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<p>There is increasing evidence that prostate tumours are organized as a hierarchy with rare cancer stem cells (CSCs) implicated in initiating and maintaining the tumour. However, prospective prostate cancer stem cells (PCSCs) have not been thoroughly characterized from primary tissue specimens. Using the DU145 cell line, PCSCs have been propagated as non-adherent spheres <em>in vitro</em>. Approximately 1.25% of monolayer DU145 cells formed primary spheres while 26% of sphere cells formed subsequent spheres; a measure of PCSC self-renewal capacity. Spheres are enriched for cells expressing prostate basal and luminal cytokeratins and CSC markers (CD44, CD24, integrin alpha2beta1). PCSCs initiate xenograft tumours with enhanced capacity compared to monolayer cells. While epidermal growth factor (EGF) promoted PCSC propagation, basic fibroblast growth factor (bFGF) inhibited these events. Activation of EGF receptor (EGFR) signalling, following EGF treatment or expression of constitutively-active EGFR (EGFRvIII), increased sphere formation. Conversely, attenuation of EGFR signalling inhibited PCSC self-renewal. Consistent with the MEK-ERK pathway being a major target of EGFR signalling, the MEK-ERK pathway contributes to EGFR-facilitated PCSC propagation. Inhibition of ERK activation following MEK inhibitor treatment, expression of dominant-negative MEK1(K97M), or knockdown of ERK1 or ERK2 reduced PCSC propagation. Therefore, EGFR signalling promotes PCSC self-renewal by activating the MEK-ERK pathway.</p> <p>SOX2 is an essential transcription factor for stem cells, however, its role in PCSCs remains unclear. SOX2 protein is upregulated in PCSCs propagated as spheres, and its expression is regulated by EGFR signalling. EGFR activation, following EGF treatment or expression of constitutively-active EGFRvIII, increased SOX2 expression and PCSC self-renewal, while being attenuated by EGFR inhibitor treatment. Ectopic SOX2 expression enhanced EGF-induced PCSC self-renewal, while SOX2 knockdown renders PCSCs non-responsive to EGF-induced self-renewal and reduced their anchorage-independent growth. Furthermore, SOX2 expression is associated with the ability of PCSCs to form aggressive xenograft tumours. Collectively, SOX2 regulates EGFR-mediated PCSC self-renewal.</p> / Doctor of Philosophy (PhD)

Les expériences suivantes testent l’hypothèse que la sérine/thréonine kinase p38α/β MAPK inhibe la rentrée dans le cycle cellulaire des cardiomyocytes ventriculaires de rats nouveau-nés (CVRNs), et induit l’expression d’un panel de cytokines/chimiokines inflammatoires. Le traitement des CVRNs par le phorbol 12,13-butyrate (PDBu), activateur de la protéine kinase C (PKC), aboutit au recrutement de l’isoforme conventionnelle (PKC-α) et des isoformes nouvelles (PKC-δ et PKC-ε) de PKC en l’absence de la rentrée dans le cycle cellulaire. Cette absence d’entrée dans le cycle cellulaire à la suite du traitement par PDBu est associée à une augmentation d’expression des ARNm des gènes qui bloquent la rentrée dans le cycle cellulaire. Les gènes comprennent Runx1(Runt-related transcription factor 1) et CDKN2a (cyclin-dependent kinase inhibitor 2A) également connu sous le nom de p16, inhibiteur du cycle cellulaire. En présence de l’inhibiteur de p38α/β MAPK, SB203580, le traitement PDBu induit une entrée dans le cycle cellulaire de deux populations distinctes de cardiomyocytes caractérisées par l’absence ou l’expression de novo de la protéine filamenteuse Nestine. En parallèle, le co-traitement PDBu/SB203580 atténue l’augmentation du niveau d’expression de l’ARNm de Runx1 et CDKN2a. L’inhibition pharmacologique du recrutement de PKC-α par GF109203X, inhibe sélectivement la rentrée dans le cycle cellulaire des CVRNs qui présentent une expression de novo de Nestine. En parallèle, le traitement par PDBu augmente le niveau d’ARNm d’un panel de cytokines inflammatoires et la co-administration de SB203580 inhibe cette réponse. Ces données révèlent que le cœur des rats nouveau-nés contient deux sous-populations distinctes de cardiomyocytes ventriculaires qui rentrent dans le cycle cellulaire à la suite d’un co-traitement PDBu / SB203580, et que la réponse proliférative est associée à une diminution des cytokines inflammatoires. Collectivement, ces résultats mettent en relief une