Yes / The antidiuretic hormone arginine vasopressin (AVP) regulates water homeostasis, blood pressure and a range of stress responses. It is synthesized in the hypothalamus and released from the posterior pituitary into the general circulation upon a range of stimuli. While the mechanisms leading to AVP secretion have been widely investigated, the molecular mechanisms regulating AVP gene expression are mostly unclear. Here we investigated the neurotransmitters and signal transduction pathways that activate AVP gene expression in the paraventricular nucleus (PVN) of the rat using acute brain slices and quantitative real-time PCR. We show that stimulation with l-glutamate robustly induced AVP gene expression in acute hypothalamic brain slices containing the PVN. More specifically, we show that AVP transcription was stimulated by NMDA. Using pharmacological treatments, our data further reveal that the activation of ERK1/2 (PD184352), CaMKII (KN-62) and PI3K (LY294002; 740 Y-P) is involved in the NMDA-induced AVP gene expression in the PVN. Together, this study identifies NMDA-mediated cell signalling pathways that regulate AVP gene expression in the rat PVN. / Supported by a generous donation from Jonathan Feuer.

京都大学 / 新制・論文博士 / 博士(農学) / 乙第13623号 / 論農博第2919号 / 京都大学大学院生命科学研究科統合生命科学専攻 / (主査)教授 小川 順, 教授 井上 善晴, 教授 木岡 紀幸 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

Des conditions hypoxiques surviennent lors de situations environnementales et physiologiques spécifiques, ainsi que dans le contexte de diverses pathologies. En raison de la place cruciale de l’oxygène dans les fonctions biologiques vitales, des mécanismes complexes ont évolué afin d’assurer une adaptation cellulaire adéquate à tout stress hypoxique. Cette adaptation est induite par une réponse transcriptionnelle rapide et hautement contrôlée. L’étude des mécanismes impliqués dans cette réponse est essentielle à la compréhension de ses conséquences, notamment dans le cadre de pathologies associées à des conditions hypoxiques, tel que la progression tumorale. Les facteurs de transcription induits par l’hypoxie (HIF ; hypoxia-inducible factors) sont les médiateurs centraux et essentiels à la réponse transcriptionnelle adaptative à l’hypoxie. Ils sont responsables de l’induction de nombreux gènes régulant les processus physiologiques, cellulaires et moléculaires nécessaires à cette adaptation. HIF-1 et HIF-2 sont les principaux membres de cette famille de facteurs de transcription, partageant des fonctions communes, distinctes et complémentaires. Leur activité dépend de leur sous-unité HIF-α respective, HIF-1α et HIF-2α. Divers mécanismes convergent afin d’assurer une modulation précise des HIF-α en fonction du niveau d’hypoxie et du contexte cellulaire. Ceci implique autant des mécanismes inducteurs que répresseurs, intervenant de manière coordonnée. L’étude de ces mécanismes est donc d’un intérêt considérable pour la compréhension de l’adaptation cellulaire en conditions hypoxiques. Des évidences suggèrent un rôle de la méthylation d’arginines dans la réponse cellulaire à l’hypoxie. Ainsi, cette thèse se penche sur l’implication de l’arginine méthyltransférase PRMT1 dans la régulation des HIF-α. Nous caractérisons PRMT1 en tant que nouveau répresseur de la transcription des gènes HIF1A et HIF2A. Cette répression résulte de l’inhibition des facteurs de transcription Sp1/3, des régulateurs connus de ces gènes. L’étude du mécanisme impliqué nous permet alors de décrire un nouveau rôle de PRMT1 dans la cascade de signalisation ERK. En effet, nous montrons que PRMT1 interagit avec la GEF DOCK6, réprimant ainsi l’activation des kinases ERK1/2 en aval. Ceci a pour conséquence de réduire la phosphorylation et l’activité de Sp1/3. Finalement, nous révélons une dynamique hypoxique intéressante, où une répression temporellement distincte de HIF1A et HIF2A par PRMT1 survient en hypoxie. Ainsi, cette thèse met en lumière un nouveau mécanisme de régulation des HIF-α et souligne l’importance de la répression de leur transcription dans l’adaptation cellulaire à l’hypoxie. Cette thèse contribue ainsi aux connaissances sur le contexte hautement dynamique et complexe de la régulation des facteurs de transcription HIF, des médiateurs essentiels de l’homéostasie cellulaire. / Hypoxic conditions occur under specific environmental et physiological situations, as well as in different pathological contexts. Due to the crucial requirement of oxygen for vital biological functions, complex mechanisms have evolved to ensure adequate cellular adaptation to hypoxic stress. Such adaptation is induced by a rapid and highly controlled transcriptional response. The study of this response is essential for the comprehension of its consequences, particularly in the context of pathologies associated with hypoxic conditions, such as tumor progression. Hypoxia-inducible factors (HIFs), are central and essential mediators of the adaptive transcriptional response to hypoxic stress. They are responsible for the induction of numerous genes regulating the physiological, cellular and molecular processes necessary for this adaptation. HIF-1 and HIF-2 are the main members of this family of transcription factors and share common, as well as distinct and complementary, fonctions. Their activities are dependent on their respective HIF-α subunits, HIF-1α and HIF-2α. Diverse mechanisms converge in order to allow precise modulation of HIF-α subunits in accordance to hypoxic and cellular contexts. This implicates positive as well as negative regulators, acting in a coordinated fashion. The study of these mechanisms is of considerable interest for the comprehension of cellular adaptation to hypoxia. Studies suggest a role for arginine methylation in the hypoxic stress reponse. Therefore, this thesis aims at evaluating the role of the protein arginine methyltransferase PRMT1 in HIF-α regulation. We characterize PRMT1 as a novel repressor of HIF1A and HIF2A gene transcription. This repression is caused by the inhibition of Sp1/3 transcription factors, known HIF1A and HIF2A gene regulators. The investigation of the underlining mechanism allowed us to describe a new role for PRMT1 in the ERK signaling cascade. Indeed, we demonstrate that PRMT1 interacts with the Rho GEF DOCK6, repressing downstream ERK1/2 kinases. This results in reduced Sp1/3 phosphorylation and activity. Finally, we reveal an interesting hypoxia-related dynamic, where a distinct temporal repression of HIF1A and HIF2A occurs under hypoxic conditions. This thesis higlights a new regulatory mechanism of HIF-α subunits and underlines the importance of their transcriptional repression in cellular adaptation to hypoxia. This thesis therefore contributes to the knowlegde surrounding the highly dynamic and complex regulation of HIF transcription factors, essential mediators of cellular homeostasis.

