Triiodothyronine Increases mRNA and Protein Leptin Levels in Short Time in 3T3-L1 Adipocytes by PI3K Pathway Activation

The present study aimed to examine the effects of thyroid hormone (TH), more precisely triiodothyronine (T3), on the modulation of leptin mRNA expression and the involvement of the phosphatidyl inositol 3 kinase (PI3K) signaling pathway in adipocytes, 3T3-L1, cell culture. We examined the involvement of this pathway in mediating TH effects by treating 3T3-L1 adipocytes with physiological (P=10nM) or supraphysiological (SI=100 nM) T3 dose during one hour (short time), in the absence or the presence of PI3K inhibitor (LY294002). The absence of any treatment was considered the control group (C). RT-qPCR was used for mRNA expression analyzes. For data analyzes ANOVA complemented with Tukey's test was used at 5% significance. T3 increased leptin mRNA expression in P (2.26 ± 0.36, p< 0.001), SI (1.99 ±0.22, p< 0.01) compared to C group (1± 0.18). This increase was completely abrogated by LY294002 in P (1.31±0.05, p< 0.001) and SI (1.33±0.31, p< 0.05). Western blotting confirmed these results at protein level, indicating the PI3K pathway dependency. To examine whether leptin is directly induced by T3, we used the translation inhibitor cycloheximide (CHX). In P, the presence of CHX maintained the levels mRNA leptin, but was completely abrogated in SI (1.14±0.09, p> 0.001). These results demonstrate that the activation of the PI3K signaling pathway has a role in TH-mediated direct and indirect leptin gene expression in 3T3-L1 adipocytes. © 2013 Oliveira et al.

Short-term effects of triiodothyronine on thyroid hormone receptor alpha by PI3K pathway in adipocytes, 3T3-L1

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Novel agents targeting the IGF-1R/PI3K pathway impair cell proliferation and survival in subsets of medulloblastoma and neuroblastoma

The receptor tyrosine kinase (RTK)/phosphoinositide 3-kinase (PI3K) pathway is fundamental for cancer cell proliferation and is known to be frequently altered and activated in neoplasia, including embryonal tumors. Based on the high frequency of alterations, targeting components of the PI3K signaling pathway is considered to be a promising therapeutic approach for cancer treatment. Here, we have investigated the potential of targeting the axis of the insulin-like growth factor-1 receptor (IGF-1R) and PI3K signaling in two common cancers of childhood: neuroblastoma, the most common extracranial tumor in children and medulloblastoma, the most frequent malignant childhood brain tumor. By treating neuroblastoma and medulloblastoma cells with R1507, a specific humanized monoclonal antibody against the IGF-1R, we could observe cell line-specific responses and in some cases a strong decrease in cell proliferation. In contrast, targeting the PI3K p110α with the specific inhibitor PIK75 resulted in broad anti-proliferative effects in a panel of neuro- and medulloblastoma cell lines. Additionally, sensitization to commonly used chemotherapeutic agents occurred in neuroblastoma cells upon treatment with R1507 or PIK75. Furthermore, by studying the expression and phosphorylation state of IGF-1R/PI3K downstream signaling targets we found down-regulated signaling pathway activation. In addition, apoptosis occurred in embryonal tumor cells after treatment with PIK75 or R1507. Together, our studies demonstrate the potential of targeting the IGF-1R/PI3K signaling axis in embryonal tumors. Hopefully, this knowledge will contribute to the development of urgently required new targeted therapies for embryonal tumors.

Strategies for co-targeting the PI3K/AKT/mTOR pathway in NSCLC

The PI3K/AKT/mTOR pathway regulates cell growth and proliferation and is often dysregulated in cancer due to mutation, amplification, deletion, methylation and post-translational modifications. We and others have shown that activation of this pathway in non-small cell lung cancer (NSCLC) leads to a more aggressive disease which correlates to poor prognosis for patients. A multitude of selective inhibitors are in development which target key regulators in this pathway, however the success of PI3K targeted inhibition has been hampered by a high rate of innate and acquired resistance. Response to PI3K inhibition may be improved by co-targeting potential mediators of resistance, such as related cell surface receptors or other intracellular signaling pathways which cross-talk with the PI3K pathway. Inhibition of the PI3K pathway may also overcome radioresistance, chemoresistance and immune evasion in NSCLC. The identification of appropriate patient cohorts who will benefit from PI3K co-targeted inhibition strategies will be key to the success of these inhibitors.

