The kallikrein-kinin system in relation to retinal vessel tone in the streptozotocin-diabetic rat model

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The kallikrein-kinin system in relation to retinal vessel tone in the streptozotocin-diabetic rat model

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Modulation de l’expression du récepteur B1 des kinines par l’angiotensine II et l’endothéline-1 dans des cellules musculaires lisses vasculaires

Le stress oxydatif est impliqué dans l’expression du récepteur B1 des kinines (RB1) dans différents modèles de diabète et d'hypertension. Puisque l'angiotensine II (Ang II) et l'endothéline-1 (ET-1) sont des peptides prooxydants impliqués dans les maladies cardiovasculaires, leur contribution dans l'augmentation de l'expression du RB1 a été étudiée dans des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV). Le QRT-PCR et l’immunobuvardage de type Western ont été utilisés pour mesurer l’expression du RB1 dans des CMLV dérivées de la lignée A10 et de l’aorte de rats Sprague-Dawley. Cette étude montre que l’Ang II augmente l’expression du RB1 (ARNm et protéine) en fonction de la concentration et du temps (maximum 1 μM entre 3-6 h). Cette augmentation implique le récepteur AT1, la PI3K et le NF-κB, mais non le récepteur AT2 et ERK1/2. Aussi, le récepteur ETA de l’ET-1 est impliqué dans la réponse à l’Ang II à 6-8 h et non à 1-4 h. Par contre, l’ET-1 augmente l’expression du RB1 (maximum 2-4 h) via la stimulation des récepteurs ETA et ETB. L’augmentation du RB1 causée par l’Ang II et l’ET-1 est bloquée par les antioxydants (N-acétyl-cystéine et diphénylèneiodonium). Ces résultats suggèrent que l’Ang II induit le RB1 dans les CMLV par le récepteur AT1 dans la première phase, et par la libération d’ET-1 (majoritairement par ETA) dans la phase tardive, via le stress oxydatif et l’activation de la PI3K et du NF-κB. Ces résultats précisent le mécanisme impliqué dans la surexpression du RB1 ayant des effets néfastes dans le diabète et l'hypertension.

Couplage du récepteur à sept domaines transmembranaires GABA-B1 aux voies intracellulaires de signalisation en absence de GABA-B2

Le GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur du SNC et est impliqué dans le développement du cerveau, la plasticité synaptique et la pathogénèse de maladies telles que l’épilepsie, les troubles de l’anxiété et la douleur chronique. Le modèle actuel de fonctionnement du récepteur GABA-B implique l’hétérodimérisation GABA-B1/B2, laquelle est requise au ciblage à la surface membranaire et au couplage des effecteurs. Il y est cependant des régions du cerveau, des types cellulaires et des périodes du développement cérébral où la sous-unité GABA-B1 est exprimée en plus grande quantité que GABA-B2, ce qui suggère qu’elle puisse être fonctionnelle seule ou en association avec des partenaires inconnus, à la surface cellulaire ou sur la membrane réticulaire. Dans le cadre de cette thèse, nous montrons la capacité des récepteurs GABA-B1 endogènes à activer la voie MAPK-ERK1/2 dans la lignée dérivée de la glie DI-TNC1, qui n’exprime pas GABA-B2. Les mécanismes qui sous-tendent ce couplage demeurent mal définis mais dépendent de Gi/o et PKC. L’immunohistochimie de récepteurs endogènes montre par ailleurs que des anticorps GABA-B1 dirigés contre la partie N-terminale reconnaissent des protéines localisées au RE tandis des anticorps C-terminaux (CT) marquent une protéine intranucléaire. Ces données suggèrent que le domaine CT de GABA-B1 pourrait être relâché par protéolyse. L’intensité des fragments potentiels est affectée par le traitement agoniste tant en immunohistochimie qu’en immunobuvardage de type western. Nous avons ensuite examiné la régulation du clivage par le protéasome en traitant les cellules avec l’inhibiteur epoxomicine pendant 12 h. Cela a résulté en l’augmentation du marquage intranucléaire de GABA-B1-CT et d’un interacteur connu, le facteur de transcription pro-survie ATF-4. Dans des cellules surexprimant GABA-B1-CT, l’induction et la translocation nucléaire d’ATF-4, qui suit le traitement epoxomicine, a complètement été abolie. Cette observation est associée à une forte diminution du décompte cellulaire. Étant donné que les trois derniers résidus de GABA-B1-CT (LYK) codent un ligand pseudo-PDZ et que les protéines à domaines PDZ sont impliquées dans la régulation du ciblage nucléaire et de la stabilité de protéines, en complément de leur rôle d’échaffaud à la surface cellulaire, nous avons muté les trois derniers résidus de GABA-B1-CT en alanines. Cette mutation a complètement annulé les effets de GABA-B1-CT sur l’induction d’ATF-4 et le décompte cellulaire. Cette deuxième série d’expériences suggère l’existence possible de fragments GABA-B1 intranucléaires régulés par le traitement agoniste et le protéasome dans les cellules DI-TNC1. Cette régulation d’ATF-4 dépend des résidus LYK de GABA-B1-CT, qui modulent la stabilité de GABA-B1-CT et favorisent peut-être la formation d’un complexe multiprotéique incluant GABA-B1-CT, ATF-4, de même qu’une protéine d’échaffaudage inconnue. En somme, nous démontrons que les sous-unités GABA-B1 localisées au RE, lorsque non-hétérodimérisées avec GABA-B2, demeurent capables de moduler les voies de signalisation de la prolifération, la différentiation et de la survie cellulaire, via le couplage de protéines G et possiblement la protéolyse régulée. Les mécanismes de signalisation proposés pourraient servir de nouvelle plate-forme dans la compréhension des actions retardées résultant de l’activation des récepteurs 7-TMs.

