L’adaptation de l’organisme à son environnement est essentielle à sa survie. L’homéostasie énergétique permet l’équilibre entre les apports, les dépenses et le stockage d’énergie. Un surplus calorique important dérègle ce processus et mène au développement du syndrome métabolique caractérisé, entre autres, par une obésité, un diabète de type II, des maladies cardiovasculaires et des dyslipidémies. La ghréline participe au maintien de l’équilibre énergétique durant le jeûne en stimulant la production de glucose par le foie et le stockage lipidique dans le tissu adipeux. Le coactivateur transcriptionnel PGC-1alpha, surexprimé en situation de jeûne, est impliqué dans l’induction de la production de glucose par le foie et l’oxydation des acides gras. Notre hypothèse est que ces deux acteurs clés du métabolisme énergétique constituent un axe de régulation commun. Dans cette étude, nous montrons que la ghréline participe à la régulation de PGC-1alpha. Son récepteur GHS-R1a, possédant une forte activité constitutive, est également impliqué de façon indépendante au ligand. GHS-R1a réduit l’activité transcriptionnelle de PGC-1alpha tandis que l’ajout du ligand inverse modérément cette action. L’effet de GHS-R1a corrèle avec l’acétylation de PGC-1alpha qui est fortement augmentée de façon dose-dépendante. La stabilité de PGC-1alpha est également augmentée par le GHS-R1a indépendamment de l’ubiquitine. La ghréline diminue la capacité de PGC-1alpha à lier PPARbeta, un récepteur nucléaire partenaire de PGC-1alpha. De plus, la ghréline réduit, de façon ligand-dépendante, la capacité de coactivation de PGC-1alpha sur PPARbeta dans les hépatocytes. L’ensemble de ces résultats identifie PGC-1alpha comme cible du signal de la ghréline et suggère un axe de régulation ghréline/PGC-1alpha/PPARbeta.Une meilleure compréhension de cet axe de régulation va permettre la mise en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques pour faire face aux pathologies associées au syndrome métabolique. / The adaptation of an organism to its environment is essential to its survival. Energy homeostasis is defined as the balance between intakes, expenses and storage of energy. An excess of calories disrupts this process and leads to the development of the metabolic syndrome that is characterized by obesity, type II diabetes, cardiovascular diseases and dyslipidemia. During fasting, ghrelin participates in the maintenance of energy balance by stimulating hepatic production of glucose and lipid storage in adipose tissue. The transcriptional coactivator PGC-1alpha is overexpressed in the liver during fasting and is involves in the induction of the hepatic glucose production and fatty acid oxidation. Our hypothesis is that these two key performers in the energy metabolism constitute a common axis control. In this study, we show that ghrelin plays a role in the regulation of PGC-1alpha. The ghrelin receptor GHS-R1a is also involved because of its strong constitutive activity in absence of ligand. We found that GHS-R1a inhibited PGC-1alpha transcriptional activity whereas adding ghrelin to cells moderated this effect. PGC-1alpha activation by GHS-R1a correlated with a dose-dependent increase of PGC-1alpha acetylation. The stability of PGC-1alpha was also increased by ghrelin receptor in a manner involving the ubiquitin-independent proteasome pathway. Ghrelin decreased the ability of PGC-1alpha to bind to PPARbeta, one of its nuclear receptor partners. Furthermore, ghrelin decreased the ability of PGC-1alpha to coactivate PPARbeta in a ligand-dependent manner in hepatocytes. Together, these results identify PGC-1alpha as a metabolic target of GHSR-1a signaling and defines a new regulatory axis involving ghrelin/PGC-1alpha/PPARbeta in hepatocytes. A better understanding of this regulation axis will provide novel aspects in therapeutic targeting of diseases associated with the metabolic syndrome.

