No description available.

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Although human liver tumor cells have reduced metabolic functions as compared to primary human hepatocytes (PHH) they are widely used for pre-screening tests of drug metabolism and toxicity. The aim of the present study was to modify liver cancer cell lines in order to improve their drug-metabolizing activities towards PHH. It is well-known that epigenetics is strongly modified in tumor cells and that epigenetic regulators influence the expression and function of Cytochrome P450 (CYP) enzymes through altering crucial transcription factors responsible for drug-metabolizing enzymes. Therefore, we screened the epigenetic status of four different liver cancer cell lines (Huh7, HLE, HepG2 and AKN-1) which were reported to have metabolizing drug activities. Our results showed that HepG2 cells demonstrated the highest similarity compared to PHH. Thus, we modified the epigenetic status of HepG2 cells towards ‘normal’ liver cells by 5-Azacytidine (5-AZA) and Vitamin C exposure. Then, mRNA expression of Epithelial-mesenchymal transition (EMT) marker SNAIL and CYP enzymes were measured by PCR and determinate specific drug metabolites, associated with CYP enzymes by LC/MS. Our results demonstrated an epigenetic shift in HepG2 cells towards PHH after exposure to 5-AZA and Vitamin C which resulted in a higher expression and activity of specific drug metabolizing CYP enzymes. Finally, we observed that 5-AZA and Vitamin C led to an increased expression of Hepatocyte nuclear factor 4α (HNF4α) and E-Cadherin and a significant down regulation of Snail1 (SNAIL), the key transcriptional repressor of E-Cadherin. Our study shows, that certain phase I genes and their enzyme activities are increased by epigenetic modification in HepG2 cells with a concomitant reduction of EMT marker gene SNAIL. The enhancing of liver specific functions in hepatoma cells using epigenetic modifiers opens new opportunities for the usage of cell lines as a potential liver in vitro model for drug testing and development.

<p>Valproic acid (VPA) is clinically utilized as an anti-convulsant and mood stabilizer, though its mechanism of action has not been fully elucidated.<strong> </strong>Evidence suggests an interaction between VPA and the melatonergic system as VPA up-regulated the melatonin MT₁ receptor subtype in rat C6 glioma cells. To determine if the observed effects can translate to an <em>in vivo </em>model, we investigated the effects of chronic VPA administration in a rat model on the expression of MT₁ and MT₂ receptors in the hippocampus. We also investigated the effect of chronic VPA treatment on the expression of the neurotrophic factors BDNF and GDNF in the rat hippocampus and striatum.</p> <p>(1) Animals were separated into two groups with the experimental group receiving VPA (4 mg/mL) for 17 days, and the control receiving vehicle. The hippocampus was dissected and MT₁, MT₂, BDNF and GDNF mRNA were analyzed with RT-PCR. (2) Animals were separated into three groups with the first group receiving VPA (4 mg/mL), the second receiving VPA (3 mg/mL) for 16 days, and the control receiving vehicle. MT₂ mRNA in the hippocampal subregions were analyzed with in situ hybridization.</p> <p>VPA induced the expression of MT₁ and MT₂ mRNA in the hippocampus in the experimental group compared to the control group. VPA also increased MT₂ mRNA expression in the subregions of the hippocampus. Additionally, BDNF and GDNF mRNA expression were increased in the VPA treatment group.</p> <p>These findings raise the interesting question of whether the diverse clinical effects of VPA involve an interaction with the melatonergic system.</p> / Master of Science (MSc)

Master of Science / Department of Anatomy and Physiology / Mark L. Weiss / When mouse embryonic stem cells (ESCs) were grown on mitotically inactivated rat umbilical cord-derived stromal cells (RUCs) in the absence of leukemia inhibitory factor (LIF) and 2-mercaptoethanol (2-MCE), the ESCs showed alkaline phosphatase (AP) staining. ESCs cultured on RUCs maintain expression of the following pluripotency genes, Nanog, Sox2 and Oct4 and grow at a slower rate when compared with ESCs grown on mitotically inactivated mouse embryonic fibroblasts (MEFs). Differences in gene expression for the markers of pluripotency Oct4, Sox2 and Nanog, AP staining and ESC growth rate were also observed after LIF and 2-MCE were removed from the co-cultures. Reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) suggested differences in Sox2 and Nanog mRNA expression, with both genes being expressed at higher levels in the ESCs cultured on RUCs in the absence of LIF/2-MCE as compared to ESCs cultured on MEFs. Semi-quantitative RT-PCR indicated that Nanog expression was higher when ESCs were grown on RUCs in the absence of LIF and 2-MCE as compared to MEFs in the same treatment conditions. Bisulfite-mediated methylation analysis of the Nanog proximal promoter suggested that the maintenance of Nanog gene expression found in ESCs grown on RUCs after culture for 96 hours in the absence of LIF/2-MCE may be due to prevention of methylation of the CpG dinucleotides in the Nanog proximal promoter as compared to ESCs grown on MEFs. Thus, RUCs may release factors into the medium that maintain the pluripotent state of mouse ESCs in the absence of LIF and 2-MCE.

