Effects of Aflatoxin B(1) and Fumonisin B(1) on the Viability and Induction of Apoptosis in Rat Primary Hepatocytes

The present study evaluated the effect of aflatoxin B(1) (AFB(1)) and fumonisin B(1) (FB(1)) either alone, or in association, on rat primary hepatocyte cultures. Cell viability was assessed by flow cytometry after propidium iodine intercalation. DNA fragmentation and apoptosis were assessed by agarose gel electrophoresis and acridine orange and ethidium bromide staining. At the concentrations of AFB(1) and FB(1) used, the toxins did not decrease cell viability, but did induce apoptosis in a concentration and time-dependent manner.

Switch from type II to I Fas/CD95 death signaling on in vitro culturing of primary hepatocytes

Fas/CD95-induced apoptosis of hepatocytes in vivo proceeds through the so-called type II pathway, requiring the proapoptotic BH3-only Bcl-2 family member Bid for mitochondrial death signaling. Consequently, Bid-deficient mice are protected from anti-Fas antibody injection induced fatal hepatitis. We report the unexpected finding that freshly isolated mouse hepatocytes, cultured on collagen or Matrigel, become independent of Bid for Fas-induced apoptosis, thereby switching death signaling from type II to type I. In such in vitro cultures, Fas ligand (FasL) activates caspase-3 without Bid cleavage, Bax/Bak activation or cytochrome c release, and neither Bid ablation nor Bcl-2 overexpression is protective. The type II to type I switch depends on extracellular matrix adhesion, as primary hepatocytes in suspension die in a Bid-dependent manner. Moreover, the switch is specific for FasL-induced apoptosis as collagen-plated Bid-deficient hepatocytes are protected from tumor necrosis factor alpha/actinomycin D (TNFalpha/ActD)-induced apoptosis. Conclusion: Our data suggest a selective crosstalk between extracellular matrix and Fas-mediated signaling that favors mitochondria-independent type I apoptosis induction.

Comparative Cytotoxicity Study of Silver Nanoparticles (AgNPs) in a Variety of Rainbow Trout Cell Lines (RTL-W1, RTH-149, RTG-2) and Primary Hepatocytes.

Among all classes of nanomaterials, silver nanoparticles (AgNPs) have potentially an important ecotoxicological impact, especially in freshwater environments. Fish are particularly susceptible to the toxic effects of silver ions and, with knowledge gaps regarding the contribution of dissolution and unique particle effects to AgNP toxicity, they represent a group of vulnerable organisms. Using cell lines (RTL-W1, RTH-149, RTG-2) and primary hepatocytes of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) as in vitro test systems, we assessed the cytotoxicity of the representative AgNP, NM-300K, and AgNO3 as an Ag+ ion source. Lack of AgNP interference with the cytotoxicity assays (AlamarBlue, CFDA-AM, NRU assay) and their simultaneous application point to the compatibility and usefulness of such a battery of assays. The RTH-149 and RTL-W1 liver cell lines exhibited similar sensitivity as primary hepatocytes towards AgNP toxicity. Leibovitz's L-15 culture medium composition (high amino acid content) had an important influence on the behaviour and toxicity of AgNPs towards the RTL-W1 cell line. The obtained results demonstrate that, with careful consideration, such an in vitro approach can provide valuable toxicological data to be used in an integrated testing strategy for NM-300K risk assessment.

Tumor necrosis factor sensitizes primary murine hepatocytes to Fas/CD95-induced apoptosis in a Bim- and Bid-dependent manner

Fas/CD95 is a critical mediator of cell death in many chronic and acute liver diseases and induces apoptosis in primary hepatocytes in vitro. In contrast, the proinflammatory cytokine tumor necrosis factor α (TNFα) fails to provoke cell death in isolated hepatocytes but has been implicated in hepatocyte apoptosis during liver diseases associated with chronic inflammation. Here we report that TNFα sensitizes primary murine hepatocytes cultured on collagen to Fas ligand (FasL)-induced apoptosis. This synergism is time-dependent and is specifically mediated by TNFα. Fas itself is essential for the sensitization, but neither Fas up-regulation nor endogenous FasL is responsible for this effect. Although FasL is shown to induce Bid-independent apoptosis in hepatocytes cultured on collagen, the sensitizing effect of TNFα is clearly dependent on Bid. Moreover, both c-Jun N-terminal kinase activation and Bim, another B cell lymphoma 2 homology domain 3 (BH3)-only protein, are crucial mediators of TNFα-induced apoptosis sensitization. Bim and Bid activate the mitochondrial amplification loop and induce cytochrome c release, a hallmark of type II apoptosis. The mechanism of TNFα-induced sensitization is supported by a mathematical model that correctly reproduces the biological findings. Finally, our results are physiologically relevant because TNFα also induces sensitivity to agonistic anti-Fas-induced liver damage. CONCLUSION: Our data suggest that TNFα can cooperate with FasL to induce hepatocyte apoptosis by activating the BH3-only proteins Bim and Bid.

