosynthesis are involved in the regulation NR4A activity. We hypothesize that the NR4A subgroup mediates the genotoxic stress response and suggest that this subgroup may function as sensors that respond to genotoxicity.

Effects of early life permethrin exposure on spatial working memory and on monoamine levels in different brain areas of pre-senescent rats

Pesticide exposure during brain development could represent an important risk factor for the onset of neurodegenerative diseases. Previous studies investigated the effect of permethrin (PERM) administered at 34 mg/kg, a dose close to the no observable adverse effect level (NOAEL) from post natal day (PND) 6 to PND 21 in rats. Despite the PERM dose did not elicited overt signs of toxicity (i.e. normal body weight gain curve), it was able to induce striatal neurodegeneration (dopamine and Nurr1 reduction, and lipid peroxidation increase). The present study was designed to characterize the cognitive deficits in the current animal model. When during late adulthood PERM treated rats were tested for spatial working memory performances in a T-maze-rewarded alternation task they took longer to choose for the correct arm in comparison to age matched controls. No differences between groups were found in anxiety-like state, locomotor activity, feeding behavior and spatial orientation task. Our findings showing a selective effect of PERM treatment on the T-maze task point to an involvement of frontal cortico-striatal circuitry rather than to a role for the hippocampus. The predominant disturbances concern the dopamine (DA) depletion in the striatum and, the serotonin (5-HT) and noradrenaline (NE) unbalance together with a hypometabolic state in the medial prefrontal cortex area. In the hippocampus, an increase of NE and a decrease of DA were observed in PERM treated rats as compared to controls. The concentration of the most representative marker for pyrethroid exposure (3-phenoxybenzoic acid) measured in the urine of rodents 12 h after the last treatment was 41.50 µ/L and it was completely eliminated after 96 h.

Subplate subpopulations in the hypoxic-ischemic neonatal rat brain

Subplate neurons are among the earliest born cells of the neocortex and play a fundamental role in cortical development, in particular in the formation of thalamocortical connections. Subplate abnormalities have been described in several neuropathological disorders including schizophrenia, autism and periventricular eukomalacia (Eastwood and Harrison, Schizophr Res, 79, 2005; McQuillen and Ferriero, Brain Pathol, 15, 2005). We have identified and confirmed a range of specific markers for murine subplate using a microarray based approach and found that different subplate subpopulations are characterized by distinct expression patterns of these genes (Hoerder-Suabedissen et al., Cereb Cortex, 19, 2009). In this current study, we are making use of these markers to investigate neuropathological changes of the subplate after cerebral hypoxia-ischemia (HI) in the neonatal rat. First, we characterized the expression of a number of murine subplate markers in the postnatal rat using immunohistochemistry and in situ hybridization. While several genes (Nurr1, Cplx3, Ctgf and Tmem163) presented very similar expression patterns as in the mouse, others (Ddc, MoxD1 and TRH) were completely absent in the rat cortex. This finding suggests important differences in the subplate populations of these two rodent species. In a neonatal rat model of HI, selective vulnerability of subplate has been suggested using BrdU birthdating methods (McQuillen et al., J Neurosci, 15, 2003). We hypothesized that certain subplate subpopulations could be more susceptible than others and analyzed the above subplate markers in a similar yet slightly milder HI model. Two-day old male rat pups underwent permanent occlusion of the right common carotid artery followed by a period of hypoxia (6% O2, 1.5h or 2h) and were analyzed six days later. Preliminary counts on three subplate subpopulations (Nurr1+, Cplx3+ and Ctgf+ cells, respectively) showed similar reductions in cell numbers for all three groups. In addition, we found that the majority of cases which show changes in the subplate also exhibit lesions in the deep cortical layers VI (identified by FoxP2 expression) and sometimes even layer V (revealed by Er81 immunoreactivity), which questions the selective susceptibility of subplate over other cortical layers under the conditions we used in our model. Supported by MRC, FMO holds a Berrow Scholarship, Lincoln College, Oxford.

