Diabetic nephropathy (DN) remains the most common cause of end stage renal failure. Nearly 10% of patients with diabetes develop nephropathy. Hyperglycaemia in the kidneys leads to the activation of alternative metabolic pathways of glucose (glycation, activation of protein kinase C, and polyol pathway). These biochemical alterations lead to hypoxia and oxidative stress due to the increased formation of reactive oxygen species (ROS). Cellular response to hypoxia is controlled by hypoxia-induced factor 1 (HIF1), which is involved in the regulation of more than 800 genes. Target molecules of the HIF1 pathway participate in a wide range of physiological and pathological processes, e.g. angiogenesis, energy metabolism, apoptosis, migration, and proliferation. DN is associated with the pathological tissue remodelling process, epithelial-mesenchymal transition (EMT), and inflammation. HIF1 regulates key molecules of these pathological processes. EMT is regulated by TGFß1, CTGF, and SOX9. The progression of inflammation is regulated by VEGFA and AngII. The exact role of HIF1 signalling in the development of DN is not yet fully understood. This thesis evaluates the functional role of the HIF1 signalling pathway in the development of DN using a global heterozygous mutant with the deletion of the Hif1α gene....

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第18883号 / 医博第3994号 / 新制||医||1009(附属図書館) / 31834 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 岩井 一宏, 教授 野田 亮, 教授 藤田 潤 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DGAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第20614号 / 医博第4263号 / 新制||医||1023(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 高田 穣, 教授 平井 豊博, 教授 岩井 一宏 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

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京都大学 / 新制・論文博士 / 博士(農学) / 乙第13488号 / 論農博第2900号 / 新制||農||1093(附属図書館) / 学位論文||R4||N5367(農学部図書室) / (主査)教授 井上 和生, 教授 谷 史人, 教授 保川 清 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

Die ständige Verfügbarkeit von molekularem Sauerstoff (O2) ist ein elementarer Bestandteil multizellulärer Lebensformen. Zur Aufrechterhaltung der Homöostase sind diese auf die Bildung des Energiesubstrates ATP durch oxidative Phosphorylierung angewiesen. Aus diesem Grunde mußten höhere Organismen während der Evolution komplexe Systeme entwickeln, die die Aufnahme und Verteilung von O2 in jede Zelle sicherstellen, sowie eine Adaptation in Phasen der Hypoxie erlauben. Mit der Identifikation des Transkriptionsfaktors "Hypoxia-inducible Factor-1" (HIF-1, 1995) wurde ein entscheidender Regulator der hypoxischen Adaptation gefunden. Unter anderem werden Prozesse wie die Erythropoiese, die Angiogenese, die Modulation des Gefäßtonus, des Glukosetransportes und der Glykolyse wesentlich durch HIF reguliert. HIF ist ein Heterodimer bestehend aus zwei Untereinheiten; einer konstitutiven beta- und einer regulativen alpha-Untereinheit. Letztere zeigt ein inverses Expressionsmuster zur perizellulären O2-Konzentration. Unter normoxischen Bedingungen ist HIFalpha instabil und wird mit einer Halbwertzeit von nur wenigen Minuten degradiert. Erst unter Hypoxie wird HIFalpha stabilisiert und ist transkriptionell aktiv. Es konnten bisher zwei funktionell relevante O2-abhängige alpha-Untereinheiten identifiziert werden: HIF-1 und HIF-2alpha. Die Bedeutung dieser beiden Systeme, der unterliegenden Regulationsmechanismen sowie die Relevanz dieses Systems in vivo waren weitgehend ungeklärt und sind wesentlicher Teil der hier zusammengefaßten Arbeiten. In den vorgelegten Studien ist es gelungen, die Expression und Regulation der beiden unterschiedlichen HIFalpha Isoformen sowohl in der Zellkultur, als auch in gesunden Geweben zu charakterisieren. In Zellkulturen zeigte sich ein sehr ähnliches Regulationsmuster hinsichtlich der O2-abhängigen Degradation, bzw. dem Induktionsverhalten unter Hypoxie, sowie der chemisch/pharmakologischen Modulation, so dass offensichtlich beide Isoformen über den gleichen