Reactivity of human fetal and adult immortalized hepatocytes to potentially toxic bilirubin and bile acid species

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

cAMP prevents the glucose-mediated stimulation of GLUT2 gene transcription in hepatocytes.

Glucose homoeostasis necessitates the presence in the liver of the high Km glucose transporter GLUT2. In hepatocytes, we and others have demonstrated that glucose stimulates GLUT2 gene expression in vivo and in vitro. This effect is transcriptionally regulated and requires glucose metabolism within the hepatocytes. In this report, we further characterized the cis-elements of the murine GLUT2 promoter, which confers glucose responsiveness on a reporter gene coding the chloramphenicol acetyl transferase (CAT) gene. 5'-Deletions of the murine GLUT2 promoter linked to the CAT reporter gene were transfected into a GLUT2 expressing hepatoma cell line (mhAT3F) and into primary cultured rat hepatocytes, and subsequently incubated at low and high glucose concentrations. Glucose stimulates gene transcription in a manner similar to that observed for the endogenous GLUT2 mRNA in both cell types; the -1308 to -212 bp region of the promoter contains the glucose-responsive elements. Furthermore, the -1308 to -338 bp region of the promoter contains repressor elements when tested in an heterologous thymidine kinase promoter. The glucose-induced GLUT2 mRNA accumulation was decreased by dibutyryl-cAMP both in mhAT3F cells and in primary hepatocytes. A putative cAMP-responsive element (CRE) is localized at the -1074/-1068 bp region of the promoter. The inhibitory effect of cAMP on GLUT2 gene expression was observed in hepatocytes transfected with constructs containing this CRE (-1308/+49 bp fragment), as well as with constructs not containing the consensus CRE (-312/+49 bp fragment). This suggests that the inhibitory effect of cAMP is not mediated by the putative binding site located in the repressor fragment of the GLUT2 promoter. Taken together, these data demonstrate that the elements conferring glucose and cAMP responsiveness on the GLUT2 gene are located within the -312/+49 region of the promoter.

Processing of the circumsporozoite protein in infected hepatocytes is not dependent on aspartic proteases

CD8(+) T cells play a major role in the protective immune response against the liver stage of malaria. It was previously shown that the circumsporozoite protein (CSP) is processed and presented to specific T cells by both traversed and infected hepatocytes, but their respective antigen processing requirements were not completely defined. In the present study, we show that in vitro processing of the Plasmodium berghei CSP by infected mouse primary hepatocytes is exclusively dependent on proteasomes, while aspartic proteases are also needed in the case of traversed hepatocytes

CSP-A Model for In Vivo Presentation of Plasmodium berghei Sporozoite Antigens by Hepatocytes.

One target of protective immunity against the Plasmodium liver stage in BALB/c mice is represented by the circumsporozoite protein (CSP), and mainly involves its recognition by IFN-γ producing specific CD8+T-cells. In a previous in vitro study we showed that primary hepatocytes from BALB/c mice process Plasmodium berghei (Pb) CSP (PbCSP) and present CSP-derived peptides to specific H-2k(d) restricted CD8+T-cells with subsequent killing of the presenting cells. We now extend these observations to an in vivo infection model in which infected hepatocytes and antigen specific T-cell clones are transferred into recipient mice inducing protection from sporozoite (SPZ) challenge. In addition, using a similar protocol, we suggest the capacity of hepatocytes in priming of naïve T-cells to provide protection, as further confirmed by induction of protection after depletion of cross-presenting dendritic cells (DCs) by cytochrome c (cyt c) treatment or using traversal deficient parasites. Our results clearly show that hepatocytes present Plasmodium CSP to specific-primed CD8+T-cells, and could also prime naïve T-cells, leading to protection from infection. These results could contribute to a better understanding of liver stage immune response and design of malaria vaccines.

