Des études expérimentales faites par notre laboratoire démontrent que le 17β-E₂ a des effets bénéfiques contre le MPTP. On poursuit la recherche de nouveaux composés oestrogéniques comme des agents neuroprotecteurs au cerveau pour prévenir ou combattre la maladie de Parkinson. Ce projet de recherche étudie les effets du 17β-E₂, le PPT et le DPN sur l'expression des ERs ainsi que leurs mécanismes et capacité neuroprotectrice chez la souris MPTP (modèle animal de la maladie). Les résultats démontrent que les ERs sont exprimés dans le cortex, le striatum et l'hippocampe. Les résultats examinant le striatum proposent que les traitements oestrogénique protègent contre la perte des neurones dopaminergiques. Ensuite, une augmentation de l'activité des ERK1 et ERK2 chez les souris MPTP était observé. Le traitement hormonal a normalisé cet effet dans le cas du ERK1 et le contraire est vu pour ERK2. Donc, ces mécanismes neuroprotecteurs impliquent les récepteurs oestrogéniques et la signalisation par les protéines ERK1/2

Par l'entremise d'un modèle de souris transgénique exprimant une forme mutée et inactive d'AMPKa2 (KD), cette étude avait comme principal objectif de tester le rôle de l'AMPK dans le transport de glucose stimulé par la contraction musculaire. Un protocole de stimulation électrique a été défini pour assurer une génération de force égale entre l'extenseur digitorum longus (EDL) de souris KD et son contrôle sauvage (SA). Nous avons observé que le transport de glucose est réduit de 70% dans l'EDL de souris KD. Une cible protéique a aussi été identifiée comme étant modulée par l'AMPK lors de la contraction musculaire, soit la p38 MAPK. L'activité de p38 MAPK n'est pas modulée lors de la contraction musculaire chez la souris KD, contrairement à la souris SA. Le niveau d'ARNm de l'hexokinase II (HKII) est diminué chez la souris KD. Il est donc postulé qu'AMPK est un activateur essentiel de la p38 MAPK, ce qui pourrait contribuer à l'augmentation du transport de glucose par la contraction et à la modulation du niveau d'ARNm d'HKII cellulaire. On suggère que p38 MAPK pourrait induire l'ARNm d'HKII par l'entremise de CREB, un facteur reconnu pour être impliqué dans la transcription d'HKII.

Les voies de signalisation des MAP kinases (MAPK) conventionnelles jouent des rôles essentiels pendant le développement des lymphocytes T (LT) ainsi que lors de leur activation suite à la reconnaissance antigénique. En raison de ses différences structurelles ainsi que de son mode de régulation, ERK3 fait partie des MAPK dites non-conventionnelles. Encore aujourd’hui, les événements menant à l’activation de ERK3, ses substrats ou partenaires ainsi que sa fonction physiologique demeurent peu caractérisés. Nous avons entrepris dans cette thèse d’étudier le rôle de ERK3 lors du développement et de l’activation des LT en utilisant un modèle de souris déficient pour l’expression de ERK3. Nous avons premièrement établi que ERK3 est exprimée chez les thymocytes. Ensuite, nous avons évalué le développement thymique chez la souris ERK3-déficiente et nous avons observé une diminution significative de la cellularité aux étapes DN1, DP et SP CD4+ du développement des LT. La création de chimères hématopoïétiques ERK3-déficientes nous a permis de démontrer que la diminution du nombre de cellules observée aux étapes DN1 et DP est autonome aux thymocytes alors que le phénotype observé à l’étape SP CD4+ est dépendant de l’abolition simultanée de ERK3 dans l’épithélium thymique et dans les thymocytes. Une étude plus approfondie de l’étape DP nous a permis de démontrer qu’en absence de ERK3, les cellules DP meurent plus abondamment et accumulent des cassures doubles brins (DSB) dans leur ADN. De plus, nous avons démontré que ces cassures dans l’ADN sont réalisées par les enzymes RAG et qu’en absence de ces dernières, la cellularité thymique est presque rétablie chez la souris ERK3-déficiente. Ces résultats suggèrent que ERK3 est impliquée dans un mécanisme essentiel à la régulation des DSB pendant le réarrangement V(D)J de la chaîne  du récepteur des cellules T (RCT). Dans le deuxième article présenté dans cette thèse, nous avons montré que ERK3 est exprimé chez les LT périphériques, mais seulement suite à leur activation via