Probing conformational changes in orphan nuclear receptor: The NGFI-B intermediate is a partially unfolded dimer

Human nerve growth factor-induced B (NGFI-B) is a member of the NR4A subfamily of orphan nuclear receptors (NRs). Lacking identified ligands, orphan NRs show particular co-regulator proteins binding properties, different from other NRs, and they might have a non-classical quaternary organization. A body of evidence suggests that NRs recognition of and binding to ligands, DNA, homo- and heterodimerization partners and co-regulator proteins involve significant conformational changes of the NR ligand-binding domains (LBDs). To shed light on largely unknown biophysical properties of NGFI-B, here we studied structural organization and unfolding properties of NGFI-B ligand (like)-binding domain induced by chemical perturbation. Our results show that NGFI-B LBD undergoes a two-state guanidine hydrochloride (GndHCl) induced denaturation, as judged by changes in the a-helical content of the protein monitored by circular dichroism spectroscopy (CD). In contrast, changes in the tertiary structure of NGFI-B LBD, reported by intrinsic fluorescence, reveal a clear intermediate state. Additionally, SAXS results demonstrate that the intermediate observed by intrinsic fluorescence is a partially folded homodimeric structure, which further unfolds without dissociation at higher GndHCl concentrations. This partially unfolded dimeric assembly of NGFI-B LBD might resemble an intermediate that this domain access momentarily in the native state upon interactions with functional partners. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Human midbrain precursors activate the expected developmental genetic program and differentiate long-term to functional A9 dopamine neurons in vitro. Enhancement by Bcl-XL

Understanding the molecular programs of the generation of human dopaminergic neurons (DAn) from their ventral mesencephalic (VM) precursors is of key importance for basic studies, progress in cell therapy, drug screening and pharmacology in the context of Parkinson's disease. The nature of human DAn precursors in vitro is poorly understood, their properties unstable, and their availability highly limited. Here we present positive evidence that human VM precursors retaining their genuine properties and long-term capacity to generate A9 type Substantia nigra human DAn (hVM1 model cell line) can be propagated in culture. During a one month differentiation, these cells activate all key genes needed to progress from pro-neural and prodopaminergic precursors to mature and functional DAn. For the first time, we demonstrate that gene cascades are correctly activated during differentiation, resulting in the generation of mature DAn. These DAn have morphological and functional properties undistinguishable from those generated by VM primary neuronal cultures. In addition, we have found that the forced expression of Bcl-XL induces an increase in the expression of key developmental genes (MSX1, NGN2), maintenance of PITX3 expression temporal profile, and also enhances genes involved in DAn long-term function, maintenance and survival (EN1, LMX1B, NURR1 and PITX3). As a result, Bcl-XL anticipates and enhances DAn generation.

Caractérisation de l’activité Nur77 et de ses complexes en essais BRET par complémentation