Characterization of the immunological properties of " Plasmodium falciparum " and " Plasmodium berghei " circumsporozoite proteins : antibody responses and recognition by specific CD8+ T cells

SUMMARY Interest in developing intervention strategies against malaria by targeting the liver stage of the Plasmodium life cycle has been fueled by studies which show that sterile protective immunity can be achieved by immunization with radiation-attenuated sporozoites. Anti-malarial drugs and insecticides have been widely used to control the disease, but in the hope of developing a more cost-effective intervention strategy, vaccine development has taken centre stage in malaria research. There is currently no vaccine against malaria. Attenuated sporozoite-induced immunity is achieved by antibodies and T cells against malaria liver stage antigens, the most abundant being the circumsporozoite protein (CSP), and many vaccine formulations aim at mimicking this immunity. However, the mechanisms by which the antibody and T cell immune responses are generated after infection by sporozoites, or after immunization with different vaccine formulations are still not well understood. The first part of this work aimed at determining the ability of primary hepatocytes from BALB/c mice to process and present CSP-derived peptides after infection with P. berghei sporozoites. Both infected hepatocytes and those traversed by sporozoites during migration were found to be capable of processing and presenting the CSP to specific CD8+ T cells in vitro. The pathway of processing and presentation involved the proteasome, aspartic proteases and transport through a post-Endoplasmic Reticulum (ER) compartment. These results suggest that in vivo, infected hepatocytes contribute to the elicitation and expansion of a T cell response. In the second part, the antibody responses of CB6F1 mice to synthetic peptides corresponding to the N- and C-terminal domains of P. berghei and P. falciparum CS proteins were characterized. Mice were immunized with single peptides or a combination of N- and C-terminal peptides. The peptides were immunogenic in mice and the antisera generated could recognize the native CSP on the sporozoite surface. Antisera generated against the N-terminal peptides or against the combinations inhibited sporozoite invasion of hepatocytes in vitro. In vivo, more mice immunized with single P. berghei peptides were protected from infection upon a challenge with P. berghei sporozoites, than mice immunized with a combination of N- and C-terminal peptides. Furthermore, P. falciparum N-terminal peptides were recognized by serum samples from people living in malaria-endemic areas. Importantly, recognition of a peptide from the N-terminal fragment of the P. falciparum CSP by sera from children living in a malaria-endemic region was associated with protection from disease. These results underline the potential of using such peptides as malaria vaccine candidates. RESUME L'intérêt de développer des stratégies d'intervention contre la malaria ciblant le stade pré-erythrocytaire a été alimenté par des études qui montrent qu'il est possible d'obtenir une immunité par l'injection de sporozoites irradiés. Les médicaments et les insecticides anti-paludiques ont été largement utilisés pour contrôler la maladie, mais dans l'espoir de développer une stratégie d'intervention plus rentable, le développement de vaccins a été placé au centre des recherches actuelles contre la malaria. A l'heure actuelle, il n'existe aucun vaccin contre la malaria. L'immunité induite par les sporozoites irradiés est due à l'effet combiné d'anticorps et de cellules T qui agissent contre les antigènes du stade hépatique dont le plus abondant est la protéine circumsporozoite (CSP). Beaucoup de formulations de vaccin visent à imiter l'immunité induite par les sporozoites irradiés. Cependant, les mécanismes par lesquels les anticorps et les cellules T sont génerés après infection par les sporozoites ou après immunisation avec des formulations de vaccin ne sont pas bien compris. La première partie de ce travail a visé à déterminer la capacité de hépatocytes primaires provenant de souris BALB/c à "processer" et à présenter des peptides dérivés de la CSP, après infection par des sporozoites de Plasmodium berghei. Nous avons montré que in vitro, les hépatocytes infectés et ceux traversés par les sporozoites pendant leur migration étaient capables de "processer" et de présenter la CSP aux cellules T CD8+ spécifiques. La voie de présentation implique le protéasome, les protéases de type aspartique et le transport à travers un compartiment post-reticulum endoplasmique. Ces résultats suggèrent que in vivo, les hépatocytes infectés contribuent à l'induction et à l'expansion d'une réponse immunitaire spécifique aux cellules T. Dans la deuxième partie, nous avons caractérisé les réponses anticorps chez les souris de la souche CB6F1 face aux peptides N- et C-terminaux des protéines circumsporozoites de Plasmodium berghei et Plasmodium falciparum. Les souris ont été immunisées avec les peptides individuellement ou en combinaison. Les peptides utilisés étaient immunogéniques chez les souris, et les anticorps produits pouvaient reconnaître la protéine CSP native à la surface des sporozoites. In vitro, les sera contre les peptides N-teminaux et les combinaisons étaient capables d'inhiber l'invasion de hépatocytes par les sporozoites. In vivo, plus de souris immunisées avec les peptides individuels de la CSP de P. berghei étaient protégées contre la malaria que les souris immunisées avec une combinaison de peptides N- et C-terminaux. De plus, les peptides N-terminaux de la CSP de P. falciparum ont été reconnus par les sera de personnes vivant dans des régions endémiques pour la malaria. Il est intéressant de voir que la reconnaissance d'un peptide N-terminal de P. falciparum par des sera d'enfants habitant dans des régions endémiques était associé à la protection contre la maladie. Ces résultats soulignent le potentiel de ces peptides comme candidats-vaccin contre la malaria.