nouvelle prémisse selon laquelle le recrutement de p38α/β MAPK médié par PKC-α joue un rôle central dans l’inhibition de l’entrée dans le cycle cellulaire et induit une réponse inflammatoire robuste par les CRVNs. / The following experiments test the hypothesis that the serine/threonine kinase p38α/β MAPK inhibits the cell cycle re-entry of neonatal rat ventricular cardiomyocytes (NNVMs) and induces the expression of a panel of inflammatory cytokines/chemokines. Treatment of NNVMs with phorbol 12,13-butyrate (PDBu), an activator of protein kinase C (PKC), results in the recruitment of the conventional isoform (PKC-α) and novel isoforms (PKC-δ and PKC-ε) of PKC in the absence of cell cycle re-entry. This lack of cell cycle re-entry following PDBu treatment is associated with an increase in the expression of mRNA of genes that inhibit cell cycle re-entry. These genes include Runx1 (Runt-related transcription factor 1) and CDKN2a (cyclin-dependent kinase inhibitor 2A), also known as p16, a cell cycle inhibitor. In the presence of the p38α/β MAPK inhibitor, SB203580, PDBu treatment induces cell cycle re-entry in two distinct populations of cardiomyocytes characterized by the absence or de novo expression of the filamentous protein Nestin. In parallel, co-treatment with PDBu/SB203580 attenuates the increase in Runx1 and CDKN2a mRNA levels. Pharmacological inhibition of PKC-α recruitment by GF109203X selectively inhibits cell cycle re-entry of NNVMs exhibiting de novo Nestin expression. Additionally, PDBu treatment increases the mRNA levels of a panel of inflammatory cytokines, and co-administration of SB203580 inhibits this response. These data reveal that the heart of neonatal rats contain two distinct subpopulations of ventricular cardiomyocytes that re-enter the cell cycle following PDBu/SB203580 co-treatment, and that the proliferative response is associated with a decrease in inflammatory cytokines. Collectively, these results highlight a novel premise whereby p38α/β MAPK recruitment mediated by PKC-α plays a central role in inhibiting cell cycle re-entry and induces a robust inflammatory response by NNVMs.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L’athérosclérose est une maladie vasculaire inflammatoire chronique qui se développe progressivement au cours de la vie. Les mécanismes impliqués sont complexes et la recherche de nouveaux candidats impliqués dans l'athérogénèse est toujours d'actualité. L’Angiopoietine-like 2 (Angptl2) est une protéine relativement peu connue, aux propriétés pro-angiogéniques et pro-inflammatoires, qui appartient par homologie à la grande famille des angiopoietines, mais dont le récepteur n'est pas encore clairement identifié. Les situations pathologiques dans lesquelles l’Angptl2 jouerait un rôle crucial sont diverses, mais sa contribution moléculaire dans le développement de l’athérosclérose est inconnue. Par differential display, nous avons initialement identifié l'Angptl2 comme étant surexprimée dans des cellules endothéliales sénescentes, isolées et cultivées à partir d'artères mammaires internes de patients athérosclérotiques ayant subi un pontage coronarien. Cette découverte a été la à base de mon projet, et mes objectifs ont été 1) de déterminer l'implication de l’Angptl2 vasculaire en présence de facteurs de risques tels que le tabagisme et la dyslipidémie, 2) de produire et de purifier une protéine recombinante fonctionnelle de l’Angptl2 afin d'identifier in vitro de nouvelles propriétés cellulaires de l'Angptl2 et 3) d'étudier in vivo le potentiel pro-athérogénique de l'Angptl2 recombinante dans un modèle murin de dyslipidémie sévère. Nous avons montré que l’Angptl2 est sécrétée préférentiellement dans des conditions pro-oxydantes et pro-inflammatoires, avec une augmentation de son expression endothéliale de l’ordre de 6 fois chez des patients coronariens fumeurs atteints de maladie pulmonaire obstructive chronique. Suite à ces résultats, nous avons émis l’hypothèse que l’Angptl2, en plus de ses fonctions pro-inflammatoires connues, possède des propriétés pro-oxydantes. Nous avons démontré que l’Angptl2 recombinante stimule en effet la production de radicaux libres dans des HUVEC en culture, via l’inhibition partielle de la voie cytoprotectrice antioxydante Nrf2/HO-1 et potentiellement via l'activation de kinase intracellulaire de type p38. A l'aide