Après la découverte des mutations de la calréticuline dans les néoplasmes classiques myéloproliferatifs négatifs pour le Ph1, les travaux se sont focalisés sur les deux mutations les plus fréquentes, c'est-à-dire la calréticuline del52 et l’ins5, mais il existe environ 20% de mutants rares de la calréticuline (une cinquantaine), qui ont été classés en type-1 « like » et type-2 « like », classification basée sur leur structure. Cependant il reste à déterminer si cette classification est pertinente du point de vue fonctionnel, ce qui pourrait avoir des conséquences pour la prise en charge des patients et leur traitement. Ici, nous démontrons que deux mutants rares de type-1 (del34 et del46) et un de type-2 (del19) se comportent de manière similaire aux deux mutations fondatrices de cette classification, del52 et ins5, respectivement. Ces résultats ont été validés par des expériences in vivo chez la souris. Tous les mutants de la calréticuline (del19, del34 et del46) nécessitent absolument le récepteur de la thrombopoïétine, appelé MPL, pour induire une transformation cellulaire en provoquant une activation indépendante de la thrombopoïétine de la voie MPL / JAK2-STAT, comme les mutants del52 et ins5. Dans les expériences de transplantation de moelle osseuse de souris, les mutants rares de type-1 sont associés à une progression fréquente de la maladie d’un tableau proche d’une thrombocytémie essentielle à une myélofibrose, tandis que le mutant rare de type 2 est associé à une légère thrombocytose. Du point de vue hématopoïétique, les mutants rares de type-1 provoquent une amplification au niveau des cellules souches hématopoïétiques donc à un stade précoce tandis que les mutants rares de type-2 provoquent une amplification tardive de la mégacaryopoïèse. Grâce à une modélisation protéique basée sur l'homologie des mutants de calréticuline, nous avons identifié des domaines oncogènes qui seraient potentiellement responsables de l'interaction pathologique de la calréticuline et de MPL pour conduire à une activation indépendante de la thrombopoïétine. Maintenant, ces résultats in silico doivent être absolument validés par des études structure fonction. Enfin, nous avons modélisé un nouveau mécanisme de signalisation dans la leucémie myéloïde chronique comprenant IRE-1alpha, un bras de la voie de réponse des protéines mal repliées (UPR), qui pourrait être responsable de la perte de la fonction de la p53 pendant la progression de la leucémie myéloïde chronique vers une leucémie aiguë. Un tel mécanisme pourrait être impliqué dans les autres MPN. / After the discovery of calreticulin mutations in classical Ph1- Myeloproliferative Neoplasms, extensive investigation is underway on the two most frequent mutations, i.e., del52 and ins5, but it remains that the rare calreticulin mutants, which include both type-1 like and type-2 like require a similar investigation for ascertaining whether the classification of type-1 and type-2 has a functional relevance as well as for therapeutic intervention and patient management. Here we demonstrate that type-1 like (del34 and del46) and type-2 like (del19) mutants behave similarly as del52 and ins5 mutants, respectively. Moreover, we validate our findings with in vivo experiments. All the calreticulin mutants (del19, del34 and del46) absolutely require the thrombopoietin receptor, MPL, to induce cell transformation by causing ligand independent activation of the MPL/JAK2-STAT pathway. In mouse bone marrow transplantation experiments, type-1 like mutants are associated with frequent progression from an essential thrombocythemia-like phenotype to myelofibrosis whereas type-2 like mutant is associated with mild thrombocytosis. Type-1 like mutants cause clonal amplification of early hematopoetic stem cells whereas the type-2 like mutant causes late platelet amplification. Further, by homology based protein modeling of calreticulin mutants, we have identified possible oncogenic domains responsible for pathologic interaction of CALR and MPL leading to ligand independent activation of MPL. Now they must be validated by structural-functional studies Finally, we have modelled a novel signaling mechanism in chronic myeloid leukemia comprising of IRE-1alpha, an unfolded protein response (UPR) pathway arm, which may be responsible for loss of the WT p53 function during leukemic development and progression. Such a mechanism may be involved in the other MPNs

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Generierung und Evaluation von Natürlichen Killerzellen, die EGFRvIII-positive und SDF-1alpha sekretierende primäre Glioblastomzellen aufspüren, erkennen und effizient abtöten können. Die Kombination der gelenkten Zytotoxizität mit einer optimierten Migration von Effektorzellen des Immunsystems wird auf Grundlage der in dieser Arbeit gewonnenen Daten als ein vielversprechender Ansatz für eine zukünftige Therapie des primären Glioblastoms vorgeschlagen.