Role of hepatocyte wounding on " Plasmodium " liver-stage development and survival

RESUME La première étape primordiale au cycle de vie du Plasmodium dans un hôte mammifère est l'invasion des hepatocytes par des sporozoites. L'infection finale des hepatocytes est précédée de la traversée de plusieurs cellules hôtes, rompant les membranes plasmiques et ayant comme résultat la sécrétion des facteurs cytotoliques dans le micro-environnement. Ce matériel endogène libéré est fortement stimulant/immunogène et peut servir de signal de danger initiant des réponses distinctes dans diverses cellules. De nos jours, le caractère essentiel et salutaire de la migration des sporozoites comme étape d'infection du Plasmodium est vivement controversée. Ainsi, notre étude a visé à caractériser l'effet de l'interaction du parasite avec ses cellules hôtes d'un point de vue immunologique. En particulier, nous avons voulu évaluer l'effet de la perte de matériel cellulaire pendant l'infection de Plasmodium sur les hepatocytes primaires de souris et sur des cultures cellulaires HepG2. Nous avons observé que les facteurs cytotoxiques dérivés des cellules endommagés activent NF-κB - un important régulateur de réponse inflammatoires -dans des cellules voisines des cellules endommagés, qui sont des cellules hôtes potentielles pour l'infection finale du parasite. Cette activation de NF-κB s'est produite peu de temps après l'infection et a mené in vitro et in vivo à une réduction d'infection de façon dépendante du temps, un effet qui a pu être compensé par l'addition de BAY11-7082, un inhibiteur spécifique de NF-κB. De plus, aucune activation de NF-κB avec des parasites SPECT-/-, incapables de traverser les hepatocytes, n'a été observée. Nous avons montré parla suite que l'activation de NF-κB induit l'expression de l'enzyme iNOS dans les hepatocytes, qui est responsable d'une diminution des hepatocytes infectés. En outre, les hepatocytes primaires des souris MyD88-/- n'ont montré ni activation de NF-κB, ni expression d'iNOS lors de l'infection, ce qui suggère la participation des membres de famille du Toll/IL-1 récepteur dans la reconnaissance des facteurs cytosoxiques. En effet, le manque de MyD88 a augmenté significativement l'infection in vitro et in vivo. D'autre part, un rôle bénéfique pour l'activation de NF-κB a été évalué. Les cellules infectées étaient plus résistantes contre l'apoptose induite par Fas (CD95/Apo-1) que les cellules non infectées ou les cellules infectées dans lesquelles NF-κB a été bloqué par BAY11-7082 in vitro. Paradoxalement, l'expression d'iNOS contribue à la protection des cellules infectées contre l'apoptose pax Fas, puisque le traitement avec l'inhibiteur spécifique SMT (S-methylisothiourea) a rendu les cellules infectées plus susceptibles à l'apoptose. Un effet bénéfique additionnel pour le parasite est que la plupart des cellules hôtes traversées présentent des peptides du parasite aux cellules T cytotoxiques spécifiques et peuvent donc réorienter la réaction immune spécifique sur les cellules non infectées. Nous montrons que les cellules hôtes endommagés par la migration du parasite induit l'inflammation, qui limite l'ampleur de l'infection. D'autre part, nos données soutiennent que la survie du parasite Plasmodium dans le foie est assurée par une augmentation de la résistance des hepatocytes contre l'apoptose. SUMMARY The first obligatory step of the Plasmodium life cycle in the mammalian host is the invasion of hepatocytes by sporozoites. Final hepatocyte infection involves the penetration of several host cells, whose plasma membranes are ruptured in the process, resulting in the release of cytosolic factors into the microenvironment. This released endogenous material is highly stimulatory / immunogenic and can serve as a danger signal initiating distinct responses in various cells. To date, it is highly controversial whether sporozoite migration through hepatocytes is an essential and beneficial step for Plasmodium infection. Thus, our study aimed at characterizing the effect of the interaction of the parasite with its host cells from an immunological point of view In particular, we wanted to evaluate the effect of cell material leakage during Plasmodium infection on cultured mouse primary hepatocytes and HepG2 cells. We observed that wounded cell-derived cytosolic factors activate NF-κB - a main regulator of host inflammatory responses - in cells bordering wounded cells, which are potential host cells for final parasite infection. This activation of NF-κB occurred shortly after infection and led to a reduction of infection load in a time dependent manner in vitro and in viva, an effect that could be reverted by addition of the specific NF-κB inhibitor BAY11-7082. In addition, no NF-κB activation was observed when SPECT-/- parasites, which are devoid of hepatocyte traversing properties, were used. We provide further evidence that NF-κB activation causes the induction of inducible nitric oxide synthase (iNOS) expression in hepatocytes, and this is, in turn, responsible for a decrease in Plasmodium-infected hepatocytes. Furthermore, primary hepatocytes from MyD88-/- mice showed no NF-κB activation and iNOS expression upon infection, suggesting a role of the Toll/IL-1 receptor family members in sensing cytosolic factors. Indeed, lack of MyD88 significantly increased infection in vitro and in vivo. In a further complementary series of experiments, we assessed a possible beneficial role for the activation of NF-κB. Infected cells were more resistant to Fas (CD95/Apo-1)-mediated apoptosis than uninfected cells or infected cells in which NF-κB was blocked by BAYl1-7082 in vitro. Paradoxically, iNOS expression contributes to the protection of infected cells from Fas-induced apoptosis, since treatment with the specific iNOS inhibitor SMT (S-Methylisothiourea Sulfate) rendered the infected cells more susceptible to apoptosis. An additional beneficial effect of host cell traversal for the parasite is the fact that mainly traversed cells present parasite-derived peptides to specific cytotoxic T cells and therefore may redirect the specific immune response to uninfected cells. In summary, we have shown that host cells wounded by parasite migration induce inflammation, which limits the extent of parasite infection. In addition, our data support the notion that survival of Plasmodium parasites in the liver is mediated by increasing the resistance of hepatocytes to Fas-induced apoptosis.

