Régulation transcriptionnelle du gène HSPG2 codant pour Perlecan et son implication dans l’ostéoarthrite

De récents travaux ont mis en évidence une production accrue de Perlecan au stade terminal de l’arthrose ou ostéoarthrite (OA). L’équipe du Dr Moreau a mis en évidence qu’il y a une perte d’expression du facteur de transcription Pitx1 dans l’arthrose et que ce dernier pourrait agir comme un régulateur négatif du gène HSPG2 codant pour le Perlecan. Afin d’étudier la régulation transcriptionnelle de ce gène, des fragments du promoteur proximal ont été clonés en amont du gène rapporteur luciférase et testés en transfections transitoires. Des co-transfections avec des quantités variables de pSI-mPitx1 et avec des constructions comportant des fragments de différentes régions du promoteur mHSPG2 (jusqu’à 3926 pbs en amont de l’ATG) ont démontrées une activité transcriptionnelle et une stimulation de cette activité en présence de Pitx1, avec des résultats variables selon les types cellulaires. Parallèlement, des expériences en qPCR effectuées sur des ostéoblastes dérivés de souris transgéniques surexprimant Pitx1 ont aussi démontré qu’une surexpression de Pitx1 corrèle avec une augmentation de l’expression de p53, une cible connue de Pitx1, et de Perlecan. Le lien qui existe entre Pitx1 et Perlecan est encore très méconnu et la cascade régulatrice impliquant ces deux acteurs n’est pas encore établie. Une meilleure connaissance des mécanismes qui régulent la transcription normale et pathologique du gène HSPG2 permettrait sans aucun doute une avancée dans la compréhension du développement et du rôle possible de Perlecan dans la progression de l’ostéoarthrite.

A mouse model of Schwartz-Jampel syndrome reveals myelinating Schwann cell dysfunction with persistent axonal depolarization in vitro and distal peripheral nerve hyperexcitability when perlecan is lacking

Congenital peripheral nerve hyperexcitability (PNH) is usually associated with impaired function of voltage-gated K(+) channels (VGKCs) in neuromyotonia and demyelination in peripheral neuropathies. Schwartz-Jampel syndrome (SJS) is a form of PNH that is due to hypomorphic mutations of perlecan, the major proteoglycan of basement membranes. Schwann cell basement membrane and its cell receptors are critical for the myelination and organization of the nodes of Ranvier. We therefore studied a mouse model of SJS to determine whether a role for perlecan in these functions could account for PNH when perlecan is lacking. We revealed a role for perlecan in the longitudinal elongation and organization of myelinating Schwann cells because perlecan-deficient mice had shorter internodes, more numerous Schmidt-Lanterman incisures, and increased amounts of internodal fast VGKCs. Perlecan-deficient mice did not display demyelination events along the nerve trunk but developed dysmyelination of the preterminal segment associated with denervation processes at the neuromuscular junction. Investigating the excitability properties of the peripheral nerve suggested a persistent axonal depolarization during nerve firing in vitro, most likely due to defective K(+) homeostasis, and excluded the nerve trunk as the original site for PNH. Altogether, our data shed light on perlecan function by revealing critical roles in Schwann cell physiology and suggest that PNH in SJS originates distally from synergistic actions of peripheral nerve and neuromuscular junction changes.