Role of phosphatidylinositol 3-kinase pathway (PI3K/Akt) in humans

The signaling pathway of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) is critical in many aspects of growth and cell survival. The path of PI3K is stimulated physiologically as a result of many growth factors and regulatory factors. Several genetic alterations such as amplification, mutation and chromosomal arrangements may compromise the PI3K pathway, generating permanent activation in different cancer types have found evidence of these deleterious genetic modifications. Abnormal activation of the PI3K pathway results in alteration of the control mechanisms of growth and cell survival, which favors the competitive growth, and frequently metastatic capacity, greater resistance to treatment. The aim of this paper is to review matters relating to the operation of the PI3K/Akt signaling pathway and its role in the process of carcinogenesis in humans.

Development of Drugs Targeting the PI3K Signalling Pathway in Leukaemias and Lymphomas

The phosphoinositide 3-kinase (PI3K) family of signalling enzymes play a key role in the transduction of signals from activated cell surface receptors controlling cell growth and proliferation, survival, metabolism, and migration. The intracellular signalling pathway from activated receptors to PI3K and its downstream targets v-akt murine thymoma viral oncogene homolog (Akt) and mechanistic target of rapamycin (mTOR) is very frequently deregulated by genetic and epigenetic mechanisms in human cancer, including leukaemia and lymphoma. In the past decade, an arsenal of small molecule inhibitors of key enzymes in this pathway has been developed and evaluated in pre-clinical studies and clinical trials in cancer patients. These include pharmacological inhibitors of Akt, mTOR, and PI3K, some of which are approved for the treatment of leukaemia and lymphoma. The PI3K family comprises eight different catalytic isoforms in humans, which have been subdivided into three classes. Class I PI3K isoforms have been extensively studied in the context of human cancer, and the isoforms p110α and p110δ are validated drug targets. The recent approval of a p110δ-specific PI3K inhibitor (idelalisib/Zydelig®) for the treatment of selected B cell malignancies represents the first success in developing these molecules into anti-cancer drugs. In addition to PI3K inhibitors, mTOR inhibitors are intensively studied in leukaemia and lymphoma, and temsirolimus (Torisel®) is approved for the treatment of a type of lymphoma. Based on these promising results it is hoped that additional novel PI3K pathway inhibitors will in the near future be further developed into new drugs for leukaemia and lymphoma.

Novel mechanisms for PKC family enzymes to regulate PI3K signaling pathway

Phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) generates membrane phospholipids that serve as second messengers to recruit signaling proteins to plasma membrane consequently regulating cell growth and survival. PI3K is a heterodimer consisting of a catalytic p110 subunit and a regulatory p85 subunit. Association of the p85 with other signal proteins is critical for induced PI3K activation. Activated PI3K, in turn, leads to signal flows through a variety of PI3K effectors including PDK1, AKT, GSK3, BAD, p70 S6K and NFκB. The PI3K pathway is under regulation by multiple signal proteins representing cross-talk between different signaling cascades. In this study, we have evaluated the role of protein kinase C family kinases on signaling through PI3K at multiple levels. Firstly, we observed that the action of PKC specific inhibitors like Ro-31-8220 and GF109203X was associated with an increased AKT phosphorylation and activity, suggesting that PKC kinases might play a negative role in the regulation of PI3K pathway. Then, we demonstrated the stimulation of AKT by PKC inhibition was dependent on functional PI3K enzyme and able to be transmitted to the AKT effector p70 S6K. Furthermore, we showed an inducible physical association between the PKCζ isotype and AKT, which was accompanied by an attenuated AKT activity. However, a kinase-dead form of PKC failed to affect AKT. In the second part of our research we revealed the ability of a different PKC family member, PKCδ to bind to the p85 subunit of PI3K in response to oxidative stress, a process requiring the activity of src tyrosine kinases. The interaction was demonstrated to be a direct and specific contact between the carboxyl terminal SH2 domain of p85 and tyrosine phosphorylated PKCδ. Several different types of agonists were capable to induce this association including tyrosine kinases and phorbol esters with PKCδ tyrosine phosphorylation being integral components. Finally, the PKCδ-PI3K complex was related to a reduction in the AKT phosphorylation induced by src. A kinase-deficient mutant of PKCδ was equally able to inhibit AKT signal as the wild type, indicative of a process independent of PKCδ catalytic activity. Altogether, our data illustrate different PKC isoforms regulating PI3K pathway at multiple levels, suggesting a mechanism to control signal flows through PI3K for normal cell activities. Although further investigation is required for full understanding of the regulatory mechanism, we propose that complex formation of signal proteins in PI3K pathway and specific PKC isoforms plays important role in their functional linkage. ^

