O crescimento de uma camada neoíntima é o marcador central do processo aterosclerótico, bem como do remodelamento vascular associado à reestenose após intervenções vasculares terapêuticas, tais como angioplastia ou colocação de stents. A célula neointimal é essencialmente uma célula com fenótipo muscular liso indiferenciado, cuja origem pode ser múltipla e com característica ação secretora de matriz extracelular. Dentre os fatores que coordenam a (des)diferenciação, proliferação e migração destas células, há evidências de que processos redox tenham papel preponderante, porém os mecanismos de tais processos não estão claros. A compreensão mais profunda de tais mecanismos redox tem sido dificultada pela falta de modelos de células neointimais cultivadas. Os objetivos específicos deste trabalho são: 1) Desenvolver um modelo de cultura de células neointimais de artéria ilíaca de coelho obtidas após lesão por catéter-balão. 2) Avaliar em tais células índices do estado redox e potenciais fontes enzimáticas de ERO, com ênfase no complexo NAD(P)H oxidase. 3)Avaliar marcadores de estresse do retículo endoplasmático e sua correlação com os índices do estado redox. 4) Estudar o efeito de estímulos proapoptóticos como deprivação de soro, estressores do RE e particularmente administração exógena de NO na viabilidade e estado redox de células neointimais. Os resultados obtidos demonstram que: é possível obter células neointimais em cultura de modo reproduzível e estável. Células provenientes da artéria lesada mantém um estado persistente de aumento do estresse oxidativo. O estresse oxidativo nessas células decorre de produção aumentada de radical superóxido e ativação do complexo da NADPH oxidase vascular. Diferentemente do observado em vasos lesados, os marcadores do estresse do reticulo endoplasmático não se apresentam alterados se comparados a células musculares lisas normais. Células neointimais têm resposta aumentada a agonistas da NADPH oxidase e estressores celulares. A exposição a óxido nitrico promove aumento da produção de superóxido, particularmente acentuado em células neointimais. As curvas de viabilidade celular indicam uma sensibilidade aumentada a estressores do RE, doadores de NO e particularmente a oxidantes exógenos. Em conjunto, estes resultados permitem concluir que o fenótipo neointimal é um fenótipo de estresse oxidativo acentuado e persistente, mesmo em condições de cultura celular, e que este estresse oxidativo decorre pelo menos em parte da ativação do complexo NADPH oxidase no contexto de uma adaptação à resposta celular integrada ao estresse. Estes dados indicam novas perspectivas no entendimento dos mecanismos envolvidos na fisiopatologia redox da neoíntima, podendo suscitar o desenho de intervenções terapêuticas racionais. / Formation of a neointimal layer is the hallmark of most vascular diseases, such as atherosclerosis and restenosis after angioplasty. Neointimal cells display an undifferentiated noncontractile smooth muscle phenotype with marked extracellular matrix secretion. Their origin can be multiple. Among factors that govern the (de)differentiation, proliferation and migration of neointimal cells, there is evidence for a key role of redox processes, but the underlying mechanisms are unclear. Advancing the knowledge about such redox mechanisms has been difficulted by the absence of a reproducible method of neointimal cell culture. The objectives of this work are: 1) To develop a model of neointimal cell culture, in which cells are harvested from rabbit iliac arteries 14 days after overdistention balloon injury. 2) To assess the redox status in such neointimal cells and the possible enzymatic source of reactive oxygen, with emphasis in the NAD(P)H oxidase complex. 3) To investigate the expression of endoplasmic reticulum stress markers and their corralation with redox status. 4) To investigate the effects of proapoptotic stimuli such as serum deprivation, endoplasmic reticulum stressors and particularly the exogenous administration of nitric oxide in viability and redox status of neointimal cells. Our results show that it is possible to harvest and cultivate neointimal cells after balloon injury. The neointimal cells in culture, even after several passages, exhibit increased indexes of oxidative stress. Oxidative stress in such cells is associated with increased activation of the vascular NAD(P)H oxidase complex. Contrarily to what was observed in healing arteries harvested from in vivo rabbits, markers of ER stress did not show any change when compared with primary smooth muscle cells kept in similar conditions. Oxidative stress response was increased after NADPH oxidase agonists; in particular, exposure to exogenous nitric oxide markedly increased superoxide radical production in neointimal cells. Cell viability curves showed increased sensitivity to ER stressors, NO donors and, particularly, exogenous oxidants. Therefore, the neointimal phenotype is a phenotype of intrinsic sustained oxidative stress even after several passages in culture. Such oxidative stress is due at least in part to activation of the NAD(P)H oxidase complex in the context of adaptation to an integrated stress response. This data provide new perspectives to understand redox mechanisms associated with neointimal pathophysiology and can lead to development of rational therapeutic interventions.