O2-Sensing- und Transduktionsapparat reguliert werden. An Geweben von gesunden Ratten führten wir eine systematische Analyse der Expression und Regulation der beiden HIFalpha Isoformen durch. Nur unter systemischer Hypoxie konnten deutliche Signale für beide Isoformen gesehen werden. Interessanterweise zeigte sich, daß beide nur von spezifischen Zellpopulationen exprimiert werden. In vivo lassen sich also klare Unterschiede im Expressionsmuster der beiden Systeme feststellen. Über die unterschiedlichen zellulären Funktionen und different exprimierten Zielgene vermuten wir einen funktionell relevanten Unterschied. Mit der Identifikation des "von Hippel Lindau" Tumor Suppressor Gens als der bindende Anteil der E3 Ubiquitin Ligase, die für die HIFalpha Destruktion verantwortlich ist, konnte ein wichtiger Beitrag zu der späteren Klärung des O2-Sensing-Mechanismus geleistet werden. Diese Befunde wurden initial anhand von Zellkultur-Linien erhoben, liessen sich aber auf Nierenzellkarzinome aus einer klinischen Sammlung übertragen. Letzterer Befund ist daher für das Verständnis der Rolle von HIF für die Tumorbiologie, eventuell aber auch für die Entwicklung therapeutischer Ansätze von Bedeutung. / The permanent availability of molecular oxygen (O2) is an elemental need of multicellular life. For the maintenance of hemeostasis these are dependent on generation of the energy substrate ATP by oxidative phoshorylation. For this reason higher organisms had to develop complex systems during evolution that ensure the uptake and distribution of O2 into each cell, as well as permit adaptation to phases of hypoxia. With the identification of the transcription factor "Hypoxia-inducible Factor-1" (HIF-1, 1995) a master regulator of hypoxic adaptation has been found. Amongst others processes like erythropoiesis, angiogenesis, modulation of vascular tone, glucose transport and glycolysis are largely regulated by HIF. HIF is a heterodimer consisting of two subunits, a constitutive beta and a regulative alpha subunit. The latter shows an inverse relationship to the pericellular O2 concentration. HIFalpha is instable under normoxic conditions and degrades with a half life of only a few minutes. Under hypoxia the HIFalpha subunits are stabilised and are transcriptionally active. To date two functionally relevant O2-dependent alpha subunits have been identified: HIF-1 and HIF-2alpha. The importance of these two systems, the underlying regulatory mechanisms, as well as the relevance of this system in vivo were largely unknown and are a major part of the summarised studies. The presented work succeeded in characterising the expression and regulation of both HIFalpha isoforms in cell culture as well as healthy tissues. In tissue culture a very similar pattern of regulation was seen for oxygen dependent degradation, induction under hypoxia and chemical/pharmacological modulation, indicating that both subunits are regulated by the same O2-sensing and transduction apparatus. We undertook a systematic analysis of expression and regulation of both HIFalpha subunits in tissues of healthy rats. Signals for HIFalpha could only be seen under systemic hypoxia. Interestingly, both subunits were expressed by specific and different cell populations. Therefore, clear differences can be seen in expression pattern of both systems in vivo. We suspect that these differences will be functionally relevant through differing cellular functions and gene expression profile. With the identification of the "von Hippel Lindau" tumor suppressor gene as the binding part of the E3 ubiquitin ligase, which is responsible for HIF degradation, an important contribution to the clarification of the oxygen sensing mechanism was provided. Initially this data was generated in tissue culture lines, but could also be confirmed in renal cell carcinomas of a clinical collection. The latter finding is of importance for the understanding of the role of HIF in tumor biology, possibly also for the development of therapeutic strategies.

