L’étude des mécanismes moléculaires qui contrôlent la différenciation et la fonction des cellules de Leydig est déterminante pour mieux comprendre le développement sexuel et la fertilité chez le mâle. Présentement, les régulateurs transcriptionnels impliqués dans ces mécanismes sont très peu connus. Un rôle pour le récepteur nucléaire COUP-TFII dans la fonction et différenciation des cellules de Leydig a été suggéré suite à son invalidation conditionnelle chez la souris mâle. Cependant, aucun gène cible pour COUP-TFII n’avait été identifié dans ces cellules. À cet égard, durant mes travaux de doctorat je me suis intéressé à élucider les rôles et les mécanismes d’action de COUP-TFII dans les cellules de Leydig. Lors de la réalisation de mon projet de recherche, j’ai démontré que les gènes Insl3 et Star sont des cibles de COUP-TFII dans ces cellules. En effet, COUP-TFII régule positivement et directement l’activation des promoteurs Insl3 et Star en se liant aux éléments de réponse DR0-like et DR1-like localisés à respectivement -97 pb et -106 pb de ces promoteurs, . La mutation de ces éléments diminue l’activation de ces deux promoteurs par COUP-TFII. Également, une réduction des niveaux de COUP-TFII par siARN dans les cellules de Leydig diminue l’expression du gène Insl3 et l’expression basale du gène Star. Cependant, l’absence de COUP-TFII n’affecte pas l’activation hormone-dépendante de ce dernier gène. J’ai aussi démontré que COUP-TFII coopère avec GATA-4, SP1 et SF-1 dans l’activation du promoteur Star, mais seulement ce dernier collabore avec COUP-TFII dans l’activation du promoteur Insl3. Pareillement, une coopération entre COUP-TFII et CAMKI a été observée dans l’activation du promoteur Star, mais elle n’a pas été observée dans l’activation du promoteur Insl3. Enfin, j’ai identifié, par une analyse transcriptomique, plusieurs gènes dont l’expression est diminuée en l’absence de COUP-TFII. Par PCR en temps réel, j’ai confirmé la diminution de l’expression de trois gènes importants pour la fonction reproductive : Hsd3b1, Amhr2 et Inha. Ainsi, ces résultats permettent de mieux comprendre la fonction de COUP-TFII dans les cellules de Leydig et représentent une avancée importante dans la compréhension des mécanismes moléculaires régulant la différenciation sexuelle et la fertilité masculine. / The study of the molecular mechanisms that control Leydig cell differentiation and function is crucial to better understand male sexual development and fertility. Currently, few transcriptional regulators involved in these mechanisms are known. A role for the nuclear receptor COUP-TFII in Leydig cell differentiation and function has been suggested after its conditional knockout in male mice. However, no target gene for COUP-TFII had been identified in these cells. In this regard, during my PhD research project I was interested in elucidating the roles and mechanisms of action of COUP-TFII in Leydig cells. Here in my thesis, I report that Insl3 and Star genes are targets of COUP-TFII in these cells. Indeed, COUP-TFII directly activates the Insl3 and Star promoters by binding to the response elements DR0-like and DR1-like located at -97 bp and -106 bp of each promoter, respectively. Mutation of these elements decreases the activation of these two promoters by COUP-TFII. Also, a reduction of COUP-TFII expression in Leydig cells by siRNA decreases Insl3 gene expression and basal Star gene expression but does not affect the hormone-dependent activation of the latter. I also found that COUP-TFII cooperates with GATA-4, SP1 and SF-1 for Star promoter activation but only the latter cooperates with COUP-TFII on the Insl3 promoter. Cooperation between COUP-TFII and CAMKI was also observed on the Star promoter but it was not observed on the Insl3 promoter. Finally, I have identified, by transcriptomic analysis, several genes that are down-regulated in COUP-TFII knockdown Leydig cells. By real time PCR, I confirmed the decreased expression of three important genes for reproductive function: Hsd3b1, Inha and Amhr2. Thus, these results provide new insights into the function of COUP-TFII in Leydig cells and represent a significant advance in our understanding of the molecular mechanisms that regulate male sexual differentiation and fertility.

Foi definido que elementos regulatórios da expressão atrial-específica do promotor da SMyHC3 estão contidos em um elemento complexo de resposta a receptores nucleares (ECRRN). Ensaios de transativação celular indicam que alguns receptores nucleares se ligam nesta região. A partir destes ensaios verificamos a ativação do promotor por um receptor nuclear, o COUP-TFII. Ele regula muitos processos biológicos, como angiogênese e o próprio desenvolvimento atrial. Através da deleção do ECRRN observamos que o promotor não era ativado por COUP-TFII, indicando a sua ligação nessa região. Verificamos ainda que somente o domínio de ligação ao ligante do COUP-TFII é capaz de ativar o promotor, sugerindo a necessidade de uma interação com outros RNs para ativar o promotor. Uma análise proteômica indica que a maioria dos interactores de COUP-TFII está relacionada com complexos reguladores da transcrição e com a via de sinalização do receptor de andrógenos (AR). Ensaios de transativação celular mostram que juntos, COUP-TFII e AR, são capazes de aumentar a ativação do promotor. / It was determined that regulatory elements of the atrial-specific expression of the promoter SMyHC3 are contained in a complex nuclear receptor response element (CNRRE). Cellular transactivation assays indicated certain nuclear receptors (NR) can bind in this region. From these trials, was observed the promoter activation by a nuclear receptor, COUP-TFII. It regulates many biological processes such as angiogenesis and atrial development. Deletion of CNRRE resulted in no activation of the promoter by COUP-TFII, indicating their connection in this region. We also verified that only the ligand binding domain of COUP-TFII is able to activate the promoter, suggesting interaction with other NRs to activate it. A proteomic analysis revealed that most of COUP-TFII partners relates to complexes of transcription regulators and the androgen receptor (AR) signaling pathway. Cell transactivation assays showed that together, COUP - TFII and AR, are able to increase promoter activation.