le RCT. Une fois activés in vitro les LT ERK3-déficients présentent une diminution marquée de leur prolifération et dans la production de cytokines. De plus, les LT ERK3-déficients survivent de façon équivalente aux LT normaux, mais étonnamment, ils expriment des niveaux plus faibles de la molécule anti-apoptotique Bcl-2. Ces résultats suggèrent que la prolifération réduite des LT ERK3-déficients est la conséquence d’une altération majeure de leur activation. Ainsi, nos résultats établissent que ERK3 est une MAPK qui joue des rôles essentiels et uniques dans le développement thymique et dans l’activation des lymphocytes T périphériques. Grâce à ces travaux, nous attribuons pour la toute première fois une fonction in vivo pour ERK3 au cours de deux différentes étapes de la vie d’un LT. / Classical MAP kinases (MAPK) play essential roles during T cell development and activation. ERK3 is a member of the MAPK family for which no physiological function has been described yet. Also, ERK3 is an atypical MAPK since its structure and mode of regulation are different from the conventional MAPK. Even today, the events leading to ERK3 activation and its substrates or partners are still largely unknown. We have studied in this thesis the role of ERK3 during T cell development and activation by using a mouse model in which ERK3 is not expressed. First, we have established that ERK3 is expressed in thymocytes. Next, we have evaluated thymic development in ERK3-deficient mice and we have observed a significant decrease in cell number at DN1, DP and CD4SP stages of T cell development. ERK3-deficient hematopoietic chimeras revealed that the DN1 and DP phenotype are T-cell autonomous, while abrogation of CD4SP development requires ERK3-deficiency in both thymocytes and thymic epithelium. By investigating further the DP stage, we have shown that ERK3-deficient DP thymocytes are more prone to apoptosis and also accumulate DNA double-strand breaks (DSBs). Moreover, we have shown that the increase DSBs are the direct consequence of RAG activity and that abolition of RAG almost restored thymic cellularity in ERK3-deficient mice. These results suggest that ERK3 is involved in an essential mechanism of DBSs regulation during TCR recombination. In the second article presented in this thesis, we have shown that ERK3 is expressed in peripheral T cell, but only when their TCR is activated. Also, ERK3-deficient T cells presented a strong reduction in proliferation and cytokine secretion following in vitro stimulation. Moreover, activated T cells lacking ERK3 are not more prone to death and surprisingly, they are unable to up-regulate the expression of the anti-apoptotic molecule Bcl-2 following TCR stimulation. These results suggest that the reduced proliferation of ERK3-deficient T cells is a consequence of their defective activation. Collectively, our results unveil essential and unsuspected roles for ERK3 in T cell development and activation. With this study, we establish for the first time an in vivo function for the atypical MAPK ERK3 in two different stages during T cell life.

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Les voies de signalisation des MAP kinases (MAPK) conventionnelles jouent des rôles essentiels pendant le développement des lymphocytes T (LT) ainsi que lors de leur activation suite à la reconnaissance antigénique. En raison de ses différences structurelles ainsi que de son mode de régulation, ERK3 fait partie des MAPK dites non-conventionnelles. Encore aujourd’hui, les événements menant à l’activation de ERK3, ses substrats ou partenaires ainsi que sa fonction physiologique demeurent peu caractérisés. Nous avons entrepris dans cette thèse d’étudier le rôle de ERK3 lors du développement et de l’activation des LT en utilisant un modèle de souris déficient pour l’expression de ERK3. Nous avons premièrement établi que ERK3 est exprimée chez les thymocytes. Ensuite, nous avons évalué le développement thymique chez la souris ERK3-déficiente et nous avons observé une diminution significative de la cellularité aux étapes DN1, DP et SP CD4+ du développement des LT. La création de chimères hématopoïétiques ERK3-déficientes nous a permis de démontrer que la diminution du nombre de cellules observée