Background: Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a lethal disease for which the fundamental molecular mechanisms are only partially understood. Existing therapies, which primarily focus on endothelial dysfunction, have limited effects on improving outcomes. Increases in pulmonary vascular resistance in PAH may be attributed to complex lung arterial remodeling which result in obliterative “plexiform” lesions, a pathological hallmark of this disease. Recent studies have shown that endothelial cell (ECs) apoptosis may be a central trigger for PAH, resulting in the emergence of growth-dysregulated and apoptosis-resistant ECs that contribute to the formation of complex neoplastic-like vascular lesions. However, the mechanism which links ECs apoptosis to dysregulated growth is not yet known. Previous studies in our lab have identified increased expression of translationally controlled tumor protein (TCTP) and its gene (TPT1), previously implicated in the transformation of neoplastic cells in cancer, and in blood outgrowth ECs from patients with PAH. Moreover, TCTP expression was found to be elevated in the lungs of patients with PAH, and tightly localized to complex arterial lesions. In addition, it was detected in obliterative intimal lesions of an experimental rat model of severe PAH. Hypothesis: TCTP represents a central molecular mechanism linking ECs apoptosis to the emergence of growth-dysregulated lung vascular cells and occlusive, complex arterial remodelling in PAH. Specific Hypotheses: - Lentiviral overexpression of TCTP in human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and pulmonary artery smooth muscle cells (PASMCs) leads to a hyperproliferative and apoptosis-resistant phenotype. - Overexpression of TCTP will increase its export into apoptotic extracellular vesicles, thereby augmenting cell-cell signalling between ECs and neighbouring SMCs. Purpose: My objective was to examine the effects TCTP overexpression on ECs and SMCs survival in terms of proliferation and apoptosis, and TCTP release on the survival of nontransduced ECs and SMCs. Methods and Results: The effect of TCTP overexpression on ECs growth and survival was studied using in vitro models. TCTP was overexpressed via a lentivirus vector in HUVECs and PASMCs. Compared to non-transfected or null transfected cells, TCTP overexpression led to increases in BrdU incorporation, consistent with hyper-proliferation, and decreases in caspase activity, consistent with apoptosis resistance. As well, TCTP was selectively exported into the conditioned media of apoptotic ECs, but not SMCs, despite similar levels of overexpression. In addition, the level of release was greater in serum starved conditioned media in comparison to the exosome fraction. Finally, our data demonstrates a selective effect of conditioned media (CM) from serum-starved ECs on PASMCs, but not ECs, in terms of an increase in proliferation and a decrease in apoptosis. Conclusions: These support the idea that TCTP overexpression confers an increase in the survival of SMCs and HUVECs. Moreover, TCTP released from apoptotic ECs leads to a growth-dysregulated phenotype within SMCs (but not ECs) and may contribute to the formation of complex lung arterial lesions, leading to arteriolar obliteration in PAH. Finally, an increase in the level of TCTP expression via lentiviral transduction led to an increased TCTP export into the media, but this appeared to be mostly in the soluble portion, and less was associated with exosomes.

Mon travail de doctorat a consisté en l'étude de deux gènes, TSAP6 et TCTP, qui sont régulés de manière différentielle dans la réversion tumorale. Les protéines encodées par ces deux gènes interagissent et forment un complexe tant in vitro que in vivo. Mon objectif était de mieux comprendre la fonction biologique de ces deux gènes. Différentes approches ont été employées, notamment la cristallographie (TCTP), souris knockout (TSAP6 et TCTP) et études par mutagénèse dirigée (TSAP6 et TCTP). <br />Les souris knockout pour le gène tsap6 présentent une anémie microcytaire. Nous démontrons que cette anémie est due à un retard de maturation des réticulocytes ainsi qu'à une sécrétion défectueuse du récepteur à la Transferrine par les exosomes. Étant donné que le gène TSAP6 est une cible transcriptionnelle directe de la p53, nous avons voulu analyser la sécrétion des exosomes suite à une stimulation de p53 (par rayon X ou Actinomicine D). Nous montrons qu'en l'absence de TSAP6, on ne parvient pas à stimuler une sécrétion des exosomes. De manière plus générale ces expériences ont démontré que le gène TSAP6 avait in vivo un rôle prédominant dans la sécrétion des exosomes, y compris suite à l'activation de la p53. <br />Nous avons surtout étudié le rôle que joue TCTP dans l'apoptose. La délétion du gène tctp dans les souris knockout est létale en provoquant une augmentation de l'apoptose au cours de l'embryogenèse. Cette mort embryonnaire se produit entre les 6,5ème et 9,5ème jours du développement. La détermination de la structure de la protéine TCTP par cristallographie avec une résolution de 2A montre que la protéine humaine est très homologue à celle de s.pombe. De plus, nous avons observé suite à une analyse informatique une homologie de structure entre les hélices H2 et H3 de TCTP et les hélices H5 et H6 de BAX, une protéine pro-apoptotique impliquée dans la perméabilité de la membrane mitochondriale. On a démontré que grâce à ces deux hélices, TCTP effectue son action anti-apoptotique et inhibe la dimérisation de BAX à la membrane des mitochondries, empêchant ainsi l'apoptose.<br />Nous montrons également que la Sertraline et la Thioridazine, qui induisent la mort des cellules tumorales et une baisse concomitante de TCTP, se lient directement à TCTP et empêchent ainsi la formation du complexe TSAP6-TCTP.

L'objectif de mon travail de doctorat était une caractérisation fonctionnelle des gènes TCTP et TSAP6. Ces gènes sont impliqués dans la réversion tumorale et forment un complexe protéique. <br />Tpt1, codant pour la protéine TCTP, est le gène le plus sous-exprimé lors de la réversion tumorale. L'analyse du cristal de TCTP humain montre une forte homologie entre ses hélices H2-H3 et les hélices H5-H6 de Bax. Grâce à ses hélices, TCTP inhibe l'apoptose induite par Bax au niveau des mitochondries. En effet, nous démontrons que TCTP, entre autres par le biais de ces hélices, empêche la dimérisation de Bax. <br />Nous avons aussi développé une lignée de souris TCTP knockout qui présentent une létalité embryonnaire précoce.<br />En parallèle, nous avons étudié TSAP6, qui encode pour une protéine à 6 domaines transmembranaires et qui est une cible transcriptionnelle directe de la p53. Nous avons établi une lignée murine TSAP6 knockout présentant une anémie microcytaire avec une splénomégalie. Les réticulocytes issus des souris knockout présentent un retard de maturation et une anomalie de sécrétion du Récepteur à la Transferrine par les exosomes. De manière plus générale, les résultats obtenus montrent, in vivo, que TSAP6 contrôle la sécrétion des exosomes induite par activation de la P53. Nous montrons aussi que la Sertraline et la Thioridazine empêchent la formation du complexe TSAP6-TCTP.