Foi definido que elementos regulatórios da expressão atrial-específica do promotor da SMyHC3 estão contidos em um elemento complexo de resposta a receptores nucleares (ECRRN). Ensaios de transativação celular indicam que alguns receptores nucleares se ligam nesta região. A partir destes ensaios verificamos a ativação do promotor por um receptor nuclear, o COUP-TFII. Ele regula muitos processos biológicos, como angiogênese e o próprio desenvolvimento atrial. Através da deleção do ECRRN observamos que o promotor não era ativado por COUP-TFII, indicando a sua ligação nessa região. Verificamos ainda que somente o domínio de ligação ao ligante do COUP-TFII é capaz de ativar o promotor, sugerindo a necessidade de uma interação com outros RNs para ativar o promotor. Uma análise proteômica indica que a maioria dos interactores de COUP-TFII está relacionada com complexos reguladores da transcrição e com a via de sinalização do receptor de andrógenos (AR). Ensaios de transativação celular mostram que juntos, COUP-TFII e AR, são capazes de aumentar a ativação do promotor. / It was determined that regulatory elements of the atrial-specific expression of the promoter SMyHC3 are contained in a complex nuclear receptor response element (CNRRE). Cellular transactivation assays indicated certain nuclear receptors (NR) can bind in this region. From these trials, was observed the promoter activation by a nuclear receptor, COUP-TFII. It regulates many biological processes such as angiogenesis and atrial development. Deletion of CNRRE resulted in no activation of the promoter by COUP-TFII, indicating their connection in this region. We also verified that only the ligand binding domain of COUP-TFII is able to activate the promoter, suggesting interaction with other NRs to activate it. A proteomic analysis revealed that most of COUP-TFII partners relates to complexes of transcription regulators and the androgen receptor (AR) signaling pathway. Cell transactivation assays showed that together, COUP - TFII and AR, are able to increase promoter activation.

On estime qu'environ 5 millions d'hommes américains souffrent de taux de testostérone réduits ou d'hypogonadisme. Chez les hommes, les cellules de Leydig sont les principales productrices de testostérone et d'insuline-like 3, deux hormones essentielles à la différenciation sexuelle masculine, aux fonctions reproductives et à la santé globale de l’homme. Les facteurs de transcription sont des protéines qui régulent la transcription des gènes en se liant à des séquences d'ADN spécifiques. Le facteur de transcription “chicken ovalbumin upstream promoter type 2” (COUP-TFII) est un facteur de transcription qui appartient à la superfamille des récepteurs nucléaires. Dans le testicule, COUP-TFII est exprimé dans les cellules se différenciant en cellules de Leydig adulte (ALCs) pleinement fonctionnelles et joue un rôle majeur dans leur différenciation et leur fonction. La synthèse des stéroïdes est réduite dans des cellules de Leydig appauvries en COUP-TFII, ce qui suggère que ce facteur joue un rôle important dans la stéroïdogenèse. Cependant, le mécanisme d'action de COUP-TFII dans les cellules de Leydig demeuraient largement méconnus. Dans cette thèse, une analyse des données de puces à ADN de cellules MA-10 Leydig appauvries en COUP-TFII a été effectuée afin d’identifier le rôle global de ce facteur dans les cellules de Leydig. Cette étude a permis d’identifier 262 gènes différentiellement exprimés, notamment Hsd3b1, Cyp11a1, Prlr, Pdgfra, Shp, Ear1, Amhr2, Fdx1, Inha et Gsta3. De plus, l’étude du promoteur proximal d’Amhr2 par des études de gène rapporteur a permis de démontrer que COUP-TFII est recruté au promoteur proximal d’Amhr2 et coopère avec SP1 et GATA4 afin de réguler son expression. Les résultats présentés dans cette thèse fournissent une meilleure compréhension du mécanisme d'action de COUP-TFII dans les cellules de Leydig, et des preuves supplémentaires renforçant l'importance du récepteur nucléaire COUP-TFII dans la stéroïdogenèse, l'homéostasie androgénique, la défense cellulaire et la différenciation des cellules de Leydig. / It is estimated that about 5 million American men have low testosterone levels, hypogonadism, and infertility problems. Leydig cells are the primary producers of testosterone and insulin-like 3 hormones in males, both essential for male sex differentiation, reproductive roles, and overall health. Transcription factors are proteins that bind to various DNA sequences to control DNA transcription. Chicken ovalbumin upstream promotertranscription factors II (COUP-TFII) belongs to the steroid/thyroid hormone nuclear receptor superfamily of transcription factors. COUP-TFII is expressed in the cells that give rise to fully functional steroidogenic Adult Leydig cells in the testis and plays an important role in their function and differentiation. Steroid synthesis is reduced in COUP-TFII-depleted Leydig cells, suggesting that this protein plays a vital role in steroidogenesis. However, the mechanisms of action of COUP-TFII in Leydig cells were largely unknown. The analysis of microarray data from COUP-TFII-depleted MA-10 Leydig cells identified 262 differentially expressed genes, including Hsd3b1, Cyp11a1, Prlr, Pdgfra, Shp, Ear1, Amhr2, Fdx1, Inha, and Gsta3. Anti-Müllerian hormone (AMH), which is expressed in Sertoli cells, is essential for the regression of the Müllerian ducts during male embryonic development. In Leydig cells, AMH signals through the anti-Müllerian hormone type II receptor (AMHR2). In male mammals, mutations affecting AMH or AMHR2 expression cause Persistent Müllerian Duct Syndrome (PMDS), characterized by infertility, inguinal hernias, cryptorchidism, and reduced serum testosterone levels. COUP-TFII was found to cooperate with specificity protein 1 (SP1) and GATA-binding factor 4 (GATA4) in the regulation of the Amhr2 promoter using reporter promoter assays. COUP-TFII and GATA4 were found to be recruited to the same region of the Amhr2 gene via chromatin immunoprecipitation assay (ChIP), further strengthening their cooperative roles in the regulation of this gene. Furthermore, COUP-TFII and GATA4 were found to associate in the Leydig cells molecularly. The results presented in this thesis provide a better understanding of the mechanism of COUP-TFII action in Leydig cells, and additional evidence strengthening the importance of COUP-TFII in steroidogenesis, androgen homeostasis, cellular defense, and differentiation.