aux étapes DN1 et DP est autonome aux thymocytes alors que le phénotype observé à l’étape SP CD4+ est dépendant de l’abolition simultanée de ERK3 dans l’épithélium thymique et dans les thymocytes. Une étude plus approfondie de l’étape DP nous a permis de démontrer qu’en absence de ERK3, les cellules DP meurent plus abondamment et accumulent des cassures doubles brins (DSB) dans leur ADN. De plus, nous avons démontré que ces cassures dans l’ADN sont réalisées par les enzymes RAG et qu’en absence de ces dernières, la cellularité thymique est presque rétablie chez la souris ERK3-déficiente. Ces résultats suggèrent que ERK3 est impliquée dans un mécanisme essentiel à la régulation des DSB pendant le réarrangement V(D)J de la chaîne  du récepteur des cellules T (RCT). Dans le deuxième article présenté dans cette thèse, nous avons montré que ERK3 est exprimé chez les LT périphériques, mais seulement suite à leur activation via le RCT. Une fois activés in vitro les LT ERK3-déficients présentent une diminution marquée de leur prolifération et dans la production de cytokines. De plus, les LT ERK3-déficients survivent de façon équivalente aux LT normaux, mais étonnamment, ils expriment des niveaux plus faibles de la molécule anti-apoptotique Bcl-2. Ces résultats suggèrent que la prolifération réduite des LT ERK3-déficients est la conséquence d’une altération majeure de leur activation. Ainsi, nos résultats établissent que ERK3 est une MAPK qui joue des rôles essentiels et uniques dans le développement thymique et dans l’activation des lymphocytes T périphériques. Grâce à ces travaux, nous attribuons pour la toute première fois une fonction in vivo pour ERK3 au cours de deux différentes étapes de la vie d’un LT. / Classical MAP kinases (MAPK) play essential roles during T cell development and activation. ERK3 is a member of the MAPK family for which no physiological function has been described yet. Also, ERK3 is an atypical MAPK since its structure and mode of regulation are different from the conventional MAPK. Even today, the events leading to ERK3 activation and its substrates or partners are still largely unknown. We have studied in this thesis the role of ERK3 during T cell development and activation by using a mouse model in which ERK3 is not expressed. First, we have established that ERK3 is expressed in thymocytes. Next, we have evaluated thymic development in ERK3-deficient mice and we have observed a significant decrease in cell number at DN1, DP and CD4SP stages of T cell development. ERK3-deficient hematopoietic chimeras revealed that the DN1 and DP phenotype are T-cell autonomous, while abrogation of CD4SP development requires ERK3-deficiency in both thymocytes and thymic epithelium. By investigating further the DP stage, we have shown that ERK3-deficient DP thymocytes are more prone to apoptosis and also accumulate DNA double-strand breaks (DSBs). Moreover, we have shown that the increase DSBs are the direct consequence of RAG activity and that abolition of RAG almost restored thymic cellularity in ERK3-deficient mice. These results suggest that ERK3 is involved in an essential mechanism of DBSs regulation during TCR recombination. In the second article presented in this thesis, we have shown that ERK3 is expressed in peripheral T cell, but only when their TCR is activated. Also, ERK3-deficient T cells presented a strong reduction in proliferation and cytokine secretion following in vitro stimulation. Moreover, activated T cells lacking ERK3 are not more prone to death and surprisingly, they are unable to up-regulate the expression of the anti-apoptotic molecule Bcl-2 following TCR stimulation. These results suggest that the reduced proliferation of ERK3-deficient T cells is a consequence of their defective activation. Collectively, our results unveil essential and unsuspected roles for ERK3 in T cell development and activation. With this study, we establish for the first time an in vivo function for the atypical MAPK ERK3 in two different stages during T cell life.

Lic.-avh. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 2 uppsatser.

Dissertation (Ph.D.)--University of South Florida, 2006. / Includes vita. Includes bibliographical references (leaves 166-187). Also available online.