La résistance antimicrobienne est un problème de santé publique de plus en plus inquiétant. En effet, si ce problème n'est pas contrôlé dès maintenant, dans les prochaines années, nous pourrions arriver dans une ère post-antibiotique où de simples infections pourraient recommencer à tuer. Afin d'éviter de tels enjeux, il est primordial que de nouveaux antibiotiques soient développés pour remplacer les médicaments contre lesquels les bactéries se sont adaptées. De toutes nouvelles classes de médicaments seraient nécessaires et l'une d'entre elles est la classe des peptides antimicrobiens. Ces segments protéiques sont retrouvés dans une impressionnante variété d'organismes et sont utilisés comme première ligne de défense contre les infections bactériennes. Le fonctionnement de ces molécules n'est pas entièrement compris, mais il est présumé qu'elles créent des pores dans les membranes bactériennes, causant ainsi la mort des cellules attaquées. Ces molécules ont un énorme potentiel, mais de nombreux problèmes empêchent leur utilisation clinique. Dans le laboratoire du Professeur Voyer, un peptide modèle, analogue des peptides antimicrobiens, a été synthétisé. Ce peptide composé de 10 leucines et de quatre phénylalanines modifiées par des éthers-couronnes a été modifié de façon systématique pour tenter de comprendre les déterminants de l'activité et de la sélectivité des peptides antimicrobiens. Dans ce mémoire, la synthèse et la caractérisation des analogues dans lesquels trois leucines ont été substituées par des acides aminés cationiques seront discutées. Ces peptides ont été caractérisés par des études biophysiques comme le dichroïsme circulaire, l'infrarouge à transformée de Fourier et le relargage de la calcéine par fluorescence. De plus, des tests d'activité biologique comme l'activité antimicrobienne et l'activité hémolytique ont aussi été réalisés et sont présentés dans le présent mémoire.

