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

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Angiotensinogen (ANG) is a single peptide glycoprotein that contains 452 amino acids in human (453 amino acids in rodents). ANG releases a 10-amino acids peptide known as angiotensin l (Ang I) from it's N-terminal when acted by renin, a acidic protease. Ang I can be fiirther converted into angiotensin II (Ang II) by angiotensin converting enzyme (ACE). Ang II is one of the most potent vasoconstrictors known. Ang II also acts on the brain to mcrease blood pressure. Ang II acts on the adrenal cortex to increase the secretion of aldosterone. The levels of ANG in plasma or local tissues diïectly contribute to the levels ofAng II. Therefore the studies of regulation ofANG gene expression is important to understand the molecular mechanisms of some related diseases, such as hypertension. Previous studies m which the transfection of the fusion genes that were generated with various lengths of 5'-flanking region of the rat ANG gene linked to a bacterial chloramphenicol acetyl transferase (CAT) gene as a reporter into mouse hepatoma (Hepa 1- 6) ceUs and opossum kidney (OK) cells, identified a putative cyclic AMP responsive element (CRE) in the rat ANG gene 5'-regulatory region (N-806/-779). Compared with palindromic CRE octamer (TGACGTCA), the putative CRE of the ANG gene (ANG-CRE) is almost identical except the last two bases were in reversed order (TGACGTAC). In the present study, we isolated a fuU-length cDNA of 1345 base pairs from mouse liver cDNA library, which encodes a nuclear DNA-binding protein consisting of 436 amino acids with an apparent molecular weight of 52 kilodalton (kDa). This protein binds to the ANG-CRE, and was designated as 52-kDa protein. Southwestern blot revealed that this 52 kDa protein was present in the following tissues, such as liver, kidney, testis, brain, but not in spleen. Analysis of the deduced amino acid sequence shows no apparent basic regionleucine zipper (bZIP) stmcture, indicatmg ANG-CREB is structurally distinct fi-om bZIP family members. The antiserum against 43-kDa-CREB or ATF-2 can not interact with this 52-kDa protein, further supporting that the 52-kDa protem is immunologically different fi-om the bZIP family. The 52-kDa protein may represent a new group of CRE-binding proteins. Competitive gel mobility shift assays and Southwestern blot analysis revealed that the ANG-CREB binds to ANG-CRE, and this bindmg is not displaceable by excess amounts of CREs fi-om somatostatin (SOM), phosphoenopymvate carboxyl kmase PEPCK), and tyrosine ammo transferase (TAT) genes in vitro. These data suggest that the 52-kDa protein binds specifically to ANG-CRE and may regulate the ANG gene expression. The biological function of the 52-kDa protein is not known at present. The primary data from transient gene transfection assays showed that this protein has represser activity on the ANG gene promoter when ANG gene was stimulated by isoproterenol, but showed no effect on the ANG basal level (without any stimulation). Further experiments will be needed to study the biological function of the 52-kDa protein. / L'angiotensinogène (ANG) est une glycoprotéine fonnée de 452 acide aminés chez l'humain (453 acide aminés chez les rongeurs). Une protéase acide, la