Seminario de Título entregado a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Ingeniero en Biotecnología Molecular. / Los canales de la superfamilia TRP son canales catiónicos no selectivos que permean principalmente Ca2+ y Na+, y comparten una arquitectura molecular general. Las subunidades de un canal TRP ensamblan en homo o heterotrámeros entre miembros de una misma o una diferente subfamilia compartiendo mecanismos de regulación y tráfico, lo que resulta en una gran diversidad de conductancias cationicas, en términos de sus propiedades regulatorias y biofísicas, por lo que han sido descritos como sensores polimodales que responden a una gran variedad de estímulos intracelulares y externos, cumpliendo roles fisiológicos esenciales en las funciones sensoriales, homeostáticas e incluso diversas funciones motiles como la contracción muscular y la migración celular. TRPC3 es un miembro de la subfamilia TRPC que está involucrado en un amplio espectro de mecanismos de señalización de Ca2+, y presenta propiedades de activación y regulación únicas que le permiten el reconocimiento e integración de múltiples estímulos. Este canal se asocia con varias proteínas permitiendo la formación de canales catiónicos diferentes en diversos tipos de células, afectando su actividad y función, por lo que es considerado un sensor multifuncional y versátil de gran relevancia fisiológica y fisiopatológica. Se ha visto que TRPC3 interacciona físicamente con TRPM4 en sistemas de expresión heterólogos, un miembro de la subfamilia TRPM impermeable a calcio, pero activado por este catión, que está involucrado en diferentes procesos fisiológicos, y cuya ganancia de función está relacionada con gran variedad de eventos fisiopatológicos como cáncer, enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas. En nuestro laboratorio, se encontró que las proteínas End Binding (EBs) interaccionan con un motivo ‘SxIP’ ubicado en la región amino terminal de TRPM4, y que xiii esta interacción TRPM4-EB gobierna el tráfico anterógrado del canal y su actividad. De acuerdo a estos antecedentes, se propone validar la interacción física entre TRPC3 y TRPM4, y evaluar si es que comparten mecanismos de tráfico y exportación a la superficie celular. Para ello, se realizaron experimentos de inmunoprecipitación y se evaluó el co-trafico de estos canales utilizando diferentes aproximaciones en modelos de expresión heteróloga que coexpresaban ambos canales. Se encontró que efectivamente TRPM4 interacciona con TRPC3, y además que la deleción del ‘motivo SWIP’ de TRPM4 afecta la localización y exportación de TRPC3 a la superficie celular. Debido a la creciente relevancia fisiológica de los eventos de heteroasociación y co-trafico relacionados a los canales TRP, estos datos sugieren que la interacción física entre estos miembros de diferentes sufamilias TRP involucra mecanismos de tráfico asociado a la interacción TRPM4-EBs y podría tener relevancia en tejidos que coexpresen ambos canales, como en tejido cardiovascular o neuronal. / TRP proteins are non-selective cationic channels that permeate mainly Ca2+ and Na+, and share a general molecular architecture. TRP channels subunits assemble as homo or heterotetramers between members of the same or different subfamily, sharing regulation and trafficking mechanisms which results in a great diversity of cationic conductances, in terms of their regulatory and biophysical properties, so they have been described as polymodal sensors that respond to a wide variety of intracellular and external stimuli, fulfilling essential physiological roles in sensory, homeostatic and even diverse motile functions such as muscle contraction and cell migration. TRPC3 is a member of the TRPC subfamily involved in a broad spectrum of Ca2+ signaling mechanisms, and has unique activation and regulation properties that allow recognition and integration of multiple stimuli. These channels are associated with several proteins that allow it to form different cation channels in different types of cells, affecting the activity and function of the channel, so it is considered a multifunctional and