Arteriosklerose führt zu schwerwiegenden klinischen Komplikationen bei Herz-Kreislauf-erkrankungen, welche die führenden Todesursachen in den westlichen Industrieländern sind. Die Arteriosklerose ist typischerweise eine Erkrankung arterieller Gefäße und betrifft nicht die venöse Gefäßwand. Bei der Entstehung von Arteriosklerose spielen die Endothelzellen als Barrierezellen und Regulatoren der Gefäßfunktion eine Schlüsselrolle. Ein wichtiger Schwerpunkt der Forschung ist die Differenzierung der Endothelzellen. Arterielle und venöse Endothelzellen weisen schon im frühen Embryonalstadium unterschiedliche Phänotypen auf. Ein besseres Verständnis der arterio-venösen Differenzierung wäre von großer Bedeutung für antiarteriosklerotische Therapien. Darüber hinaus könnte eine Reprogrammierung (z.B. von Vene in Arterie) entscheidend für neue Therapieansätze bei der Senkung der Restenoserate venöser Bypässe von Patienten mit koronarer Herzkrankheit und bei AV-Shunt-Operationen von dialysepflichtigen Patienten sein. In dieser Arbeit wurden differenzierte humane primäre arterielle und venöse Endothelzellen nach Genmodulation untersucht. Der Fokus der Genmodulation wurde auf das arterielle Markergen Hey2 und auf das venöse Markergen COUP-TFII gelegt. Das arterielle Markergen Hey2 ist ein Zielgen der Notch-Signalkaskade, während der molekulare Mechanismus der Rolle von COUP-TFII bei der venösen Differenzierung noch nicht bekannt ist. Daher wurde der Einfluss des arteriellen Markergens Hey2 und des venösen Markergens COUP-TFII auf die Notch-Signalkaskade untersucht, um ein besseres Verständnis über die molekularen Mechanismen der arterio-venösen Differenzierung zu gewinnen. Da humane primäre Endothelzellen mit kommerziell verfügbaren Transfektionsmitteln schwer transfizierbar sind, wurde zunächst ein lentivirales Vektorsystem etabliert. Hiermit wurde eine erfolgreiche und stabile Genexpression bzw. Genrepression in arteriellen und venösen Endothelzellen ermöglicht. Die Genmodulationen in arteriellen Endothelzellen, die durch die Expression des venösen Markergen COUP-TFII bzw. durch die Repression des arterellen Markergen Hey2 verursacht wurden, führten zu der neuen Erkenntnis, dass das venöse Markergen COUP-TFII in arteriellen Endothelzellen als ein Repressor des arteriellen Markergens Hey2 fungiert. Diese Repression wird durch eine direkte Bindung von COUP-TFII an den Hey2-Promotor vermittelt. Die COUP-TFII Expression bewirkte keine Veränderung in der Expression von Notch4, Dll4 und Nrp1. Dies könnte bedeuten, dass (i) COUP-TFII in arteriellen Endothelzellen kein Regulator von diesen Genen ist, (ii) Kooperationspartner von COUP-TFII fehlen, die in arteriellen Endothelzellen nicht vorhanden sind, oder (iii) der molekulare Mechanismus dieser Gene aufgrund seiner wichtigen Rolle nicht durch die Modifikation eines einzigen Gens beeinflussbar ist, da die Gene der Notch-Signalkaskade redundant kontrolliert werden. In venösen Endothelzellen wurden Genmodulationen durch Expression des arteriellen Markergens Hey2 bzw. durch die Repression des venösen Markergens COUP-TFII durchgeführt. Eine Expression des arteriellen Markergens Hey2 in venösen Endothelzellen konnte nicht die Expression der Gene der Notch-Signalkaskade aktivieren. Dies bedeutet, dass die Regulation dieser Gene durch einen übergeordneten molekularen Mechanismus gesichert ist. Interessanterweise konnte die Expression von Hey2 eine Reduktion der Hey1 Expression bewirken. Dies ist ein alternativer Effekt von Hey2 im Vergleich zu arteriellen Endothelzellen. Eine Repression des venösen Markergens COUP-TFII konnte die Expression der Gene Dll4, EphrinB2 und EphB4 induzieren. Vermutlich ist die Induktion der EphB4 Expression ein Kompensationsmechanismus auf die reduzierte COUP-TFII Expression. COUP-TFII sichert den venösen Phänotyp wahrscheinlich durch die Repression von EphrinB2 und Dll4, wobei die Reduktion von Dll4 vermutlich eine größere Bedeutung hat. Da Dll4 ein Ligand und Aktivator der Notch-Signalkaskade ist, ist seine Repression entscheidend für venöse Endothelzellen. Das arterielle Markergen Hey2 ist für die normale Embryogenese von großer Bedeutung, jedoch ist Hey2 als eines der Zielgene der Notch-Signalkaskade wahrscheinlich nicht in der Lage, molekulare Mechanismen, die zu unterschiedlichen endothelialen Phänotypen führen, zu aktivieren. Um arterielle Endothelzellen zu einem Reprogramming zu bewegen, wären wahrscheinlich Genmodulationen der Mitglieder der Notch-Signalkaskade, die upstream von Hey2 liegen, nötig. Hingegen ist die Rolle des venösen Markergens COUP-TFII in der Regulation der arterio-venösen Differenzierung von entscheidender Bedeutung. COUP-TFII spielt eine direkte Rolle in der Aufrechterhaltung der venösen Identität. Die Repression von COUP-TFII in venösen Endothelzellen bewirkt, dass sich die Expression des Gens Dll4, das die Notch-Signalkaskade aktiviert, in Richtung des arteriellen Expressionsniveaus bewegt. Für eine Reprogrammierung der venösen Endothelzellen in einen arteriellen Phänotyp ist das venöse Markergen COUP-TFII eines der Zielgene.