rénine, clive l'ANG de son côté N-tenninal en libérant un peptide de 10 acide aminés connu sous le nom de l'angiotensine I (Angl). Ce dernier, peut être converti en angiotensine II (AngII) sous Faction d'une enzyme de conversion dite ACE. L'Ang II est un puissant vasocoiisticteur. Il agit au niveau du cerveau en augmentant la pression sanguine et au niveau du cortex rénal en augmentant la sécrétion de l'aldostérone. Les niveaux de l'ANG daiis le plasma ou dans les tissus locaux sont directement proportionnels aux niveaux de Ang II. Ainsi les études de regulation de l'expression du gène d'Ang II sont importantes pour comprendre les mécanismes moléculaires de certames maladies, comme l'hypertension. Des études antérieiu-es par transfection en utilisant des gènes de fusion générés avec différentes longueurs de région flanquées en 5' du gène ANG de rat lié au gène rapporteur de bactérie, le chloramphénicol acetyl transférase (CAT), dans les ceUules hépatome (Hepa 1-6) de souris et dans les ceUules rénales de sarigue, ont permis d'identifier un présumé élément réponse (CRE) d'AMP cyclique dans la région régulatrice en 5' du gène ANG de rat (N- 806/-779). En comparant l'octamère palindromique de CRE (TGACGTCA) avec le présumé CRE du gène ANG (ANG-CRE), il semble qu'ils sont identiques à l'exception des deux dernières bases qui sont dans un ordre inversé (TGACGTAC). Dans cette étude, nous avons isolé à partir d'une banque de cDNA du foie de souris, une cDNA de 1345 paire de bases qui code pour une protéine de liaison à l'ADN nucléaire. Cette protéine est fonnée de 436 acide aminés avec un poids moléculaire apparent de 52 kilodalton (kDa). En se liant à ANG-CER, cette protéme est désignée comme la 52-kDa protéine. Le "Southwestern blot" a révélé que la 52-kDa protéine de 52 kDa est présente dans les tissus suivants: foie, rein, testicule et cerveau; mais absente dans la rate. L'analyse de cette séquence déduite d'acide aminés ne montre pas du stmcture apparent à la région basique de la fermeture éclaire à leucine, bzip (basic region-leucme zipper), indiquant que la 52-kDa protéine est structurellement distincte des membres de la famille bzip. L'antisérum dérigé contre le 43- kDa-CREB ou contre ATF-2 n'intéragit pas avec la 52-kDa protéme confermant amsi que la 52-kDa protéine est immunologiquenient dififérente des membres de famille bzip. La 52-kDa protéine représente donc, un nouveau groupe des protéines de liaison à CRE. Les essais sur gel à mobilité compétitive et les analyses de "southwestern blot" ont révélé que la 52-kDa protéine lié ANG-CRE et que cette liaison n'était pas déplaçable par un excès du gène CRE de somatostatin (SOM), phosphoenopymvate carboxy kmase (PEPCK) et tyrosme ammo transférase (TAT) m vitro, suggérant que la 52-kDa protéine se lié spésifiquement à ANGCRE et qu'il peut réguler l'expression du gène ANG. Les fonctioiis biologiques de la 52- kDa protéine ne sont pas encore connus. Les premiers résultats obtenus à partir des essais de transfections des gènes transitoirs montrent que cette protéine a une activité represseur sur le promoteur du gène d'ANG quand ce dernier est stimulé par l'isoprotérénol, et que, sans stimulation, elle a aucun effet sur le niveau basai d'ANG. Les expériences futures seront nécessaires poiir étudier les fonctions biologiques d'AND.