A study of the biology of perlecan

Extracellular matrix (ECM) is a component of a variety of organisms that provides both structural support and influence upon the cells it surrounds. The importance of the ECM is becoming more apparent as matrix defects are linked to human disease. In this study, the large, extracellular matrix heparan sulfate proteoglycan, perlecan (Pln) is examined in two systems. First, the role of Pln in the interaction between a blastocyst and uterine epithelial cells is investigated. In mice, blastocyst attachment and implantation occurs at approximately d 4.5 post coitus. In addition, a delayed implantation model has been used to distinguish between the response of the blastocyst to that of hatching and of becoming attachment competent. ^ The second series of experiments described in this study focuses on the process of chondrogenesis in mice. Pln, commonly expressed with other basement membrane (BM) proteins, was found to be expressed in cartilaginous tissue without other BM proteins. This unusual expression pattern led to further study and the development of an in vitro chondrogenesis assay using the mouse embryonic fibroblast cell line, C3H/10T1/2. When cultured on Pln in vitro, these cells form aggregates and express the cartilage proteins, collagen type II and aggrecan. In examining the participation of the heparan sulfate (HS) chains in this process, the proteoglycan was enzymatically digested to remove the HS chains before the initiation of 10T1/2 cell culture. After digestion, the ability of Pln to stimulate aggregate formation was greatly diminished. Thus, the HS chains participate in the cell induction process. To determine which domain of Pln might be responsible for this activity, recombinant fragments of Pin were used in the cell culture assay. Of all recombinant protein fragments tested, only the domain including the HS chains, domain 1, was able to initiate the morphological change exhibited by the 10T1/2 cells. Similar to native Pln, when HS chains were removed from domain I, chondrogenic activity was abolished. A variant of domain I carrying both HS and chondroitin sulfate (CS) chains retained activity when only HS chains were removed. When both HS and CS chains were removed, then activity was lost. ^ The ability to rapidly stimulate differentiation of 10T1/2 cells in vitro may lead to better control of chondrogenesis in vitro and in vivo, providing better understanding and manipulation of the chondrogenic process. This greater understanding may have benefits for study of cartilage and bone diseases and subsequent treatment options. (Abstract shortened by UMI.)^

Complex Patterns of Alternative Splicing Mediate the Spatial and Temporal Distribution of Perlecan/UNC-52 in Caenorhabditis elegans

The unc-52 gene encodes the nematode homologue of mammalian perlecan, the major heparan sulfate proteoglycan of the extracellular matrix. This is a large complex protein with regions similar to low-density lipoprotein receptors, laminin, and neural cell adhesion molecules (NCAMs). In this study, we extend our earlier work and demonstrate that a number of complex isoforms of this protein are expressed through alternative splicing. We identified three major classes of perlecan isoforms: a short form lacking the NCAM region and the C-terminal agrin-like region; a medium form containing the NCAM region, but still lacking the agrin-like region; and a newly identified long form that contains all five domains present in mammalian perlecan.  Using region-specific antibodies and unc-52 mutants, we reveal a complex spatial and temporal expression pattern for these UNC-52 isoforms. As well, using a series of mutations affecting different regions and thus different isoforms of UNC-52, we demonstrate that the medium NCAM-containing isoforms are sufficient for myofilament lattice assembly in developing nematode body-wall muscle. Neither short isoforms nor isoforms containing the C-terminal agrin-like region are essential for sarcomere assembly or muscle cell attachment, and their role in development remains unclear.

Inhibition of myeloperoxidase-mediated hypochlorous acid production by nitroxides

Tissue damage resulting from the extracellular production of HOCl (hypochlorous acid) by the MPO (myeloperoxidase)-hydrogen peroxide-chloride system of activated phagocytes is implicated as a key event in the progression of a number of human inflammatory diseases. Consequently, there is considerable interest in the development of therapeutically useful MPO inhibitors. Nitroxides are well established antioxidant compounds of low toxicity that can attenuate oxidative damage in animal models of inflammatory disease. They are believed to exert protective effects principally by acting as superoxide dismutase mimetics or radical scavengers. However, we show here that nitroxides can also potently inhibit MPO-mediated HOCl production, with the nitroxide 4-aminoTEMPO inhibiting HOCl production by MPO and by neutrophils with IC50 values of approx. 1 and 6 μM respectively. Structure–activity relationships were determined for a range of aliphatic and aromatic nitroxides, and inhibition of oxidative damage to two biologically-important protein targets (albumin and perlecan) are demonstrated. Inhibition was shown to involve one-electron oxidation of the nitroxides by the compound I form of MPO and accumulation of compound II. Haem destruction was also observed with some nitroxides. Inhibition of neutrophil HOCl production by nitroxides was antagonized by neutrophil-derived superoxide, with this attributed to superoxide-mediated reduction of compound II. This effect was marginal with 4-aminoTEMPO, probably due to the efficient superoxide dismutase-mimetic activity of this nitroxide. Overall, these data indicate that nitroxides have considerable promise as therapeutic agents for the inhibition of MPO-mediated damage in inflammatory diseases.