Osteopontin is a downstream effector of the PI3-kinase pathway in melanomas that is inversely correlated with functional PTEN

The tumor suppressor PTEN antagonizes phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), which contributes to tumorigenesis in many cancer types. While PTEN mutations occur in some melanomas, their precise mechanistic consequences have yet to be elucidated. We sought to identify novel downstream effectors of PI3K using a combination of genomic and functional tests. Microarray analysis of 53 melanoma cell lines identified 610 genes differentially expressed (P<0.05) between wild-type lines and those with PTEN aberrations. Many of these genes are known to be involved in the PI3K pathway and other signaling pathways influenced by PTEN. Validation of differential gene expression by qRT-PCR was performed in the original 53 cell lines and an independent set of 18 melanoma lines with known PTEN status. Osteopontin (OPN), a secreted glycophosphoprotein that contributes to tumor progression, was more abundant at both the mRNA and protein level in PTEN mutants. The inverse correlation between OPN and PTEN expression was validated (P<0.02) by immunohistochemistry using melanoma tissue microarrays. Finally, treatment of cell lines with the PI3K inhibitor LY294002 caused a reduction in expression of OPN. These data indicate that OPN acts downstream of PI3K in melanoma and provides insight into how PTEN loss contributes to melanoma development.

Augmentation of insulin secretion by leucine supplementation in malnourished rats: possible involvement of the phosphatidylinositol 3-phosphate kinase/mammalian target protein of rapamycin pathway

A regimen of low-protein diet induces a reduction of pancreatic islet function that is associated with development of metabolic disorders including diabetes and obesity afterward. In the present study, the influence of leucine supplementation on metabolic parameters, insulin secretion to glucose and to amino acids, as well as the levels of proteins that participate in the phosphatidylinositol 3-phosphate kinase (PI3K) pathway was investigated in malnourished rats. Four groups were fed with different diets for 12 weeks: a normal protein diet (17%) without (NP) or with leucine supplementation (NPL) or a low (6%)-protein diet without (LP) or with leucine supplementation (LPL). Leucine was given in the drinking water during the last 4 weeks. As indicated by the intraperitoneal glucose tolerance test, LPL rats exhibited increased glucose tolerance as compared with NPL group. Both NPL and LPL rats had higher circulating insulin levels than controls. The LPL rats also showed increased insulin secretion by pancreatic islets in response to glucose or arginine compared with those observed in islets from LP animals. Glucose oxidation was significantly reduced in NPL, LP, and LPL isolated islets as compared with NP; but no alteration was observed for leucine and glutamate oxidation among the 4 groups. Western blotting analysis demonstrated increased PI3K and mammalian target protein of rapamycin protein contents in LPL compared with LP islets. A significant increase in insulin-induced insulin receptor substrate I associated PI3K activation was also observed in LPL compared with LP islets. These findings indicate that leucine supplementation can augment islet function in malnourished rats and that activation of the PI3K/maminalian target protein of rapamycin pathway may play a role in this process. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Diferentes doses de Triiodotironina (T3) aumentam a expressão gênica de leptina, adiponectina e TRα com o envolvimento da via fosfatidil inositol 3 quinase (PI3K) em adipócitos, 3T3-L1

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Studio della via di segnale PI3K/Akt/mTOR nelle Cellule Dendritiche

