Thesis (Ph. D.)--Virginia Commonwealth University, 2007. / Prepared for: Dept. of Microbiology and Immunology. Bibliography: leaves 92-108. Also available online via the Internet.

Thesis (Ph. D.)--Virginia Commonwealth University, 2009. / Prepared for: Dept. of Microbiology and Immunology . Bibliography: leaves 118-133 . Also available online via the Internet.

Les cannabinoïdes présents dans la marijuana agissent par l’intermédiaire de deux récepteurs, CB1 et CB2, qui sont également activés par des molécules endogènes, les endocannabinoïdes. Les récepteurs CB1, majoritairement exprimés dans le cerveau, relaient les effets psychoactifs du cannabis, mais exercent également de nombreux effets périphériques. Les récepteurs CB2 prédominent dans les cellules du système immunitaire et interviennent notamment dans la régulation de la réponse immune et inflammatoire. Il apparaît aujourd’hui que le système endocannabinoïde joue un rôle crucial au cours des maladies du foie. En effet, le récepteur CB1 participe au développement de l’hypertension portale et de la cardiomyopathie cirrhotique, deux complications de la cirrhose. Il possède des propriétés stéatogènes associées à l’obésité et à la consommation excessive d’alcool. Le récepteur CB2 quant à lui possède des propriétés antifibrogéniques et protège de l’ischémie reperfusion. L’obésité est associée à une réponse inflammatoire qui joue un rôle déterminant dans l’insulino-résistance et la stéatopathie métabolique. Des travaux récents ont montré que le système cannabinoïde favorise le développement de la stéatose par l’intermédiaire des récepteurs CB1. Les récepteurs CB2 interviennent dans la régulation de la réponse immune et inflammatoire. Dans la première partie de ce travail, nous avons donc étudié le rôle des récepteurs CB2 dans le développement de l’obésité, de l’insulino résistance et de la stéatopathie métabolique à l’aide de souris sauvages et invalidées pour le récepteur CB2. Nous avons observé que les souris invalidées pour le récepteur CB2 soumises à un régime hyperlipidique ont une prise de poids significativement plus faible que les souris sauvages consécutivement à une augmentation de l’excrétion fécales des lipides et de l’oxydation des acides gras. Les souris obèses invalidées pour le récepteur CB2 sont plus sensibles à l’insuline et développent une stéatose réduite par rapport aux souris sauvages. Les souris sauvages développent une inflammation importante dans le tissu adipeux viscéral. En revanche, l’induction des cytokines proinflammatoires est significativement plus faible chez les souris CB2-/- exposées au régime hyper lipidique ou chez des souris sauvages obèses traitées avec l’AM630 un antagoniste du récepteur CB2. À l’inverse, l’activation des récepteurs CB2 par un agoniste sélectif conduit à une augmentation de la production de TNFα et de CCL2 dans des explants de tissu adipeux isolés de souris obèses sauvages. Ces résultats constituent la première mise en évidence du rôle des récepteurs CB2 dans le développement de l’obésité, de l’insulino résistance et de la stéatose. Le mécanisme mis en jeu implique probablement un effet proinflammatoire des récepteurs CB2 dans le tissu adipeux. La fibrose est la complication commune de toutes les maladies chroniques du foie et conduit à la cirrhose et à ses complications sévères. Nous avons observé que l’expression de récepteur CB1 est induite dans les zones de fibrose au cours de la cirrhose chez l’homme, notamment dans les cellules fibrogéniques du foie, alors qu’il est peu exprimé dans le foie humain normal. Ces résultats nous ont conduit à évaluer le rôle du récepteur CB1 dans la progression de la fibrose, en étudiant les conséquences de son invalidation génétique et pharmacologique dans trois modèles expérimentaux de physiopathogénie différente, l’administration chronique de tétrachlorure de carbone ou de thioacétamide, ou la ligature de la voie biliaire principale. Dans ces trois modèles, nous avons démontré que l’administration per os d’un antagoniste du récepteur CB1, le rimonabant prévient la fibrogenèse. L’étude des mécanismes impliqués dans les effets antifibrogéniques du rimonabant a révélé que la molécule diminue l’accumulation des cellules fibrogéniques du foie en inhibant leur prolifération. Ces résultats mettent en évidence les propriétés profibrogénique du récepteur CB1 et suggèrent que l’utilisation d’antagonistes du récepteur CB1 pourrait constituer une approche intéressante du traitement de la fibrose. / Résumé anglais manquant