Arteriosklerose führt zu schwerwiegenden klinischen Komplikationen bei Herz-Kreislauf-erkrankungen, welche die führenden Todesursachen in den westlichen Industrieländern sind. Die Arteriosklerose ist typischerweise eine Erkrankung arterieller Gefäße und betrifft nicht die venöse Gefäßwand. Bei der Entstehung von Arteriosklerose spielen die Endothelzellen als Barrierezellen und Regulatoren der Gefäßfunktion eine Schlüsselrolle. Ein wichtiger Schwerpunkt der Forschung ist die Differenzierung der Endothelzellen. Arterielle und venöse Endothelzellen weisen schon im frühen Embryonalstadium unterschiedliche Phänotypen auf. Ein besseres Verständnis der arterio-venösen Differenzierung wäre von großer Bedeutung für antiarteriosklerotische Therapien. Darüber hinaus könnte eine Reprogrammierung (z.B. von Vene in Arterie) entscheidend für neue Therapieansätze bei der Senkung der Restenoserate venöser Bypässe von Patienten mit koronarer Herzkrankheit und bei AV-Shunt-Operationen von dialysepflichtigen Patienten sein. In dieser Arbeit wurden differenzierte humane primäre arterielle und venöse Endothelzellen nach Genmodulation untersucht. Der Fokus der Genmodulation wurde auf das arterielle Markergen Hey2 und auf das venöse Markergen COUP-TFII gelegt. Das arterielle Markergen Hey2 ist ein Zielgen der Notch-Signalkaskade, während der molekulare Mechanismus der Rolle von COUP-TFII bei der venösen Differenzierung noch nicht bekannt ist. Daher wurde der Einfluss des arteriellen Markergens Hey2 und des venösen Markergens COUP-TFII auf die Notch-Signalkaskade untersucht, um ein besseres Verständnis über die molekularen Mechanismen der arterio-venösen Differenzierung zu gewinnen. Da humane primäre Endothelzellen mit kommerziell verfügbaren Transfektionsmitteln schwer transfizierbar sind, wurde zunächst ein lentivirales Vektorsystem etabliert. Hiermit wurde eine erfolgreiche und stabile Genexpression bzw. Genrepression in arteriellen und venösen Endothelzellen ermöglicht. Die Genmodulationen in arteriellen Endothelzellen, die durch die Expression des venösen Markergen COUP-TFII bzw. durch die Repression des arterellen Markergen Hey2 verursacht wurden, führten zu der neuen Erkenntnis, dass das venöse Markergen COUP-TFII in arteriellen Endothelzellen als ein Repressor des arteriellen Markergens Hey2 fungiert. Diese Repression wird durch eine direkte Bindung von COUP-TFII an den Hey2-Promotor vermittelt. Die COUP-TFII Expression bewirkte keine Veränderung in der Expression von Notch4, Dll4 und Nrp1. Dies könnte bedeuten, dass (i) COUP-TFII in arteriellen Endothelzellen kein Regulator von diesen Genen ist, (ii) Kooperationspartner von COUP-TFII fehlen, die in arteriellen Endothelzellen nicht vorhanden sind, oder (iii) der molekulare Mechanismus dieser Gene aufgrund seiner wichtigen Rolle nicht durch die Modifikation eines einzigen Gens beeinflussbar ist, da die Gene der Notch-Signalkaskade redundant kontrolliert werden. In venösen Endothelzellen wurden Genmodulationen durch Expression des arteriellen Markergens Hey2 bzw. durch die Repression des venösen Markergens COUP-TFII durchgeführt. Eine Expression des arteriellen Markergens Hey2 in venösen Endothelzellen konnte nicht die Expression der Gene der Notch-Signalkaskade aktivieren. Dies bedeutet, dass die Regulation dieser Gene durch einen übergeordneten molekularen Mechanismus gesichert ist. Interessanterweise konnte die Expression von Hey2 eine Reduktion der Hey1 Expression bewirken. Dies ist ein alternativer Effekt von Hey2 im Vergleich zu arteriellen Endothelzellen. Eine Repression des venösen Markergens COUP-TFII konnte die Expression der Gene Dll4, EphrinB2 und EphB4 induzieren. Vermutlich ist die Induktion der EphB4 Expression ein Kompensationsmechanismus auf die reduzierte COUP-TFII Expression. COUP-TFII sichert den venösen Phänotyp wahrscheinlich durch die Repression von EphrinB2 und Dll4, wobei die Reduktion von Dll4 vermutlich eine größere Bedeutung hat. Da Dll4 ein Ligand und Aktivator der Notch-Signalkaskade ist, ist seine Repression entscheidend für venöse Endothelzellen. Das arterielle Markergen Hey2 ist für die normale Embryogenese von großer Bedeutung, jedoch ist Hey2 als eines der Zielgene der Notch-Signalkaskade wahrscheinlich nicht in der Lage, molekulare Mechanismen, die zu unterschiedlichen endothelialen Phänotypen führen, zu aktivieren. Um arterielle Endothelzellen zu einem Reprogramming zu bewegen, wären wahrscheinlich Genmodulationen der Mitglieder der Notch-Signalkaskade, die upstream von Hey2 liegen, nötig. Hingegen ist die Rolle des venösen Markergens COUP-TFII in der Regulation der arterio-venösen Differenzierung von entscheidender Bedeutung. COUP-TFII spielt eine direkte Rolle in der Aufrechterhaltung der venösen Identität. Die Repression von COUP-TFII in venösen Endothelzellen bewirkt, dass sich die Expression des Gens Dll4, das die Notch-Signalkaskade aktiviert, in Richtung des arteriellen Expressionsniveaus bewegt. Für eine Reprogrammierung der venösen Endothelzellen in einen arteriellen Phänotyp ist das venöse Markergen COUP-TFII eines der Zielgene.