Therapeutic potential of endothelin receptor type A and bradykinin receptor B1 dual antagonism in osteoarthritis treatment

Nous avons préalablement démontré que l'endothéline-1 (ET-1), un peptide vasoconstricteur de 21 acides aminés, joue un rôle central dans le métabolisme des tissus articulaires et a des fonctions cataboliques sur le cartilage articulaire dans l'ostéoarthrose, en liant son récepteur de type A (ETA). Suite à la relâche du nonapeptide vasodilatateur bradykinine (BK), et l'augmentation d'expression du récepteur B1 des kinines (BKB1), ces médiateurs engendrent un cycle d'inflammation, une destruction du cartilage, et une douleur articulaire. Lors de cette étude, l'efficacité thérapeutique des antagonistes spécifiques du ETA et/ou BKB1 dans un modèle animal d'ostéoarthrose a été testée. Notre hypothèse est que l'antagonisme va diminuer la progression de la pathologie et de la douleur articulaire. L'ostéoarthrose a été induite chez des rats par rupture chirurgicale du ligament croisé antérieur. Les animaux ont été traités par injections intra articulaire hebdomadaires des antagonistes peptidiques spécifiques du ETA et/ou BKB1. La douleur articulaire a été évaluée par le test d'incapacitance statique durant les deux mois postopératoires ; la morphologie articulaire a été examinée post mortem par radiologie et histologie. On constate que le traitement a diminué la douleur et a préservé la morphologie articulaire ; la double inhibition a été plus efficace que la simple inhibition. En conclusion, l'antagonisme double d'ETA et BKB1 améliore la douleur chronique et prévient la dégradation articulaire dans l'ostéoarthrose, ce qui suggère que ces récepteurs peuvent être des cibles thérapeutiques potentiels pour le traitement de cette pathologie.

La contribution du récepteur B1 des kinines dans les complications diabétiques chez le rat traité au glucose, un modèle de résistance à l'insuline

Les kinines agissent sur deux types de récepteurs couplés aux protéines G, nommés B1 et B2, lesquels jouent un rôle important dans le contrôle cardiovasculaire, la nociception et l’inflammation. Nous considérons l’hypothèse que le récepteur B1 des kinines est induit et contribue aux complications diabétiques, incluant l’hypertension artérielle, les polyneuropathies sensorielles, l’augmentation du stress oxydatif vasculaire, l’inflammation vasculaire et l’obésité chez le rat traité au D-glucose (10% dans l’eau de boisson) pendant 8 ou 12 semaines. Dans ce modèle de résistance à l’insuline, nous avons évalué les effets d’un traitement pharmacologique d’une semaine avec un antagoniste du récepteur B1 des kinines, le SSR240612 (10 mg/kg/jr). Les résultats montrent que le SSR240612 renverse l’hypertension, l’allodynie tactile et au froid, la production de l’anion superoxyde et la surexpression de plusieurs marqueurs inflammatoires dans l’aorte (iNOS, IL-1β, macrophage (CD68, CD11), ICAM-1, E-selectine, MIF ainsi que le B1R) et dans les adipocytes (iNOS, IL-1β, TNF-α et macrophage CD68). De plus, le SSR240612 corrige la résistance à l’insuline, les anomalies du profil lipidique plasmatique et le gain de poids et de masse adipeuse. Ces données supportent l’implication des kinines dans les complications diabétiques dans un modèle animal de résistance à l’insuline et suggèrent que le récepteur B1 est une cible thérapeutique potentielle dans le diabète et l’obésité.