Atherosclerosis is a chronic inflammatory disorder of medium and large vessels. Immune signaling and dyslipidemia are two of several processes which influence lesion development in atherosclerosis. Cannabinoids, such as those found in marijuana, exert their effects through two cannabinoid receptors, CB1 and CB2. Recent studies using CB2 knockout mice and CB2-selective ligands have shed light on a protective role of CB2 in early stages of atherosclerosis. However, the role of CB2 in advanced stages of atherosclerosis remains unclear. To determine if CB2 plays a role in advanced atherosclerotic lesion composition and progression, we investigated the effects of systemic CB2 gene deletion on advanced atherogenesis in Ldlr-null mice fed an atherogenic high fat diet (HFD) for 20-24 weeks. CB2 deficiency did not significantly affect aortic root lesion area, however, CB2-/- mice had a significant increase (~1.9 fold) in the percentage of abdominal aorta surface occupied by lesion. CB2-/- mice also displayed increased lesional macrophage content (~2.3 fold) and an unstable phenotype characterized by significantly reduced smooth muscle cell/macrophage ratio and increased matrix metalloproteinase-9 activity and mineralization. These results suggest that although CB2 does not affect the size of atherosclerotic lesions, it does modulate the cellular and extracellular matrix composition and promotes a stable phenotype. CB2+/+ and CB2-/- mice were also subjected to treatments with either CB2-selective agonist, JWH-015, or antagonist, SR144528, over the last four weeks of a 24 week atherogenic diet to identify the effects of CB2 stimulation on calcification of advanced lesions. No change was observed in body weight or cholesterol in response to either treatment. SR144528 reduced triglycerides and mineralization of aortic root lesions in CB2+/+ mice only. Aortic Runx2 and osteopontin were increased in response to JWH-015 by a CB2-dependent mechanism. Administration of synthetic cannabinoids in an ex vivo organ culture of CB2+/+ aortas revealed increased vascular calcification in response to CB2 blockade and decreased vascular calcification in response to CB2 activation. All together, these results support a protective role for CB2 in late stages of atherosclerosis and suggests that drugs targeting CB2 may be beneficial in the treatment of advanced atherosclerosis by affecting osteogenic mechanisms implicated in the mineralization of lesions.

Introduction: Cannabinoid compounds, both nonspecific as well as agonists selective for either cannabinoid receptor 1 (CB1) or cannabinoid receptor 2 (CB2), have been shown to modulate the tumor microenvironment by inducing apoptosis in tumor cells in several model systems. The mechanism of this modulation remains only partially delineated, and activity induced via the CB1 and CB2 receptors may be distinct despite significant sequence homology and structural similarity of ligands. Methods: The CB2-selective agonist JWH-015 was used to investigate mechanisms downstream of CB2 activation in mouse and human breast cancer cell lines in vitro and in a murine mammary tumor model. Results: JWH-015 treatment significantly reduced primary tumor burden and metastasis of luciferase-tagged murine mammary carcinoma 4T1 cells in immunocompetent mice in vivo. Furthermore, JWH-015 reduced the viability of murine 4T1 and human MCF7 mammary carcinoma cells in vitro by inducing apoptosis. JWH-015-mediated reduction of breast cancer cell viability was not dependent on G alpha(i) signaling in vitro or modified by classical pharmacological blockade of CB1, GPR55, TRPV1, or TRPA1 receptors. JWH-015 effects were calcium dependent and induced changes in MAPK/ERK signaling. Conclusion: The results of this work characterize the actions of a CB2-selective agonist on breast cancer cells in a syngeneic murine model representing how a clinical presentation of cancer progression and metastasis may be significantly modulated by a G-protein-coupled receptor.