Expression of the peroxisome proliferator-activated receptor alpha gene is stimulated by stress and follows a diurnal rhythm.

Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) are nuclear hormone receptors that can be activated by fatty acids and peroxisome proliferators. The PPAR alpha subtype mediates the pleiotropic effects of these activators in liver and regulates several target genes involved in fatty acid catabolism. In primary hepatocytes cultured in vitro, the PPAR alpha gene is regulated at the transcriptional level by glucocorticoids. We investigated if this hormonal regulation also occurs in the whole animal in physiological situations leading to increased plasma corticosterone levels in rats. We show here that an immobilization stress is a potent and rapid stimulator of PPAR alpha expression in liver but not in hippocampus. The injection of the synthetic glucocorticoid dexamethasone into adult rats produces a similar increase in PPAR alpha expression in liver, whereas the administration of the antiglucocorticoid RU 486 inhibits the stress-dependent stimulation. We conclude that glucocorticoids are major mediators of the stress response. Consistent with this hormonal regulation, hepatic PPAR alpha mRNA and protein levels follow a diurnal rhythm, which parallels that of circulating corticosterone. To test the effects of variations in PPAR alpha expression on PPAR alpha target gene activity, high glucocorticoid-dependent PPAR alpha expression was mimicked in cultured primary hepatocytes. Under these conditions, hormonal stimulation of receptor expression synergizes with receptor activation by WY-14,643 to induce the expression of the PPAR alpha target gene acyl-CoA oxidase. Together, these results show that regulation of the PPAR alpha expression levels efficiently modulates PPAR activator signaling and thus may affect downstream metabolic pathways involved in lipid homeostasis.

Sporozoite-mediated hepatocyte wounding limits Plasmodium parasite development via MyD88-mediated NF-kappa B activation and inducible NO synthase expression