[ES] Las células mesenquimales estromales (MSC) poseen una serie de cualidades inmunológicas, pro-angiogénicas y regenerativas que las convierten en un excelente candidato para el tratamiento de diversas patologías. A pesar de las pruebas contundentes obtenidas en modelos preclínicos que demuestran la actividad terapéutica de las MSC, los ensayos clínicos no han podido mostrar hasta ahora un beneficio consistente, probablemente debido a deficiencias metodológicas y a la falta de estandarización, así como a la variabilidad genética intrínseca a los estudios en humanos. Debido a ello, ha sido necesario profundizar en los mecanismos responsables del beneficio terapéutico y rediseñar las estrategias clínicas. En los últimos años, se ha observado que la reparación tisular mediada por las MSC se produce de forma paracrina, y se ha constatado que las vesículas extracelulares (EVs) secretadas por las MSC (EVMSC) son capaces de recapitular las propiedades inmunosupresoras de las células parentales. Además, las estrategias terapéuticas basadas en vesículas tienen grandes ventajas en términos de bioseguridad y producción en condiciones de grado clínico, reduciendo significativamente el coste de dichas terapias. Sin embargo, la dosis efectiva en grandes mamíferos, incluidos los humanos, es bastante elevada y la producción industrial de EVs se ve dificultada en parte, por la senescencia proliferativa que afecta a las MSC durante la expansión celular masiva. En este trabajo hemos intentado solventar los principales escollos de la terapia con EVs incrementando su potencial inmunosupresor y reduciendo por tanto la dosis efectiva. Este incremento se ha conseguido gracias a la sobreexpresión del factor inducible por hipoxia 1-alpha y al desarrollo de un medio de acondicionamiento en cultivo basado en citoquinas. Además, la inmortalización de las células secretoras mediante la transducción del gen de la telomerasa humana ha permitido tanto la estandarización del producto como su producción a gran escala. La eficacia de estas EVs ha sido testada en diferentes poblaciones celulares in vitro: linfocitos T, monocitos, células Natural Killer, macrófagos, células endoteliales y fibroblastos; y en dos modelos de ratón: hipersensibilidad retardada y colitis aguda inducida por TNBS. En conclusión, hemos desarrollado una fuente de EVs de larga duración que secreta grandes cantidades de vesículas con mayor capacidad inmunosupresora y antiinflamatoria, facilitando un producto terapéutico más estándar y fácil de producir para el tratamiento de enfermedades inflamatorias inmunomediadas. / [CA] Les cèl·lules mesenquimals estromals (MSC) posseeixen una sèrie de qualitats immunològiques, pro-angiogèniques i regeneratives que les converteixen en un excel·lent candidat per al tractament de diverses patologies. Tot i les proves contundents obtingudes en models preclínics que demostren l'activitat terapèutica de les MSC, els assaigs clínics no han pogut mostrar fins ara un benefici consistent, probablement degut a deficiències metodològiques i a la manca d'estandardització, així com a la variabilitat genètica intrínseca als estudis en humans. A causa d'això, ha calgut aprofundir en els mecanismes responsables del benefici terapèutic i redissenyar les estratègies clíniques. En els últims anys, s'ha observat que la reparació tissular intervinguda per les MSC es produeix de forma paracrina, i s'ha constatat que les vesícules extracel·lulars (EVs) secretades per les MSC (EVMSC) són capaços de recapitular les propietats immunosupressores de les cèl·lules parentals. A més, les estratègies terapèutiques basades en vesícules tenen grans avantatges en termes de bioseguretat i producció en condicions de grau clínic, reduint significativament el cost d'aquestes teràpies. No obstant això, la dosi efectiva en grans mamífers, inclosos els humans, és bastant elevada i la producció industrial de les EVs es veu dificultada en part, per la senescència proliferativa que afecta les MSC durant l'expansió cel·lular massiva. En aquest treball hem intentat solucionar els principals esculls de la teràpia amb EVs incrementant el seu potencial immunosupressor i reduint per tant la dosi efectiva. Aquest increment s'ha aconseguit gràcies a la sobreexpressió del factor induïble per hipòxia 1-alpha i a el desenvolupament d'un mitjà de condicionament en cultiu basat en citoquines. A més, la immortalització de les cèl·lules secretores mitjançant la transducció del gen de la telomerasa humana ha permès tant l'estandardització del producte com la seva producció a gran escala. L'eficàcia d'aquestes EVs ha estat testada en diferents poblacions cel·lulars