L'arsenal thérapeutique utilisé dans le traitement de l'hypertension artérielle est vaste, généralement efficace et sécuritaire. Pourtant, les études populationnelles démontrent que les médicaments antihypertenseurs permettent une maîtrise adéquate de la tension artérielle dans moins de 50% des patients hypertendus. Parmi les causes pouvant expliquer ce phénomène, on note l'existence d'une grande variabilité interindividuelle dans la réponse aux agents antihypertenseurs. L'identification des facteurs responsables de cette variabilité permettrait de personnaliser davantage les approches thérapeutiques actuelles afin d'en améliorer les bénéfices cliniques. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse de doctorat se rapportent aux déterminants génétiques de la réponse aux agents antihypertenseurs. Trois études cliniques ont ainsi été réalisées afin d'évaluer l'impact de polymorphismes génétiques sur l'efficacité et l'innocuité d'agents de classes pharmacologiques différentes. La première étude a mis en évidence le rôle joué par le polymorphisme Met235Thr du gène de l'angiotensinogène dans le taux de réponse au losartan, un agent antihypertenseur de la classe des antagonistes des récepteurs à l'angiotensine Il. Les résultats de cette étude ont également démontré l'influence qu'exerce ce polymorphisme sur la tension artérielle de base, notamment chez les femmes homozygotes DO pour le polymorphisme de délétion / insertion de l'intron 16 du gène de l'enzyme de conversion de l'angiotensine (ECA). La deuxième étude clinique a permis d'identifier un groupe de patients présentant une susceptibilité accrue pour la toux sèche secondaire aux inhibiteurs de l'ECA. Les patients doubles homozygotes pour le polymorphisme d'insertion / délétion de l'intron 1 du gène du récepteur de type 2 à la bradykinine (+9/+9) et pour celui d'insertion / délétion de l'intron 16 du gène de l'ECA (DD), ont développé la toux caractéristique de cette classe de médicaments dans près de 80% des cas. Enfin, la troisième étude a démontré que les variations génétiques du cytochrome P450 206 étaient associées à d'importants changements dans le métabolisme du nébivolol, un bêta-bloqueur de 3ième génération fortement hydroxylé par cette enzyme. L'étude n'a néanmoins révélé aucune variation significative dans les effets antihypertenseurs de ce médicament. En conclusion, les résultats de ces trois études apportent des éléments nouveaux dans la compréhension des déterminants génétiques de la réponse aux agents antihypertenseurs. La poursuite de ces études pourra éventuellement aider les cliniciens à personnaliser davantage l'utilisation des agents antihypertenseurs chez leurs patients.

Le diabète est une maladie chronique dont la principale caractéristique est un niveau plasmatique élevé de glucose, qui est causé soit par un défaut dans la production d’insuline, l’action de l’insuline, ou les deux à la fois. Plusieurs études ont démontré que l’hyperglycémie chronique peut mener à la dysfonction et même la défaillance de plusieurs organes, dont le coeur, le système vasculaire, les yeux et les reins, se traduisant par des infarctus du myocarde, des accidents cérébro-vasculaires et des complications rétinales et rénales, respectivement. La néphropathie diabétique (DN) est la principale cause de déficience rénale et affecte près de 25-40% des patients diabétiques. La DN est invariablement associée à un risque élevé d’accident cérébrovasculaire et de dysfonction cardivasculaire. L’angiotensinogène (Agt) est l’unique précurseur de tous les types d’angiotensines. En plus du système rénine-angiotensine (RAS) sytémique, le rein possède son propre système intrarénal et exprime tous les composants du RAS. L’Agt est fortement exprimé dans les cellules du tubule proximal rénal (RPTC) et y est converti en angiotensine II (AngII), le peptide biologiquement actif du RAS. Les patients diabétiques présentent de hauts niveaux d’AngII et une augmentation de l’expression des gènes du RAS, suggérant que l’activation du RAS intrarénal joue un rôle important dans la progression de la DN. Les mécanismes qui contrôlent la régulation du niveau rénal d’Agt par l’hyperglycémie et l’insuline demeurent mal compris. Le but global de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent l’expression du gène Agt chez la souris Akita (un modèle murin de diabète de type 1). Dans cette optique, la première partie de la thèse se concentre sur deux facteurs de transcription de la famille des ribonucléoprotéines nucléaires hétérogènes (hnRNP). Chan et collaborateurs ont déjà identifié 2 protéines nucléaires hnRNP F et hnRNP K, de 48kD et 70kD respectivement. HnRNP F et hnRNP K forment un hétérodimère et se lient à l’élément de réponse à l’insuline (IRE) présent dans le promoteur du gène Agt du rat et inhibent la transcription du gène Agt in vitro. Afin de déterminer si hnRNP F / K sont responsables de l’inhibition de l’expression rénale de Agt par l’insuline in vivo, nous avons étudié des souris Akita males traités ou non avec des implants d’insuline pour une période de 4 semaines. Des souris non-Akita males ont été employées comme contrôles. Les souris Akita développent de l’hypertension et de l’hypertrophie rénale. Le traitement à l’insuline rétablit les niveaux de glucose plasmatiques et la pression systolique (SBP), et atténue l’hypertrophie rénale, l’albuminurie (ratio albumine/créatinine urinaire, ACR) et les niveaux urinaires d’Agt et AngII chez les souris Akita. De plus, le traitement à l’insuline inhibe l’expression rénale du gène Agt, tout en augmentant l’expression des gènes hnRNP F, hnRNP K et ACE2 (enzyme de conversion de l’angiotensine-2). Dans des RPTC in vitro, l’insuline inhibe Agt, mais stimule l’expression de hnRNP F et hnRNP K en présence de hautes concentrations de glucose, et ce via la voie de signalisation MAPK p44/42 (protéine kinase activée par un mitogène). La transfection avec des petits ARN interférents (siRNA) contre hnRNP F et hnRNP K prévient l’inhibition de l’expression d’Agt par l’insuline dans les RPTC. Cette étude démontre bien que l’insuline prévient l’hypertension et atténue les dommages rénaux observés chez les souris Akita diabétiques, en partie grâce à la suppression de la transcription rénale de Agt, via une augmentation de l’expression de hnRNP F et hnRNP K. La seconde partie de cette thèse change de focus et se tourne vers le facteur Nrf2 (nuclear factor erythroid 2-related factor 2). Nrf2 est un facteur de transcription qui contrôle les gènes de la réponse antioxydante cellulaire en réponse au stress oxydant ou aux électrophiles. Le but de cette étude est d’examiner l’impact de la surexpression de la catalase (Cat) dans les RPTC sur l’expression du gène Agt via Nrf2 et sur le développement de l’hypertension et des dommages rénaux résultants chez les souris diabétiques Akita transgéniques (Tg). Nos études ont démontré que la surexpression de Cat dans les souris Akita Cat-Tg normalise la SBP, atténue les dommages rénaux et inhibe l’expression des gènes Nrf2 et Agt dans les RPTC. In vitro, le glucose élevé (HG) et l’oltipraz (un activateur de Nrf2) stimulent l’expression de Nrf2 et Agt, et cet effet peut être bloqué par la trigonelline (inhibiteur de Nrf2), des siRNA contre Nrf2, des antioxydants ou des inhibiteurs pharmacologiques NF-κB et MAPK p38. La suppression de sites de réponse à Nrf2 présents dans le promoteur du gène Agt du rat abolit la stimulation par l’oltipraz. Finalement, des souris males adultes non-transgéniques traitées avec l’oltipraz montrent une augmentation de l’expression de Nrf2 et Agt dans leurs RPTC et cette augmentation peut être normalisée par la trigonelline. Ces données permettent d’identifier un nouveau mécanisme d’action de Nrf2, par la stimulation du gène Agt intrarénal et l’activation du RAS, qui induisent l’hypertension et les dommages rénaux par le glucose élevé et les espèces réactives de l’oxygène chez les souris diabétiques. Nos conclusions permettent de démontrer que l’insuline induit l’expression de hnRNP F et hnRNP K, qui jouent ensuite un rôle protecteur en prévenant l’hypertension. La surexpression de la catalase dans les RPTC vient quant à elle atténuer l’activation de Nrf2 et ainsi réduit la SBP chez les souris Akita. / Diabetes mellitus is a chronic metabolic disorder characterized by high plasma glucose caused by an impairment of insulin production, insulin action or both. Accumulating evidence has shown that chronic hyperglycemia can lead to dysfunction and failure of multiple organs including the heart, vascular system, eyes, and kidneys resulting in myocardial infarction, stroke, and retinal and renal