京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第18125号 / 医博第3845号 / 新制||医||1001(附属図書館) / 30983 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 横出 正之, 教授 柳田 素子, 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

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

Colorectal cancer is the second leading cause of cancer-related deaths in the United States and the third most common cancer in men and women. Vitamin E is a lipid soluble antioxidant that exists as eight structurally different isoforms of tocopherols and tocotrienols. Recent experimental, and molecular studies suggest that γ-tocotrienol (GT3) may be a more potent cancer-preventive form of vitamin E. 15-lipoxygenase-1 (15-LOX-1) and its product 13-S-hydroxyoctadecadienoic acid (13-S-HODE) are decreased in colon cancer cells. 15 LOX-1 is considered a tumor suppressor gene in colon carcinogenesis. Non-steroidal anti-inflammatory drug (NSAID)-induced 15-LOX-1 expression is critical to aspirin and NSAID-induced apoptosis in colorectal cancer cells. HCT-116 is a microsatellite-instability (MSI) colon cancer cell line. MSI is a marker of chemo-resistance but is associated with improved survival as compared to microsatellite-stable (MSS) colon cancers. The effects of GT3 on cytotoxicity and 15 LOX-1 expression was studied on the human colon cancer cell line HCT-116. HCT-116 colon cancer cell lines were cultured in DMEM media and dosed with increasing concentrations of GT3 (20µM-50µM). Cytotoxicity of the drugs was studied using Cell Titer Glo and MTS assays 24 hours after dosing. Cells were then plated in 6-well plates and grown for 24 hours. Cells were then dosed with 2 mL of GT3 at 20 uM at the respective time periods (2h, 4h, 6h, 12h, 16h, 24h) and lysates were harvested. Gel electrophoresis was run according to BCA protein assay from the time-dependent lysates and blots were tagged with a rabbit 15-lox antibody. Ongoing experiments include RNA PCR. RNA is being isolated at 2, 4, 6 and 12 hours. The RNA as reversed transcribed using a 15 lox 1 primer and that cDNA is being quantified using Quantitative PCR. GT3 induced cytotoxicity in MTS assay and Cell Titer Glo assay when added to HCT-116 cell line. 15 LOX 1 protein expression was found to be up-regulated in the colon cancer cell line HCT-116 when GT3 was added at 12h, 16h and 24h with the maximum expression at 16 hours. Chemotherapeutic drugs can have significant side effects. Understanding the role of GT3 on colon cancer cell lines could lead to the development of novel drugs to supplement current chemotherapy regimens and allow for lower doses of chemotherapeutic agents. Modulation of 15-LOX-1 suggests that GT3 may induce apoptosis through induction of the lipoxygenase pathway. Further experiments are under way to study the mechanism of action of GT3 on the 15 LOX-1 pathway. Since HCT-116 is a MSI- colon cancer cell line, effects of GT3 on MSS- colon cancer cell lines will also be studied.

O Glioblastoma (GBM) é um astrocitoma grau IV, representando o glioma de maior malignidade e o tumor cerebral primário mais frequente em humanos. A terapia indicada para o GBM é a ressecção cirúrgica, quimioterapia e radioterapia, todas com baixíssima eficiência devido a agressividade e as características do GBM. Consequentemente, a sobrevida dos pacientes indicados aos tratamentos convencionais é pouco mais de um ano. A inflamação é, sabidamente, uma das características que participa de modo decisivo do desenvolvimento tumoral, incluindo do GBM, e as relações entre mediadores inflamatórios e câncer são alvos de pesquisa nos últimos anos. Diversos estudos apontam um papel da via dos eicosanoides na modulação de processos patológicos envolvidos na inflamação e no câncer. Os eicosanoides são mediadores lipídicos bioativos, envolvidos em diversos processos fisiológicos e patológicos, em especial os associados à resposta inflamatória. As principais vias de produção de eicosanoides (ciclooxigenases, lipoxigenases, e citocromo P450), assim como seus produtos, são frequentemente alterados em diversos tipos de tumor, associados ao crescimento e a progressão tumoral. Contudo, o perfil dessas vias é consideravelmente pouco compreendido em GBM. O objetivo deste estudo foi analisar in vitro o perfil e o papel das três vias de eicosanoides e seus produtos (eicosanoides ou não) nas linhagens de GBM (U251-MG, U87-MG, A172, T98G e