in vitro: limfòcits T, monòcits, cèl·lules Natural Killer, macròfags, cèl·lules endotelials i fibroblasts; i en dos models de ratolí: hipersensibilitat retardada i colitis aguda induïda per TNBS. En conclusió, hem desenvolupat una font de EVs de llarga durada que secreta grans quantitats de vesícules amb major capacitat immunosupressora i antiinflamatòria, facilitant un producte terapèutic més estàndard i fàcil de produir per al tractament de malalties inflamatòries inmunomediades. / [EN] Mesenchymal stromal cells (MSC) possess several immunological, pro-angiogenic and regenerative qualities that make them an excellent candidate for the treatment of various pathologies. Despite compelling evidence from preclinical models demonstrating the therapeutic activity of MSCs, clinical trials have so far failed to show consistent benefit, probably due to methodological shortcomings and lack of standardisation, as well as the genetic variability intrinsic to human studies. As a result, it has been necessary to further investigate the mechanisms responsible for therapeutic benefit and to redesign clinical strategies. In recent years, it has been observed that MSC-mediated tissue repair occurs in a paracrine pathway, and it has been confirmed that extracellular vesicles (EVs) secreted by MSC (EVMSC) are able to recapitulate the immunosuppressive properties of the parental cells. Moreover, vesicle-based therapeutic strategies have great advantages in terms of biosafety and production under clinical-grade conditions, significantly reducing the cost of such therapies. However, the effective dose in large mammals, including humans, is quite high and the industrial production of EVs is hampered in part by the proliferative senescence that affects MSC during massive cell expansion. In this work, we have attempted to overcome the main challenges of EVs therapy by increasing their immunosuppressive potential and thus reducing the effective dose. This increase has been achieved by overexpression of hypoxia-inducible factor 1-alpha and the development of a cytokine-based culture conditioning medium. In addition, immortalization of secretory cells by transduction with the human telomerase gene has allowed both product standardisation and large-scale production. The efficacy of these EVs has been tested in different cell populations in vitro: T lymphocytes, monocytes, Natural Killer cells, macrophages, endothelial cells and fibroblasts; and in two mouse models: delayed-type hypersensitivity and TNBS-induced acute colitis. In conclusion, we have developed a long-lasting source of EVs that secretes large amounts of vesicles with enhanced immunosuppressive and anti-inflammatory capacity, providing a more standard and easier-to-produce therapeutic product for the treatment of immune-mediated inflammatory diseases. / Gómez Ferrer, M. (2022). Terapias innovadoras basadas en vesículas extracelulares derivadas de células madre mesenquimales modificadas genéticamente [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182560 / TESIS

Pancreatic cancer is one of the most lethal cancers and despite all research efforts the last 50 years, there are still no effective therapy for this terrible disease. Until quite recently most research in the field of pancreatic duct adenocarcinoma (PDAC) was focused on the tumor cells and mechanisms essential for their proliferation and survival. However, the tumor does not only consist of tumor cells, rather a combination of tumor cells and numerous stroma cell types, i.e. the tumor microenvironment. The tumor cells have developed the ability to activate the surrounding cells to produce factors important for the progression of the tumor. Cancer associated fibroblasts (CAFs) are the major stroma component and as much as 70% of the total PDAC tumor mass consists of these cells. In this thesis I have investigated the mechanisms involved in the cross-talk between tumor cells and CAFs and distinguished the local and systemic effects of this communication. Tumor derived IL-1α was identified as an important factor creating the inflammatory profile seen in CAFs. In PDAC patients, IL-1α was detected in 90% of the tumors and high expression was associated with poor clinical outcome. Moreover, the PDAC tumors had elevated expression levels of many inflammatory factors that were induced in CAFs by the tumor derived IL-1α in vitro. Consequently, this high expression of inflammatory factors in CAFs will attract immune cells including tumor associated macrophages (TAMs), dendritic cells (DCs), and CD8+ T cells. This indicates an immune suppressive role of CAFs, protecting the tumor