de souris dyslipidémiques LDLr-/-; hApoB-100+/+, nous avons démontré que le niveau d’Angptl2 plasmatique, vasculaire et dans les plaques athéromateuses, augmente parallèlement avec le développement de l’athérosclérose. De plus, une stimulation avec l’Angptl2 recombinante engendre chez ces souris une réponse inflammatoire évaluée par l’expression endothéliale de cytokines et de molécules d'adhésion et par l’infiltration de leucocytes sur l’endothélium vasculaire. Finalement, l’administration intraveineuse de la protéine recombinante d’Angptl2 pendant quatre semaines à des souris LDLr-/-; hApoB-100+/+ augmente de 10 fois l'expansion de la plaque athérosclérotique et double leur taux de cholestérol circulant. Nous avons aussi montré que chez des patients athérosclérotiques, l'Angptl2 plasmatique est 6 fois plus élevée que chez des sujets sains du même âge. Nos études semblent donc définir l’Angptl2 comme un facteur contribuant directement au développement de l'athérosclérose en favorisant la sénescence, l’inflammation et l’oxydation des cellules endothéliales. Ces propriétés pourraient globalement définir l'Angptl2, non seulement comme un nouveau biomarqueur circulant de l’athérosclérose, mais également comme l'un de ses promoteurs. / Atherosclerosis is a chronic vascular inflammatory disease that develops gradually during life. While the control mechanisms of this disease are complex and variable, research continues to identify new protein candidates involved in atherogenesis. Angiopoietin-like2 (Angptl2) is a relatively unknown protein, recently shown to display angiogenic and pro-inflammatory properties. Based upon structural homology, Angptl2 is a member of the angiopoietin family; however, the Angptl2 receptor has not yet been clearly identified. The reported pathological situations in which Angptl2 may play a crucial role are multiple, but its molecular contribution in the development of atherosclerosis remains unknown. By differential display, we initially identified Angptl2 as being overexpressed in senescent endothelial cells, isolated and cultivated from internal mammary arteries of atherosclerotic patients undergoing coronary bypass. This observation was at the basis of my project. My specific objectives were 1) to determine the abundance of vascular Angptl2 in the presence of risk factors such as smoking and dyslipidemia, 2) to produce and purify a functional recombinant human Angptl2 protein in order to examine its effects on cellular function in vitro, and 3) to study the pro-atherogenic potential of Angptl2 in vivo using a mouse model of severe dyslipidemia. We showed that Angptl2 is preferentially secreted under pro-oxidant and pro-inflammatory conditions, with a 6-fold increase in endothelial Angptl2 expression in smoker coronary patients with chronic obstructive pulmonary disease. Based on these results, we hypothesized that, in addition to its known pro-inflammatory functions, Angptl2 has pro-oxidant properties. Accordingly, we demonstrated that recombinant Angptl2 stimulates the production of free radicals by HUVEC, an action exerted, at least in part, by the inhibition of the cytoprotective antioxidant pathway, Nrf2/HO-1, and potentially via the activation of the intracellular p38 MAPK pathway. In dyslipidemic LDLr-/-; hApoB-100+/+ mice, we showed that the levels of endogenous Angptl2 in plasma, vascular tissue and atherosclerotic lesions increase in parallel with the development of atherosclerosis. In addition, stimulation with recombinant Angptl2 induces an inflammatory response, as assessed by the expression of cytokines and adhesion molecules and by infiltration of leukocytes into the vascular endothelium. Furthermore, intravenous infusion of purified recombinant Angptl2 for four weeks promoted a 10-fold increase in the formation of atherosclerotic plaques in LDLr-/-; hApoB-100+/+ mice and doubled their circulating cholesterol levels. Finally, we also demonstrated that plasma Angptl2 is 6-fold higher in atherosclerotic patients than in age-matched healthy subjects. These studies therefore strongly suggest that Angptl2 could directly contribute to the development of atherosclerosis by promoting senescence, inflammation and oxidation in endothelial cells. Such properties indicate that Angptl2 may be both a new biomarker of atherosclerosis, as well as one of its contributors.