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

O uso de dieta hiperlipídica com banha de porco em roedores induz obesidade, resistência à insulina e disfunção das células beta do pâncreas. Em diversos tecidos de animais tratados com dieta hiperlipídica já se observou aumento de expressão e/ou atividade da NAD(P)H oxidase, que pode estar envolvida em processos fisiopatológicos. O objetivo deste trabalho foi avaliar se a dieta hiperlipídica altera a expressão e/ou a atividade da NAD(P)H oxidase em ilhotas pancreáticas e se este fato pode estar associado às disfunções das células beta relatadas na literatura para este modelo animal. As ilhotas pancreáticas dos animais tratados com dieta apresentam maior secreção de insulina em alta glicose, maior metabolização da glicose, menos apoptose, menor expressão protéica de subunidades da enzima, menor produção de superóxido e não apresentam estresse oxidativo. O papel da enzima provavelmente se relaciona ao processo de secreção de insulina. A regulação de sua expressão e atividade deve estar relacionada à adaptação das ilhotas aos efeitos deletérios da dieta. / Feeding animals with high fat diet containing lard causes obesity, insulin resistance and dysfunction of pancreatic beta cells. High fat diet induces oxidative stress and modulates NAD(P)H oxidase expression and activity in many tissues. This enzyme may be involved in many pathophysiological processes. The objective of this study was to evaluate the action of high fat diet on NAD(P)H oxidase activity and expression and if this fact can be connected to the beta cell dysfunction reported in the literature on this animal model. In pancreatic islets of rats fed the high fat diet apoptosis was reduced, glucose metabolism increased, insulin secretion elevated at high glucose, protein expression of NAD(P)H oxidase subunits reduced and the superoxide production was diminished. There was no difference between the groups for oxidative stress markers. It is possible that the enzyme has a role in the process of insulin secretion. Probably the islets are regulating their activity and function to compensate the deleterious effect of lard.

No description available.