Localisation, mécanisme d’induction et rôle physiopathologique du récepteur B1 des kinines dans de modèles expérimentaux de douleur chez le rat

Les kinines sont des peptides neuro- et vaso- actifs impliqués dans les processus hémodynamiques, inflammatoires et douloureux. Leurs effets biologiques sont produits par l’entremise de deux types de récepteurs couplés aux protéines G, soit B1 (B1R) et B2 (B2R). Le B1R est inductible, son expression est augmentée à la suite d’un dommage tissulaire ou de l’exposition à des endotoxines bactériennes (lipopolysaccharide bactérien (LPS)), à des cytokines pro-inflammatoires (interleukine-1β (IL-1β), facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α)) ou à des espèces réactives oxygénées (ROS). Les travaux présentés dans cette thèse avaient pour objectif d’élucider et/ou de raffiner les connaissances sur 1) la localisation, 2) le mécanisme d’induction et 3) le rôle physiopathologique du B1R dans des modèles expérimentaux de douleur chez le rat. Nos données ont permis de démontrer pour la première fois que le B1R est augmenté de façon significative dans la moelle épinière du rat diabétique de type 1 où il est localisé sur les fibres sensorielles de type C, les astrocytes et les cellules de la microglie (1er article). Également, l’inhibition de l’activation des cellules de la microglie supprime les neuropathies diabétiques, l’expression de médiateurs pro-inflammatoires ainsi que l’activité pro-nociceptive du B1R (2e et 3e articles). Finalement, nous avons démontré que la stimulation systémique du TRPV1 par la capsaïcine induit une surexpression du B1R au niveau microgliale, via un mécanisme impliquant l’augmentation de la production de ROS et possiblement de cytokines (4e article). Ces données nous permettent de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans l’expression et l’activité du B1R. Aussi, elles nous permettent d’imaginer de nouvelles stratégies pour prévenir l’induction du B1R (inhibition du TRPV1) ou son activité délétère (inhibition de l’activation des cellules de la microglie) dans la douleur inflammatoire et neuropathique. 

L’impact de l’inhibition de la iNOS et de la kininase I dans les effets délétères du récepteur B1 des kinines dans le diabète de type 2

Les kinines sont des peptides vasoactifs et des neuromédiateurs centraux impliqués dans un bon nombre de processus biologiques et inflammatoires. Elles agissent sur deux types de récepteurs (R) couplés aux protéines G, le RB2 constitutif et le RB1 qui est induit par le stress oxydatif et les cytokines pro-inflammatoires via le facteur de transcription nucléaire, le NF-kB. Le RB1 est un puissant activateur de la iNOS et il augmente son expression chez le rat insulino-résistant. Dans ce modèle de rats soumis à une diète riche en D-glucose, un traitement d’une semaine avec un antagoniste non peptidique du RB1, le SSR240612, renverse la plupart des complications diabétiques. Ces travaux nous mènent à émettre l’hypothèse que la iNOS contribue aux effets délétères du RB1 chez le rat insulino-résistant. Nous avons donc évalué les effets d’un traitement prolongé d’une semaine soit avec le 1400W (1 mg/kg x 2 fois/jour), un inhibiteur sélectif de la iNOS, ou avec le Mergetpa (1mg/kg x 2 fois/jour), un inhibiteur non sélectif de la carboxypeptidase M (CPM) qui supprime la formation d’agonistes du RB1. Ces deux traitements devraient reproduire les effets bénéfiques de l’antagoniste du RB1 (SSR240612). En effet, le 1400W et le Mergetpa corrigent l’hyperglycémie, la résistance à l’insuline (l’indice HOMA), l’allodynie au froid et l’expression de plusieurs marqueurs de l’inflammation (Cox-2, iNOS, RB1, IL-1, anion superoxyde). Ces résultats confirment la contribution de la iNOS dans les effets délétères du RB1 chez le rat insulino-résistant. Dans un autre volet, ce mémoire vise à mieux comprendre l’impact de l’inhibition du RB1 par le SSR240612 (10 μg/g/jour) combiné ou pas avec le Pioglitazone (1.6 mg/g/jour) (un anti-diabétique de la famille des thiazolidinediones, le TZD) dans un modèle de diabète de type 2 associé à l’obésité chez la souris C57BL/6J soumise à une diète riche vi en gras pendant vingt semaines. Un traitement pendant deux semaines avec le TZD corrige l’intolérance au glucose et réduit les taux plasmatiques d’insuline alors que le SSR n’a pas d’effet. Les traitements combinés du TZD avec le SSR corrigent davantage la perte de la sensibilité à l’insuline et réduisent les taux plasmatiques de leptine. Les résultats obtenus suggèrent que le SSR n’apporte pas l’effet bénéfique souhaité, dans ce modèle avancé de diabète de type 2, contrairement au modèle des rats insulino-résistants (pré-diabétiques).