Plasmodium sporozoites traverse several host cells before infecting hepatocytes. In the process, the plasma membranes of the cells are ruptured, resulting in the release of cytosolic factors into the microenvironment. This released endogenous material is highly stimulatory/immunogenic and can serve as a danger signal initiating distinct responses in various cells. Thus, our study aimed at characterizing the effect of cell material leakage during Plasmodium infection on cultured mouse primary hepatocytes and HepG2 cells. We observed that wounded cell-derived cytosolic factors activate NF-kappaB, a main regulator of host inflammatory responses, in cells bordering wounded cells, which are potential host cells for final parasite infection. This activation of NF-kappaB occurred shortly after infection and led to a reduction of infection load in a time-dependent manner in vitro and in vivo, an effect that could be reverted by addition of the specific NF-kappaB inhibitor BAY11-7082. Furthermore, no NF-kappaB activation was observed when Spect(-/-) parasites, which are devoid of hepatocyte traversing properties, were used. We provide further evidence that NF-kappaB activation causes the induction of inducible NO synthase expression in hepatocytes, and this is, in turn, responsible for a decrease in Plasmodium-infected hepatocytes. Furthermore, primary hepatocytes from MyD88(-/-) mice showed no NF-kappaB activation and inducible NO synthase expression upon infection, suggesting a role of the Toll/IL-1 receptor family members in sensing cytosolic factors. Indeed, lack of MyD88 significantly increased infection in vitro and in vivo. Thus, host cell wounding due to parasite migration induces inflammation which limits the extent of parasite infection

Mécanismes de subversion de l'immunité innée par le virus de l'Hépatite C (VHC)

L'hépatite C pose un problème de santé publique majeur, dans la mesure où le risque de développer une infection chronique est relativement élevé (40 à 60%) et où la résistance au traitement de choix - l’interféron alpha pégylé et la ribavirine - touche près de la moitié des patients. Cette persistence virale repose avant tout sur de puissantes stratégies d’évasion du système immunitaire inné de l’hôte par le virus. Dans ce projet, nous nous sommes intéressés à la caractérisation de la réponse antivirale dans des hépatocytes primaires humains normaux et chroniquement infectés avec le VHC, un domaine encore largement inconnu dû à la difficulté d’obtenir ce type de matériel primaire. Nous avons étudié la fonctionnalité de deux voies majeures de détection des pathogènes viraux suite à l’exposition d’hépatocytes primaires humains à de l’ARNdb intracellulaire, via le récepteur et adaptateur RIG-I/MDA5-CARDIF, et extracellulaire via TLR3-TRIF, mimant ainsi les étapes précoces de la détection d’un virus par la cellule hôte. Nous avons établi par RT-PCR quantitatif et analyse transcriptomique par microarray, que ces deux voies de stimulation sont fonctionnelles dans des hépatocytes primaires normaux et que leur activation entraîne à la fois l’expression de gènes antiviraux communs (ISG56, ISG15, CXCL10, …) mais aussi spécifiques avec les gènes IL28A, IL28B et IL29 qui sont une signature de l’activation de la voie de détection de l’ARNdb intracellulaire. La protéine virale NS3/4A joue un rôle majeur à la fois dans le clivage de la polyprotéine virale initiale, mais aussi en interférant avec les cascades de signalisation engagées suite à la détection par la cellule hôte de l’ARN du VHC. Plus particulièrement, nous avons démontré que l’expression ectopique de NS3/4A dans des hépatocytes primaires humains normaux entraîne une diminution significative de l’induction des gènes antiviraux dûe au clivage de CARDIF au cours de l’activation de la voie de signalisation médiée par RIG-I. Nous avons également démontré que l’expression de la NS3/4A entraîne des modifications de l’expression de gènes-clé impliqués dans la régulation de l’apoptose et du programme de mort cellulaire, en particulier lorsque la voie TLR3 est induite. L’ensemble de ces effets sont abolis en présence de BILN2061, inhibiteur spécifique de NS3/4A. Malgré les stratégies de subversion de l’immunité innée par le VHC, nous avons démontré l’induction significative de plusieurs ISGs et chemokines dans des hepatocytes primaires provenant de patients chroniquement infectés avec le VHC, sans toutefois détecter d’interférons de type I, III ou certains gènes antiviraux précoces comme CCL5. Ces observations, concomitantes avec une diminution de l’expression de CARDIF et une correlation inverse entre les niveaux d’ARNm des ISGs et l’ARN viral révèlent une réponse antivirale partielle dûe à des mécanismes interférents sous-jacents. Cette réponse antivirale détectable mais inefficace est à mettre en lien avec l’échec du traitement classique PEG-IFN-ribavirine chez la moitié des patients traités, mais aussi en lien avec l’inflammation chronique et les dommages hépatiques qui mènent ultimement au développement d’une fibrose puis d’une cirrhose chez une grande proportion de patients chroniquement infectés.