cells by acting as decoy targets for immune cells homing into the tumor. The inflammatory factors produced in the PDAC microenvironment did not only affect the infiltrating immune cells, but had also systemic effects that included decreased levels of blood DCs in PDAC patients. Furthermore, these myeloid and plasmacytoid DCs were partly activated and had a semi mature phenotype and impaired immunostimulatory function. Low levels of blood DCs were direct associated with poor patient prognosis and the same was seen for low expression of ICOSL by the DCs. The findings presented in this thesis indicate an essential role for the cross-talk between tumor cells and stroma in the production of tumor  promoting factors. Treatment of PDAC patients with drugs that target the IL-1α signaling pathway could prevent the communication between these cells, thus reduce the amount of inflammatory factors both locally and systemically. Altogether, our findings support the idea that neutralization of the IL-1α signaling molecule could be a promising therapy for pancreatic cancer. The findings presented in this thesis indicate an essential role for the cross-talk between tumor cells and stroma in the production of tumor promoting factors. Treatment of PDAC patients with drugs that target the IL-1α signaling pathway could prevent the communication between these cells, thus reduce the amount of inflammatory factors both locally and systemically. Altogether, our findings support the idea that neutralization of the IL-1α signaling molecule could be a promising therapy for pancreatic cancer. / Mindre än 5% av patienterna som drabbas av cancer i bukspottkörteln förväntas överleva i mer än fem år. De typiska symtomen kommer sent och sjukdomen framskrider snabbt. Några av de riskfaktorer som identifierats är tobaksrökning, fetma och typ 2 diabetes. Forskningen har hittills siktat in sig på tumörcellerna och de mekanismer de använder för att överleva och föröka sig. Men en tumör innehåller också normala kroppsceller och vid bukspottkörtelcancer kan så mycket som 70 procent bestå av i sig ofarliga bindvävsceller. Miljön i tumören skapas av samspelet mellan dessa celltyper. De cancerceller som är bäst på att utnyttja omgivningen för sin tillväxt fortlever och för sina egenskaper vidare. En sådan egenskap är att kunna manipulera bindvävsceller till att producera signalsubstanser och tillväxtfaktorer som gynnar tumören. Mekanismerna bakom denna kommunikation har studerats och ett viktigt fynd var att tumörcellerna producerar signalämnet interleukin 1-alpha (IL-1a). Detta protein upptäcktes i 90 procent av de undersökta tumörerna, och var kopplat till dålig prognos hos patienterna. Signalen via IL-1a sätter igång tillverkningen av substanser som behövs för nybildning och tillväxt av blodkärl, i sin tur en förutsättning för att tumören ska leva vidare och växa. Proteinet stimulerar också celldelning i tumören, bidrar till att lura kroppens immunförsvar och underlättar spridning av dottertumörer till andra delar av kroppen. När vi slår ut signaleringen kan tumörcellerna inte längre påverka bindvävscellerna lika effektivt, och således minskar förekomsten av flera faktorer som gynnar tumörtillväxten. IL-1a kan därför vara en lovande kandidat att utforska vidare för framtida som ett läkemedel mot bukspottkörtelcancer.

IL-1α and IL-1β are two IL-1 agonists which signals at the same receptor complex composed of IL-1R1/IL-1RAcP. However, IL-1α and IL-1β exert differential actions. A recent CNS-specific IL-1 receptor accessory protein, called IL-1RAcPb, has been characterised but its actions are unknown. In T cell line, over expression of IL-1RAcPb negatively regulate IL-1 action (Smith et al, 2009), but over-expression of IL-1RAcPb in HEK cell line induces IL-1 signaling (Lu et al, 2008). The role of IL-1RAcPb has not been studied in primary cells. The aim of this project was to investigate the role of IL-1RAcPb in IL-1-induced actions in neurones and glia, and to determine IL-1α and IL-1β differential actions in these two cell types. The role of IL-1RAcPb in IL-1-induced protein expression and IL 1α and IL-1β differential effects were investigated by treating WT and IL 1RAcPb-/- neurones and glia with IL-1α or IL-1β in the presence or absence of IL-1RA for 24 h followed by assessment of IL-6 induction by ELISA. The mechanism of IL-1RAcPb actions were studied by examining the effects of IL-1α or IL-1β on p38, ERK1/2 and Src kinase activation in neurones and glia by Western blot analysis. SB203580 (p38 inhibitor), UO126 (ERK1/2 inhibitor), and PP2 (Src kinase inhibitor) were used to determine the contribution of p38, ERK1/2 