Le but de notre travail était d'étudier des nouveaux aspects de la physiopathologie et de la thérapeutique du choc anaphylactique chez le rat Brown Norway. La première partie de notre thèse étudie la physiopathologie systémique et régionale du choc anaphylactique. Le choc anaphylactique s'accompagne d'une diminution rapide du débit cardiaque, d'une altération brutale de l'autorégulation du débit sanguin cérébral et d'une atteinte respiratoire associant un oedème des voies respiratoires et un bronchospasme. La deuxième partie de notre travail s'intéresse à la prise en charge thérapeutique du choc anaphylactique. L'adrénaline s'avère supérieure à la vasopressine, pour inhiber le bronchospasme et diminuer la perméabilité microvasculaire, permettant une meilleure préservation de l'oxygénation cérébrale, en particulier dans la région de l'hippocampe, mais aussi une correction du bronchospsme et une diminution de l'hyperperméabilté bronchique à la phase précoce du choc anaphylactique. Nous avons également comparé les effets de trois types de solutés de remplissage administrés en association avec l'adrénaline au cours du choc anaphylactique, démontrant la supériorité de l'administration de soluté macromoléculaires tels que l'HES et l'échec des solutés salés hypertoniques. Enfin nous avons pu mettre en évidence l'intérêt de l'administration de bleu de méthylène (3mg/kg) en démontrant l'existence d'un effet synergique avec l'adrénaline au cours du choc anaphylactique / The aim of our work was to study new aspects of the pathophysiology and treatment of anaphylactic shock in the Brown Norway rat. The first part of this thesis focuses on the systemic and regional pathophysiology of anaphylactic shock which is accompanied by a rapid decrease in cardiac output, a sudden alteration of autoregulation of cerebral blood flow and a respiratory dysfunction involving swelling of the airways and bronchospasm. The second part of our work focuses on the therapeutic management of anaphylactic shock. Epinephrine was found to be superior to vasopressin, to inhibit bronchospasm and decrease microvascular permeability, allowing a better preservation of the cerebral oxygenation, in particular in the region of the hippocampus. Furthermore, it provided also an alleviation of bronchospasm and of bronchial hyperperméabilté in the early phase of anaphylactic shock. We also compared the effects of three types of fluid therapy administered in combination with adrenaline during anaphylactic shock, demonstrating the superiority of the administration of a macromolecular solution such as HES compared to hypertonic saline fluids. Finally we were able to highlight the usefulness of the administration of methylene blue (3mg/kg) demonstrating the existence of a synergistic effect with adrenaline during anaphylactic shock

Les peptides vecteurs riches en Arginine (Arg) ont la faculté de transporter des molécules à travers les membranes cellulaires, d'une manière récepteur- et énergie indépendante, sans toxicité envers la cellule et présentent ainsi un fort potentiel pour la libération de molécules thérapeutiques ou diagnostiques. La compréhension du mécanisme d'internalisation cellulaire et de l'interaction membranaire de ces peptides vecteurs est donc primordiale pour leur développement pharmaceutique. Dans cette étude, deux peptide svecteurs riches en Arg et dérivés de la pénétratine ont été étudiés : les peptides RW16(RRWRRWWRRWWRRWRR) et RW9 (RRWWRRWRR). Dans un premier temps,l'analyse biophysique complète de l'interaction peptide/lipide (P/L) a été réalisée pour le peptide RW16 et une interaction favorisée en présence de lipides anioniques a été révélée.Dans un second temps, des peptides dérivés de RW9 ont été synthétisés dans lesquels chaque tryptophane a été systématiquement remplacé par une phenylalanine. L'internalisation cellulaire et les interactions P/L de RW9 ont été étudiées, et l'importance de la position et du nombre de tryptophane dans la séquence peptidique a été mise en évidence. / Cell-penetrating peptides (CPPs) are able to efficiently transport cargos acrosscell membranes in a receptor- and energy-independent manner, without being cytotoxic to cells and thus present a great potential in drug delivery and diagnosis. The understanding of the cellular internalization and membrane interaction mechanisms is thus fundamental for their pharmaceutical development. In this study, two Arginine-rich CPPs derived from penetratin have been investigated: the peptides RW16 (RRWRRWWRRWWRRWRR) andRW9 (RRWWRRWRR). Firstly, a complete biophysical study of the peptide/lipid (P/L)interactions of RW16 has been accomplished and a preferential interaction for anionic lipids was demonstrated. Secondly, peptides derived from RW9 have been synthesized where tryptophan residues have been systematically replaced by phenylalanine. Cellular internalization and P/L interactions have been characterized, and the importance of the number and position of tryptophan has been highlighted.

Diss. (sammanfattning) Linköping : Univ., 2004. / I publikationen felaktig serie: Linköping studies in health sciences. Härtill 4 uppsatser.