The highs (B1H) and lows (B1L) of human heart B1-adrenoceptors (AR)

The 1AR has two binding sites which can be activated to cause cardiostimulation. The first, termed, 1HAR (high affinity site of 1AR) is activated by noradrenaline and adrenaline and is blocked by relatively low concentrations of β-blockers including carvedilol (Kaumann and Molenaar, 2008). The other, termed, 1LAR (low affinity site of 1AR) has lower affinity for noradrenaline and adrenaline and is activated by some β-blockers including CGP12177 and pindolol, at higher concentrations than those required to block the receptor (Kaumann and Molenaar, 2008). (-)-CGP12177 is a non-conventional partial agonist that causes modest and transient increases of contractile force in human atrial trabeculae (Kaumann and Molenaar, 2008). These effects are markedly increased and maintained by inhibition of phosphodiesterase PDE3. The stimulant effects of (-)-CGP12177 at human β1ARs was verified with recombinant receptors (Kaumann and Molenaar, 2008). However, in a recent report it was proposed that the positive inotropic effects of CGP12177 are mediated through 3ARs in human right atrium (Skeberdis et al 2008). This proposal was not consistent with the lack of blockade of (-)-CGP12177 inotropic effects or increases in L-type Ca2+ current (ICa-L ) by the β3AR blocker 1 μM LY748,337 (Christ et al, 2010). On the otherhand, (-)-CGP12177 increases in inotropic effects and ICa-L were blocked by (-)-bupranolol 1-10 μM (Christ et al, 2010). Chronic infusion of (-)-CGP 12177 (10 mg/Kg/24 hours) for four weeks in an aortic constriction mouse model of heart failure caused an increase in left ventricular wall thickness, fibrosis and inflammation-related left ventricular gene expression levels. Christ T et al (2010) Br J Pharmacol, In press Kaumann A and Molenaar P (2008) Pharmacol Ther 118, 303-336 Skeberdis VA et al (2008) J Clin Invest, 118, 3219-3227

Cement-in-cement revision for selected Vancouver Type B1 femoral periprosthetic fractures : A biomechanical analysis

The aim of this study was to perform a biomechanical analysis of the cement-in-cement (c-in-c) technique for fixation of selected Vancouver Type B1 femoral periprosthetic fractures and to assess the degree of cement interposition at the fracture site. Six embalmed cadaveric femora were implanted with a cemented femoral stem. Vancouver Type B1 fractures were created by applying a combined axial and rotational load to failure. The femora were repaired using the c-in-c technique and reloaded to failure. The mean primary fracture torque was 117 Nm (SD 16.6, range 89–133). The mean revision fracture torque was 50 Nm (SD 16.6, range 29–74), which is above the torque previously observed for activities of daily living. Cement interposition at the fracture site was found to be minimal.

Tandem B1 SINE retro-elements may provide a basis for natural antisense transcription in the Magi1 locus of the mouse (Mus musculus)

Transposable elements, which are DNA sequences that can move between different sites in genomes, comprise approximately 40% of the genome of mammals and are emerging as important contributors to biological diversity. Here we report a transcription unit lying within intron 1 of the murine Magi1 (membrane associated guanylate kinase inverted 1) gene that codes for a cell-cell junction scaffolding protein. The transcription unit, termed Magi1OS (Magi1 Opposite Strand), originates from a region with tandem B1 short interspersed nuclear elements (SINEs) and is an antisense gene to Magi1. Mag1OS transcription initiates in a proximal B1 element that shows only 4% divergence from the consensus sequence, indicating that it has been recently inserted into the mouse genome and could be replication competent. Moreover, a chimaeric transcript may result from intra-chromosomal interaction and trans-splicing of the Magi1 antisense transcript (Magi1OS) and Ghrl, which codes for the multifunctional peptide hormone ghrelin. These two genes are 20 megabases apart on chromosome 6 and are transcribed in opposite directions. We propose that the Magi1OS locus may serve as a useful model system to study exaptation and retrotransposition of B1 SINEs, as well as to examine the mechanisms of intra-chromosomal trans-splicing.