and Src kinase activation to IL-1-induced IL-6 synthesis in neuronal cultures. In WT neurones, IL-1α and IL-1β were equipotent at inducing IL-6 synthesis and p38 activation, whilst both ligands failed to induce ERK1/2 or Src kinase activation. In IL-1RAcPb-/- neurones, IL-1α and IL-1β induced similar levels of IL-6, but IL-1β was more potent than IL-1α at inducing p38 activation. IL-1α-induced p38 activation was reduced in IL-1RAcPb-/- neurones compared to WT neurones. In contrast to WT neurones, ERK1/2 was activated in IL-1RAcPb-/- neurones in response to IL-1α, whilst Src kinase was not activated by IL-1α or IL 1β. IL-1-induced IL-6 synthesis was abolished by IL-1RA, SB203580, UO126 and PP2. Interestingly PP2, a specific Src kinase inhibitor also partially inhibited basal ERK1/2 activity. In WT glial cells, IL-1α was more potent than IL-1β at inducing IL-6 synthesis but both cytokines induced ERK1/2 activation with equal potency. In IL-1RAcPb-/- glia, IL-1α and IL-1β were equally potent at inducing IL-6 synthesis and ERK1/2 activation. However, IL-α-induced-IL-6 synthesis was reduced in IL 1RAcPb-/- glia compared to WT glia. In both WT and IL-1RAcPb-/- glia, IL-1α and IL-1β induced p38 activation but not Src kinase activation . In conclusion, this study showed that in neurones, IL-1RAcPb may contribute to IL-1α-induced p38 activation but negatively regulates IL-1-induced ERK1/2 activation, therefore IL-1RAcPb may have specific effects on different signalling pathways. The effect of IL-1RAcPb could also be cell specific, as IL 1RAcPb contributed to IL-1α-induced p38 signalling in neurones but IL-6 production in glia. The role of IL-1RAcPb remains largely unknown and more investigations are required to elucidate its role in IL-1 signalling in the brain.

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L’injection de cellules souches provenant de la moelle osseuse est reconnue pour améliorer la fonction ventriculaire ainsi que le remodelage cicatriciel après un infarctus du myocarde (IM). Le Stromal Cell-derived factor-1 alpha (SDF-1 alpha), une chimiokine induite par l’ischémie cardiaque, représente une grande importance en raison de son rôle dans le recrutement de cellules inflammatoires et de cellules souches de la moelle osseuse vers les sites endommagés. Quoique les recherches sur le rôle de la chimiokine SDF-1 alpha dans le remodelage ventriculaire se multiplient, son implication dans la phase aiguë du remodelage reste inexplorée. Le but de la présente étude est de déterminer l’effet du SDF-1 alpha sur la taille de la cicatrice, l’hypertrophie cardiaque ainsi que la fonction ventriculaire chez des rats et des souris une semaine après un IM. La stratégie utilisée implique l’administration de l’AMD3100 (1 mg/kg, 24 heures après l’IM, pendant 6 jours), l’antagoniste sélectif du récepteur du SDF-1 alpha, le CXCR4. Ce récepteur est couplé à une protéine G alpha i et induit la migration et la prolifération cellulaire. Chez les rats du groupe IM, l’expression de la chimiokine a été détectée surtout dans les cellules musculaires lisses et les cellules endothéliales des vaisseaux cicatriciels. Le profil d’expression de la chimiokine dans le cœur infarci indique un gradient de concentration vers la cicatrice. Une semaine après l’IM, le traitement avec l’AMD3100 a diminué la taille de la cicatrice, résultant en une amélioration de la fonction ventriculaire et une diminution de l’élévation de l’expression de l’ARNm de l’ANP dans le ventricule gauche non infarci (VGNI). Chez les souris, le traitement avec l’AMD3100 a engendré les mêmes effets, soit une diminution de la taille de la cicatrice ainsi qu’une amélioration de la fonction ventriculaire. La réduction de la taille de la région infarcie chez les souris traitées avec l’AMD3100 est associée avec une atténuation de l’infiltration des neutrophiles dans la région ischémique. Ces résultats suggèrent que le blocage pharmacologique de l’axe SDF-1 alpha/CXCR4 lors de la phase aiguë du remodelage ventriculaire après un IM diminue la taille de la cicatrice et améliore la fonction ventriculaire, en partie, par la diminution de la réaction inflammatoire. / The injection of bone marrow stem cells in the infarcted heart was shown to improve ventricular function and scar remodelling. The chemokine Stromal Cell-derived factor-1 alpha (SDF-1 alpha) is implicated in the migration of inflammatory and bone marrow derived stem cells to damaged region. Despite a local increase of SDF-1 alpha expression in the damaged myocardium, the biological impact of the chemokine during the acute phase of remodelling in the ischemic heart remains