abstract: Development of effective therapeutic interventions for the treatment of mental health disorders has been a significant driving force in the search to understand the human brain. Current treatments for mental health disorders rely on modulating neurotransmitter systems such as norepinephrine (NE), serotonin (5-HT), dopamine (DA) and γ-aminobutyric acid (GABA) to achieve clinically relevant relief of symptoms. While many medications are available to the clinician that individually target these neural systems, treatment often results in patients reporting unwanted side effects or experiencing incomplete relief. To counter this lack of treatment efficacy, further investigation of other avenues for achieving similar or better outcomes and potentially reach patients refractory to common therapies must be undertaken. One of these potential new target systems is the endogenous cannabinoid system (ECS), which is currently composed of cannabinoid receptor 1 (CB1) and cannabinoid receptor 2 (CB2). These metabotropic seven transmembrane (7-TM) loop G-protein coupled receptors (GPCR) are responsible for mediating the effects of acute Cannabis ingestion as well as modulating several core functions of the nervous system including emotion, memory, and learning behavior. Due ubiquitous expression of ECS proteins, there is broad overlap between brain regions that show high levels of receptor expression and those thought to be involved in the etiology of a range of mental health disorders including depression, anxiety and schizophrenia. Consequently, modulation of cannabinoid receptor function is a novel and potentially clinically relevant mechanism for influencing the levels of other neuromodulators and neurotransmitters, such as dopamine, that are known to play crucial roles in the progression of mental illness. In addition, characterization of endogenous cannabinoids and cannabinoid receptors with respect to their normal physiological function and possible roles in pathophysiology may provide insight for the development of future ECS-based therapies. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Biology 2019

Les cannabinoïdes présents dans la marijuana agissent par l'intermédiaire de deux récepteurs, CB1 et CB2, qui sont également activés par des molécules endogènes, les endocannabinoïdes. Les récepteurs CB1, majoritairement exprimés dans le cerveau, relaient les effets psychoactifs du cannabis, mais exercent également de nombreux effets périphériques. Les récepteurs CB2 prédominent dans les cellules du système immunitaire et interviennent notamment dans la régulation de la réponse immune et inflammatoire. Il apparaît aujourd'hui que le système endocannabinoïde joue un rôle crucial au cours des maladies du foie. En effet, le récepteur CB1 participe au développement de l'hypertension portale et de la cardiomyopathie cirrhotique, deux complications de la cirrhose. Il possède des propriétés stéatogènes associées à l'obésité et à la consommation excessive d'alcool. Le récepteur CB2 quant à lui possède des propriétés antifibrogéniques et protège de l'ischémie reperfusion. L'obésité est associée à une réponse inflammatoire qui joue un rôle déterminant dans l'insulino-résistance et la stéatopathie métabolique. Des travaux récents ont montré que le système cannabinoïde favorise le développement de la stéatose par l'intermédiaire des récepteurs CB1. Les récepteurs CB2 interviennent dans la régulation de la réponse immune et inflammatoire. Dans la première partie de ce travail, nous avons donc étudié le rôle des récepteurs CB2 dans le développement de l'obésité, de l'insulino résistance et de la stéatopathie métabolique à l'aide de souris sauvages et invalidées pour le récepteur CB2. Nous avons observé que les souris invalidées pour le récepteur CB2 soumises à un régime hyperlipidique ont une prise de poids significativement plus faible que les souris sauvages consécutivement à une augmentation de l'excrétion fécales des lipides et de l'oxydation des acides gras. Les souris obèses invalidées pour le récepteur CB2 sont plus sensibles à l'insuline et développent une stéatose réduite par rapport aux souris sauvages. Les souris sauvages développent une inflammation importante dans le tissu adipeux viscéral. En revanche, l'induction des cytokines proinflammatoires est significativement plus faible chez les souris CB2-/- exposées au régime hyper lipidique ou chez des souris sauvages obèses traitées avec l'AM630 un antagoniste du récepteur CB2. À l'inverse, l'activation des récepteurs CB2 par un agoniste sélectif conduit à une augmentation de la production de TNFα et de CCL2 dans des explants de tissu adipeux isolés de souris obèses sauvages. Ces résultats constituent la première mise en évidence du rôle des récepteurs CB2 dans le développement de l'obésité, de l'insulino résistance et de la stéatose. Le mécanisme mis en jeu implique probablement un effet proinflammatoire des récepteurs CB2 dans le tissu adipeux. La fibrose est la complication commune de toutes les maladies chroniques du foie et conduit à la cirrhose et à ses complications sévères. Nous avons observé que l'expression de récepteur CB1 est induite dans les zones de fibrose au cours de la cirrhose chez l'homme, notamment dans les cellules fibrogéniques du foie, alors qu'il est peu exprimé dans le foie humain normal. Ces résultats nous ont conduit à évaluer le rôle du récepteur CB1 dans la progression de la fibrose, en étudiant les conséquences de son invalidation génétique et pharmacologique dans trois modèles expérimentaux de physiopathogénie différente, l'administration chronique de tétrachlorure de carbone ou de thioacétamide, ou la ligature de la voie biliaire principale. Dans ces trois modèles, nous avons démontré que l'administration per os d'un antagoniste du récepteur CB1, le rimonabant prévient la fibrogenèse. L'étude des mécanismes impliqués dans les effets antifibrogéniques du rimonabant a révélé que la molécule diminue l'accumulation des cellules fibrogéniques du foie en inhibant leur prolifération. Ces résultats mettent en évidence les propriétés profibrogénique du récepteur CB1 et suggèrent que l'utilisation d'antagonistes du récepteur CB1 pourrait constituer une approche intéressante du traitement de la fibrose.