Upregulated MT1-MMP/TIMP-2 axis in the TSU-Pr1-B1/B2 model of metastatic progression in transitional cell carcinoma of the bladder

Muscle invasive transitional cell carcinoma (TCC) of the bladder is associated with a high frequency of metastasis, resulting in poor prognosis for patients presenting with this disease. Models that capture and demonstrate step-wise enhancement of elements of the human metastatic cascade on a similar genetic background are useful research tools. We have utilized the transitional cell carcinoma cell line TSU-Pr1 to develop an in vivo experimental model of bladder TCC metastasis. TSU-Pr1 cells were inoculated into the left cardiac ventricle of SCID mice and the development of bone metastases was monitored using high resolution X-ray. Tumor tissue from a single bone lesion was excised and cultured in vitro to generate the TSU-Pr1-B1 subline. This cycle was repeated with the TSU-Pr1-B1 cells to generate the successive subline TSU-Pr1-B2. DNA profiling and karyotype analysis confirmed the genetic relationship of these three cell lines. In vitro, the growth rate of these cell lines was not significantly different. However, following intracardiac inoculation TSU-Pr1, TSU-Pr1-B1 and TSU-Pr1-B2 exhibited increasing metastatic potential with a concomitant decrease in time to the onset of radiologically detectable metastatic bone lesions. Significant elevations in the levels of mRNA expression of the matrix metalloproteases (MMPs) membrane type 1-MMP (MT1-MMP), MT2-MMP and MMP-9, and their inhibitor, tissue inhibitor of metalloprotease-2 (TIMP-2), across the progressively metastatic cell lines, were detected by quantitative PCR. Given the role of MT1-MMP and TIMP-2 in MMP-2 activation, and the upregulation of MMP-9, these data suggest an important role for matrix remodeling, particularly basement membrane, in this progression. The TSU-Pr1-B1/B2 model holds promise for further identification of important molecules.

Activation of toxic chemicals by cytochrome P450 enzymes : regio- and stereoselective oxidation of aflatoxin B1

Cytochrome P450 (P450) enzymes are involved in the oxidations of numerous steroids, eicosanoids, alkaloids, and other endogenous substrates. These enzymes are also the major ones involved in the oxidation of potential toxicants and carcinogens such as those encountered among pollutants, solvents, and pesticides, as well as many natural products. A proper understanding of the basic mechanisms by which the P450 enzymes oxidize such compounds is important in developing rational strategies for the evaluation of the risks of these compounds.

DNA adduction by the potent carcinogen aflatoxin B1 : mechanistic studies

Aflatoxin B1, a potently carcinogenic fungal metabolite, is converted to the biologically active form by chemical oxidation using dimethyldioxirane and enzymatically by cytochrome P450 mixed-function oxidases. Both processes give rise to mixtures of the exo- and endo-8,9-epoxides. Methanolysis studies reveal exclusive trans opening of both epoxides under neutral conditions in CH3OH and CH3OH/H2O mixtures; an SN2 mechanism is postulated. Under acidic conditions, the exo isomer gives mixtures of trans and cis solvolysis products, suggesting that the reaction is, at least in part, SN1; the endo isomer gives only the trans product. The exo isomer reacts with DNA by attack of the nitrogen atom at the 7 position of guanine on C8 of the epoxide to give the trans adduct; the endo epoxide fails to form an adduct at this or any other site in DNA. The exo isomer is strongly mutagenic in a base-pair reversion assay employing Salmonella typhimurium; the endo isomer is essentially nonmutagenic. Aflatoxin B1 and its derivatives intercalate in DNA. These results are consistent with a mechanism in which intercalation of the exo epoxide optimally orients the epoxide for an SN2 reaction with guanine but intercalation of the endo isomer places the epoxide in an orientation which precludes reaction. Thus, while the exo epoxide is a potent mutagen, the endo epoxide fails to react with DNA.