Au cours de la dernière décennie, les anticorps conjugués à des médicaments cytotoxiques ou des oligonucléotides ont acquis une grande attention dans la communauté scientifique en raison des propriétés uniques des anticorps, tels que leur long temps de circulation dans le sérum et leur sélectivité élevée par rapport à leur cible. Par exemple, les conjugués d'anticorps (ACs) sont de plus en plus appliqués en thérapie ciblée contre le cancer ou en bioimagerie. Par conséquent, le développement de méthodologies fiables pour la préparation des AC est actuellement en pleine expansion. Cependant, la conjugaison et la préparation contrôlables des ACs avec une structure définie rencontrent encore de nombreux obstacles en raison de l'excès élevé et de la variété des groupes réactifs dans la structure des anticorps, qui sont accessibles pour la conjugaison. En outre, les technologies de liaison actuelles sont basées sur la réaction de maléimide-thiol, produisant des adduits, qui sont instables dans le sang. Ce travail se concentre sur les approches chimiques pour la fonctionnalisation fiable des anticorps, qui permettent la préparation d'ACs stables présentant un ratio anticorps/principe actif bien défini. La première partie est consacrée à la conception et au développement du réactif maléimide-dioxane, solution auto-hydrolysable et stable dans le sérum, comme alternative à la chimie classique du maléimide. La deuxième partie est consacrée à l'évaluation de la réactivité sélective des différents acides aminés portés par les anticorps par spectrométrie de masse native à haute résolution. Finalement, une nouvelle technologie permettant d’obtenir des ACs stables avec un ratio anticorps/principe actif contrôlé est présentée au lecteur dans une 3ème partie. / Within the last decade, antibodies conjugated to cytotoxic drugs or oligonucleotides have gained a great attention in scientific community owing to the unique properties of the antibodies, such as their long circulation time in serum and high selectivity against their target. For instance, antibody conjugates (ACs) are increasingly applied for targeted cancer therapy or bioimaging. Consequently, the development of reliable methodologies for ACs preparation is currently of high demand. However, the controllable conjugation and preparation of ACs with defined structure are still challenging due to high excess and variety of reactive groups in antibody structure, which are accessible for conjugation. Moreover, current linker technologies are based on the maleimide-thiol reaction, yielding adducts, which are unstable during circulation in blood.This work is focused on chemical approaches for the reliable antibody functionalisation, which enable the preparation of stable ACs with well-defined payload to antibody ratios. The first part is devoted to design and development of maleimide-dioxane reagents as self-hydrolysable and serum-stable alternative to classical maleimide chemistry. The second part is dedicated to a screening approach for evaluation of residue-selective functionalities in reactions with an antibody using high resolution native mass spectrometry. Finally, in the third part the reader is introduced with a novel technology, which enables efficient preparation of stable ACs with a defined degree of conjugation and particularly mono-functionalisation of antibodies.

Because it can expand the range of a protein’s interactions or modulate its activity, post-translational methylation of arginine residues in proteins must be duly coordinated and ‘decoded’ to ensure appropriate cellular interpretation of this biological cue. This can be achieved through modulation of the enzymatic activity/specificity of the protein arginine methyltransferases (PRMTs) and proper recognition of the methylation ‘mark’ by a subset of proteins containing ‘methyl-sensing’ protein modules known as ‘Tudor’ domains. In order to gain a better understanding of these regulatory mechanisms, we undertook a detailed biochemical characterization of the predominant member of the PRMT family, PRMT1, and of the novel Tudor domain-containing protein 3 (TDRD3). First, we found that PRMT1 function can be modulated by 1) the expression of up to seven PRMT1 isoforms (v1-7), each with a unique N-terminal region that confers distinct substrate specificity, and by 2) differential subcellular localization, as revealed by the presence of a nuclear export sequence unique to PRMT1v2. Second, our findings suggest that TDRD3 is recruited to cytoplasmic stress granules (SGs) in response to environmental stress potentially by engaging in methyl-dependent protein-protein interactions with proteins involved in the control of gene expression. We also found that arginine methylation may serve as a general regulator of overall SG dynamics. Finally, we uncovered that alteration of PRMT1, TDRD3, and global arginine methylation levels in breast cancer cells may be closely associated with disease progression and poor prognosis. Therefore, further studies into the pathophysiological consequences ensuing from misregulation of arginine methylation will likely lead to the development of novel strategies for the prevention and treatment of breast cancer.

Because it can expand the range of a protein’s interactions or modulate its activity, post-translational methylation of arginine residues in proteins must be duly coordinated and ‘decoded’ to ensure appropriate cellular interpretation of this biological cue. This can be achieved through modulation of the enzymatic activity/specificity of the protein arginine methyltransferases (PRMTs) and proper recognition of the methylation ‘mark’ by a subset of proteins containing ‘methyl-sensing’ protein modules known as ‘Tudor’ domains. In order to gain a better understanding of these regulatory mechanisms, we undertook a detailed biochemical characterization of the predominant member of the PRMT family, PRMT1, and of the novel Tudor domain-containing protein 3 (TDRD3). First, we found that PRMT1 function can be modulated by 1) the expression of up to seven PRMT1 isoforms (v1-7), each with a unique N-terminal region that confers distinct substrate specificity, and by 2) differential subcellular localization, as revealed by the presence of a nuclear export sequence unique to PRMT1v2. Second, our findings suggest that TDRD3 is recruited to cytoplasmic stress granules (SGs) in response to environmental stress potentially by engaging in methyl-dependent protein-protein interactions with proteins involved in the control of gene expression. We also found that arginine methylation may serve as a general regulator of overall SG dynamics. Finally, we uncovered that alteration of PRMT1, TDRD3, and global arginine methylation levels in breast cancer cells may be closely associated with disease progression and poor prognosis. Therefore, further studies into the pathophysiological consequences ensuing from misregulation of arginine methylation will likely lead to the development of novel strategies for the prevention and treatment of breast cancer.