Il trapianto allogenico di cellule staminali emopoietiche è spesso l’unica soluzione per la cura di diverse malattie ematologiche. La aGVHD è la complicanza più importante che si può avere a seguito del trapianto allogenico ed è causata dai linfociti T del donatore che riconoscono gli antigeni del ricevente presentati dalle APC. Eliminare o inattivare la APC del ricevente prima del trapianto potrebbe prevenire la aGVHD. Ad oggi non esistono farmaci specifici diretti contro le APC, sono però noti i meccanismi molecolari coinvolti nella sopravvivenza cellulare come la via di segnale di PI3K. In questo lavoro abbiamo testato l’attività di due farmaci, che colpiscono target molecolari della via di PI3K, la rapamicina e la perifosina, sul differenziamento dei monociti a differenti popolazioni di cellule dendritiche (DC), in vitro. La rapamicina riduceva il recupero cellulare delle DC derivate da monociti coltivate in presenza di IL-4 aumentando l’apoptosi, mentre i monociti coltivati in presenza di GM-CSF con o senza IFN-α risultavano resistenti alla rapamicina. Inoltre la rapamicina riduceva l’espressione della molecola costimolatoria CD86 e incrementava l’espressione della molecola CD1a solo nei monociti coltivati con GM-CSF e IL-4. Nelle DC derivate dai monociti in presenza di IL-4 la rapamicina bloccava la produzione di IL-12 e TNF-α e ne alterava la capacità allostimolatoria. La rapamicina non alterava la sopravvivenza e la funzione delle DC circolanti. Il trattamento con perifosina provocava un incremento di apoptosi nei monociti coltivati sia con GM-CSF che con GM-CSF e IL-4. La perifosina bloccava la produzione di TNF-α nelle DC derivate da monociti coltivati nelle diverse condizioni. Questi risultati dimostrano che l’azione della rapamicina è strettamente dipendente dalla presenza dell’IL-4 nel terreno di coltura, in vitro, rispetto alla perifosina e suggeriscono un possibile ruolo della perifosina nella prevenzione della GVHD prima del trapianto allogenico di cellule staminali.

Sensitivity to the MEK inhibitor E6201 in melanoma cells is associated with mutant BRAF and wildtype PTEN status

BACKGROUND: Melanoma is the most lethal form of skin cancer, but recent advances in molecularly targeted agents against the Ras/Raf/MAPK pathway demonstrate promise as effective therapies. Despite these advances, resistance remains an issue, as illustrated recently by the clinical experience with vemurafenib. Such acquired resistance appears to be the result of parallel pathway activation, such as PI3K, to overcome single-agent inhibition. In this report, we describe the cytotoxicity and anti-tumour activity of the novel MEK inhibitor, E6201, in a broad panel of melanoma cell lines (n = 31) of known mutational profile in vitro and in vivo. We further test the effectiveness of combining E6201 with an inhibitor of PI3K (LY294002) in overcoming resistance in these cell lines. RESULTS: The majority of melanoma cell lines were either sensitive (IC50 < 500 nM, 24/31) or hypersensitive (IC50 < 100 nM, 18/31) to E6201. This sensitivity correlated with wildtype PTEN and mutant BRAF status, whereas mutant RAS and PI3K pathway activation were associated with resistance. Although MEK inhibitors predominantly exert a cytostatic effect, E6201 elicited a potent cytocidal effect on most of the sensitive lines studied, as evidenced by Annexin positivity and cell death ELISA. Conversely, E6201 did not induce cell death in the two resistant melanoma cell lines tested. E6201 inhibited xenograft tumour growth in all four melanoma cell lines studied to varying degrees, but a more pronounced anti-tumour effect was observed for cell lines that previously demonstrated a cytocidal response in vitro. In vitro combination studies of E6201 and LY294002 showed synergism in all six melanoma cell lines tested, as defined by a mean combination index < 1. CONCLUSIONS: Our data demonstrate that E6201 elicits a predominantly cytocidal effect in vitro and in vivo in melanoma cells of diverse mutational background. Resistance to E6201 was associated with disruption of PTEN and activation of downstream PI3K signalling. In keeping with these data we demonstrate that co-inhibition of MAPK and PI3K is effective in overcoming resistance inherent in melanoma.

