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Les préparations de Viscum album (VA), connu sous le nom vernaculaire de gui européen, sont fréquemment utilisées en support des traitements anticancéreux, principalement pour améliorer la qualité de vie des malades et réduire la croissance des tumeurs. Elles sont connues pour exercer des effets anti-tumoraux. Il existe de plus en plus de données scientifiques faisant état de liens étroits entre cancer et inflammation. Étant donné que la prostaglandine E2 (PGE2) induite par la cyclo-oxygénase 2 (COX-2) joue un rôle clef dans l’inflammation, j’ai exploré la régulation du système COX-2-PGE2 par VA et ses mécanismes sous-jacents. J’ai montré que VA exerce ses effets anti-inflammatoires en inhibant sélectivement l’expression de COX-2 et en diminuant la production de PGE2 qui en découle, par le biais d’une déstabilisation de l’ARNm de COX-2. En plus de leurs propriétés cytotoxiques, il a été montré que les préparations de VA ont également des effets immunostimulants. Les différentes préparations de VA sont hautement hétérogènes du fait de leurs compositions biochimiques qui varient selon la récolte, l’espèce de l’arbre hôte et les méthodes de préparation qui peuvent influer sur leur efficacité clinique. De ce fait, j’ai réalisé une étude comparative sur cinq préparations de VA dans le but d’analyser leurs capacités de maturation et d’activation des cellules dendritiques (DC) qui peuvent à leur tour présenter une réponse immunitaire anti-tumorale. Les résultats ont montré que parmi les cinq préparations,VA Qu Spez induit de manière significative l’activation des DC et la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires telle que l’IL-6, l’IL-8 et le TNF-α qui induisent la production d’IFN-γ,orientant de ce fait la réponse immunitaire vers une réponse Th1. L’orchestration de la11fonction des cellules myélomonocytiques est un élément central à l’interface entre inflammation et cancer. Il constitue un paradigme expliquant la plasticité et la fonction des macrophages. Mon étude met en évidence l’influence de VA Qu Spez sur la polarisation des macrophages qui passent d’un état alternatif (M2) à un état dit classique (ou M1). Les macrophages M2 sont connus pour polariser les réponses immunitaires Th2, pour participer à l’élimination des parasites, pour diminuer l’inflammation, pour promouvoir le remodelage tissulaire et la progression des tumeurs et pour avoir des fonctions immunorégulatrices. Les macrophages M1 sont impliqués dans la réponse Th1, favorisent la résistance aux pathogènes intracellulaires et aux tumeurs et promeuvent des réactions de désagrégation tissulaires. L’ensemble de ces résultats permet de comprendre les propriétés anti-inflammatoires et immunostimulantes des préparations de VA. Des recherches complémentaires permettront d’améliorer les stratégies d’utilisation thérapeutique de VA et son utilisation dans les soins de support aux traitements anticancéreux. / Viscum album (VA) preparations, commonly known as European mistletoe, are frequentlyused as complementary therapy in cancer, mainly to improve quality of life of the patients andto reduce the tumor growth. They are known to exert anti-tumoral effects. There is increasing evidence of the convoluted connection of cancer and inflammation. As cyclooxygenase-2(COX-2)-induced prostaglandin E2 (PGE2) plays a key role in the inflammation, I explored the regulation of COX-2-PGE2 axis by VA and underlying mechanisms. I found that VA exerts anti-inflammatory effects by selectively inhibiting COX-2 expression and ensuing PGE2 production. Inhibition of COX-2 expression implicates COX-2 mRNA destabilisation. In addition to their cytotoxic properties, they have also been shown to have immunostimulatory properties. Each VA preparations are highly heterogeneous because oftheir chemical composition which varies depending on the time of harvest, species of host treeand manufacturing methods, together which might influence clinical efficacy of VA.Therefore I performed a comparative study involving five different preparations of VA concerning maturation and activation of dendritic cells (DCs) which in turn may manifestanti-tumoral immune response. Results showed that among all five preparations, VA Qu Spez significantly induces DC activation, secretion of pro-inflammatory cytokines such as IL-6, Il-8 and TNF-α, enhancing IFN-γ production hence promoting Th1 immune response. The orchestration of myelomonocytic cell function is a key element that links inflammation