Studies of granulosa cell maturation in dominant and subordinate bovine follicles : novel extracellular matrix focimatrix is co-ordinately regulated with cholesterol side-chain cleavage CYP11A1

During growth of antral ovarian follicles granulosa cells first become associated with a novel type of extracellular matrix, focimatrix, and at larger sizes follicles become either subordinate or dominant. To examine this, bovine subordinate (9.0±s.e.m. 0.4 mm; n=16), partially dominant (12.0±0.6 mm; n=18) and fully dominant (15.0±0.4 mm; n=14) follicles were examined by real time RT-PCR analyses of granulosa cells and by immunohistochemistry of focimatrix. Changes in the expression of FSH receptor, LH receptor, cholesterol side-chain cleavage (CYP11A1), 3β-hydroxysteroid dehydrogenase, aromatase (CYP19A1) and inhibin-α and β-B were observed as expected for follicle sizes examined. After adjusting for size differences, only CYP11A1 was significantly different between the groups, and elevated in dominant follicles. Also after adjusting for differences in size there were no significant differences in expression of focimatrix components collagen type IV α-1 (COL4A1), laminin β-2, nidogen 1 (NID1), and perlecan (HSPG2) or the volume density of NID1 and -2 and HSPG2. The volume density of focimatrix components in laminin 111 was significantly elevated in dominant follicles. Adjusting for analysis of more than one follicle per animal and for multiple correlations, CYP11A1 mRNA levels were highly correlated with the focimatrix genes COL4A1, NID1 and -2 and HSPG2. Thus, focimatrix may potentially regulate CYP11A1 expression, and the regulation of both could be important in follicular dominance.

Pancreatic islet basement membrane loss and remodeling after mouse islet isolation and transplantation: Impact for allograft rejection

The isolation of islets by collagenase digestion can cause damage and impact the efficiency of islet engraftment and function. In this study, we assessed the basement membranes (BMs) of mouse pancreatic islets as a molecular biomarker for islet integrity, damage after isolation, and islet repair in vitro as well as in the absence or presence of an immune response after transplantation. Immunofluorescence staining of BM matrix proteins and the endothelial cell marker platelet endothelial cell adhesion molecule-1 (PECAM-1) was performed on pancreatic islets in situ, isolated islets, islets cultured for 4 days, and islet grafts at 3-10 days posttransplantation. Flow cytometry was used to investigate the expression of BM matrix proteins in isolated islet β-cells. The islet BM, consisting of collagen type IV and components of Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) tumor laminin 111, laminin α2, nidogen-2, and perlecan in pancreatic islets in situ, was completely lost during islet isolation. It was not reestablished during culture for 4 days. Peri- and intraislet BM restoration was identified after islet isotransplantation and coincided with the migration pattern of PECAM-1(+) vascular endothelial cells (VECs). After islet allotransplantation, the restoration of VEC-derived peri-islet BMs was initiated but did not lead to the formation of the intraislet vasculature. Instead, an abnormally enlarged peri-islet vasculature developed, coinciding with islet allograft rejection. The islet BM is a sensitive biomarker of islet damage resulting from enzymatic isolation and of islet repair after transplantation. After transplantation, remodeling of both peri- and intraislet BMs restores β-cell-matrix attachment, a recognized requirement for β-cell survival, for isografts but not for allografts. Preventing isolation-induced islet BM damage would be expected to preserve the intrinsic barrier function of islet BMs, thereby influencing both the effector mechanisms required for allograft rejection and the antirejection strategies needed for allograft survival.