undefined. Therefore, the present study examined the role of SDF-1 alpha on scar expansion, cardiac hypertrophy and ventricular function in rats following myocardial infarction (MI) via administration of AMD3100 (1 mg/kg, 24 hours post-MI and continued for 6 days) a selective antagonist of the SDF-1 alpha receptor, CXCR4. This receptor is coupled to a G alpha i protein and induced migration and proliferation of cells. In 1-week post-MI rats, chemokine expression was detected in smooth muscle and endothelial cells of blood vessels residing in the infarcted region. An SDF-1 alpha gradient towards the infarcted region was detected in the post-MI rat heart. In 1-week post-MI rats, AMD3100 therapy reduced scar size, concomitantly improved left ventricular function and partially supressed the elevated expression of ANP mRNA in the non-infarcted left ventricule. Preliminary studies on mice showed that the reduced infarct size in AMD3100-treated post-MI mice was associated with an attenuation of neutrophil infiltration in the ischemic region. These data highlight the novel observation that pharmacological antagonism of the SDF-1 alpha/CXCR4 axis during the acute phase of repartive fibrosis post-MI attenuated scar expansion and improved ventricular function in part via attenuation of the inflammatory response.

Le juste positionnement du noyau durant la formation musculaire semble important pour la fonction musculaire et des défauts ont été associés à plusieurs maladies musculaires. Le positionnement nucléaire dépend des microtubules (MTs), qui sont réorganisés depuis le centrosome, dans les myoblastes proliférants, vers l’enveloppe nucléaire (EN), dans les myotubes différenciés. Cette réorganisation s'accompagne de la redistribution des protéines centrosomales vers l’EN qui adopte le rôle de centre organisateur des microtubules (MTOC) lors de la différenciation myogénique. Néanmoins, les mécanismes sous-jacents restent inconnus. Ici, nous avons identifié les protéines Nesprin-1 et Sun1/2, localisées respectivement à la membrane nucléaire externe et interne, comme impliquées dans le recrutement de la fonction MTOC à l’EN. Les cellules déficientes en Nesprin-1 ou Sun1/2 ont montré une localisation altérée des protéines centrosomales dans le cytoplasme et l’absence des MTs depuis l’EN. De plus, Nesprin-1alpha, une myo-isoforme de Nesprin-1, s’associait aux protéines centrosomales Akap450, Pericentrin et Pcm1 dans les myotubes C2C12 et était suffisante pour corriger les défauts observés dans des cellules déplétées en Nesprin-1. Parmi les protéines centrosomales recrutées par Nesprin-1alpha, seule Akap450 semble nécessaire à la nucléation des MTs à l’EN. Ce processus, médié par Akap450 et Nesprin-1alpha, s’est avéré important pour le positionnement nucléaire lors du développement des myotubes. Ces résultats renforcent notre compréhension sur le lien causal entre des défauts lors de la formation du MTOC à l’EN et des défauts de positionnement nucléaire dans les dystrophies musculaires. / The accurate position of the nucleus during skeletal muscle formation seems to be important for muscle function, and defects have been associated with numerous muscle diseases. Nuclear positioning requires microtubules (MTs) which are reorganized from the centrosome in proliferating myoblasts to the nuclear envelope (NE) in differentiated myotubes. This dramatic MT reorganization is accompanied by a redistribution of proteins from the centrosome to the NE which thus takes over the function as a microtubule-organizing center (MTOC) during myogenic differentiation. However, the underlying mechanisms are still unknown. Here, we identified Nesprin-1 and Sun1/2, outer and inner nuclear membrane proteins, respectively, to be involved in the recruitment of MTOC function to the NE. Nesprin-1 or Sun1/2 deficient cells displayed mislocalization of centrosomal proteins to the cytoplasm and failed to regrow MTs from the NE. Moreover, the muscle-specific isoform of Nesprin-1, namely Nesprin-1alpha, was shown to be highly associated with the centrosomal proteins Akap450, Pericentrin and Pcm1 in C2C12 myotubes and to be sufficient to rescue the observed defects in Nesprin-1 depleted cells. Among the centrosomal proteins localizing at the NE during myogenic differentiation, solely Akap450 seemed to be required for MT nucleation. Akap450-Nesprin-1alpha-mediated MT nucleation from the NE was demonstrated to play an important role in nuclear positioning during myotube formation. These findings strengthen our understanding on how defects in MTOC formation at the NE can link to nuclear positioning defects in muscular dystrophies.