L’hypoxie est une caractéristique commune des tumeurs solides et l’une des spécificités du micro environnement tumoral. L’hypoxie tumorale joue un rôle important dans l’angio génèse, la progression maligne, le développement de métastases, la chimio/radio-résistance et favorise l’échappement au système immunitaire du fait de l’émergence de variant tumoraux avec un potentiel de survie et de résistance à l’apoptose augmenté. Cependant, très peu de travaux ont étudié l’impact de l’hypoxie tumorale sur la régulation de la susceptibilité des tumeurs à la lyse induite par la réponse immune cytotoxique. Nous nous sommes donc demandé si l’hypoxie pouvait conférer aux tumeurs une résistance à la lyse induite par les lymphocytes T cytotoxiques (CTL). Nous avons démontré que l’exposition de cellules cibles tumorales à l’hypoxie possédait un effet inhibiteur sur la lyse de ces cellules tumorales par des CTL autologues. Cette inhibition n’est pas associée à des altérations de la réactivité de CTL ou de la reconnaissance des cellules cibles. Cependant, nous avons montré que l’induction hypoxique concomitante de la phosphorylation de STAT3 (pSTAT3) au niveau de la tyrosine 705 et du facteur HIF-1α (Hypoxia Inducible Factor-1 alpha) est liée fonctionnellement à l’altération de la susceptibilité de cellules tumorales bronchiques non à petites cellules (NSCLC) à la mort induite par les CTL. Nous avons aussi montré que la résistance de cellules tumorales bronchiques à la lyse CTL induite par l’hypoxie était associée à une induction d’autophagie dans les cellules cibles. En effet, l’inhibition de l’autophagie empêche la phosphorylation de STAT3 (via l’inhibition de la kinase Src) et restaure la susceptibilité des cellules tumorales hypoxiques à la lyse induite par les CTL. De plus, l’inhibition in vivo de l’autophagie par l’hydroxychloroquine (HCQ) dans le modèle murin portant la tumeur B16F10 and chez les souris vaccinée avec le peptide TRP2 augmente de façon drastique l’inhibition de la croissance tumorale. Collectivement, cette étude établit un nouveau lien fonctionnel entre l’autophagie induite par l’hypoxie et la régulation de la lyse induite par les cellules T spécifique d’antigènes et souligne le rôle majeur de l’autophagie dans le contrôle de la croissance tumorale in vivo.Finalement, étant donné que le la résistance tumorale à la lyse induite par les cellules tueuses est très probablement régulée par de multiples facteurs, nous avons aussi eu pour but d’identifier les micro-ARNs (miRs) régulés par l’hypoxie dans des modèles de NSCLC et de mélanome et leur implication putative dans la régulation de la susceptibilité tumorale à la lyse induite par les cellules T spécifique d’antigènes. Le micro-ARN 210 (miR-210) est ainsi significativement induit de manière dépendante de HIF-1α dans des cellules de NSCLC et de mélanome, et miR-210 est exprimé dans les zones hypoxiques de tissus issus de NSCLC. De plus, nous avons démontré que l’induction de miR-210 par l’hypoxie régule la susceptibilité tumorale à la lyse induite par les CTL en partie grâce à l’inhibition de l’expression de PTPN, HOXA1 et TP53I11, indiquant que miR-210 joue un rôle potentiel dans la régulation de la réponse immune antitumorale. / Hypoxia is a common feature of solid tumors and one of the hallmarks of tumor microenvironment. Tumor hypoxia plays an important role in angiogenesis, malignant progression, metastatic development, chemo-radio resistance and favours immune evasion by the emergence of tumor variants with increased survival and anti-apoptotic potential. There is very little work done on the impact of tumor hypoxia on the regulation of tumor susceptibility to the lysis induced by cytotoxic antitumor response. Therefore, we asked whether hypoxia confers tumor resistance to cytotoxic T lymphocyte (CTL)-mediated killing. We demonstrated that exposure of target cells to hypoxia has an inhibitory effect on the CTL-mediated autologous target cell lysis. Such inhibition was not associated with an alteration of CTL reactivity and tumor target recognition. We also showed that the concomitant hypoxic induction of Signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) phosphorylation on tyrosine 705 residue (pSTAT3) and hypoxia inducible factor 1 alpha (HIF-1α) is functionally linked to the alteration of Non small cell lung carcinoma (NSCLC) target susceptibility to CTL-mediated killing. We also showed that hypoxia-induced resistance of lung tumor to CTL-mediated lysis was associated with autophagy induction in target cells. Inhibition of autophagy resulted in impairment of pSTAT3 (via inhibition Src kinase) and restoration of hypoxic tumor cell susceptibility to CTL-mediated lysis. Moreover, in vivo inhibition of autophagy by hydroxychloroquine (HCQ) in B16F10 tumor bearing mice and mice vaccinated with TRP2 peptide dramatically increased tumor growth inhibition. Collectively, the current study establishes a novel functional link between hypoxia-induced autophagy and the regulation of antigen specific T cell lysis and points to a major role of autophagy in the control of in vivo tumor growth.Finally, as resistance of tumor targets to killer cells is likely to be regulated by multiple factors, we further aimed to identify the microRNA’s regulated by hypoxia in NSCLC and melanoma and their putative involvement in the regulation of tumor susceptibility to antigen-specific CTL-mediated killing. MicroRNA-210 (miR-210) was significantly induced in a HIF-1α dependent manner in NSCLC and melanoma cells and miR-210 was expressed in hypoxic zones of human NSCLC tissues. Moreover, we demonstrated that hypoxia-induced miR-210 regulates tumor cell susceptibility to CTL-mediated lysis in part by suppressing PTPN, HOXA1 and TP53I11 expression indicating that miR-210 plays a potential role in the regulation of anti-tumor immune response.