versatile sensor of great physiological and physiopathological relevance. TRPC3 physically interacts with TRPM4, a member of the TRPM subfamily impermeable by calcium, but activated by this cation, which is involved in different physiological processes, and whose gain of function is related to a great variety of pathophysiological events, such as cancer, cardiovascular and neurodegenerative diseases. In our laboratory, we found that End Binding proteins (EBs) interact with a 'SxIP' motif located in the amino terminal region of TRPM4, and this TRPM4-EB interaction governs the anterograde trafficking of the channel and its activity. Accordingly, we achieved to validate the physical interaction between TRPC3 and TRPM4, and to evaluate whether these channels share trafficking and exporting mechanisms to the cell surface. To do that, we performed immunoprecipitation assays and the co-trafficking assays in heterologous systems that coexpressed both channels. We found that TRPM4 interacts with TRPC3. Moreover, we observed that the deletion of the 'SWIP motif' of TRPM4 affects the localization and exporting of TRPC3 to the cell surface. Due to the increasing physiological relevance of hetero-association and co-trafficking events related to TRP channels, these data suggest that the physical interaction between these members of different TRP subfamilies involve trafficking mechanisms associated with TRPM4-EBs interaction. These data could have relevance in tissues that coexpress both channels, as in cardiovascular or neuronal tissues. / Este Seminario de Título fue financiado por el proyecto FONDECYT 1160518 y Núcleo Milenio de Enfermedades Asociadas a Canales Iónicos (IR: Oscar Cerda A.),

En dépit des efforts déployés, l'incidence de l'obésité est en augmentation dans le monde entier où la consommation d‘aliments moins coûteux et hyperénergétiquesriches en matières grasses, représente la principale cause. Des études récentes ont révélé l'existence d'un goût de gras et que l'envie de le satisfaire pourrait être responsable de l‘excès des prises alimentaires et de l'attirance pour les aliments riches en gras. Différentes stratégies ont été utilisées pour réduire la teneur engraisse des aliments ou pour la remplacer par des mimétiques et des substituts de graisse. Dans cette thèse, nous avons non seulement exploré des mécanismes de signalisation tels que le rôle des canaux TRPC3 Ca2+ dans les cellules du bourgeon gustatif, mais nous avons également tenté de rechercher de nouvelles classes de molécules artificielles et naturelles, d‘origines végétales, qui pourraient agir comme exhausteurs de goût ou comme activateurs du goût. Sur la base des résultats obtenus par des études biochimiques et comportementales au cours de la thèse actuelle, nous proposons que Zizyphine purifié à partir de Zizyphus lotus, d‘acide oléanolique et de TUG891 (un agoniste chimique de GPR120) puissent être un candidat novateur et prometteur pour le traitement et la prévention de l'obésité et du syndrome métabolique qui lui est associé. / Despite efforts, the incidence of obesity is on a rise throughout the world andconsumption of less expensive fat rich and high energy diet remains the major cause.Recent studies have successfully unveiled the existence of a fat taste, and that theurge to satisfy it might be responsible for the overeating behaviour and attractiontowards fat rich foods. Different strategies have been used to reduce fat content offood or replace it with fat mimetics and fat replacers. In this dissertation, we have not only explored signalling mechanisms like role of TRPC3 Ca2+ channels in taste bud cells but also tried to search for newer classes of molecules from botanical and chemical origin that might either act as fat taste enhancers, or fat taste activators. Based on the result of various biochemical and behavioural studies during the current dissertation, we propose that Zizyphin purified from Zizyphus lotus,Oleanolic acid and TUG891 (a chemical agonist of GPR120), might be novel andpromising candidates for the treatment and prevention of obesity and associatedmetabolic syndrome.