Dans le système nerveux central, la dopamine joue un rôle crucial dans de nombreuses fonctions physiologiques telles que : l’apprentissage, le mouvement volontaire, la motivation, la cognition et la production hormonale. Il a été aussi démontré que le système de signalisation dopaminergique est altéré dans plusieurs maladies neurologiques et psychiatriques comme la maladie de Parkinson et la schizophrénie. Des études, effectuées dans le laboratoire du Dr.Daniel Lévesque (laboratoire d’accueil), ont montré que les récepteurs nucléaires Nur77 (NR4A1, NGFI-B) et RXRγ (retinoid X receptors γ) sont impliqués dans la régulation des effets de la dopamine dans le système nerveux central. De plus, ces données suggèrent que le complexe Nur77 et RXR joueraient un rôle crucial dans l’effet des médicaments antipsychotiques et antiparkinsoniens. Toutefois, très peu de médicaments ciblant Nur77 ont été identifiés à ce jour et les médicaments agissant sur RXRγ restent mal caractérisés. En outre, les analyses actuellement disponibles ne peuvent pas résumer la complexité des activités des NRs et génèrent des mesures indirectes des activités des drogues. Afin de mieux comprendre comment est régulée l’interaction Nur77/RXRγ dans ces processus, mon projet a été de mettre au point un essai BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer) et PCA-BRET (Protein Complementation Assay-BRET) basé sur le recrutement d'un motif mimant un co-activateur fusionné avec la YFP. Nos différents essais ont été validés par courbes dose-réponse en utilisant différents composés RXR . Les EC50 (concentration efficace médiane, qui permet de mesurer l'efficacité d'un composé) obtenues étaient très semblables aux valeurs précédemment rapportées dans la littérature. Nous avons aussi pu identifier un composé le SR11237 (BMS649) qui semble posséder une sélectivité pour le complexe Nur77/RXRγ par rapport aux complexes Nurr1/RXRγ et RXRγ /RXRγ. Nos résultats indiquent que ces essais de BRET peuvent être utilisés pour évaluer la sélectivité de nouveaux composés pour les complexes Nur77/RXRγ, Nurr1/RXRγ et RXRγ /RXRγ. Un autre aspect de mon projet de doctorat a été de mettre en évidence par BRET l’importance de la SUMOylation dans la régulation de l'activité de Nur77 dans sa forme monomèrique, homodimèrique et hétérodimèrique. Nous avons ainsi identifié que Nur77 recrute principalement SUMO2 sur sa lysine 577. Il est intéressant de noté que le recrutement de la SUMO2 à Nur77 est potentialisé en présence de la SUMO E3 Ligase PIASγ. Aussi, la perte de la SUMOylation sur la lysine 577 entraîne l'incapacité de Nur77 de recruter divers motifs de co-activation mais pas pour ses formes homo- et hétérodimèrique. Cependant, la présence de PIASγ ne potentialise pas le recrutement du co-activateur, suggérant que cette SUMO E3 Ligase est seulement impliqué dans le processus de recrutement de la SUMO mais pas dans celui du co-activateur. Nous avons ainsi déterminé une nouvelle modification post-traductionnelle sur Nur77 régulant spécifiquement son activité monomérique Ces projets pourraient donc apporter de nouvelles données cruciales pour l’amélioration du traitement de la maladie de Parkinson ou de la schizophrénie, ainsi que d'obtenir une meilleure compréhension sur les mécanismes permettant la régulation de la fonction de Nur77

TRAP220 is modulated by the antineoplastic agent 6-Mercaptopurine, and mediates the activation of the NR4A subgroup of nuclear receptors

The NR4A1-3 (Nur77, NURR1 and NOR-1) subfamily of nuclear hormone receptors (NRs) has been implicated in Parkinson's disease, schizophrenia, manic depression, atherogenesis, Alzheimer's disease, rheumatoid arthritis, cancer and apoptosis. This has driven investigations into the mechanism of action, and the identification of small molecule regulators, that may provide the platform for pharmaceutical and therapeutic exploitation. Recently, we found that the purine antimetabolite 6-Mercaptopurine (6-MP), which is widely used as an anti-neoplastic and anti-inflammatory drug, modulated the NR4A1-3 subfamily. Interestingly, the agonist-mediated activation did not involve modulation of primary coactivators' (e.g. p300 and SRC-2/GRIP-1) activity and/or recruitment. However, the role of the subsequently recruited coactivators, for example CARM-1 and TRAP220, in 6-MP-mediated activation of the NR4A1-3 subfamily remains obscure. In this study we demonstrate that 6-MP modulates the activity of the coactivator TRAP220 in a dose-dependent manner. Moreover, we demonstrate that TRAP220 potentiates NOR-1-mediated transactivation, and interacts with the NR4A1-3 subgroup in an AF-1-dependent manner in a cellular context. The region of TRAP220 that mediated 6-MP activation and NR4A interaction was delimited to amino acids 1-800, and operates independently of the critical PKC and PKA phosphorylation sites. Interestingly, TRAP220 expression does not increase the relative induction by 6-MP, however the absolute level of NOR-1-mediated trans-activation is increased. This study demonstrates that 6-MP modulates the activity of the NR4A subgroup, and the coactivator TRAP220.