La PCSK9 humaine, une molécule aux multiples facettes métaboliques et une cible thérapeutique prometteuse : études de régulation in vitro et in vivo

La proprotéine convertase subtilisine/kexine-9 (PCSK9) a été identifiée comme le troisième locus impliqué dans l’hypercholestérolémie autosome dominante (ADH). Les deux autres gènes impliqués dans l’ADH encodent le récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLR) et l’apolipoprotéine B. La PCSK9 est une convertase qui favorise la dégradation du LDLR dans les hépatocytes et augmente le niveau plasmatique de cholestérol des LDL (LDL-C). Les mutations « gain de fonction » de la PCSK9 sont associées à un phénotype d’hypercholestérolémie familiale, tandis que les variantes « perte de fonction » sont associées à un LDL-C réduit et à un risque coronarien plus faible. Pour élucider le rôle physiologique de la PCSK9, nous avons étudié sa régulation génique. En utilisant le RT-PCR quantitatif dans des hépatocytes humains, nous avons analysé la régulation de PCSK9 sous différentes conditions modulant l’expression des gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol. Nous avons démontré que l’expression de la PCSK9 était induite par les statines de manière dose-dépendante et que cette induction était abolie par le mévalonate. De plus, le promoteur de PCSK9 contenait deux motifs conservés pour la régulation par le cholestérol : le sterol regulatory element (SRE) et un site Sp1. La PCSK9 circule dans le plasma sous des formes mature et clivée par la furine. Grâce à notre anticorps polyclonal, nous avons mis au point un test ELISA mesurant la PCSK9 plasmatique totale. Une étude transversale a évalué les concentrations plasmatiques de PCSK9 chez des sujets sains et hypercholestérolémiques, traités ou non par des statines ou une combinaison statine/ezetimibe. Chez 254 sujets sains, la valeur moyenne de PCSK9 (écart-type) était de 89,5 (31,9) µg/L. La concentration plasmatique de la PCSK9 corrélait avec celle de cholestérol total, du LDL-C, des triglycérides (TG), de la glycémie à jeun, l’âge et l’indice de masse corporelle. Le séquençage de PCSK9 chez des sujets aux extrêmes de la distribution des concentrations de PCSK9 de notre cohorte a révélé la présence d’une nouvelle variation « perte de fonction » : R434W. Chez 200 patients hypercholestérolémiques, la concentration de PCSK9 était plus élevée que chez les sujets sains (P<0,04). Elle a augmenté avec une dose croissante de statine (P<0,001), et a augmenté encore plus suite à l’ajout d’ezetimibe (P<0,001). Chez les patients traités, ceux présentant une hypercholestérolémie familiale (HF; due à une mutation du LDLR) avaient des concentrations plus élevées de PCSK9 que les non-HF (P<0,005), et la réduction de LDL-C corrélait positivement avec la concentration de PCSK9 atteinte de la même manière dans les deux sous-catégories (P<0,02 et P<0,005, respectivement). Par ailleurs, une incubation des cellules HepG2 (hépatocytes) et Caco-2 (entérocytes) avec de l’ezetimibe a provoqué une augmentation de l’ARNm de PCSK9 et de NPC1L1 de 1,5 à 2 fois (P<0,05), mais aucune variation significative de PCSK9 sécrétée n’a été observée, suggérant que ces lignées cellulaires ne sont pas un modèle idéal. Nous avons également mesuré le niveau de PCSK9 chez 1 739 Canadiens-français âgés de 9, 13 et 16 ans. La valeur moyenne (écart-type) de PCSK9 dans cette cohorte était de 84,7 (24,7) µg/L, légèrement plus basse que dans la cohorte d’adultes (89,5 (31,9) µg/L). Chez les garçons, la PCSK9 circulante diminuait avec l’âge, tandis que c’était l’inverse chez les filles. Il y avait des associations positives et significatives entre la PCSK9 et la glycémie à jeun, l’insulinémie, le HOMA-IR, et les paramètres lipidiques (TC, LDL-C, TG, HDL-C, apoAI et apoB). Dans l’analyse multivariée, une hausse de 10% de l’insulinémie à jeun était associée à une augmentation de 1 à 2% de PCSK9. La régulation de PCSK9 est typique de celle d’un gène impliqué dans le métabolisme des lipoprotéines et est probablement la cible du facteur de transcription «sterol regulatory element-binding protein » (SREBP-2). La concentration plasmatique de la PCSK9 est associée avec l’âge, le sexe, et de multiples marqueurs métaboliques chez les enfants et les adultes. La détection de la PCSK9 circulante chez les sujets HF et non-HF signifie que ce test ELISA spécifique à PCSK9 pourrait servir à suivre la réponse à la thérapie chez un grand éventail de sujets. PCSK9 semble être une cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de l’hypercholestérolémie et de la maladie cardiovasculaire.