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La fibrillation auriculaire (FA) est le trouble du rythme le plus fréquemment observé en pratique clinique. Elle constitue un risque important de morbi-mortalité. Le traitement de la FA reste un défi majeur en lien avec les nombreux effets secondaires associés aux approches thérapeutiques actuelles. Dans ce contexte, une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents à la FA est essentielle pour le développement de nouvelles thérapies offrant un meilleur rapport bénéfice/risque pour les patients. La FA est caractérisée par i) un remodelage électrique délétère associé le plus souvent ii) à un remodelage structurel du myocarde favorisant la récurrence et le maintien de l’arythmie. La diminution de la période réfractaire effective au sein du tissu auriculaire est un élément clef du remodelage électrique. Le remodelage structurel, quant à lui, se manifeste principalement par une fibrose tissulaire qui altère la propagation de l’influx électrique dans les oreillettes. Les mécanismes moléculaires impliqués dans la mise en place de ces deux substrats restent mal connus. Récemment, le rôle des microARNs (miARNs) a été pointé du doigt dans de nombreuses pathologies notamment cardiaques. Dans ce contexte les objectifs principaux de ce travail ont été i) d'acquérir une compréhension approfondie du rôle des miARNs dans la régulation de l’expression des canaux ioniques et ii) de mieux comprendre le rôle de ces molécules dans l’installation d’un substrat favorable a la FA. Nous avons, dans un premier temps, effectué une analyse bio-informatique combinée à des approches expérimentales spécifiques afin d’identifier clairement les miARNs démontrant un fort potentiel de régulation des gènes codant pour l’expression des canaux ioniques cardiaques humains. Nous avons identifié un nombre limité de miARNs cardiaques qui possédaient ces propriétés. Sur la base de ces résultats, nous avons démontré que l’altération de l'expression des canaux ioniques, observée dans diverse maladies cardiaques (par exemple, les cardiomyopathies, l’ischémie myocardique, et la fibrillation auriculaire), peut être soumise à ces miARNs suggérant leur implication dans l’arythmogénèse. La régulation du courant potassique IK1 est un facteur déterminant du remodelage électrique auriculaire associée à la FA. Les mécanismes moléculaires sous-jacents sont peu connus. Nous avons émis l’hypothèse que l'altération de l’expression des miARNs soit corrélée à l’augmentation de l’expression d’IK1 dans la FA. Nous avons constaté que l’expression de miR-26 est réduite dans la FA et qu’elle régule IK1 en modulant l’expression de sa sous-unité Kir2.1. Nous avons démontré que miR-26 est sous la répression transcriptionnelle du facteur nucléaire des lymphocytes T activés (NFAT) et que l’activité accrue de NFATc3/c4, aboutit à une expression réduite de miR-26. En conséquence IK1 augmente lors de la FA. Nous avons enfin démontré que l’interférence in vivo de miR-26 influence la susceptibilité à la FA en régulant IK1, confirmant le rôle prépondérant de miR-26 dans le remodelage auriculaire électrique. La fibrose auriculaire est un constituant majeur du remodelage structurel associé à la FA, impliquant l'activation des fibroblastes et l’influx cellulaire du Ca2 +. Nous avons cherché à déterminer i) si le canal perméable au Ca2+, TRPC3, jouait un rôle dans la fibrose auriculaire en favorisant l'activation des fibroblastes et ii) étudié le rôle potentiel des miARNs dans ce contexte. Nous avons démontré que les canaux TRPC3 favorisent l’influx du Ca2 +, activant la signalisation Ca2 +-dépendante ERK et en conséquence activent la prolifération des fibroblastes. Nous avons également démontré que l’expression du TRPC3 est augmentée dans la FA et que le blocage in vivo de TRPC3 empêche le développement de substrats reliés à la FA. Nous avons par ailleurs validé que miR-26 régule les canaux TRPC3 en diminuant leur expression dans les fibroblastes. Enfin, nous avons montré que l'expression réduite du miR-26 est également due à l’activité augmentée de NFATc3/c4 dans les fibroblastes, expliquant ainsi l’augmentation de TRPC3 lors de la FA, confirmant la contribution de miR-26 dans le processus de remodelage structurel lié à la FA. En conclusion, nos résultats mettent en évidence l'importance des miARNs dans la régulation des canaux ioniques cardiaques. Notamment, miR-26 joue un rôle important dans le remodelage électrique et structurel associé à la FA et ce, en régulant IK1 et l’expression du canal TRPC3. Notre étude démasque ainsi un mécanisme moléculaire de contrôle de la FA innovateur associant des