La fibrose en deux parties : de la paillasse à la souris

L’apoptose des cellules endothéliales (CE) représente un évènement initial dans le développement de plusieurs pathologies fibrotiques telles que le rejet chronique d’allogreffe et la sclérose systémique. Nous avons démontré que les médiateurs issus des CE apoptotiques entraîne la différenciation myofibroblastique et la résistance à l’apoptose, deux mécanismes centraux à la fibrogénèse. L’activation de PI3K (phospatidylinositol-3 kinase) caractérise ces deux mécanismes. Un fragment C-terminal du perlécan (LG3) produit par les CE apoptotiques inhibe l’apoptose des fibroblastes. Les objectifs de ce travail étaient de : 1. définir les récepteurs et la signalisation impliqués dans la réponse anti-apoptotique et 2. caractériser les médiateurs fibrogéniques responsables de la différenciation myofibroblastique. En ce qui a trait à la réponse anti-apoptotique, l’inhibition des intégrines 21 ou des kinases de la famille Src (SFK) chez les fibroblastes prévient la résistance à l’apoptose et la phosphorylation d’Akt normalement induites par le milieu conditionné par des CE apoptotiques (SSC) ou le LG3. Ces résultats suggèrent que le LG3 produit par les CE apoptotiques initie un état de résistance à l’apoptose chez les fibroblastes par des voies α2β1integrines/SFK/PI3K dépendantes. Le LG3 n’induit cependant pas la différenciation myofibroblastique. Nous avons donc caractérisé le milieu SSC de façon à identifier les médiateurs responsables de la différenciation myofibroblastique. Les milieux conditionnés par des CE apoptotiques et non-apoptotiques (respectivement SSC et SSC-ZVAD) ont été analysés comparativement par chromatographie liquide bi-dimensionnelle, immunobuvardage et spectrométrie de masse. Le connective tissue growth factor (CTGF) est le seul facteur fibrogénique connu augmenté dans le milieu SSC. L’inhibition de la caspase-3 chez les CE prévient la relâche de CTGF. Au niveau du fibroblaste, l’inhibition de SFK ou de Pyk2 (proline-rich tyrosine kinase-2) prévient la différenciation myofibroblastique induite par le SSC ou le CTGF in vitro. L’anticorps neutralisant contre le TGF- (Transforming growth factor beta) n’est pas en mesure de bloquer la différenciation myofibroblastique induite par le SSC ou le CTGF. Des injections quotidiennes sous-cutanées de SSC chez la souris C3H pour 3 semaines entraîne une augmentation de l’épaisseur de la peau et des niveaux protéiques d’SMA, de vimentine et de collagène I. Cette réponse fibrogénique est réduite chez les souris qui ont reçu le SSC-ZVAD ou le SSC immunodéplété de son CTGF. Ces résultats apportent de nouvelles issues mécanistiques au niveau de la réponse fibrogénique activée par la mort des CE. L’activation des caspases chez les CE apoptotiques entraîne la production de LG3 et de CTGF qui, à leur tour, activent des voies de signalisation pro-fibrotiques SFK/PI3K dépendantes chez les fibroblastes, et ce indépendamment du TGF-.

Epithelial-Mesenchymal-Transition : a proposed mechanism in the development of Bronchiolitis Obliterans

La transplantation pulmonaire pour les patients avec une maladie pulmonaire en phase terminale est leur seul espoir de survie. Malheureusement, certains greffés du poumon rencontrent des difficultés après la transplantation du poumon, dont l'un est le rejet chronique du greffon pulmonaire également connu histologiquement comme la bronchiolite oblitérante et cliniquement comme syndrome de bronchiolite oblitérante. L'étiologie exacte de la BO reste mal comprise. Certaines hypothèses suggèrent l'implication des cellules épithéliales dans le processus de remodelage des voies respiratoires, conduisant à l'obstruction des voies aériennes. Un des mécanismes proposés est un processus de transition, connue sous le nom de transition épithéliale-mésenchymateuse (TEM). Lors de ce processus, les cellules perdent leurs propriétés épithéliales, acquièrent un phénotype mésenchymateux et deviennent plus mobiles et envahissantes. Cette transformation leur permet de participer activement au processus de remodelage bronchique dans la bronchiolite oblitérante. L’induction de la TEM peut être due à certains facteurs tels que l'inflammation et l'apoptose. Le principal objectif de ce travail de maîtrise est de détecter in vivo la présence de la TEM dans des biopsies transbronchiques obtenues chez des greffés et de l’associer à leurs conditions cliniques. Le deuxième objectif est d'induire la TEM in vitro dans les cellules épithéliales des petites voies aériennes à l'aide de milieux conditionnés apoptotiques et non apoptotiques produits par les cellules endothéliales microvasculaires humaines du poumon. D’autre part, nous avons évalué si des médiateurs connus pour participer au processus de TEM tels que le facteur de croissance du tissu conjonctif (CTGF)et le facteur de croissance transformant bêta (TGF-beta) ainsi que le perlecan sont présents dans les milieux conditionnés utilisés.