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

La cellule ß pancréatique sécrète l’insuline, la seule hormone capable de diminuer la concentration en glucose plasmatique. L'insuline est sécrétée de manière régulée sous l’influence de divers stimuli dont avant tout l’élévation de la glycémie, celle-ci augmentant lors de chaque repas. Elle est donc essentielle à la préservation de l'homéostasie du glucose. Son importance est attestée par le développement du diabète sucré et de ses complications sévères et parfois mortelles lorsque sa sécrétion est supprimée ou insuffisante et/ou lorsqu'il existe un défaut de son action.La cellule ß est une cellule excitable, c'est à dire capable de moduler son potentiel membranaire très rapidement en variant certaines conductances ioniques (Dean & Matthews 1968; 1970a; 1970b). En réponse à une élévation du glucose extracellulaire, la cellule ß se dépolarise et génère des potentiels d’action qui aboutissent à une augmentation du calcium cytoplasmique induisant la libération d’insuline par exocytose. La succession des différentes étapes menant à cette sécrétion régulée d'insuline est complexe, souvent désignée sous le vocable de couplage stimulus-sécrétion. Elle commence par une augmentation de l’entrée du glucose et de son métabolisme dans la cellule ß. L’augmentation de la concentration en ATP (ou du rapport de concentrations ATP/ADP) qui en résulte, entraîne la fermeture des canaux potassiques ATP-sensibles (KATP) avec une dépolarisation partielle de la membrane. Toutefois la fermeture de ces canaux ne semble pas suffisante pour expliquer la dépolarisation membranaire observée sous l’effet du glucose et une dépolarisation supplémentaire est nécessaire pour arriver au seuil d’activation des canaux calciques voltage-dépendants ou Cav (Gilon & Rorsman, 2009). Un efflux de Cl- de la cellule ß est déclenché lors d’une stimulation au glucose (Sehlin 1978; Sehlin 1987), proportionnellement à la concentration de glucose entre 5 et 20 mM (Malaisse et coll. 2004). Une diminution de la concentration en Cl- du milieu extracellulaire (à 10 mM ou moins) réduit fortement la sécrétion d’insuline (de 70 % ou plus avec 10 et 20 mM de glucose) et affecte l'activité électrique, inhibant voire abolissant les salves de potentiel d'action d'îlots de souris (Sehlin 1978; Sehlin & Meissner, 1988). L’ion chlorure joue donc un rôle essentiel dans l'activité électrique et la sécrétion d’insuline des cellules ß sous l'effet du glucose. Les travaux qui constituent l'objet de cette thèse sont consacrés à caractériser le transport membranaire des ions Cl- dans les cellules ß ainsi que sa régulation et particulièrement le rôle d’un canal Cl- récemment identifié et cloné: l’anoctamine1 (Ano1 ou TMEM16A).Au chapitre 3, nous démontrons l’expression de transcrits d’Ano1 par transcription inverse et amplification en chaîne par polymérase (RT-PCR) chez l'homme et le rat ainsi que l’expression de la protéine par western blot et immunohistochimie chez le rat. Sur coupe de pancréas, un marquage pour Ano1 est observé dans les îlots et dans les cellules acinaires du pancréas exocrine. La spécificité du marquage est attestée par sa disparition lors de l'addition d’un peptide compétiteur (Ano1 exogène). Nous avons démontré en patch-clamp la présence d’Ano1 actif dans la membrane des cellules ß: i) Nous avons observé des courants typiques d'Ano1 dans des patchs de cellules ß de rat entières et excisés inside-out en présence de Ca2+ intracellulaire: à 1 µM, le courant Cl- est rectifiant sortant et à 2 µM il devient presque linéaire. ii) La relation amplitude unitaire-voltage des courants Cl- unitaires activés par le Ca2+ est linéaire et montre une conductance de 8,37 pS, correspondant exactement à la conductance décrite pour Ano1. iii) Les perméabilités relatives des anions monovalents sont NO3- (1.83 ± 0.10) > Br- (1.42 ± 0.07) > Cl- (1.0), compatibles avec celles d'Ano1. iv) Ces courants sont quasi abolis par des anticorps Ano1-bloquants ou par deux inhibiteurs d’Ano1, 2-(5-éthyl-4-hydroxy-6-méthylpyrimidine-2-ylthio)-N-(4-(4-méthoxyphényl)thiazol-2-yl)acétamide (T-AO1) et acide tannique (TA). Ayant démontré la présence d'Ano1 fonctionnels au niveau de la membrane des cellules ß, nous avons investigué l'implication d'Ano1 dans la dépolarisation membranaire induite par le glucose. Cette étude a été réalisée en patch-clamp perforé sur des cellules ß d'îlots entiers de souris et des cellules ß dispersées de rat et de souris stimulées par le glucose. Les inhibiteurs d'Ano1 (T-AO1 et TA) induisent une forte diminution de la fréquence des potentiels d'action lors d'une stimulation par 16.7 mM de glucose (au moins 87 % sur cellules dispersées) et une repolarisation partielle du potentiel membranaire avec le T-AO1. Ces inhibiteurs abolissent ou inhibent fortement l'augmentation de sécrétion d'insuline d'îlots de rat induite par 8.3 mM et 16.7 mM de glucose. Des anticorps Ano1-bloquants abolissent également l'incrément de sécrétion d'insuline provoqué par 16.7 mM de glucose. Un traitement combiné avec du bumétanide (inhibant l'entrée de Cl- dans la cellule par NKCC1/2) et de l'acétazolamide (inhibant l'anhydrase carbonique V mitochondriale produisant du HCO3- intracellulaire durant le métabolisme du glucose) dans un milieu contenant 20 mM de Cl- et sans HCO3- provoque une réduction de 65 % de l'amplitude des potentiels d'action (AP) avec une repolarisation de 15 mV de leur pic sur des cellules ß dispersées de rat, confirmant l'importance de ces anions dans la régulation des oscillations du potentiel membranaire sous l'effet du glucose. Cette étude démontre que l'ouverture d'Ano1 est nécessaire pour permettre les oscillations du potentiel membranaire stimulées sous l'effet du glucose et la sécrétion d'insuline.Au chapitre 4, nous avons étudié les effets de l'H2O2 sur le canal anionique sensible au gonflement cellulaire (appelé VRAC pour volume-regulated anion channel) dans les cellules ß de rat et de la lignée de rat BRIN-BD11. L'H2O2 produit par une ou plusieurs NAD(P)H oxidase(s) (NOX) a récemment été proposé d'agir, dans plusieurs types cellulaires, comme le signal médiateur de l'activation de ces canaux activés lors du gonflement cellulaire. L'H2O2 exogène (100 à 200 µM) à une concentration de glucose basale (1,1 à 2,8 mM) stimule la sécrétion d'insuline. L'inhibiteur de VRAC, 5-nitro-2-(3-phénylpropylamino)-benzoate (NPPB), également inhibiteur d'Ano1, inhibe la réponse sécrétoire à l'H2O2 exogène. Dans des expériences de patch-clamp, nous montrons que l'H2O2 exogène stimule l’ouverture de VRAC, induisant une dépolarisation du potentiel membranaire et un courant anionique, abolis par le NPPB. L'exposition des cellules BRIN-BD11 à un milieu hypotonique (200 mosmol/l) provoquait un gonflement cellulaire suivi d’un retour vers le volume initial (en 10-15 min) suite à l’activation du canal VRAC, et une augmentation détectable du niveau intracellulaire de dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) mise en évidence par l'oxydation du colorant fluorescent 5-(et-6)-chlorométhyl-2',7'-dichlorodihydrofluorescéine (CM-H2DCF). Cette production de ROS est abolie par le chlorure de diphénylèneiodonium (DPI), un inhibiteur de flavoprotéines dont les NOX et certaines protéines de la chaîne respiratoire mitochondriale. Les inhibiteurs de NOX tels le DPI et la plumbagine inhibaient presque totalement l’incrément de sécrétion d'insuline provoqué par l'exposition des cellules BRIN-BD11 au milieu hypotonique. Une préincubation avec les deux drogues suivantes abolit quasiment la sécrétion d'insuline tant induite par l'hypotonicité que basale: i) N-acétyl-L-cystéine (NAC), un précurseur du glutathion qui sert d'antioxydant général et ii) l'acide bétulinique, un composé qui abolit presque totalement l'expression NOX4. Comme le NPPB, chacun de ces inhibiteurs (DPI, plumbagine, préincubation avec NAC ou de l'acide bétulinique) réduit fortement ou abolit la régulation du volume cellulaire observée suite à un choc hypotonique, fournissant une preuve indépendante que l'activation de VRAC est médiée par l'H2O2. L'ensemble de ces données suggère que l'H2O2 produit par une ou plusieurs NOX joue un rôle critique dans la réponse insulino-sécrétoire des cellules ß de la lignée de rat BRIN-BD11 et des cellules ß de rat à l'hypotonicité extracellulaire, via une dépolarisation produite par l'activation de VRAC et une sortie d'anions. L'inhibition de cette dépolarisation produite sous l’effet de l'H2O2 et de l’hypotonicité, ainsi que de la régulation du volume cellulaire observée suite à un choc hypotonique par les inhibiteurs d'Ano1 T-AO1 et TA (100 µM) suggèrent qu'Ano1 est associé à ce canal VRAC ou le constitue ou tout au moins en constitue une sous-unité. Le mécanisme exact entraînant l’ouverture d’Ano1 sous l’effet du glucose n’est pas élucidé. Toutefois à la suite des travaux de Llanos (Llanos et coll. 2015), nous suggérons la séquence d'événements suivante: outre la fermeture des canaux KATP, le métabolisme du glucose produit des ROS qui oxydent et ouvrent RyR2, libérant du Ca2+ des stocks intracellulaires à des endroits localisés près de la membrane cellulaire et d’Ano1 qui est ainsi activé. En conclusion, nos études démontrent que i) l'efflux de Cl- (dépolarisant) de cellules ß murines sous l'effet du glucose dépend de l’ouverture du canal Cl- activé par le calcium intracellulaire (CaCC) Ano1. Le canal Ano1 est activé sous l’effet du glucose et son activation est requise pour induire les potentiels d’action et l'entrée de Ca2+ dans la cellule ß, nécessaires à la libération d’insuline. L'ouverture d'Ano1 semble donc responsable des oscillations du potentiel membranaire en phase active avec potentiels d'action et sa fermeture pourrait participer à la repolarisation des phases silencieuses. ii) l'H2O2 produit par une ou plusieurs NAD(P)H oxydase(s) sous l’effet du gonflement cellulaire, ou du glucose (Pi et coll. 2007, Leloup et coll. 2009), ou encore ajouté de manière exogène est nécessaire à l’activation du canal anionique sensible au gonflement cellulaire VRAC. L'ouverture de VRAC s'accompagne d'une sortie d'anions, dépolarise les cellules ß de la lignée de rat BRIN-BD11 et de rat et provoque une stimulation de la sécrétion d’insuline. Ano1 pourrait être associé à VRAC, le constituer ou en constituer une sous-unité. Le mécanisme déclenchant l'ouverture d'Ano1 reste à élucider. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