U138-MG), modulando a atividade de enzimas chaves com drogas especificas para, então, analisar parâmetros de proliferação, migração e morte celular. Nossos resultados mostram, em todas as linhagens analisadas, um perfil heterogêneo das enzimas e receptores chaves das três vias. O perfil lipídico evidencia a produção de 13-HODE, produto de 15-lipoxigenase-1 em todas as linhagens, bem como ausência de leucotrienos e 5-HETE do eixo de 5-lipoxigenase. Os inibidores farmacológicos para 15-LOX e 12-LOX/15-LOX foram capazes de reduzir o crescimento, modular o ciclo celular e a migração celular das linhagens U251-MG, U87-MG e A172. O mesmo é visto com a inibição de mPGES-1. A inibição de 5-LOX por outro lado não afetou nenhum parâmetro nas mesmas linhagens. Todos os resultados apontam, portanto, para um papel do eixo de 15-LOX e COX no crescimento e na migração das células de GBM humano. / Glioblastoma (GBM) is a grade IV astrocytoma, the most malignant and the most frequent primary brain tumour in humans. Standard therapies for treating GBM are surgical resection, chemotherapy and radiotherapy, all with low efficiency due to GBM aggressiveness and characteristics. Therefore, patient survival after conventional treatments is about one year. Inflammation is one of the main characteristics that plays a decisive role in tumour development, including in GBM. The relationships between inflammatory mediators and cancer have been the subject of research in recent years. Several studies point to the eicosanoid pathways as modulators of pathological processes between inflammation and cancer. Eicosanoids are bioactive lipid mediators, involved in various physiological and pathological processes, especially those associated with the inflammatory response. The major eicosanoid pathways (cyclooxygenases, lipoxygenases, and cytochrome P450) as well as their products, are frequently altered in several tumours, associated with tumour growth and progression. However, the profile of these pathways is poorly understood in GBM. The objective of this study was to analyse, in vitro, the profile and role of eicosanoid pathways and their products (eicosanoids or not) in GBM cell lines (U251-MG, U87-MG, A172, T98G and U138-MG), modulating the key enzymes with inhibitors, analysing proliferation, migration and cell death. Our results show, in all analysed cell lines, a heterogeneous profile for the key enzymes and receptors of the three pathways. The lipid profile shows the production of 13-HODE, a product of 15-lipoxygenase-1, as well the absence of leukotrienes and 5-HETE of the 5-lipoxygenase axis. The pharmacological inhibitors for 15-LOX and 12-LOX / 15-LOX led to changes in cell cycle, reduced growth, reduced migration of U251-MG, U87-MG and A172 cell lines. The same was seen with the inhibition of mPGES-1. Inhibition of 5-LOX, on the other hand, did not affect any of these parameters in the same cell lines. All results, therefore, point to an important role of 15-LOX and COX pathways in the growth and migration of human GBM cells.

Les lymphocytes T CD8+ jouent un rôle prépondérant dans le contrôle de l’infection par le VIH suggérant ainsi qu’un vaccin efficace doit induire une réponse cellulaire T CD8+ robuste et durable.En fournissant une source antigénique importante qui fait défaut chez les patients répondeurs aux poly-chimiothérapies antirétrovirales, la vaccination thérapeutique pourrait favoriser ce type de réponse cellulaire, non restaurée par les seuls traitements antirétroviraux. Les cellules dendritiques (DC) autologues, qu’elles soient chargées en virus inactivé, en peptides viraux ou en ARN messagers (ARNm) sont capables d’induire des réponses robustes des cellules T CD8+ contre les antigènes du VIH, faisant de bons candidats vaccins thérapeutiques.Dans ce projet, nous avons étudié l’efficacité d’une vaccination thérapeutique basée sur l’injection de DC autologues transfectées ex vivo avec des ARNm codant les protéines du VIH (projet initié en collaboration avec Guido Vanham, Institute of Tropical Medicine, Anvers). La composante antigénique du vaccin est fournie par les séquences virales endogènes du patient; ainsi nous espérons adapter la spécificité de la réponse immunitaire aux virus autologues. Nous travaillons avec le Macaque cynomolgus comme modèle animal d’infection par les virus d’immunodéficience (SIV), modèle pertinent dans l’approfondissement des