and cancer and provides a paradigm for macrophage plasticity and function. My study reveals the effect of VA Qu Spez in switching the M2 macrophages which are known to participate inpolarizing Th2 responses, help with parasite clearance, dampen inflammation, promote tissue remodelling and tumor progression and have immunoregulatory functions, towards classicallyactivated M1 macrophages which are part of a polarized Th1 response and mediate resistance13to intracellular pathogens and tumors and elicit tissue-disruptive reactions. These results together should assist in understanding the anti-inflammatory and immunostimulatory properties of VA preparations and further research is warranted to improve the therapeutic strategies of use of VA and their role as complimentary therapy in cancer.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Adult hematopoietic stem cells (HSC) are routinely used to reconstitute hematopoiesis after myeloablation; however, transplantation efficacy and multilineage reconstitution can be limited by inadequate HSC number, or poor homing, engraftment or self-renewal. We have demonstrated that mouse and human HSC express prostaglandin E2 (PGE2) receptors, and that short-term ex vivo exposure of HSC to PGE2 enhances their homing, survival and proliferation, resulting in increased long-term repopulating cell and competitive repopulating unit (CRU) frequency. HSC pulsed with PGE2 are more competitive, as determined by head-to-head comparison in a competitive transplantation model. Enhanced HSC frequency and competitive advantage is stable and maintained upon multiple serial transplantations, with full multi-lineage reconstitution. PGE2 increases HSC CXCR4 mRNA and surface expression and enhances their migration to SDF-1α in vitro and homing to bone marrow in vivo and stimulates HSC entry into and progression through cell cycle. In addition, PGE2 enhances HSC survival, associated with an increase in Survivin mRNA and protein expression and reduction in intracellular active caspase-3. While PGE2 pulse of HSC promotes HSC self-renewal, blockade of PGE2 biosynthesis with non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) results in expansion of bone marrow hematopoietic progenitor cells (HPC). We co-administered NSAIDs along with the mobilizing agent granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) and evaluations of limiting dilution transplants, assays monitoring neutrophil and platelet recoveries, and secondary transplantations, clearly indicate that NSAIDs facilitate mobilization of a hematopoietic graft with superior functional activity compared to the graft mobilized by G-CSF alone. Enhanced mobilization has also been confirmed in baboons mobilized with G-CSF and a NSAID. Increases in mobilization are the result of a reduction of signaling through the PGE2 receptor EP4, which results in marrow expansion and reduction in the osteoblastic HSC niche. We also identify a new role for cannabinoids, an eicosanoid with opposing functions to PGE2, in hematopoietic mobilization. Additionally, we demonstrate increased survival in lethally irradiated mice treated with PGE2, NSAIDs, or the hypoxia mimetic cobalt chloride. Our results define novel mechanisms of action whereby eicosanoids regulate HSC and HPC function, and characterize novel translational strategies for hematopoietic therapies.

La prostaglandine E2 est une hormone lipidique produite abondamment dans le corps, incluant dans le rein où elle agit localement pour réguler les fonctions rénales. Un couplage à la protéine Gαs menant à une production d’AMPc a classiquement été attribué au récepteur EP4 de PGE2. La signalisation d’EP4 s’est cependant avérée plus complexe et implique aussi un couplage aux protéines sensibles à la PTX Gαi et des effets reliés aux β-arrestines. Il y a maintenant plusieurs exemples de l’activation sélective de voies de signalisation indépendantes par des ligands des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), et ce concept désigné sélectivité fonctionnelle pourrait être exploité dans le développement de nouveaux médicaments plus spécifiques et efficaces. Dans une première étude, la puissance et l’activité intrinsèque d’une série de ligands d’EP4 pour l’activation de Gαs, Gαi et de la ß-arrestine ont été systématiquement déterminées relativement au ligand endogène PGE2. Dans ce but, trois essais de transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET) ont été adaptés pour évaluer les différentes voies dans des cellules