L'adaptation m etabolique aux changements nutritionnels qui surviennent a la naissance est cruciale pour la survie des mammif eres nouveau-n es. C'est particuli erement important chez la souris nouveau-n e en raison d'un apport lact e en glucides tr es r eduit. De nombreuses voies de signalisation et facteurs de transcription permettent l'adaptation postnatale du m etabolisme a ce r egime, Le travail pr esent e dans cette th ese montre que le r ecepteur nucl eaire COUP-TFII (Chicken Ovalbumin Upstream Promoter, Transcription Factor II) joue un r^ole capital dans cette adaptation nutritionnelle. Ainsi, son expression h epatique augmente d es la naissance. Deux facteurs sont impliqu es dans cette augmentation : le glucagon et le r ecepteur nucl eaire PPAR qui contr^ole directement l'expression de COUP-TFII en se liant a son promoteur via un el ement consensus de type DR-1. Pour etudier la fonction de COUP-TFII, deux techniques d'invalidation ad enovirale (invalidation g enique par ARN interf erence et invalidation fonctionnelle utilisant une prot eine dominante n egative), ont et e utilis ees chez le souriceau de 4 jours. L'invalidation h epatique de COUP-TFII provoque une hypoglyc emie et une hypoc eton emie. A ce stade de d eveloppement, la production h epatique de glucose est asur ee par la n eoglucogen ese qui est energ etiquement d ependante de l'oxydation des acides gras qui fournit des coenzymes r eduits (NADH, H+) et de l'ac etyl-CoA n ecessaires au fonctionnement de certaines enzymes de la n eoglucogen ese. En utilisant la technique du crossover plot, nous avons montr e que deux etapes enzymatiques de la n eoglucog en ese sont inhib ees dans le foie des souris invalid ees pour COUP-TFII : la pyruvate carboxylase (d ependante de l'ac etyl-CoA) et la glyc erad ehyde-3-phosphate deshydrog enase (d ependante du NADH, H+). Ces e ets m etaboliques s'accompagnent de diminutions de l'expression de g enes cl es de la n eoglucog en ese (PEPCK, glucose-6-phosphatase) et de la -oxydation mitochondriale des acides gras (CPT-1, mHMG-CoA synthase, FABP-1). Le ph enotype hypoglyc emique et hypoc eton emique est normalis e par une activation pharmacologique de PPAR (un r egulateur majeur des g enes de l'oxydation des acides gras) sugg erant que l'inhibition de la n eoglucogen ese est la principalement la cons equence d'une diminution de l'oxydation des acides gras. Ces travaux font de COUP-TFIII un coordinateur majeur du m etabolisme h epatique postnatal chez la souris.

Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems sind die häufigste Todesursache in Deutschland. Eine gestörte Funktion des Gefäßendothels spielt bei der Entstehung von Herz-Kreislauferkrankungen eine Schlüsselrolle. Das Risiko einer kardiovaskulären Erkrankung ist bei Diabetikern stark erhöht. Der Transkriptionsfaktor COUP-TFII spielt eine essentielle Rolle im Glukosemetabolismus. Gleichzeitig ist er für die Differenzierung von Endothelzellen von großer Bedeutung. Für die Differenzierung und Aufrechterhaltung des arteriellen und venösen Phänotyps von Endothelzellen sind dabei maßgeblich der NOTCH-Signalweg und insbesondere die Transkriptionsfaktoren HEY2 (arteriell) und COUP-TFII (venös) verantwortlich. Gesteigerte Glukosespiegel könnten somit Auswirkungen auf die Differenzierung von Endothelzellen haben und damit einen neuen Mechanismus für das erhöhte Risiko von Gefäßerkrankungen bei Diabetikern darstellen. Im Rahmen der Arbeit konnte die exklusive Expression von COUP-TFII im Zellkern von humanen venösen Endothelzellen nachgewiesen werden. Humane arterielle Endothelzellen zeigten keine Expression von COUP-TFII. Außerdem konnte im Rahmen der Arbeit erstmals die spezifische Expression von COUP-TFII in humanen Endothelzellen der Koronararterie nachgewiesen werden. Die Untersuchung der COUP-TFII Promotoraktivität konnte das Expressionsmuster von COUP-TFII bestätigen. Der Promotor zeigte sowohl in den venösen Endothelzellen der humanen Nabelschnur als auch in den humanen Endothelzellen der Koronararterie Aktivität. Die kurzzeitige Stimulation von venösen Endothelzellen mit Glukose führte zu einem starken Anstieg der COUP-TFII Expression. Eine Translokation von COUP-TFII aus dem Zellkern in das Zytoplasma konnte nicht nachgewiesen werden. Die Langzeitstimulation führte interessanterweise zu einer Verminderung der COUP-TFII Expression und zu einer Erhöhung der Expression von E-Selektin. In beiden Fällen zeigte sich keine Beeinträchtigung der Expression durch Insulin. Die durchgeführten Untersuchungen schließen eine Beteiligung des AKT-Signalweges an der Regulation aus. Es zeigte sich jedoch, dass humane venöse Endothelzellen als Insulin-sensitives Gewebe mit funktionsfähigem AKT-Signalweg einzustufen sind. Stimulationsversuche mit L-Glukose zeigten keine Regulation der COUP-TFII Expression. Eine osmotische Wirksamkeit der hohen Glukosekonzentration auf die Expression von COUP-TFII konnte somit ausgeschlossen werden. Die Deletionsanalyse des COUP-TFII Promotors konnte einen Glukose-sensitiven Bereich innerhalb des COUP-TFII Promotors identifizieren. Weiterhin konnte die Repression der Aktivität des COUP-TFII Promotors durch Hypoxie nachgewiesen werden. Eine der wichtigen Aufgaben von Endothelzellen ist die von der endothelialen NO-Synthase (eNOS) katalysierte Bildung von Stickstoffmonoxid (NO). NO hemmt die Expression des Adhäsionsmoleküls E-Selektin. Eine verringerte NO-Produktion hat die Ausbildung einer endothelialen Dysfunktion zur Folge. In dieser Arbeit konnte erstmals eine Erhöhung der eNOS Expression nach Verminderung der Expression von COUP-TFII in humanen venösen Endothelzellen gezeigt werden. Diese könnte die Ursache für die Verminderung der E-Selektin Expression nach Herabregulation von COUP-TFII sein. Durch die Anwendung einer Plattenkegel-Viskometer-Apparatur konnte gezeigt werden, dass die NO-Abgabe entscheidend von den Strömungsbedingungen und Scherkräften abhängig ist. Die Stimulation arterieller Endothelzellen mit laminarer oder oszillatorischer Schubspannung führte zu einer Erhöhung der NO-Abgabe. Turbulente Schubspannung zeigte dagegen keinen Einfluss auf die NO-Abgabe. Durch Überexpression von COUP-TFII in Kombination mit laminarer Schubspannung wurde die NO-Abgabe weiter gesteigert. Die gezeigte direkte Regulation der HEY2 und COUP-TFII Promotoraktivität durch geänderte Strömungsbedingungen spielt in diesem Prozess möglicherweise eine bedeutende Rolle. Die beschriebene Regulation von COUP-TFII durch Glukose in Endothelzellen könnte eine neue Erklärung für die gesteigerte Rate an Gefäßerkrankungen von Typ2-Diabetikern darstellen. Bei der Regulation der endothelialen NO-Synthase und E-Selektin durch COUP-TFII handelt es sich möglicherweise um einen neuen, anti-adhäsiven Feedback-Mechanismus, der zur Verringerung der Leukozyten-Adhäsion an Endothelzellen und damit zur Gefäßprotektion beitragen könnte. Die differentielle Expression der arteriellen Markergene HEY2 und CD44 konnte in humanen venösen und arteriellen Endothelzellen gezeigt werden. Die Untersuchung der Expression von FOXC1 legt nahe, dass es sich bei diesem Transkriptionsfaktor ebenfalls um ein in Endothelzellen arteriovenös differentiell exprimiertes Gen handelt. Die differentielle Exprimierung von HEY2 in Endothelzellen konnte auf transkriptioneller Ebene zusätzlich durch ein HEY2 Promotor Funktionsassay gezeigt werden. Die Überexpression der NOTCH1 intrazellulären Domäne führte zur Induktion der endogenen Expression der NOTCH-Zielgene HEY1 und HEY2 in HEK 293T Zellen. In dem Zelltyp durchgeführte Reportergenassays zeigten ebenfalls eine deutliche Aktivierung des HEY2 Promotors durch die Überexpression