Le syndrome d’apnées obstructives du sommeil (SAOS) est un problème de santé publique majeure affectant 6-13% de la population d’âge moyen. Des études épidémiologiques et l’accumulation de données cliniques ont montré que le SAOS joue un rôle important dans l’initiation et la progression des pathologies cardiovasculaires (CV) comme l’infarctus du myocarde (IM). Les patients hospitalisés post-IM présentent une prévalence pour le SAOS de l’ordre de 50%. De plus, le SAOS augmente la vulnérabilité du cœur à l’infarctus, ce qui se traduit par une taille d’IM plus grande, une ischémie myocardique prolongée, et une aggravation des évènements cardiovasculaires au long-terme, prédisposant les patients apnéiques à des infarctus surnuméraires, à l’insuffisance cardiaque (IC) et au décès. Il semble donc important de comprendre précisément les mécanismes impliqués dans cette susceptibilité accrue à l’ischémie myocardique afin de proposer de nouvelles cibles thérapeutiques et améliorer la prise en charge du risque CV chez les patients apnéiques. L’hypoxie intermittente chronique (HI) est le substrat physiopathologique majeur des complications CV du SAOS via l’activation de mécanismes physiopathologiques variés, tels que l’inflammation, le stress oxydant ou encore l’activation sympathique. Ce travail de thèse avait pour but de 1) caractériser la réponse aigue et chronique à l’IM chez des animaux exposés à l’HI, 2) de disséquer les mécanismes cellulaires impliqués dans la susceptibilité accrue à l’IM chez ces mêmes animaux.Nos travaux ont confirmé que l’HI induit une majoration de la taille d’infarctus suite à un évènement ischémique aigue et aggrave le remodelage cardiaque et la dysfonction contractile dans un modèle de cardiopathie ischémique chronique chez le rat. Nous avons également mis en évidence que l’HI induisait dans ce contexte une hyperactivation sympathique persistante, un stress du RE proapoptotique et l’activation du facteur de transcription HIF-1 contribuant à l’augmentation de la vulnérabilité du cœur à l’infarctus et l’aggravation post-IM des complications cardiaques au long-terme. Ces différents facteurs pourraient représenter des biomarqueurs intéressants pour prédire le risque CV chez les patients apnéiques sévères et pourraient être considérés comme des pistes thérapeutiques potentielles pour améliorer la prise en charge des patients SAOS à haut risque CV. / Obstructive sleep apnea syndrome (OSA) is a common disease that affects 6-13% of the middle-aged population. Epidemiological and clinical data support the notion that OSA has a role in the initiation or progression of several cardiovascular (CV) diseases, including myocardial infarction (MI). Indeed, patients hospitalized with acute MI present high prevalence for OSA. Furthermore, OSA is known to major infarct size in patients that persists over time and aggravates long-term adverse events post-MI, as reinfarction, heart failure (HF) and death. OSA is characterized by intermittent hypoxia (IH) which results in desaturation-reoxygenation sequences and appears to be the major consequence of OSA in term of cardiovascular alterations associated with apneas. However, the mechanisms remain unclear. Therefore, the understanding of pathophysiologic mechanisms involved in cardiac disorders is a research priority for OSA in order to develop new therapeutic targets and improve the management of CV risk in apneic patients. There are growing evidences suggesting a major role of endoplasmic reticulum (ER) stress and HIF-1 activation in the vulnerability to acute ischemic events and in long-term adverse complications associated with prolonged MI. Furthermore, the progression of ischemic cardiomyopathy following MI is also associated with activation of the sympathetic nervous system which substantially contributes to cardiac alterations. Furthermore, these are three mechanisms known to be activated with IH. This project aimed 1) to assess the IH-induced acute and chronic cardiac alterations following MI, 2) to study the implication of cellular mechanisms involved in the adverse ischemic events related to OSA.We have shown that IH increases infarct size following acute MI and aggravates cardiac remodeling and contractile dysfunction in a rat model of chronic ischemic cardiomyopathy. In these contexts, IH is associated with a sympathetic over activity, a proapoptotic ER stress and the activation of HIF-1, which substantially contribute to increased heart vulnerability to infarction and worsening of long-term heart complications post-MI. These different factors may represent interesting biomarkers for predicting CV risk in severe apneic patients and may be considered as potential therapeutic targets to improve the management of OSA patients with high CV risks.