vivantes. Nos résultats montrent une sélectivité fonctionnelle importante parmi les agonistes évalués et ont une implication pour l’utilisation d’analogues de la PGE2 dans un contexte expérimental et possiblement clinique, puisque leur spectre d’activité diffère de l’agoniste naturel. La méthodologie basée sur le BRET utilisée lors de cette première évaluation systématique d’une série d’agonistes d’EP4 devrait être applicable à l’étude d’autres RCPG. Dans une deuxième étude, des peptides reproduisant des régions juxtamembranaires extracellulaires du récepteur EP4 ont été conçus selon le raisonnement que des peptides ciblant des régions éloignées du site de liaison du ligand naturel ont le potentiel de ne moduler qu’une partie des activités du récepteur. L’insuffisance rénale aiguë est une complication médicale grave caractérisée par un déclin brusque et soutenu de la fonction rénale et pour laquelle il n’y a pas de traitement efficace à l’heure actuelle. Nos résultats montrent que le peptidomimétique dérivé d’EP4 optimisé (THG213.29) améliore significativement les fonctions rénales et les changements histologiques dans une insuffisance rénale aiguë induite par cisplatine ou par occlusion des artères rénales dans des rats Sprague-Dawley. Le THG213.29 ne compétitionnait pas la liaison de la PGE2 à EP4, mais modulait la cinétique de dissociation de la PGE2, suggérant une liaison à un site allostérique d’EP4. Le THG213.29 démontrait une sélectivité fonctionnelle, puisqu’il inhibait partiellement la production d’AMPc induite par EP4 mais n’affectait pas l’activation de Gαi ou le recrutement de la ß-arrestine. Nos résultats indiquent que le THG213.29 représente une nouvelle classe d’agent diurétique possédant les propriétés d’un modulateur allostérique non-compétitif des fonctions du récepteur EP4 pour l’amélioration des fonctions rénales suite à une insuffisance rénale aiguë. / Prostaglandin E2 (PGE2) is a lipid hormone mediator widely produced in the body, including in the kidney where it acts locally to regulate renal function. Classically, the PGE2 receptor EP4 has been classified as coupling to the Gαs subunit, leading to intracellular cAMP increases. However EP4 signaling has been revealed to be more complex and also involves coupling to PTX-sensitive Gαi proteins and ß-arrestin mediated effects. There are now many examples of selective activation of independent pathways by G-protein coupled receptor (GPCR) ligands, a concept referred to as functional selectivity that could be exploited for the development of more specific and efficacious drugs. In a first study, the potencies and efficacies of a panel of EP4 ligands were systematically determined for the activation of Gαs, Gαi and ß-arrestin relative to the endogenous ligand PGE2. For this purpose, three bioluminescence resonance energy transfer (BRET) assays were adapted to evaluate the respective pathways in living cells. Our results suggest considerable functional selectivity among the tested, structurally related agonists and have implications for the use of PGE2 analogues in experimental and possibly clinical settings, as their activity spectra on EP4 differ from that of the native agonist. The BRET-based methodology used for this first systematic assessment of a set of EP4 agonists should be applicable for the study of other GPCRs. In a second study, peptides were derived from extracellular juxtamembranous regions of the EP4 receptor following the rationale that peptides that target regions of the receptor remote of the ligand-binding site might modulate a subset of the EP4-mediated activities. Acute renal failure is a serious medical complication characterized by an abrupt and sustained decline in renal function and for which there is currently no effective treatment. Our results show that the optimized EP4-derived peptidomimetic THG213.29 significantly improved renal functions and histological changes in acute renal failure induced by either cisplatin or renal artery occlusion in Sprague-Dawley rats. THG213.29 did not displace PGE2 binding to EP4, but modulated PGE2 binding dissociation kinetics, indicative of an allosteric binding mode. THG213.29 exhibited functional selectivity, as it partially inhibited EP4-mediated cAMP production but did not affect Gαi activation or ß-arrestin recruitment. Our results demonstrate that THG213.29 represents a novel class of diuretic agent with noncompetitive allosteric modulator effects on EP4 receptor function for improving renal function following acute renal failure.