Caractérisation de l’activité Nur77 et de ses complexes en essais BRET par complémentation

Dans le système nerveux central, la dopamine joue un rôle crucial dans de nombreuses fonctions physiologiques telles que : l’apprentissage, le mouvement volontaire, la motivation, la cognition et la production hormonale. Il a été aussi démontré que le système de signalisation dopaminergique est altéré dans plusieurs maladies neurologiques et psychiatriques comme la maladie de Parkinson et la schizophrénie. Des études, effectuées dans le laboratoire du Dr.Daniel Lévesque (laboratoire d’accueil), ont montré que les récepteurs nucléaires Nur77 (NR4A1, NGFI-B) et RXRγ (retinoid X receptors γ) sont impliqués dans la régulation des effets de la dopamine dans le système nerveux central. De plus, ces données suggèrent que le complexe Nur77 et RXR joueraient un rôle crucial dans l’effet des médicaments antipsychotiques et antiparkinsoniens. Toutefois, très peu de médicaments ciblant Nur77 ont été identifiés à ce jour et les médicaments agissant sur RXRγ restent mal caractérisés. En outre, les analyses actuellement disponibles ne peuvent pas résumer la complexité des activités des NRs et génèrent des mesures indirectes des activités des drogues. Afin de mieux comprendre comment est régulée l’interaction Nur77/RXRγ dans ces processus, mon projet a été de mettre au point un essai BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer) et PCA-BRET (Protein Complementation Assay-BRET) basé sur le recrutement d'un motif mimant un co-activateur fusionné avec la YFP. Nos différents essais ont été validés par courbes dose-réponse en utilisant différents composés RXR . Les EC50 (concentration efficace médiane, qui permet de mesurer l'efficacité d'un composé) obtenues étaient très semblables aux valeurs précédemment rapportées dans la littérature. Nous avons aussi pu identifier un composé le SR11237 (BMS649) qui semble posséder une sélectivité pour le complexe Nur77/RXRγ par rapport aux complexes Nurr1/RXRγ et RXRγ /RXRγ. Nos résultats indiquent que ces essais de BRET peuvent être utilisés pour évaluer la sélectivité de nouveaux composés pour les complexes Nur77/RXRγ, Nurr1/RXRγ et RXRγ /RXRγ. Un autre aspect de mon projet de doctorat a été de mettre en évidence par BRET l’importance de la SUMOylation dans la régulation de l'activité de Nur77 dans sa forme monomèrique, homodimèrique et hétérodimèrique. Nous avons ainsi identifié que Nur77 recrute principalement SUMO2 sur sa lysine 577. Il est intéressant de noté que le recrutement de la SUMO2 à Nur77 est potentialisé en présence de la SUMO E3 Ligase PIASγ. Aussi, la perte de la SUMOylation sur la lysine 577 entraîne l'incapacité de Nur77 de recruter divers motifs de co-activation mais pas pour ses formes homo- et hétérodimèrique. Cependant, la présence de PIASγ ne potentialise pas le recrutement du co-activateur, suggérant que cette SUMO E3 Ligase est seulement impliqué dans le processus de recrutement de la SUMO mais pas dans celui du co-activateur. Nous avons ainsi déterminé une nouvelle modification post-traductionnelle sur Nur77 régulant spécifiquement son activité monomérique Ces projets pourraient donc apporter de nouvelles données cruciales pour l’amélioration du traitement de la maladie de Parkinson ou de la schizophrénie, ainsi que d'obtenir une meilleure compréhension sur les mécanismes permettant la régulation de la fonction de Nur77