Modification of P13K- and MAPK-dependent chemotaxis in aortic vascular smooth muscle cells by protein kinase CBII

Hyperglycemia increases expression of platelet-derived growth factor (PDGF)-beta receptor and potentiates chemotaxis to PDGF-BB in human aortic vascular smooth muscle cells (VSMCs) via PI3K and ERK/MAPK signaling pathways. The purpose of this study was to determine whether increased activation of protein kinase C (PKC) isoforms had a modulatory effect on the PI3K and ERK/MAPK pathways, control of cell adhesiveness, and movement. All known PKC isoforms were assessed but only PKC alpha and PKC beta II levels were increased in 25 mmol/L glucose. However, only PKC beta II inhibition affected (decreased) PI3K pathway and MAPK pathway activities and inhibited PDGF-beta receptor upregulation in raised glucose, and specific MAPK inhibition was required to completely block the effect of glucose. In raised glucose conditions, activity of the ERK/MAPK pathway, PI3K pathway, and PKC beta II were all sensitive to aldose reductase inhibition. Chemotaxis to PDGF-BB (360 pmol/L), absent in 5 mmol/L glucose, was present in raised glucose and could be blocked by PKC beta II inhibition. Formation of lamellipodia was dependent on PI3K activation and filopodia on MAPK activation; both lamellipodia and filopodia were eliminated when PKC beta II was inhibited. FAK phosphorylation and cell adhesion were reduced by PI3K inhibition, and although MAPK inhibition prevented chemotaxis, it did not affect FAK phosphorylation or cell adhesiveness. In conclusion, chemotaxis to PDGF-BB in 25 mmol/L glucose is PKC beta II-dependent and requires activation of both the PI3K and MAPK pathways. Changes in cell adhesion and migration speed are mediated mainly through the PI3K pathway.

Modulation de la voie de signalisation de Gαq par l’hyperglycémie : mécanisme moléculaire