Le fragment LG3 du perlécan : un nouveau régulateur de remodelage vasculaire en transplantation

L’apoptose endothéliale initie le processus menant au remodelage vasculaire et au développement de la néointima dans la vasculopathie du greffon. La formation de néointima résulte de l’accumulation de leucocytes, de matrice extracellulaire et de cellules positives pour l’actine musculaire lisse alpha (αSMA+) dans l’intima des artères, artérioles et capillaires du greffon. Les cellules αSMA+ dans la néointima sont des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) dérivées du donneur ainsi que des cellules souches dérivées du receveur, dont des cellules souches mésenchymateuses (CSM). L’acquisition d’un phénotype anti-apoptotique chez ces cellules est déterminante pour le développement de la néointima. Le laboratoire de Dre Hébert a démontré que les cellules endothéliales (CE) apoptotiques libèrent des médiateurs induisant une résistance à l’apoptose chez les CMLV et les fibroblastes. Notamment, les CE apoptotiques relâchent la cathepsine L qui clive le perlécan et ainsi libère un fragment C-terminal correspondant au troisième motif laminine G du domaine V du perlécan (LG3). Le LG3 est anti-apoptotique pour les fibroblastes. Nous avons donc émis l’hypothèse que le LG3 est un des médiateurs clés libéré par les CE apoptotiques favorisant le développement de la néointima via l’induction d’un phénotype anti-apoptotique chez les cellules néointimales αSMA+. Nous avons démontré que les médiateurs libérés par les CE apoptotiques induisent un phénotype anti-apoptotique chez les CSM dépendant de l’activation de la voie ERK1/2. De plus, le LG3 active la voie ERK1/2 via son interaction avec les intégrines beta 1 et induit une réponse anti-apoptotique chez ces cellules. Cependant l’activation de ERK1/2 par le LG3 est plus faible en comparaison de son activation par le milieu conditionné par des CE apoptotiques. Nos résultats suggèrent que les CE apoptotiques libèrent aussi de l’EGF qui agit de façon paracrine sur les CSM en coopération avec le LG3 pour induire un phénotype anti-apoptotique chez les CSM. Nous avons poursuivi l’étude de l’effet du LG3 in vivo sur le remodelage vasculaire en transplantation. Nous avons pour cela développé un modèle murin de rejet vasculaire qui consiste en une transplantation aortique entre des souris alloincompatibles. Nous avons ensuite injecté du LG3 chez les souris receveuses en post-transplantation. Nous avons observé dans ce modèle que des niveaux augmentés de LG3 sérique augmentent la formation de néointima, favorisent l’accumulation de cellules néointimales αSMA+ et diminuent le nombre de cellules CD31+ au niveau du greffon aortique. Parallèlement nous avons vérifié que le LG3 induit aussi un phénotype anti-apoptotique chez les CMLV et nous avons démontré un nouvel effet du LG3, soit une activité pro-migratoire, qui dépend de l’activation de la voie ERK1/2 chez les CMLV. Nous avons complété cette étude par l’analyse des niveaux de LG3 sérique dans une cohorte de patients receveurs d’allogreffe rénale. Nous avons observé chez ces patients, une association entre des niveaux élevés de LG3 sérique et un rejet vasculaire. Le LG3 contribue à la formation de néointima par son activité pro-migratoire et pro-survie chez les cellules néointimales et aussi de par son activité angiostatique. Nos résultats suggèrent que le LG3 est un nouveau médiateur important dans le remodelage vasculaire en transplantation

Exploration du rôle du fragment LG3 sur les cellules souches mésenchymateuses dans le contexte du rejet vasculaire