miARNs. miR-26 en particulier représente apres ces travaux une nouvelle cible thérapeutique prometteuse pour traiter la FA. / Atrial fibrillation (AF) is the most frequently-encountered arrhythmia in clinical practice and constitutes a major cause of cardiac morbidity and mortality. The management of AF remains a major challenge as current therapeutic approaches are limited by potential adverse effects and high rate of AF recurrence/persistence. A better understanding of the mechanisms underlying AF is of great importance to improve AF therapy. AF is characterized by impaired electrical and structural remodeling, both of which favors the recurrence and maintenance of the arrhythmia. A key feature in electrical remodeling is the reduced atrial effective refractory period, due to ion channel alteration. Structural remodeling, on the other hand, mainly results from atrial fibrosis. However, the precise molecular mechanisms underlying these remodeling processes are still incompletely understood. The importance of microRNAs (miRNAs) in various pathophysiological conditions of the heart has been well established, but little is known with regard to cardiac arrhythmias. Emerging evidence suggests that dysregulation of miRNAs may underlie heart rhythm disturbances. The aim of the present work was to acquire a comprehensive understanding of miRNA-mediated regulation of ion channels in cardiac arrhythmias. Notably, we will focus on the mechanistic insights of miRNAs related to the control of AF. Currently available experimental approaches do not permit thorough characterization of miRNA targeting. For this purpose, we performed bioinformatic analyses in conjunction with experimental approaches to identify miRNAs from the database that potentially regulate human cardiac ion channel genes. We found that only a subset of miRNAs target cardiac ion channel genes. Based on these results, we further demonstrated that the dysregulation of ion channel gene expression observed in various cardiac disorders (e.g. cardiomyopathy, myocardial ischemia, and atrial fibrillation) can be explained by the dysregulation of miRNAs. These findings further support the potential implication of miRNAs in arrhythmogenesis under these cardiac conditions. The upregulation of the cardiac inward rectifying potassium current, IK1, is a key determinant of adverse atrial electrical remodeling associated with AF. The molecular mechanisms underlying this ionic remodeling are poorly understood. We hypothesized that altered miRNA expression is responsible for IK1 upregulation in AF. We found that miR-26 is significantly downregulated in AF and regulates IK1 by controlling the expression of its underlying subunit Kir2.1. Moreover, we demonstrated that miR-26 is under the transcriptional repression of the nuclear factor of activated T cells (NFAT) and enhanced activities of members of the NFAT family, NFATc3/c4, results in miR-26 downregulation, which accounts for IK1 enhancement in AF. Furthermore, we observed that in vivo interference of miR-26 affects AF susceptibility via the regulation of IK1, suggesting an important role of miR-26 in atrial electrical remodeling. Atrial fibrosis is a major constituent in AF-associated adverse atrial structural remodeling, involving the activation of fibroblasts and cellular Ca2+ entry. Here, we sought to determine whether the Ca2+ permeable channel, TRPC3, plays a role in AF-induced fibrosis by promoting fibroblast activation. Furthermore, we investigated the potential role of miRNAs in this context. We found that TRPC3 channels promote Ca2+-entry, which results in activation of Ca2+-dependent ERK-signaling and consequently fibroblast activation. We also demonstrated that TRPC3 is upregulated in AF and in vivo TRPC3 blockade suppresses the development of AF-promoting substrate. Furthermore, we observed that miR-26 regulates TRPC3 channels via controlling the expression of the underlying channel subunit and is downregulated in AF-fibroblasts. Finally, we showed that the reduced expression of miR-26 is also due to the enhanced NFATc3/c4 activities in AF-fibroblasts and accounts for AF-induced upregulation of TRPC3, suggesting the potential contribution of miR-26 in AF-related adverse structural remodeling process. In conclusion, our findings emphasize the importance of miRNAs in the regulation of cardiac ion channels. Notably, miR-26 plays a crucial role in AF-associated electrical and structural remodeling via the regulation of IK1 and TRPC3 channel genes. Thus, our study unravels a novel molecular control mechanism of AF at the miRNA level, suggesting miR-26 as a new and promising therapeutic target for AF.