Les complications vasculaires telles que l’augmentation de la contractilité et la prolifération cellulaire sont les complications les plus communes observées dans le diabète et l’hyperglycémie chronique est un facteur important dans ces processus. La voie de signalisation de Gαq joue un rôle important dans la régulation du tonus vasculaire et l’altération de celle-ci peut contribuer aux complications vasculaires observées dans les cas de diabète et d’hyperglycémie. Il a été observé que les taux et l’activité des protéines kinase C (PKC) et du diacylglycérol (DAG) sont augmentés dans ces conditions. Cependant, aucune étude n’a démontré l’implication de Gαq/11 et des PLCβ, molécules de signalisation en amont de PKC/DAG. Plusieurs études révèlent que l’augmentation des taux et de l’activité des PKC et du DAG induite par l’hyperglycémie dans des cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) est attribuée à l’augmentation du stress oxydatif. De plus, les niveaux de certains peptides vasoactifs, tels que l’angiotensine II et l’endothéline-1, augmentés dans les conditions de diabète/d’hyperglycémie, peuvent contribuer à l’augmentation du stress oxydatif observée. Le travail présenté dans cette thèse avait pour but d’examiner les effets de l’hyperglycémie sur les niveaux d’expression protéique de Gαq/11 et de ses molécules associées, ainsi que d’étudier le mécanisme moléculaire par lequel l’hyperglycémie module la voie de signalisation de Gαq dans les CMLV. Dans la première étude, nous avons examiné si l’hyperglycémie pouvait moduler l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ1 et PLCβ2. Le prétraitement des CMLV A10 avec 26 mM de glucose durant 72 heures augmente l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 en comparaison avec les CMLV témoins. Le traitement avec des antagonistes aux récepteurs AT1 de l’Ang II, et ETA/ETB de l’ET-1, atténue la hausse de Gαq, de Gα11, de PLCβ1 et de PLCβ2 induite par l’hyperglycémie. De plus, la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 était plus élevée dans les CMLV exposée à 26 mM de glucose. Le traitement des CMLV A10 avec l’Ang II et l’ET-1 augmente également les niveaux d’expression des protéines Gα q/11 et PLCβ. Cette augmentation de l’expression est restaurée au niveau des CMLV témoins par les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ dans les CMLV induite par l’hyperglycémie est attribuée à l’activation des récepteurs AT1, ETA et ETB. Dans la seconde étude, nous avons examiné l’implication du stress oxydatif dans l’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. Nous avons également déterminé le mécanisme responsable de l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie. L’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ des CMLV A10 exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec l’antioxydant diphenyleneiodonium (DPI), et la catalase, un chélateur du peroxyde d’hydrogène, mais pas par le 111Mn-tetralis(benzoic acid porphyrin) (MnTBAP) ni par l’acide urique, des chélateurs du peroxynitrite. De plus, l’augmentation de la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 dans les CMLV exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec le DPI et la catalase. Ces résultats suggèrent que l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie contribue à l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq. De plus, l’augmentation de la production d’anion superoxyde (O2-), de l’activité de la NADPH oxydase et de l’expression des protéines p22(phox) et p47(phox) induite par l’hyperglycémie est revenue à un niveau basal après un traitement avec les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’hyperglycémie augmente les niveaux endogènes de l’Ang II et de l’ET-1, ce qui augmente le stress oxydatif par la formation d’O2- et de H2O2 et peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gq/11α et de leurs molécules de signalisation. Puisqu’il a été observé que l’hyperglycémie transactive les récepteurs aux facteurs de croissance tels que le récepteur au facteur de croissance épidermique (EGF-R) et le récepteur au facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF-R), nous avons entrepris d’examiner, dans la troisième étude, l’implication d’EGF-R et de PDGF-R dans l’augmentation des niveaux de Gαq/11, de PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. L’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 induite par l’hyperglycémie est revenue au niveau basal après un traitement avec les inhibiteurs d’EGF-R (AG1478) et de PDGF-R (AG1295) et par l’inhibiteur de c-Src, PP2. L’augmentation de la phosphorylation d’EGF-R et de PDGF-R induite par l’hyperglycémie a été abolie par AG1478, AG1295 et PP2. De plus, l’augmentation des niveaux de Gαq/11, et de PLCβ induite par l’hyperglycémie est atténuée par l’inhibiteur des MAPK, le PD98059, et par l’inhibiteur d’AKT, le wortmannin. L’augmentation de la phosphorylation d’ERK et d’AKT était également atténuée par AG1478 et AG1295. Ces résultats suggèrent que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par c-Src peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gα q/11/PLC et de leur signalisation par la voie des MAPK/PI3K. En conclusion, les études présentées dans cette thèse indiquent que l’hyperglycémie augmente les niveaux de Gαq/11 et de PLCβ. Nous avons émis des évidences qui démontrent que l’augmentation endogène de l’Ang II et de l’ET-1 par l’hyperglycémie peut contribuer à l’augmentation de la production d’O2- et de H2O2 résultant ainsi en une augmentation du stress oxydatif qui pourrait être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et de leur signalisation dans les conditions d’hyperglycémie. Finalement, nous avons démontré que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par l’hyperglycémie peut être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq dans les cas de diabète et d’hyperglycémie.