La prostaglandine E2 est une hormone lipidique produite abondamment dans le corps, incluant dans le rein où elle agit localement pour réguler les fonctions rénales. Un couplage à la protéine Gαs menant à une production d’AMPc a classiquement été attribué au récepteur EP4 de PGE2. La signalisation d’EP4 s’est cependant avérée plus complexe et implique aussi un couplage aux protéines sensibles à la PTX Gαi et des effets reliés aux β-arrestines. Il y a maintenant plusieurs exemples de l’activation sélective de voies de signalisation indépendantes par des ligands des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), et ce concept désigné sélectivité fonctionnelle pourrait être exploité dans le développement de nouveaux médicaments plus spécifiques et efficaces. Dans une première étude, la puissance et l’activité intrinsèque d’une série de ligands d’EP4 pour l’activation de Gαs, Gαi et de la ß-arrestine ont été systématiquement déterminées relativement au ligand endogène PGE2. Dans ce but, trois essais de transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET) ont été adaptés pour évaluer les différentes voies dans des cellules vivantes. Nos résultats montrent une sélectivité fonctionnelle importante parmi les agonistes évalués et ont une implication pour l’utilisation d’analogues de la PGE2 dans un contexte expérimental et possiblement clinique, puisque leur spectre d’activité diffère de l’agoniste naturel. La méthodologie basée sur le BRET utilisée lors de cette première évaluation systématique d’une série d’agonistes d’EP4 devrait être applicable à l’étude d’autres RCPG. Dans une deuxième étude, des peptides reproduisant des régions juxtamembranaires extracellulaires du récepteur EP4 ont été conçus selon le raisonnement que des peptides ciblant des régions éloignées du site de liaison du ligand naturel ont le potentiel de ne moduler qu’une partie des activités du récepteur. L’insuffisance rénale aiguë est une complication médicale grave caractérisée par un déclin brusque et soutenu de la fonction rénale et pour laquelle il n’y a pas de traitement efficace à l’heure actuelle. Nos résultats montrent que le peptidomimétique dérivé d’EP4 optimisé (THG213.29) améliore significativement les fonctions rénales et les changements histologiques dans une insuffisance rénale aiguë induite par cisplatine ou par occlusion des artères rénales dans des rats Sprague-Dawley. Le THG213.29 ne compétitionnait pas la liaison de la PGE2 à EP4, mais modulait la cinétique de dissociation de la PGE2, suggérant une liaison à un site allostérique d’EP4. Le THG213.29 démontrait une sélectivité fonctionnelle, puisqu’il inhibait partiellement la production d’AMPc induite par EP4 mais n’affectait pas l’activation de Gαi ou le recrutement de la ß-arrestine. Nos résultats indiquent que le THG213.29 représente une nouvelle classe d’agent diurétique possédant les propriétés d’un modulateur allostérique non-compétitif des fonctions du récepteur EP4 pour l’amélioration des fonctions rénales suite à une insuffisance rénale aiguë. / Prostaglandin E2 (PGE2) is a lipid hormone mediator widely produced in the body, including in the kidney where it acts locally to regulate renal function. Classically, the PGE2 receptor EP4 has been classified as coupling to the Gαs subunit, leading to intracellular cAMP increases. However EP4 signaling has been revealed to be more complex and also involves coupling to PTX-sensitive Gαi proteins and ß-arrestin mediated effects. There are now many examples of selective activation of independent pathways by G-protein coupled receptor (GPCR) ligands, a concept referred to as functional selectivity that could be exploited for the development of more specific and efficacious drugs. In a first study, the potencies and efficacies of a panel of EP4 ligands were systematically determined for the activation of Gαs, Gαi and ß-arrestin relative to the endogenous ligand PGE2. For this purpose, three bioluminescence resonance energy transfer (BRET) assays were adapted to evaluate the respective pathways in living cells. Our results suggest considerable functional selectivity among the tested, structurally related agonists and have implications for the use of PGE2 analogues in experimental and possibly clinical settings, as their activity spectra on EP4 differ from that of the native agonist. The BRET-based methodology used for this first systematic assessment of a set of EP4 agonists should be applicable for the study of other GPCRs. In a second study, peptides were derived from extracellular juxtamembranous regions of the EP4 receptor following the rationale that peptides that target regions of the receptor remote of the ligand-binding site might modulate a subset of the EP4-mediated activities. Acute renal failure is a serious medical complication characterized by an abrupt and sustained decline in renal function and for which there is currently no effective treatment. Our results show that the optimized EP4-derived peptidomimetic THG213.29 significantly improved renal functions and histological changes in acute renal failure induced by either cisplatin or renal artery occlusion in Sprague-Dawley rats. THG213.29 did not displace PGE2 binding to EP4, but modulated PGE2 binding dissociation kinetics, indicative of an allosteric binding mode. THG213.29 exhibited functional selectivity, as it partially inhibited EP4-mediated cAMP production but did not affect Gαi activation or ß-arrestin recruitment. Our results demonstrate that THG213.29 represents a novel class of diuretic agent with noncompetitive allosteric modulator effects on EP4 receptor function for improving renal function following acute renal failure.