Neuroinflammation is a major driving force in the progression of neurodegenerative disorders. Nicotinic acetylcholine receptors, as well as cannabinoid CB2 receptors, have been shown to have strong anti-inflammatory properties when activated. These effects are shown, in vivo, to be a result of stimulation of α7 nAChRs and CB2 cannabinoid receptors. Microglia cells, an immune cell in the brain, are shown to express both of these receptor subtypes. The studies detailed herein, investigated the ability of two compounds, nicotine and Δ9-THC, in modulation of inflammatory processes. Stimulation of these receptors on microglia using nicotine and Δ9-THC blocked the activation of these cells, observed through reductions in pro-inflammatory cytokine production. Reductions in inflammation as well as pathology in the PSAPP mouse model of Alzheimer’s Disease were also observed following nicotine and Δ9-THC administration. These data raise the possibility that α7 nAChRs and CB2 cannabinoid receptors may prove to be viable and effective strategy for reducing neuroinflammation observed in neurodegenerative disease.

Dissertation (Ph.D.)--University of South Florida, 2009. / Includes vita. Includes bibliographical references. Also available online.

Cannabinoid treatment increases Th2 activity and previous reports showed B cells express the highest level of CB2 mRNA relative to other immune cells suggesting that cannabinoids play a critical role in B cell activation and maturation. To examine the direct effect of cannabinoids on B cell antibody class switching, mouse splenic B cells were purified by negative selection and cultured with IL4 and anti-CD40 in the presence or absence of the nonselective cannabinoid agonist, CP55940, or the CB1 selective agonist, methanandamide, or the CB2 selective agonist, JW015. The cultures were then analyzed at different times by flow cytometry for expression of B cell surface markers, such as CD19, CD138, CD40, MHCII, CD23, CD80, CD45R, immunoglobulins produced such as IgM, IgE, IgD, and IgG1, and Toll-like receptors such as TLR 2 and 4. Cells treated with CP55940 showed an increase in surface expression of IgE by day 5 in culture; methanandamide had no effect. CP55940 also induced an increase in secreted IgE in culture supernatants analyzed by ELISA. In addition, CB2 receptors were increased on B cells following stimulation with IL-4 and anti-CD40 and the class switching effect of CP55940 was attenuated by the CB2 antagonist, SR144528. We also observed that cannabinoid treatment of B cells modulates cell functions other than antibody class switching such as surface marker and TLR expression. CP55940 caused a significant increase in surface expression of TLR 4, but had no effect on other markers. Additional experiments with cannabinoid receptor selective agonists and antagonists suggested both CB1 and CB2 receptors were involved in the TLR effect. Receptor involvement and Gi coupling was supported by our findings that cannabinoids inhibit intracellular cAMP levels in forskolin stimulated B cells, and increasing intracellular cAMP with forskolin suppressed IgE antibody class switching in activated B cell cultures. These results suggest cannabinoids negatively regulate cAMP in B cells resulting in increased IgE. In conclusion, cannabinoids can directly affect the function of B cells by inducing antibody class switching to IgE and TLR4 expression through mechanisms involving CB1 and CB2 receptors suggesting the endocannabinoid system may be an important regulator of humoral immunity and the allergic response.