Dégradation des membres de la famille du LDLR par la convertase PCSK9 : troisième locus de l'hypercholestérolémie familiale

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont les principales causes de mortalité et de morbidité à travers le monde. En Amérique du Nord, on estime à 90 millions le nombre d’individus ayant une ou plusieurs MCV, à près de 1 million le nombre de décès reliés par année et à 525 milliards de dollars les coûts directs et indirects en 2010. En collaboration avec l’équipe du Dre. Boileau, notre laboratoire a récemment identifié, le troisième locus impliqué dans l’hypercholestérolémie familiale. Une étude publiée dans le New Engl J Med a révélé que l’absence de la convertase PCSK9 réduit de 88% le risque de MCV, corrélé à une forte réduction du taux de cholestérol plasmatique (LDL-C). Il fut démontré que PCSK9 lie directement le récepteur aux lipoprotéines de faible densité (LDLR) et, par un mécanisme méconnu, favorise sa dégradation dans les endosomes/lysosomes provoquant ainsi une accumulation des particules LDL-C dans le plasma. Dans cet ouvrage, nous nous sommes intéressés à trois aspects bien distincts : [1] Quels sont les cibles de PCSK9 ? [2] Quelle voie du trafic cellulaire est impliquée dans la dégradation du LDLR par PCSK9 ? [3] Comment peut-on inhiber la fonction de PCSK9 ? [1] Nous avons démontré que PCSK9 induit la dégradation du LDLR de même que les récepteurs ApoER2 et VLDLR. Ces deux membres de la famille du LDLR (fortes homologies) sont impliqués notamment dans le métabolisme des lipides et de la mise en place de structures neuronales. De plus, nous avons remarqué que la présence de ces récepteurs favorise l’attachement cellulaire de PCSK9 et ce, indépendamment de la présence du LDLR. Cette étude a ouvert pour la première fois le spectre d’action de PCSK9 sur d’autres protéines membranaires. [2] PCSK9 étant une protéine de la voie sécrétoire, nous avons ensuite évalué l’apport des différentes voies du trafic cellulaire, soit extra- ou intracellulaire, impliquées dans la dégradation du LDLR. À l’aide de milieux conditionnées dérivés d’hépatocytes primaires, nous avons d’abord démontré que le niveau extracellulaire de PCSK9 endogène n’a pas une grande influence sur la dégradation intracellulaire du LDLR, lorsqu’incubés sur des hépatocytes provenant de souris déficientes en PCSK9 (Pcsk9-/-). Par analyses de tri cellulaire (FACS), nous avons ensuite remarqué que la surexpression de PCSK9 diminue localement les niveaux de LDLR avec peu d’effet sur les cellules voisines. Lorsque nous avons bloqué l’endocytose du LDLR dans les cellules HepG2 (lignée de cellules hépatiques pour l’étude endogène de PCSK9), nous n’avons dénoté aucun changement des niveaux protéiques du récepteur. Par contre, nous avons pu démontrer que PCSK9 favorise la dégradation du LDLR par l’intermédiaire d’une voie intracellulaire. En effet l’interruption du trafic vésiculaire entre le réseau trans-Golgien (RTG) et les endosomes (interférence à l’ARN contre les chaînes légères de clathrine ; siCLCs) prévient la dégradation du LDLR de manière PCSK9-dépendante. [3] Par immunobuvardage d’affinité, nous avons identifié que la protéine Annexine A2 (AnxA2) interagit spécifiquement avec le domaine C-terminal de PCSK9, important pour son action sur le LDLR. Plus spécifiquement, nous avons cartographié le domaine R1 (acides aminés 34 à 108) comme étant responsable de l’interaction PCSK9AnxA2 qui, jusqu’à présent, n’avait aucune fonction propre. Finalement, nous avons démontré que l’ajout d’AnxA2 prévient la dégradation du LDLR induite par PCSK9. En somme, nos travaux ont pu identifier que d’autres membres de la famille du LDLR, soit ApoER2 et VLDLR, sont sensibles à la présence de PCSK9. De plus, nous avons mis en évidence que l’intégrité du trafic intracellulaire est critique à l’action de PCSK9 sur le LDLR et ce, de manière endogène. Finalement, nous avons identifié l’Annexine A2 comme unique inhibiteur naturel pouvant interférer avec la dégradation du LDLR par PCSK9. Il est indéniable que PCSK9 soit une cible de premier choix pour contrer l’hypercholestérolémie afin de prévenir le développement de MCV. Cet ouvrage apporte donc des apports considérables dans notre compréhension des voies cellulaires impliquées, des cibles affectées et ouvre directement la porte à une approche thérapeutique à fort potentiel.