der NOTCH1 intrazellulären Domäne. Durch eine Deletionsanalyse konnte der Bereich, der für die Aktivierung verantwortlichen DNA-Sequenz-Motive stark eingegrenzt werden. Weiterhin konnte die Induktion des HEY2 Promotors durch VEGF und seine Repression durch einen γ-Sekretase Inhibitor nachgewiesen werden. Die Überexpression der NOTCH1 intrazellulären Domäne führte zur Verringerung der mRNA- und Protein-Expression von COUP-TFII in HEK 293T Zellen. Dieses Ergebnis konnte zusätzlich durch ein COUP-TFII Promotor Aktivitätsassay nach Überexpression des NOTCH-Zielgens HEY2 gezeigt werden. Die Deletionsanalyse des COUP-TFII Promotors lässt eine direkte Inhibition von COUP-TFII durch HEY2 vermuten. Die Überexpression von COUP-TFII führte zu einer starken Induktion der COUP-TFII mRNA- und Protein-Expression, jedoch weder in HEK 293T Zellen noch in Endothelzellen zu einer Änderung der HEY2 Promotoraktivität. Die Überexpression von FOXC1 und FOXC2 bewirkte eine Inhibition der HEY2 Promotoraktivität in HEK 293T Zellen. Die in der Arbeit gezeigte hohe Expression von FOXC1 in venösen Endothelzellen könnte somit in Kombination mit COUP-TFII für die komplette Repression der Aktivität des HEY2 Promotors in venösen Endothelzellen verantwortlich sein. Die durchgeführte Deletionsanalyse des HEY2 Promotors legt eine direkte Bindung von FOXC1 und FOXC2 an den HEY2 Promotor nahe. Die erzielten Ergebnisse dieser Arbeit sprechen im Kontext mit der Literatur für eine zelltypspezifische Regulierung/Aktivierung des NOTCH-Signalweges und lassen folgendes Modell zur Differenzierung des venösen oder arteriellen endothelialen Phänotyps vermuten: Die Determinierung des Phänotyps wird entschieden durch das Gleichgewicht der Expression der Interaktionspartner des NOTCH-Signalweges. Der VEGF Co-Rezeptor NRP1 und der VEGFR2 sind die entscheidenden Aktivatoren des NOTCH-Signalweges. Die Balance der Bindung des Repressors COUP-TFII an den NRP1 und VEGFR2 Promotor sowie des Aktivatorkomplexes NICD/RBP-JК an den NRP1 Promotor sind damit entscheidend für die Aktivität des NOTCH-Signalweges. NRP1 bindet VEGF und steigert gleichzeitig dessen Bindung an den VEGFR2. Dies führt zur Induktion von DLL4. Die Bindung von DLL4 an die NOTCH1/4 Rezeptoren führt zur Abspaltung der NOTCH intrazellulären Domäne (NICD) des Rezeptors. Die NICD wandert in den Zellkern und aktiviert dort zusammen im Komplex mit dem Transkriptionsfaktor RBP-JК die Gene HEY1, HEY2 und NRP1. Die Transkriptionsfaktoren HEY1 und HEY2 reprimieren über einen Feedback-Mechanismus direkt die Aktivität des COUP-TFII Promotors.

Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems sind die häufigste Todesursache in Deutschland. Eine gestörte Funktion des Gefäßendothels spielt bei der Entstehung von Herz-Kreislauferkrankungen eine Schlüsselrolle. Das Risiko einer kardiovaskulären Erkrankung ist bei Diabetikern stark erhöht. Der Transkriptionsfaktor COUP-TFII spielt eine essentielle Rolle im Glukosemetabolismus. Gleichzeitig ist er für die Differenzierung von Endothelzellen von großer Bedeutung. Für die Differenzierung und Aufrechterhaltung des arteriellen und venösen Phänotyps von Endothelzellen sind dabei maßgeblich der NOTCH-Signalweg und insbesondere die Transkriptionsfaktoren HEY2 (arteriell) und COUP-TFII (venös) verantwortlich. Gesteigerte Glukosespiegel könnten somit Auswirkungen auf die Differenzierung von Endothelzellen haben und damit einen neuen Mechanismus für das erhöhte Risiko von Gefäßerkrankungen bei Diabetikern darstellen. Im Rahmen der Arbeit konnte die exklusive Expression von COUP-TFII im Zellkern von humanen venösen Endothelzellen nachgewiesen werden. Humane arterielle Endothelzellen zeigten keine Expression von COUP-TFII. Außerdem konnte im Rahmen der Arbeit erstmals die spezifische Expression von COUP-TFII in humanen Endothelzellen der Koronararterie nachgewiesen werden. Die Untersuchung der COUP-TFII Promotoraktivität konnte das Expressionsmuster von COUP-TFII bestätigen. Der Promotor zeigte sowohl in den venösen Endothelzellen der humanen Nabelschnur als auch in den humanen Endothelzellen der Koronararterie Aktivität. Die kurzzeitige Stimulation von venösen Endothelzellen mit Glukose führte zu einem starken Anstieg der COUP-TFII Expression. Eine Translokation von COUP-TFII aus dem Zellkern in das Zytoplasma konnte nicht nachgewiesen werden. Die Langzeitstimulation führte interessanterweise zu einer Verminderung der COUP-TFII Expression und zu einer Erhöhung der Expression von E-Selektin. In beiden Fällen zeigte sich keine Beeinträchtigung der Expression durch Insulin. Die durchgeführten Untersuchungen schließen eine Beteiligung des AKT-Signalweges an der Regulation aus. Es zeigte sich jedoch, dass humane venöse Endothelzellen als Insulin-sensitives Gewebe mit funktionsfähigem AKT-Signalweg einzustufen sind. Stimulationsversuche mit L-Glukose zeigten keine Regulation der COUP-TFII Expression. Eine osmotische Wirksamkeit der hohen Glukosekonzentration auf die Expression von COUP-TFII konnte somit ausgeschlossen werden. Die Deletionsanalyse des COUP-TFII Promotors konnte einen Glukose-sensitiven Bereich innerhalb des COUP-TFII Promotors