Les opioïdes sont les analgésiques les plus efficaces mais leur utilisation est limitée par la tolérance, un processus lié en partie à la désensibilisation des récepteurs. Le rôle de la présente étude était de mieux caractériser le processus de désensibilisation des récepteurs et plus particulièrement, d’étudier le rôle de la tyrosine kinase Src sur la régulation de la signalisation des récepteurs delta opioïdes. Nos résultats démontrent que l’inhibition pharmacologique avec PP2 (à faible concentration : 20- 40µM) ou encore l’inhibition moléculaire de la kinase avec de faibles concentrations d’ADN d’un mutant dominant inactif de Src (0,2µg/ml) potentialise l’amplitude et la durée de l’activation de la cascade ERK lorsqu’un agoniste, DPDPE (1µM; 5 min), se lie aux récepteurs. Nous avons également démontré que de fortes concentrations d’inhibiteurs de Src (80 et 100µM de PP2 ou 1µg/ml d’ADN du mutant dominant négatif) bloquent la cascade des MAPK suivant la stimulation de DOR par l’agoniste DPDPE. Ces observations indiquent que Src a un effet biphasique sur l’activité de ERK : l’inhibition complète de Src inhibe l’activité de la cascade MAPK alors qu’une inhibition modérée potentialise cette même cascade. Nous pensons aussi que de fortes concentrations des bloqueurs de Src interfèrent avec l’activation de ERK alors que de faibles concentrations interfèrent avec la désensibilisation des récepteurs. Cette possibilité a été testée à l’aide d’essais d’accumulation d’AMPc qui visaient à évaluer l’effet des bloqueurs de Src (PP2, 20 µM; 1h) sur la désensibilisation induite par un agoniste. L'activation de DOR par DPDPE inhibe la production d’AMPc, préalablement stimulée par du forskolin, de façon dose-dépendante. Le maximum d'inhibition observé est de 61%, mais lors d’un prétraitement au DPDPE (1 µM, 30 min) l’inhibition maximale est réduite à 72% de l’inhibition initiale observée. Cependant, un prétraitement des cellules au PP2 (20µM pendant 1 heure) avant d’effectuer la désensibilisation protège contre cette désensibilisation. L’effet protecteur des bloqueurs de Src n’entraîne pas de changement au niveau de l’internalisation des DOR mais l’altération de leur internalisation via un mutant tronqué du DOR ou via un milieu sucré hypertonique (0.4M de saccharose) réduit cette protection. Ces données suggèrent alors que l’internalisation optimale du récepteur est nécessaire pour que l’effet protecteur prenne place. Nous concluons donc que Src contribue à la désensibilisation de DOR après que l’internalisation du DOR soit survenue. / Opioids are the most effective analgesics available but their use is limited by tolerance. Tolerance is related, at least in part, to receptor desensitization. Hence, the role of the present study was to better characterize the desensitization process, in particular concerning the role of the tyrosine kinase Src on regulation of delta opioid receptor signalling. Our results show that pharmacological inhibition with PP2 (administered at low concentration: 20-40µM) or molecular inhibition of the kinase with low expression levels of a dominant negative mutant of Src (0,2µg of DNA) potentiate the magnitude and duration of agonist-dependent (DPDPE; 1µM; 5 min) activation of the ERK pathway. We also showed that higher concentrations of Src inhibitors (80 and 100µM of PP2 or 1µg/ml of dominant negative mutant DNA) block the MAPK cascade following DOR stimulation by DPDPE. These observations indicate that Src has a biphasic effect on ERK activity, respectively potentiating or inhibiting agonist stimulation of the MAPK cascade at low and high levels of Src inhibition. We reasoned that high levels of Src blockers were interfering with ERK activation mechanism while low levels of inhibition were interfering with receptor desensitization. This possibility was tested by using cAMP accumulation assays to evaluate the effect of Src blockers (PP2, 20 µM; 1h) on agonist-induced desensitization. DOR stimulation by DPDPE inhibited forskolin stimulated cAMP production in a dose dependent manner with a maximal reduction of 61%. This inhibitory response was reduced by 72% following pre-exposure to DPDPE (1 µM, 30 min), an effect that was blocked by pre-treating cells with PP2 (PP2, 20 µM; 1 h) before desensitization. The protective effect of Src blockers did not involve changes in DOR internalization but interfering with internalization by using an internalization-deficient DOR mutant or hypertonic medium (0.4M sucrose) reduced this protection, indicating the need for optimal internalization in order for the protective effect of Src blockers to take place. Based on the latter observation it was possible to conclude that Src contribution to DOR desensitization is post-endocytic.