complications, respectively. Diabetic nephropathy (DN) is the leading cause of end-stage renal disease affecting approximately 25–40% of diabetic patients. DN is invariably associated with an increased risk of stroke and cardiovascular dysfunction. Angiotensinogen (Agt) is the sole precursor for all types of angiotensins. In addition to systemic renin-angiotensin system (RAS), all the components of the intrarenal RAS are expressed in the kidney. Agt is highly expressed in the renal proximal tubular cells (RPTCs) and converted into biologically active angiotensin II (Ang II). In Diabetics, intrarenal Ang II level and RAS gene expression are upregulated, suggesting that intrarenal RAS activation plays an important role in the progression of DN. The mechanism (s) underlying the regulation of renal Agt by hyperglycemia and insulin are not completely understood. The overall aim of this thesis is to understand the molecular mechanism(s) that regulate renal Agt gene expression in an Akita mouse (a mouse model of type 1 diabetes). For this purpose, the first part of this thesis focuses on two transcription factors from the heterogenous nuclear ribonucleoprotein (hnRNPs) family. Previously, Chan’s group identified two nuclear proteins hnRNP F and hnRNP K of 48kD and 70kD, respectively. hnRNP F and hnRNP K form a heterodimer and bind to the insulin-responsive element (IRE) in the rat Agt gene promoter inhibiting Agt gene transcription in vitro. To determine whether hnRNP F / K mediate insulin inhibition of renal Agt expression in vivo, we used adult male Akita mice treated ± insulin implants for 4 weeks. Non-Akita mice served as controls. The Akita mice developed hypertension and exhibited renal hypertrophy. Insulin treatment normalized plasma glucose levels and systolic blood pressure (SBP), attenuated renal hypertrophy, decreased urinary albumin/creatinine ratio (ACR) and urinary Agt and Ang II levels in Akita mice. Furthermore, insulin treatment inhibited renal Agt expression but enhanced hnRNP F, hnRNP K and angiotensinconverting enzyme-2 (ACE2) expression. In vitro, insulin inhibited Agt but stimulated hnRNP F and hnRNP K expression in high-glucose media via p44/42 mitogen-activated protein kinase signaling in RPTCs. Transfection with hnRNP F and hnRNP K small interfering RNAs (siRNA) prevented the insulin inhibition of Agt expression in RPTCs. This study demonstrates that insulin prevents hypertension and attenuates kidney injury, at least in part, through suppressing renal Agt transcription via upregulation of hnRNP F and hnRNP K expression in diabetic Akita mice. In the second part of the thesis we focused on the nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2). Nrf2 is a transcription factor that regulates cellular antioxidant gene defense against oxidative stress or electrophiles. The purpose of this study is to investigate the impact of the overexpressing catalase (Cat) in RPTCs on Agt gene expression via Nrf2and the resulting effects on the development of hypertension and renal injury in diabetic Akita transgenic (Tg) mice. Our studies demonstrate that Cat overexpression normalizes SBP, attenuates renal injury, and inhibits RPTC Nrf2 and Agt gene expression in the Akita Cat- Tg compared to Akita mice. In vitro, high glucose (HG) and Oltipraz stimulated Nrf2 and Agt gene expression; these changes were blocked by Trigonelline (an inhibitor of Nrf2), siRNA against Nrf2, antioxidants, or pharmacological inhibitors of NF-kB and p38 mitogen-activated protein kinase. Moreover, deletion of Nrf2-responsive elements in the rat Agt gene promoter abolishes the stimulatory effect of Oltipraz. Finally,non transgenic adult male mice treated with the Nrf2 activator Oltipraz, upregulated Nrf2 and Agt expression in mouse RPTs, an effect that was normalized by Trigonelline. These data identify a novel mechanism via which Nrf2 mediates the stimulation of intrarenal Agt gene expression and activates the RAS through whichHG/reactive oxygen species (ROS) induce hypertension and renal injury in diabetic mice. Our findings demonstrate that the insulin induced hnRNP F and hnRNP K gene expression play a protective role in the preventing hypertension. Catalase overexpression, in RPT's, attenuates Nrf2 activation and lowers the SBP in Akita mice.

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