connaissances en pathogénèse et en développement vaccinal, notamment pour tester l’innocuité et l’efficacité des vaccins basés sur l’utilisation des DC. La mise au point un système de culture de DC basé sur la prolifération puis la différenciation des progéniteurs hématopoïétiques CD34+, qui nous a permis de générer in vitro des DC matures en nombre suffisant pour la vaccination (au moins 10.106).Nous avons caractérisé ces DC phénotypiquement, avec une attention particulière vis-à-vis de l’expression de lectines de type C et d’autres récepteurs DC-spécifiques. Nous avons mis en évidence que l’état d’activation des DC définit le niveau d’expression de ces molécules. Ces récepteurs membranaires sont impliqués dans la capture et la présentation des antigènes aux effecteurs, ainsi que dans l’orientation de la réponse immune. Le phénotype des DC générées in vitro a été comparé au phénotype de plusieurs population de cellules présentatrices d’antigène présentes in vivo chez le macaque.La transfection avec des ARNm par électroporation est un moyen sûr et efficace de charger les DC en antigènes. Nous avons étudié dans un premier temps l’immunogénicité du vaccin chez des macaques sains. Les résultats montrent qu’une réponse cellulaire de type Th1 (IFN-gamma et interleukine-2) spécifique à Gag est induite dès la première injection et peut être renforcée après les injections suivantes. Nous avons également mis en évidence l’induction de lymphocytes T CD8+ capables de sécréter en réponse à Gag plusieurs de ces cytokines, IFNg, IL2, TNFa, la chimiokine MIP1b, ou encore le marqueur de dégranulation cytotoxique CD107a. En revanche, aucune sécrétion de cytokine de type 2 ni de réponse anticorps spécifique de Gag n'a pu être mise en évidence.La seconde partie de notre projet a consisté en l’étude d’une stratégie de vaccination par ciblage des DC in vivo avec des protéines de fusion DC-spécifiques associées à des antigènes. Ce travail a été mené en collaboration avec le Baylor Insitute for Immunology Research (BIIR) à Dallas. Nous avons tout d’abord sélectionné les meilleurs clones d’Ac spécifiques de molécules humaines pour leur réactivité croisée avec les molécules du macaque cynomolgus. L’immunogénicité de protéines de fusion (dirigées contre LOX-1 et DC-ASGPR couplées à Gag du VIH ou HA1 de Influenza), a ensuite été évaluée in vivo chez le macaque. Ces travaux ont confirmé in vivo que l’induction de différents profils de réponses immunitaires Ag-spécifiques (Th1 et IL10) est possible par ciblage in vivo des DC avec des protéines de fusion dirigées contre différentes molécules (LOX-1 et DC-ASGPR). / Current treatments against HIV infection would benefit from the development of complementary immunotherapeutic strategies. Dendritic cells (DC) play a major role in the induction of immune responses. In this thesis, we examine the use of the DC in therapeutic vaccination. Ex vivo loading of DC with messenger RNA encoding viral proteins and in vivo loading of DC by targeting antigen to DC-specific endocytic receptors are two strategies evaluated in healthy macaque.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès dans les pays occidentaux et constituent la principale complication associée au diabète. La lipoprotéine lipase (LPL) est une enzyme clé du métabolisme des lipides et est responsable de l'hydrolyse des lipoprotéines riches en triglycérides (TG). Plusieurs études ont démontré que la LPL sécrétée par les macrophages dans la paroi artérielle est pro-athérogénique. La dysfonction endothéliale caractérise les stades précoces du processus athérosclérotique. Il a été observé qu’un récepteur nouvellement identifié des lipoprotéines de basse densité oxydées (LDLox), le récepteur de type lectine des LDLox (LOX-1), est fortement exprimé dans les lésions athérosclérotiques humaines et dans l’aorte de rats diabétiques, suggérant un rôle clé de LOX-1 dans la pathogénèse de l’athérosclérose diabétique. Au vu du rôle potentiel de la LPL macrophagique et du LOX-1 dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2, nous avons évalué la régulation de ces deux molécules pro-athérogéniques par des facteurs métaboliques et inflammatoires augmentés dans le diabète, soit la leptine, l’acide linoléique (LA) et la protéine C-réactive (CRP). Nos résultats démontrent que : 1) Dans les cellules endothéliales aortiques humaines (HAECs), LA augmente l’expression