The mechanisms that regulate the differentiation of stem cells (SCs) into cardiomyocytes are still unclear and the role of endogenous molecules on this process remains unexplored. One such molecule is the bioactive phospholipid lysophosphatidic acid (LPA) which accumulates in the myocardium following acute infarction and exerts multiple biological functions, including the regulation of cell growth and differentiation as well as cell survival (Tigyi et al., 2003; Sengupta, et al., 2004). Experiments were therefore carried out in this thesis to reveal whether LPA can induce the differentiation of stem cells into cardiomyocytes and to identify the signalling mechanisms that mediate this effect. All experiments were carried out in the mouse P19 carcinoma stem cell line. Treatments with LPA in the absence and presence of various pharmacological compounds were conducted in embryoid bodies (EBs) formed from the P19 cells in sterile Petri dishes over 4 days. The EBs were subsequently transferred into 6-well cell culture plates and cultured for specific time points. Lysates were generated and subjected to western blotting for expression of cardiac- specific myosin light chain -1v (MLC-1v). To look at the expression of LPA receptors (LPAR1-LPAR5) experiments were carried out by RT-PCR using specific primers for each LPA receptor and the role of the latter in mediated responses to LPA were examined in the presence of the LPAR 1/3 antagonist, Ki16425, or the LPAR 4 receptor blocker suramin. In addition, experiments were carried out investigating the role of Gαi and specific signalling pathways that may be involved in the differentiation of P19 cells. These were carried out using potent inhibitors/antagonists of Gαi inhibitor (Pertussis toxin), PI3K inhibitor (LY294002), Akt inhibitor (Akt inhibitor XIII), PKC inhibitor (Bisindolylmaleimide I BIM-I), ROCK inhibitor (Y-27632), p38-MAPK inhibitor (SB203580) and ERK1/2 inhibitor (PD98059). Further experiments were carried out to establish whether the presence of LPA results in the phosphorylation of the targeted kinases. These studies were however limited to Akt, p38 MAPK and ERK1/2. Incubation of cells with LPA resulted in the differentiation of P19 cells into cardiomyocytes as reflected by the induction of MLC-1v. The latter increased significantly above basal in a time-dependent manner, reaching a maximum 10 days after plating EBs in 6-well plates. The induction of MLC-1v was more pronounced in cells incubated with 5 μM LPA at 6 days but showed little concentration differences at day 12. RT-PCR analysis confirmed the expression of LPA receptors 1 to 4 but not 5. Pre-incubating cells with suramin and Ki16425 concentration-dependently inhibited MLC-1v expression with 0.05 mg/ml and 10 μM respectively, virtually abolishing the expression of MLC-1v. Additionally, inhibitors of LPAR1/3 and LPAR4 receptors and all the signalling inhibitors except SB203580 abolished the phosphorylation of ERK1/2. Similarly, p38 MAPK activation was completely abolished by LPAR1/3 and LPAR4 receptor antagonists, Interestingly, only LY294002 (5 μM) and Y27632 (10 μM) abolished the LPA induced activation of p38 MAPK while SB203580, BIM-I, Akt inhibitor XIII and PD95080 caused no significant changes to the phosphorylation of p38 MAPK. In conclusion, the studies carried out in this thesis have shown that LPA can induce P19 stem cells to differentiate into cardiomyocytes and they are linked to the well characterised LPA receptors (LPAR1/3 and 4). These receptors are coupled to downstream signalling pathways of which those involving the ROCK, PI3K, PKC and/or Akt may be critical, and may converge on ERK1/2. Inhibition of any of these pathways has the potential to suppress differentiation. In contrast, signalling leading to p38 activation may potentially suppress differentiation but this needs further clarification.

Toll-like receptors (TLRs) are important receptor family of innate immunity. They enable fast recognition of infection through so called pathogen associated molecular patterns (PAMPs). In this thesis, we studied interaction of mouse polyomavirus (MPyV) with TLRs of mouse embryonic fibroblasts (MEF cells). We observed that inhibition of TLR4 signaling abolished response of MEF cells to MPyV. This suggested that TLR4 plays a role in MEF cells recognition of MPyV. To detect response of MEF cell to MPyV, we measured IL-6 production by ELISA. Next, we investigated effect of TLR4 signalization on MPyV infection. Inhibition of TLR4 signaling with CLI-095 inhibitor did not affect number of infected cells. Presence of TLR4 antagonist, LPS-RS, led to significant decrease in quantity of infected cells 20 hours post infection. Decrease in number of infected cells was also observed in presence of LPS. Viral infection was also inhibited by TLR9 antagonist ODN 2088. We also investigated role of MAP kinases in MPyV infection. We tested, whether inhibition of selected MAP kinases would affect number of infected cells. Inhibition of kinase p38 did not affect infection. On the other hand, inhibition of MEK kinase or JNK resulted in decrease of number of cells infected by MPyV.