identifizieren. Weiterhin konnte die Repression der Aktivität des COUP-TFII Promotors durch Hypoxie nachgewiesen werden. Eine der wichtigen Aufgaben von Endothelzellen ist die von der endothelialen NO-Synthase (eNOS) katalysierte Bildung von Stickstoffmonoxid (NO). NO hemmt die Expression des Adhäsionsmoleküls E-Selektin. Eine verringerte NO-Produktion hat die Ausbildung einer endothelialen Dysfunktion zur Folge. In dieser Arbeit konnte erstmals eine Erhöhung der eNOS Expression nach Verminderung der Expression von COUP-TFII in humanen venösen Endothelzellen gezeigt werden. Diese könnte die Ursache für die Verminderung der E-Selektin Expression nach Herabregulation von COUP-TFII sein. Durch die Anwendung einer Plattenkegel-Viskometer-Apparatur konnte gezeigt werden, dass die NO-Abgabe entscheidend von den Strömungsbedingungen und Scherkräften abhängig ist. Die Stimulation arterieller Endothelzellen mit laminarer oder oszillatorischer Schubspannung führte zu einer Erhöhung der NO-Abgabe. Turbulente Schubspannung zeigte dagegen keinen Einfluss auf die NO-Abgabe. Durch Überexpression von COUP-TFII in Kombination mit laminarer Schubspannung wurde die NO-Abgabe weiter gesteigert. Die gezeigte direkte Regulation der HEY2 und COUP-TFII Promotoraktivität durch geänderte Strömungsbedingungen spielt in diesem Prozess möglicherweise eine bedeutende Rolle. Die beschriebene Regulation von COUP-TFII durch Glukose in Endothelzellen könnte eine neue Erklärung für die gesteigerte Rate an Gefäßerkrankungen von Typ2-Diabetikern darstellen. Bei der Regulation der endothelialen NO-Synthase und E-Selektin durch COUP-TFII handelt es sich möglicherweise um einen neuen, anti-adhäsiven Feedback-Mechanismus, der zur Verringerung der Leukozyten-Adhäsion an Endothelzellen und damit zur Gefäßprotektion beitragen könnte. Die differentielle Expression der arteriellen Markergene HEY2 und CD44 konnte in humanen venösen und arteriellen Endothelzellen gezeigt werden. Die Untersuchung der Expression von FOXC1 legt nahe, dass es sich bei diesem Transkriptionsfaktor ebenfalls um ein in Endothelzellen arteriovenös differentiell exprimiertes Gen handelt. Die differentielle Exprimierung von HEY2 in Endothelzellen konnte auf transkriptioneller Ebene zusätzlich durch ein HEY2 Promotor Funktionsassay gezeigt werden. Die Überexpression der NOTCH1 intrazellulären Domäne führte zur Induktion der endogenen Expression der NOTCH-Zielgene HEY1 und HEY2 in HEK 293T Zellen. In dem Zelltyp durchgeführte Reportergenassays zeigten ebenfalls eine deutliche Aktivierung des HEY2 Promotors durch die Überexpression der NOTCH1 intrazellulären Domäne. Durch eine Deletionsanalyse konnte der Bereich, der für die Aktivierung verantwortlichen DNA-Sequenz-Motive stark eingegrenzt werden. Weiterhin konnte die Induktion des HEY2 Promotors durch VEGF und seine Repression durch einen γ-Sekretase Inhibitor nachgewiesen werden. Die Überexpression der NOTCH1 intrazellulären Domäne führte zur Verringerung der mRNA- und Protein-Expression von COUP-TFII in HEK 293T Zellen. Dieses Ergebnis konnte zusätzlich durch ein COUP-TFII Promotor Aktivitätsassay nach Überexpression des NOTCH-Zielgens HEY2 gezeigt werden. Die Deletionsanalyse des COUP-TFII Promotors lässt eine direkte Inhibition von COUP-TFII durch HEY2 vermuten. Die Überexpression von COUP-TFII führte zu einer starken Induktion der COUP-TFII mRNA- und Protein-Expression, jedoch weder in HEK 293T Zellen noch in Endothelzellen zu einer Änderung der HEY2 Promotoraktivität. Die Überexpression von FOXC1 und FOXC2 bewirkte eine Inhibition der HEY2 Promotoraktivität in HEK 293T Zellen. Die in der Arbeit gezeigte hohe Expression von FOXC1 in venösen Endothelzellen könnte somit in Kombination mit COUP-TFII für die komplette Repression der Aktivität des HEY2 Promotors in venösen Endothelzellen verantwortlich sein. Die durchgeführte Deletionsanalyse des HEY2 Promotors legt eine direkte Bindung von FOXC1 und FOXC2 an den HEY2 Promotor nahe. Die erzielten Ergebnisse dieser Arbeit sprechen im Kontext mit der Literatur für eine zelltypspezifische Regulierung/Aktivierung des NOTCH-Signalweges und lassen folgendes Modell zur Differenzierung des venösen oder arteriellen endothelialen Phänotyps vermuten: Die Determinierung des Phänotyps wird entschieden durch das Gleichgewicht der Expression der Interaktionspartner des NOTCH-Signalweges. Der VEGF Co-Rezeptor NRP1 und der VEGFR2 sind die entscheidenden Aktivatoren des NOTCH-Signalweges. Die Balance der Bindung des Repressors COUP-TFII an den NRP1 und VEGFR2 Promotor sowie des Aktivatorkomplexes NICD/RBP-JК an den NRP1 Promotor sind damit entscheidend für die Aktivität des NOTCH-Signalweges. NRP1 bindet VEGF und steigert gleichzeitig dessen Bindung an den VEGFR2. Dies führt zur Induktion von DLL4. Die Bindung von DLL4 an die NOTCH1/4 Rezeptoren führt zur Abspaltung der NOTCH intrazellulären Domäne (NICD) des Rezeptors. Die NICD wandert in den Zellkern und aktiviert dort zusammen im Komplex mit dem Transkriptionsfaktor RBP-JК die Gene HEY1, HEY2 und NRP1. Die Transkriptionsfaktoren HEY1 und HEY2 reprimieren über einen Feedback-Mechanismus direkt die Aktivität des COUP-TFII Promotors.