L’injection de cellules souches provenant de la moelle osseuse est reconnue pour améliorer la fonction ventriculaire ainsi que le remodelage cicatriciel après un infarctus du myocarde (IM). Le Stromal Cell-derived factor-1 alpha (SDF-1 alpha), une chimiokine induite par l’ischémie cardiaque, représente une grande importance en raison de son rôle dans le recrutement de cellules inflammatoires et de cellules souches de la moelle osseuse vers les sites endommagés. Quoique les recherches sur le rôle de la chimiokine SDF-1 alpha dans le remodelage ventriculaire se multiplient, son implication dans la phase aiguë du remodelage reste inexplorée. Le but de la présente étude est de déterminer l’effet du SDF-1 alpha sur la taille de la cicatrice, l’hypertrophie cardiaque ainsi que la fonction ventriculaire chez des rats et des souris une semaine après un IM. La stratégie utilisée implique l’administration de l’AMD3100 (1 mg/kg, 24 heures après l’IM, pendant 6 jours), l’antagoniste sélectif du récepteur du SDF-1 alpha, le CXCR4. Ce récepteur est couplé à une protéine G alpha i et induit la migration et la prolifération cellulaire. Chez les rats du groupe IM, l’expression de la chimiokine a été détectée surtout dans les cellules musculaires lisses et les cellules endothéliales des vaisseaux cicatriciels. Le profil d’expression de la chimiokine dans le cœur infarci indique un gradient de concentration vers la cicatrice. Une semaine après l’IM, le traitement avec l’AMD3100 a diminué la taille de la cicatrice, résultant en une amélioration de la fonction ventriculaire et une diminution de l’élévation de l’expression de l’ARNm de l’ANP dans le ventricule gauche non infarci (VGNI). Chez les souris, le traitement avec l’AMD3100 a engendré les mêmes effets, soit une diminution de la taille de la cicatrice ainsi qu’une amélioration de la fonction ventriculaire. La réduction de la taille de la région infarcie chez les souris traitées avec l’AMD3100 est associée avec une atténuation de l’infiltration des neutrophiles dans la région ischémique. Ces résultats suggèrent que le blocage pharmacologique de l’axe SDF-1 alpha/CXCR4 lors de la phase aiguë du remodelage ventriculaire après un IM diminue la taille de la cicatrice et améliore la fonction ventriculaire, en partie, par la diminution de la réaction inflammatoire. / The injection of bone marrow stem cells in the infarcted heart was shown to improve ventricular function and scar remodelling. The chemokine Stromal Cell-derived factor-1 alpha (SDF-1 alpha) is implicated in the migration of inflammatory and bone marrow derived stem cells to damaged region. Despite a local increase of SDF-1 alpha expression in the damaged myocardium, the biological impact of the chemokine during the acute phase of remodelling in the ischemic heart remains undefined. Therefore, the present study examined the role of SDF-1 alpha on scar expansion, cardiac hypertrophy and ventricular function in rats following myocardial infarction (MI) via administration of AMD3100 (1 mg/kg, 24 hours post-MI and continued for 6 days) a selective antagonist of the SDF-1 alpha receptor, CXCR4. This receptor is coupled to a G alpha i protein and induced migration and proliferation of cells. In 1-week post-MI rats, chemokine expression was detected in smooth muscle and endothelial cells of blood vessels residing in the infarcted region. An SDF-1 alpha gradient towards the infarcted region was detected in the post-MI rat heart. In 1-week post-MI rats, AMD3100 therapy reduced scar size, concomitantly improved left ventricular function and partially supressed the elevated expression of ANP mRNA in the non-infarcted left ventricule. Preliminary studies on mice showed that the reduced infarct size in AMD3100-treated post-MI mice was associated with an attenuation of neutrophil infiltration in the ischemic region. These data highlight the novel observation that pharmacological antagonism of the SDF-1 alpha/CXCR4 axis during the acute phase of repartive fibrosis post-MI attenuated scar expansion and improved ventricular function in part via attenuation of the inflammatory response.