protéique de LOX-1 de façon temps- et dose-dépendante; 2) La pré-incubation de HAECs avec des antioxydants et des inhibiteurs de la NADPH oxydase, de la protéine kinase C (PKC) et du facteur nucléaire-kappa B (NF-kB), inhibe l’effet stimulant de LA sur l’expression protéique de LOX-1; 3) Dans les HAECs traitées avec LA, on observe une augmentation d’expression des isoformes classiques de la PKC; 4) LA augmente de manière significative l’expression génique de LOX-1 ainsi que la liaison des protéines nucléaires extraites des HAECs à la séquence régulatrice NF-kB présente dans le promoteur du gène de LOX-1; 5) LA augmente, via LOX-1, la captation des LDLox par les cellules endothéliales. Pris dans leur ensemble, ces résultats démontrent que LA augmente l’expression endothéliale de LOX-1 in vitro et appuient le rôle clé de LA dans la dysfonction endothéliale associée au diabète. Au vu de nos études antérieures démontrant qu’une expression accrue de LPL macrophagique chez les patients diabétiques de type 2 et que l’augmentation de facteurs métaboliques dans cette maladie, soit l’homocystéine (Hcys), les acides gras et les produits terminaux de glycation (AGE), accroissent l’expression de la LPL macrophagique, nous avons par la suite déterminé l’effet, in vitro, de deux autres facteurs métaboliques et inflammatoires surexprimés dans le diabète, soit la leptine et la CRP, sur l’expression de la LPL macrophagique. Les concentrations plasmatiques de leptine sont élevées chez les patients diabétiques et sont associées à un accroissement des risques cardiovasculaires. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la leptine augmente l’expression de la LPL, tant au niveau génique que protéique; 2) L’effet stimulant de la leptine sur la LPL est aboli par la pré-incubation avec un anticorps dirigé contre les récepteurs à la leptine (Ob-R), des inhibiteurs de la PKC et des antioxydants; 3) La leptine augmente l’expression membranaire des isoformes classiques de la PKC et la diminution de l’expression endogène de la PKC, abolit l’effet de la leptine sur l’expression de la LPL macrophagique; 4) Dans les macrophages murins, la leptine augmente le taux de synthèse de la LPL et augmente la liaison de protéines nucléaires à la séquence protéine activée-1 (AP-1) du promoteur du gène de la LPL. Ces observations supportent la possibilité que la leptine puisse représenter un facteur stimulant de la LPL macrophagique dans le diabète. Finalement, nous avons déterminé, in vitro, l’effet de la CRP sur l’expression de la LPL macrophagique. La CRP est une molécule inflammatoire et un puissant prédicteur d’événements cardiovasculaires. Des concentrations élevées de CRP sérique sont documentées chez les patients diabétiques de type 2. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la CRP augmente l’expression de la LPL au niveau génique et protéique et la liaison de la CRP aux récepteurs CD32 est nécessaire pour médier ses effets; 2) La pré-incubation de macrophages humains avec des antioxydants, des inhibiteurs de la PKC et de la protéine kinase mitogénique activée (MAPK), prévient l’induction de la LPL par la CRP; 3) La CRP augmente l’activité de la LPL, la génération intracellulaire d’espèces radicalaires oxygénées (ROS), l’expression d’isoformes classiques de la PKC et la phosphorylation des kinases extracellulaires régulées 1/2 (ERK 1/2); 4) Les macrophages murins traités avec la CRP démontrent une augmentation de la liaison des protéines nucléaires à la séquence AP-1 du promoteur du gène de la LPL. Ces données suggèrent que la LPL puisse représenter un nouveau facteur médiant les effets délétères de la CRP dans la vasculopathie diabétique. Dans l’ensemble nos études démontrent le rôle clé de facteurs métaboliques et inflammatoires dans la régulation vasculaire de la LPL et du LOX-1 dans le diabète. Nos données suggèrent que la LPL et le LOX-1 puissent représenter des contributeurs clé de l’athérogénèse accélérée associée au diabète chez l’humain. Mots-clés : athérosclérose, maladies cardiovasculaires, diabète de type 2, macrophage, LPL, cellules endothéliales, LOX-1, stress oxydatif, leptine, LA, CRP. / Atherosclerotic cardiovascular disease is the leading cause of death in western countries and is the major complication of diabetes. Lipoprotein lipase (LPL) is a key enzyme in lipid metabolism, responsible for the hydrolysis of triglyceride (TG) rich