La fibrillation auriculaire (FA) est le trouble du rythme le plus fréquemment observé en pratique clinique. Elle constitue un risque important de morbi-mortalité. Le traitement de la FA reste un défi majeur en lien avec les nombreux effets secondaires associés aux approches thérapeutiques actuelles. Dans ce contexte, une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents à la FA est essentielle pour le développement de nouvelles thérapies offrant un meilleur rapport bénéfice/risque pour les patients. La FA est caractérisée par i) un remodelage électrique délétère associé le plus souvent ii) à un remodelage structurel du myocarde favorisant la récurrence et le maintien de l’arythmie. La diminution de la période réfractaire effective au sein du tissu auriculaire est un élément clef du remodelage électrique. Le remodelage structurel, quant à lui, se manifeste principalement par une fibrose tissulaire qui altère la propagation de l’influx électrique dans les oreillettes. Les mécanismes moléculaires impliqués dans la mise en place de ces deux substrats restent mal connus. Récemment, le rôle des microARNs (miARNs) a été pointé du doigt dans de nombreuses pathologies notamment cardiaques. Dans ce contexte les objectifs principaux de ce travail ont été i) d'acquérir une compréhension approfondie du rôle des miARNs dans la régulation de l’expression des canaux ioniques et ii) de mieux comprendre le rôle de ces molécules dans l’installation d’un substrat favorable a la FA. Nous avons, dans un premier temps, effectué une analyse bio-informatique combinée à des approches expérimentales spécifiques afin d’identifier clairement les miARNs démontrant un fort potentiel de régulation des gènes codant pour l’expression des canaux ioniques cardiaques humains. Nous avons identifié un nombre limité de miARNs cardiaques qui possédaient ces propriétés. Sur la base de ces résultats, nous avons démontré que l’altération de l'expression des canaux ioniques, observée dans diverse maladies cardiaques (par exemple, les cardiomyopathies, l’ischémie myocardique, et la fibrillation auriculaire), peut être soumise à ces miARNs suggérant leur implication dans l’arythmogénèse. La régulation du courant potassique IK1 est un facteur déterminant du remodelage électrique auriculaire associée à la FA. Les mécanismes moléculaires sous-jacents sont peu connus. Nous avons émis l’hypothèse que l'altération de l’expression des miARNs soit corrélée à l’augmentation de l’expression d’IK1 dans la FA. Nous avons constaté que l’expression de miR-26 est réduite dans la FA et qu’elle régule IK1 en modulant l’expression de sa sous-unité Kir2.1. Nous avons démontré que miR-26 est sous la répression transcriptionnelle du facteur nucléaire des lymphocytes T activés (NFAT) et que l’activité accrue de NFATc3/c4, aboutit à une expression réduite de miR-26. En conséquence IK1 augmente lors de la FA. Nous avons enfin démontré que l’interférence in vivo de miR-26 influence la susceptibilité à la FA en régulant IK1, confirmant le rôle prépondérant de miR-26 dans le remodelage auriculaire électrique. La fibrose auriculaire est un constituant majeur du remodelage structurel associé à la FA, impliquant l'activation des fibroblastes et l’influx cellulaire du Ca2 +. Nous avons cherché à déterminer i) si le canal perméable au Ca2+, TRPC3, jouait un rôle dans la fibrose auriculaire en favorisant l'activation des fibroblastes et ii) étudié le rôle potentiel des miARNs dans ce contexte. Nous avons démontré que les canaux TRPC3 favorisent l’influx du Ca2 +, activant la signalisation Ca2 +-dépendante ERK et en conséquence activent la prolifération des fibroblastes. Nous avons également démontré que l’expression du TRPC3 est augmentée dans la FA et que le blocage in vivo de TRPC3 empêche le développement de substrats reliés à la FA. Nous avons par ailleurs validé que miR-26 régule les canaux TRPC3 en diminuant leur expression dans les fibroblastes. Enfin, nous avons montré que l'expression réduite du miR-26 est également due à l’activité augmentée de NFATc3/c4 dans les fibroblastes, expliquant ainsi l’augmentation de TRPC3 lors de la FA, confirmant la contribution de miR-26 dans le processus de remodelage structurel lié à la FA. En conclusion, nos résultats mettent en évidence l'importance des miARNs dans la régulation des canaux ioniques cardiaques. Notamment, miR-26 joue un rôle important dans le remodelage électrique et structurel associé à la FA et ce, en régulant IK1 et l’expression du canal TRPC3. Notre étude démasque ainsi un mécanisme moléculaire de contrôle de la FA innovateur associant des miARNs. miR-26 en particulier représente apres ces travaux