La régulation du gène CYP19A1 dans les cellules de granulosa bovine in vitro

L’oestradiol joue un rôle important dans la reproduction en général, particulièrement dans la croissance folliculaire chez la vache. La production de l’œstradiol nécessite l’expression du gène CYP19A1 suite à la stimulation des cellules de granulosa par l’hormone folliculostimulante (FSH) ou le facteur de croissance insulinique de type 1 (IGF-1). Chez la vache, il existe six promoteurs (1.1 ; 1.2 ; 1.3 ; 1.4 ; 1.5 et 2) qui dirigent la transcription du gène CYP19A1 dans les cellules de la granulosa. Le principal promoteur qui dirige la transcription au niveau de l’ovaire (cellules de granulosa) est le promoteur 2 (P2). Cependant, l’effet de la FSH et de l’IGF-1 sur l’activation de ces promoteurs d’aromatase demeure mal connu. De plus, la demi-vie du transcrit CYP19A1 est très courte avec une région 3’UTR relativement longue. L’analyse de la séquence 3’UTR montre la présence des motifs ARE (séquence riche en AU), des études antérieur montrent que ces séquences impliquent dans la régulation de la stabilité ou la dégradation de l’ARNm, ce qui est fort probable que la courte demi-vie de l’ARNm CYP19A1 est sous le contrôle post-transcriptionel. L’objectif de la thèse visait à étudier la régulation de l’expression du gène CYP19A1 chez la vache. Il y a deux thèmes soit étude de la régulation transcriptionnelle ciblant le promoteur et soit étude de la régulation post-transcriptionnelle impliquant la région 3’non traduite (3’UTR). Le premier objectif vise à étudier la régulation transcriptionnelle du gène CYP19A1. Nous avons étudié l'activité du promoteur ovarien bovin dans deux modèles de cellules de la granulosa, les cellules lutéinisées et nonlutéinisées in vitro, suite à une stimulation des cellules par la FSH ou IGF-1. Nous avons également évalué la voie de signalisation impliquée dans la régulation des différents promoteurs en utilisant un RT-PCR et un gène rapporteur (les différents promoteurs d’aromatase ont été insérés dans le vecteur pGL3promoter en amont du gène exprimant la luciférase). Les résultats de RT-PCR démontrent que la FSH et l’IGF-1 augmentent les concentrations d’ARNm provenant des deux promoteurs 2 et 1.1 dans les cellules de la granulosa non lutéinisées. Des expériences subséquentes ont montré que la FSH stimule le promoteur 2 via la voie PKA tandis que l'IGF-1 stimule le promoteur 2 via la voie PKC. La FSH et l’IGF-1 stimulent l’expression du promoteur 1.1 via la voie PI3K. L’analyse de l’activité luciférase démontre que dans les cellules de granulosa lutéinisées, la FSH stimule le promoteur 1.1 de façon dose dépendante et ne semble y avoir aucun effet significatif sur le promoteur 2. Nous avons donc comparé l’activité du promoteur PII/P2 humain, du rat, de la chèvre et de la vache dans les cellules de granulosa bovine lutéinisées. Le résultat le plus significatif est que le promoteur 2 bovine (et caprine) dépend de plusieurs facteurs de transcription (NR5A2, FOXL2) comparé au promoteur PII humain et celui du promoteur proximal du rat qui dépendent principalement de l'AMPc. En effet, nos résultats ont démontré une expression raisonnablement robuste du P2 bovine lorsque les cellules sont traitées à la forskoline, NR5A2 et FOXL2. Le facteur FOXL2 semble déterminer l'activité du promoteur 2 chez le ruminant. Le deuxième objectif vise à étudier la régulation post-transcriptionnelle du gène CYP19A1. Pour ce faire, nous avons déterminé la séquence minimale de l'ARNm CYP19A1 requise pour la régulation de sa demi-vie. Différents séquences de la région 3’UTR ont été insérés dans le vecteur pGL3promoter en aval du gène exprimant la luciférase ou soit dans le vecteur pGEMTeasy. Le vecteur pGL3promoter a été transfecté dans les cellules de granulosa lutéinisées pour évaluer l'impact de la séquence 3'UTR sur l'expression du gène rapporteur de la luciférase, alors que le vecteur pGEMTeasy a été utilisé pour la transcription in vitro afin de générer de l’ARNm. Ce dernier sera utilisé en réaction croisée au UV avec des extraits protéiques pour démontrer l’association du complexe ARNm/protéine. L’analyse de l’activité luciférase a permis d’identifier une séquence de 200 pb située entre 926 et 1134 pb de la région 3'UTR de l’ARNm CYP19A1 qui a réduit significativement l’activité de la luciférase. Selon les analyses de la réaction croisée au UV, une ou plusieurs protéines de 66 et 80 kDA se lient spécifiquement à la séquence de 200 pb qui réduit l’activité de luciférase. Cette protéine s'exprime dans les cellules de granulosa, mais n’a pas été détectée dans d'autres tissus comme le foie et le cœur. Par ailleurs, l’utilisation du gène rapporteur sensible à la FSH a suscité l’intérêt d'une compagnie pharmaceutique qui vend de l’equine chorionic gonadotropin (eCG) pour lui permettre de distinguer facilement l’eCG ayant une forte activité FSH et donc, avoir un produit commercial plus efficace et de meilleure qualité. Dans cette étude, nous avons développé un système de bioessai à la FSH basé sur la transfection des cellules avec un récepteur à la FSH et un gène rapporteur colorimètrique qui permet d’estimer l’activité de la FSH dans le sérum de la jument et qui pourrait être applicable au niveau de la ferme/industrie.