Ribosomal transcription produces RNAs essential for the structure and function of the ribosomes. The up-regulation of this transcription during growth is known to address the increased needs of the cell for proteins and thus for ribosomes. However, the mechanisms involved in this regulation are not well characterized. Our laboratory was the first to demonstrate a direct link between growth and ribosomal transcription. Stimulation of mammalian cells with serum or EGF causes an immediate increase in ribosomal RNA synthesis. This activation is dependant on the ERK pathway and on the phosphorylation of the architectural factor UBF by ERK. However, the increase of transcription resulting from this stimulation is not correlated with an increase in RNA polymerase I loading on the ribosomal genes but is rather explained by a higher elongation rate of the polymerase. We also showed that UBF blocks elongation when it is not phosphorylated and is permissive to it when it is phosphorylated by ERK. These results argue against the actual model suggesting that regulation occurs only at initiation level and demonstrate for the first time the existence of a regulation at the elongation level. Theoretically, ribosomal transcription could also be regulated at the level of gene activation since more than half of the ribosomal genes are silenced at ail times. According to the current view, DNA methylation is involved in the silencing process, but we have found that, at least in human cells, it is only important to silence a certain portion of the ribosomal genes. Loss of methylation following genetic inactivation of both DNA methyltransferase 1 and 3b in human colorectal carcinoma cell line results in a decrease in both ribosomal transcription and proliferation rates and in defects in ribosomal RNA processing and nucleolar structure. Moreover, loss of DNA methylation leads to an ingression of RNA polymerase II in the ribosomal locus thus probably causing the problems observed in these cells. We suggest that both DNA methylation and regulation of the elongation rates are essential mechanisms to maintain a high density of RNA polymerase I elongating complexes on the ribosomal genes in order to exclude RNA polymerase II and ensure an efficient ribosome biogenesis. / La transcription ribosomale synthétise les ARN qui sont au coeur de la fonction et de la structure des ribosomes. L'augmentation de cette transcription en condition de croissance est connue et répond aux besoins accrus de la cellule en protéines et donc en ribosomes. Toutefois, les mécanismes impliqués dans cette régulation étaient inconnus. Notre laboratoire a montré l'existence d'un lien direct entre la croissance et la transcription ribosomale. Nous avons montré que la stimulation de cellules de mammifères par le facteur EGF ou l'ajout de sérum cause une augmentation rapide de la transcription ribosomale. Cette activation est dépendante de la voie ERK qui cible le facteur architectural UBF. Nous avons aussi montré que cette stimulation n'entraîne pas de recrutement massif d'ARN polymérases 1 aux gènes ribosomaux, et ce malgré l'augmentation de la synthèse d'ARN ribosomaux. Par contre, la vitesse d'élongation de la polymérase explique quantitativement cette augmentation et celle-ci est régulée par l'état de phosphorylation d'UBF par ERK. Ces résultats remettent en question le modèle actuel de régulation unique au niveau de l'initiation des transcrits et démontrent pour la première fois l'existence d'une régulation au niveau de l'élongation. La proportion élevée de gènes ribosomaux silencieux suggère que ceux-ci puissent être activés et constituer un troisième niveau de régulation de la transcription ribosomale. La méthylation de l'ADN est suggérée comme étant importante pour l'établissement et le maintien de ces gènes dans un état silencieux. Or, nous avons montré que la méthylation de l'ADN explique l'état silencieux d'une partie et non de la totalité de ces gènes dans des cellules humaines en culture. De plus, nous avons montré que la perte de méthylation, suite à l'inactivation génique de DNMTl et 3b, entraîne une diminution de la transcription ribosomale et de la vitesse de prolifération ainsi que des défauts dans la transformation de TARN précurseur et dans la structure nucléolaire. De plus, la perte de méthylation entraîne une incursion de TARN polymérase II dans le locus ribosomal ce qui cause vraisemblablement les problèmes observés. Nous suggérons que la méthylation de l'ADN et la régulation de l'élongation des transcrits sont des mécanismes essentiels pour le maintien d'une forte densité de complexes en élongation sur les gènes ribosomaux de façon à exclure TARN polymérase II pour ainsi assurer une biogenèse efficace des ribosomes.