une nouvelle cible thérapeutique prometteuse pour traiter la FA. / Atrial fibrillation (AF) is the most frequently-encountered arrhythmia in clinical practice and constitutes a major cause of cardiac morbidity and mortality. The management of AF remains a major challenge as current therapeutic approaches are limited by potential adverse effects and high rate of AF recurrence/persistence. A better understanding of the mechanisms underlying AF is of great importance to improve AF therapy. AF is characterized by impaired electrical and structural remodeling, both of which favors the recurrence and maintenance of the arrhythmia. A key feature in electrical remodeling is the reduced atrial effective refractory period, due to ion channel alteration. Structural remodeling, on the other hand, mainly results from atrial fibrosis. However, the precise molecular mechanisms underlying these remodeling processes are still incompletely understood. The importance of microRNAs (miRNAs) in various pathophysiological conditions of the heart has been well established, but little is known with regard to cardiac arrhythmias. Emerging evidence suggests that dysregulation of miRNAs may underlie heart rhythm disturbances. The aim of the present work was to acquire a comprehensive understanding of miRNA-mediated regulation of ion channels in cardiac arrhythmias. Notably, we will focus on the mechanistic insights of miRNAs related to the control of AF. Currently available experimental approaches do not permit thorough characterization of miRNA targeting. For this purpose, we performed bioinformatic analyses in conjunction with experimental approaches to identify miRNAs from the database that potentially regulate human cardiac ion channel genes. We found that only a subset of miRNAs target cardiac ion channel genes. Based on these results, we further demonstrated that the dysregulation of ion channel gene expression observed in various cardiac disorders (e.g. cardiomyopathy, myocardial ischemia, and atrial fibrillation) can be explained by the dysregulation of miRNAs. These findings further support the potential implication of miRNAs in arrhythmogenesis under these cardiac conditions. The upregulation of the cardiac inward rectifying potassium current, IK1, is a key determinant of adverse atrial electrical remodeling associated with AF. The molecular mechanisms underlying this ionic remodeling are poorly understood. We hypothesized that altered miRNA expression is responsible for IK1 upregulation in AF. We found that miR-26 is significantly downregulated in AF and regulates IK1 by controlling the expression of its underlying subunit Kir2.1. Moreover, we demonstrated that miR-26 is under the transcriptional repression of the nuclear factor of activated T cells (NFAT) and enhanced activities of members of the NFAT family, NFATc3/c4, results in miR-26 downregulation, which accounts for IK1 enhancement in AF. Furthermore, we observed that in vivo interference of miR-26 affects AF susceptibility via the regulation of IK1, suggesting an important role of miR-26 in atrial electrical remodeling. Atrial fibrosis is a major constituent in AF-associated adverse atrial structural remodeling, involving the activation of fibroblasts and cellular Ca2+ entry. Here, we sought to determine whether the Ca2+ permeable channel, TRPC3, plays a role in AF-induced fibrosis by promoting fibroblast activation. Furthermore, we investigated the potential role of miRNAs in this context. We found that TRPC3 channels promote Ca2+-entry, which results in activation of Ca2+-dependent ERK-signaling and consequently fibroblast activation. We also demonstrated that TRPC3 is upregulated in AF and in vivo TRPC3 blockade suppresses the development of AF-promoting substrate. Furthermore, we observed that miR-26 regulates TRPC3 channels via controlling the expression of the underlying channel subunit and is downregulated in AF-fibroblasts. Finally, we showed that the reduced expression of miR-26 is also due to the enhanced NFATc3/c4 activities in AF-fibroblasts and accounts for AF-induced upregulation of TRPC3, suggesting the potential contribution of miR-26 in AF-related adverse structural remodeling process. In conclusion, our findings emphasize the importance of miRNAs in the regulation of cardiac ion channels. Notably, miR-26 plays a crucial role in AF-associated electrical and structural remodeling via the regulation of IK1 and TRPC3 channel genes. Thus, our study unravels a novel molecular control mechanism of AF at the miRNA level, suggesting miR-26 as a new and promising therapeutic target for AF.

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