La vasculopathie du greffon est une pathologie caractérisée par un rétrécissement progressif et oblitérant des vaisseaux sanguins menant à une ischémie et une perte de fonction du greffon. Le rétrécissement vasculaire est dû à une accumulation de matrice extracellulaire (MEC) et de cellules mononuclées positives pour l’actine musculaire lisse alpha (alphaSMA) dont les cellules souches mésenchymateuses, le tout formant une néointima oblitérante. Cette pathologie est la cause principale de la perte des greffons rénaux et cardiaques à long terme. Le rejet vasculaire aigu est un prédicteur de la vasculopathie du greffon. L’équipe du Dr Hébert a démontré que l’apoptose endothéliale, qui joue un rôle important dans le développement du rejet vasculaire, initie la libération de LG3, un fragment du protéoglycan perlécan. Les taux sanguins et urinaires de LG3 sont augmentés chez les receveurs d’allogreffe rénale avec rejet vasculaire et vasculopathie du greffon. Les résultats obtenus en laboratoire durant ma maîtrise ont permis de mieux caractériser l’impact du LG3 sur un type cellulaire important participant à la formation de néointima : les cellules souches mésenchymateuses. Mes travaux ont démontré que le LG3 induit à la fois la migration horizontale des MSC et la transmigration des MSC. Cette migration est dépendante de la voie de signalisation d’ERK1/2, précédemment identifiée comme voie centrale dans la formation de néointima. De plus, nos résultats démontrent que la kinase Src est activée en amont de l’activation de la voie MAPK. La migration horizontale et la transmigration induites par le LG3 sont aussi dépendantes des intégrines alpha2beta1, ainsi que l’activation de la voie MAPK. Dans un modèle de transplantation murin, nous avons également démontré que l’injection sérique de LG3 recombinant favorise l’accumulation de cellules positives pour alphaSMA dans la néointima. En outre, lorsque le receveur est déficient pour l’intégrine alpha2, mais que le greffon est sauvage, la formation de néointima induite par l’injection de LG3 est diminuée dans le greffon suggérant que les cellules du receveur jouent un rôle important dans la formation de la néointima. Enfin, nous avons démontré que l’injection de LG3 augmente aussi le nombre de cellules positives pour la forme phosphorylée d’ERK1/2 (p-ERK1/2) dans la néointima du greffon et que cette accumulation est dépendante de la présence des intégrines 2 1 chez les cellules du receveur.Lorsque le receveur est sauvage, il y a une augmentation du nombre de cellules positives pour p-ERK1/2. L’investigation de ces mécanismes dans le remodelage vasculaire expose de nouvelles opportunités pour inhiber la réponse cellulaire qui mène au remodelage inadapté lors d’un dommage vasculaire chronique et ainsi prolonger la survie du greffon.

Análise da expressão protéica de moléculas de adesão celular em melanomas cutâneos

Cutaneous melanoma is a malignancy caused by the uncontrolled proliferation of melanocytes. Has been increasing in incidence and mortality over the years. This type of tumor may arise in the skin or any other place where there was migration of neural crest cells. Melanocytes are located in the basal layer of the epidermis forming the epidermal melanin unit, involving a melanocyte to 36 keratinocytes. The proliferation of melanocytes depends on this relationship with the keratinocytes, gap junctions, E-cadherin and desmoglein. The basal membrane is responsible for promoting the integrity of the skin, their adhesion structures shown to be altered in several skin diseases. Some molecules that play the role of adherence in this membrane are the laminins, type IV collagen and type XVII and perlecan. Analysis of protein expression of cell adhesion molecules in melanoma by immunohistochemistry on tissue microarray (TMA). We selected paraffin blocks of patients who were diagnosed with cutaneous melanoma in the period 1995 to 2010, reaching a sample of 124 cases. All these have gone through review of preparation for subsequent histological analysis of tissue microarray (TMA). The protein expression will be analyzed by immunohistochemistry, using markers anti-laminin, anti-collagen type IV and type XVII and anti-perlecan. There was a predominance of female patients, Caucasians and southeastern Brazil. There were frequent in type of extensive superficial ulcers with Breslow depth greater than 4 mm, Clark level IV and mitotic index greater than 6 mitoses per cga. The patients, most of them were female with mean age of 57.13 years and Caucasian. The most frequent histological type was extensive superficial followed by acral lentiginous. Predominated cases very deep, with Breslow thickness greater than 4 mm, Clark IV, ulcerated and on average by 9 cga mitosis, leading to worse prognosis in this sample. It...(Complete abstract click electronic access below)