O uso de dieta hiperlipídica com banha de porco em roedores induz obesidade, resistência à insulina e disfunção das células beta do pâncreas. Em diversos tecidos de animais tratados com dieta hiperlipídica já se observou aumento de expressão e/ou atividade da NAD(P)H oxidase, que pode estar envolvida em processos fisiopatológicos. O objetivo deste trabalho foi avaliar se a dieta hiperlipídica altera a expressão e/ou a atividade da NAD(P)H oxidase em ilhotas pancreáticas e se este fato pode estar associado às disfunções das células beta relatadas na literatura para este modelo animal. As ilhotas pancreáticas dos animais tratados com dieta apresentam maior secreção de insulina em alta glicose, maior metabolização da glicose, menos apoptose, menor expressão protéica de subunidades da enzima, menor produção de superóxido e não apresentam estresse oxidativo. O papel da enzima provavelmente se relaciona ao processo de secreção de insulina. A regulação de sua expressão e atividade deve estar relacionada à adaptação das ilhotas aos efeitos deletérios da dieta. / Feeding animals with high fat diet containing lard causes obesity, insulin resistance and dysfunction of pancreatic beta cells. High fat diet induces oxidative stress and modulates NAD(P)H oxidase expression and activity in many tissues. This enzyme may be involved in many pathophysiological processes. The objective of this study was to evaluate the action of high fat diet on NAD(P)H oxidase activity and expression and if this fact can be connected to the beta cell dysfunction reported in the literature on this animal model. In pancreatic islets of rats fed the high fat diet apoptosis was reduced, glucose metabolism increased, insulin secretion elevated at high glucose, protein expression of NAD(P)H oxidase subunits reduced and the superoxide production was diminished. There was no difference between the groups for oxidative stress markers. It is possible that the enzyme has a role in the process of insulin secretion. Probably the islets are regulating their activity and function to compensate the deleterious effect of lard.