lipoproteins. Many studies have shown that LPL secreted by macrophages in the arterial wall is proatherogenic. Endothelial dysfunction is a characteristic feature of early-stage atherosclerosis. The observation that lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1 (LOX-1), a newly identified receptor for oxidized LDL (oxLDL), is highly expressed in human atherosclerotic lesions and upregulated in the aorta of diabetic rats, suggests a key role for LOX-1 in the pathogenesis of diabetic atherosclerosis. Based on the role of macrophage LPL and LOX-1 in atherosclerosis, we sought to investigate the regulation of these two proatherogenic molecules by metabolic and inflammatory factors dysregulated in diabetes namely leptin, linoleic acid (LA) and C-reactive protein (CRP). Our results demonstrated that: 1) In human aortic endothelial cells (HAECs), LA increased LOX-1 protein expression in a time- and dose-dependent manner; 2) Pretreatment of HAECs with antioxidants and inhibitors of NADPH oxidase, protein kinase C (PKC), and nuclear factor-kB (NF-kB) inhibited the stimulatory effect of LA on LOX-1 protein expression; 3) Increased expression of classic PKC isoforms was observed in LA-treated HAECs; 4) LA led to a significant increase in LOX-1 gene expression and enhanced the binding of nuclear proteins extracted from HAECs to the NF-kB regulatory element of the LOX-1 gene promoter; 5) LA enhanced, through LOX-1, oxLDL uptake by endothelial cells. Overall, these results demonstrated that LA enhances endothelial LOX-1 expression in vitro and support a key role for LA in endothelial dysfunction associated with diabetes. Based on our previous studies showing that macrophage LPL expression is increased in patients with type 2 diabetes and that metabolic factors dysregulated in this disease such as glucose, homocysteine (Hcys), fatty acids and advanced glycation end products (AGE), increased macrophage LPL expression, we next determined the effect of two other metabolic and inflammatory factors dysregulated in diabetes, namely leptin and CRP, on macrophage LPL expression in vitro. Leptin levels are elevated in diabetic patients and are associated with greater cardiovascular risks. We found that: 1) In human macrophages, leptin increased LPL expression, at both the gene and protein levels; 2) The stimulatory effect of leptin on LPL was abolished by pre-treatment with anti-leptin receptor (Ob-R) antibody, PKC inhibitors and antioxidants; 3) Leptin increased the membrane expression of conventional PKC isoforms and downregulation of endogenous PKC expression abolished the effects of leptin on macrophage LPL expression; 4) In murine macrophages, leptin raised LPL synthetic rate and enhanced the binding of nuclear proteins to the activated protein-1 (AP-1) sequence of the LPL gene promoter. These observations support the possibility that leptin may represent a macrophage LPL stimulatory factor in diabetes. Finally, we sought to determine the effect of CRP on macrophage LPL expression in vitro. CRP is an inflammatory molecule and a strong predictor of cardiovascular events and high serum levels of CRP are observed in type 2 diabetic patients. We found that: 1) In human macrophages, CRP increased LPL expression at the gene and protein levels and CRP binding to CD32 receptors is required for these effects; 2) Preincubation of human macrophages with antioxidants, PKC and mitogen-activated protein kinase (MAPK) inhibitors, prevented the CRP-induced LPL expression; 3) CRP increased LPL activity, intracellular reactive oxygen species (ROS) generation, classic PKC isozymes expression and extracellular signal-regulated protein kinase (ERK) 1/2 phosphorylation; 4) CRP-treated murine macrophages demonstrated increased binding of nuclear proteins to the AP-1 sequence of the LPL gene promoter. These data suggest that LPL might represent a novel factor underlying the adverse effect of CRP on the diabetic vasculature. Overall, our studies indicate a key role of metabolic and inflammatory factors in the regulation of vascular LPL and LOX-1 in diabetes. Our data suggest that LPL and LOX-1 are key contributors to the accelerated atherogenesis associated with human diabetes. Keywords : atherosclerosis, cardiovascular diseases, type 2 diabetes, macrophage, LPL, endothelial cells, LOX-1, oxidative stress, leptin, LA, CRP.

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