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

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

Idarubicin (IDA) and mitomycin C (MC) are clinically effective quinone-containing anticancer agents used in the treatment of several human cancers. Quinone-containing anticancer drugs have the potential to undergo bioreduction by oxidoreductases to reactive species, and thereby exert their cytotoxic effects. In the present study, we investigated, for the first time, the potential of IDA, in comparison to MC, to undergo reductive activation by NADPH-cytochrome P450 reductase (P450R), NADH-cytochrome b5 reductase (b5R) and P450R-cytochrome P4502B4 (CYP2B4) system by performing both in vitro plasmid DNA damage experiments and enzyme assays. In addition, we examined the potential protective effects of some antioxidants against DNA-damaging effects of IDA and MC resulting from their reductive activation. To achieve these goals, we obtained P450R from sheep lung, beef liver and PB-treated rabbit liver microsomes, b5R from beef liver microsomes and CYP2B4 from PB-treated rabbit liver microsomes in highly purified forms. The plasmid DNA damage experiments demonstrated that P450R is capable of effectively reducing IDA to DNA-damaging species. The effective protections provided by antioxidant enzymes, SOD and catalase, as well as scavengers of hydroxyl radical, DMSO and thiourea, revealed that the mechanism of DNA damage by IDA involves the generation of ROS by redox cycling of IDA with P450R under aerobic conditions. The extent of DNA damages by both IDA and MC were found to increase with increasing concentrations of the drug or the enzyme as well as with increasing incubation time. IDA was found to have a greater ability to induce DNA damage at high drug concentrations than MC. The plasmid DNA experiments using b5R, on the other hand, showed that, unlike P450R, b5R was not able to reduce IDA to DNA-damaging reactive species. It was also found that in the presence of b5R and cofactor NADH, MC barely induced DNA strand breaks. All the purified P450Rs reduced IDA at about two-fold higher rate than that of MC as shown by the measurement of drug-induced cofactor consumption. This indicates that IDA may be a more potent cytotoxic drug than MC in terms of the generation of reactive metabolites. The results obtained from enzyme assays confirmed the finding obtained from plasmid DNA experiments that while MC is a very poor substrate for b5R, IDA is not a suitable substrate for this enzyme unlike P450R. The reconstitution experiments carried out under both aerobic and anaerobic conditions using various amounts of CYP2B4, P450R and lipid DLPC revealed that reconstituted CYP2B4 produced about 1.5-fold and 1.4-fold rate enhancements in IDA and MC reduction catalyzed by P450R alone, respectively. The present results also showed that among the tested dietary antioxidants, quercetin, rutin, naringenin, resveratrol and trolox, only quercetin was found to be highly potent in preventing DNA damage by IDA. These results may have some practical implications concerning the potential use of P450R as therapeutic agent on their own in cancer treatment strategies. Selective targeting of tumor cells with purified P450R by newly developed delivery systems such as using polymers, liposomes or antibodies may produce greater reductive activation of bioreductive drugs in tumor cells. Consequently, this strategy has a high potential to increase the efficacy and selectivity of cancer chemotherapy.