Des changements de méthylation de l'ADN peuvent affecter l'expression des gènes et pour certains être transmis au travers des générations. De telles " épimutations " qui concernent des groupes de cytosines à proximité ou dans les gènes sont donc une source potentielle de variation phénotypique héritable en absence de changements de la séquence de l'ADN. Chez les plantes la méthylation de l'ADN est cependant principalement observée au niveau des séquences répétées. Il reste à déterminer dans quelle mesure les changements de méthylation au niveau de ce type de séquences peuvent être héritées et affecter les phénotypes. Afin de répondre à ces questions, plus de 500 épiRIL (epigenetic Recombinant Inbred Lines) quasi-isogéniques a été générée chez Arabidopsis thaliana. Cette population a été obtenue par le croisement d'un parent sauvage et d'un parent mutant pour le gène DDM1 présentant une très forte réduction du taux de méthylation de l'ADN. Après un rétrocroisement de la F1 avec une plante sauvage, les individus sauvages pour le gène DDM1 ont été sélectionnés et propagées sur 6 générations par autofécondation. Nous avons montré par l'analyse du méthylome de plus de 100 épiRIL que l'hypométhylation induite par ddm1 présente selon les séquences affectées différents degrés de transmission au travers des générations. La réversion de l'hypométhylation concerne des régions associées à une abondance élevée en sRNA de 24 nt. Nous avons utilisé l'hypométhylation stablement transmise dans les épiRIL induite par ddm1 afin de détecter des QTL (Quantitative Trait Loci) affectant le temps de floraison et la longueur de la racine primaire, deux caractères pour lesquels les variations observées dans les épiRIL présentent une héritabilité importante. En dernier lieu, nous avons recherché par différentes approches les variations causales de ces QTL.

Résumé : L’obésité est un enjeu de société de première importance; elle est un facteur de risque de plusieurs maladies et engendre d’importantes dépenses en santé. Outre l’alimentation, la sédentarité et les prédispositions génétiques, il semble que l’environnement fœtal soit un facteur déterminant dans le développement de l’obésité. En effet, il a été démontré que les nouveau-nés exposés à un environnement intra-utérin défavorable ont un risque accru de développer, à l’adolescence et à l’âge adulte, l’obésité ainsi que les désordres métaboliques qui y sont associés. Le diabète gestationnel (DG) est l’une des complications de santé maternelle les plus fréquentes et est associé à un risque accru à long terme pour la santé métabolique de l’enfant. Malgré les nombreuses données probantes épidémiologiques concernant le phénomène de la programmation fœtale associée au DG, les mécanismes moléculaires impliqués ont été très peu étudiés. Il est cependant de plus en plus évident que l’épigénétique soit l’un de ces mécanismes. Cette thèse a pour objectif d’identifier les changements de méthylation de l’ADN, la modification épigénétique la plus stable et la plus connue, chez les nouveau-nés exposés in utero au DG. Dans un premier temps, la méthylation de l’ADN de 44 échantillons de placenta et de sang de cordon a été analysée à l’échelle du génome. Cette approche a permis de démontrer que les gènes épigénétiquement modifiés suite à une exposition au DG sont majoritairement retrouvés dans les voies biologiques associées aux maladies métaboliques. Des analyses dans une cohorte indépendante (n=80) ont confirmé l’effet de la glycémie maternelle sur la méthylation de l’ADN des gènes BRD2, LRP1B et CACNA1D impliqués dans la régulation du métabolisme des lipides et du glucose et du système rénine-angiotensine respectivement. Dans un second temps, l’approche par gènes candidats a démontré que l’exposition au DG est associée à la méthylation de l’ADN de gènes du métabolisme des lipides (LPL et ABCA1) du placenta. L’analyse de la méthylation de la LEP et de l’ADIPOQ dans le sang et les tissus adipeux de sujets sévèrement obèses a permis d’identifier des sites de méthylation pouvant potentiellement être utilisés dans le sang comme marqueur de susceptibilité à l’obésité. L’ensemble des résultats de cette thèse démontrent que le DG modifie le profil épigénétique de gènes impliqués dans les voies biologiques des maladies métaboliques (métabolisme énergétique et des lipides) et supportent l’importance de la méthylation de l’ADN dans la programmation de la santé métabolique du nouveau-né ayant été exposé in utero au DG. / Abstract : Obesity has reached epidemic proportions worldwide in both adult and childhood populations and is now recognized as a major public health issue. Obesity is associated with higher incidence of cardiometabolic complications including type 2 diabetes (T2D), dyslipidemia and hypertension as well as with increased health care costs. The fetal environment now appears, with genetics and the environment, as one cause of the obesity epidemic. Indeed, according to the fetal programming hypothesis, newborns exposed to a detrimental fetal environment are more susceptible to develop obesity, T2D and other related chronic disorders when they become teenagers or adults. Many studies have associated gestational diabetes mellitus (GDM) exposure with these long-term metabolic health risks for the newborn. Although, numerous studies show epidemiological evidence to support the fetal programming hypothesis, only a few studies have been undertaken to understand the underlying molecular mechanisms. However, several studies now suggest that epigenetics may be involved. The objective of this thesis is to study changes in DNA methylation, the more stable and studied epigenetic system, in newborns that have been exposed to GDM in utero. First, a genome-wide DNA methylation analysis (BeadChip) was performed in a sample set of 44 placenta and cord blood samples to identify genes and metabolic pathways dysregulated by GDM. This approach showed that genes epigenetically affected by GDM are predominantly involved in metabolic diseases. The associations between maternal glycemia and DNA methylation levels were confirmed, in an independent birth cohort, for BRD2, LRP1B and CACNA1D gene loci involved in the regulation of lipid and glucose metabolism and the renin-angiotensin system respectively. Then, using a candidate gene approach we reported that DNA methylation levels at gene loci involved in lipid metabolism (LPL and ABCA1) are modified in the placenta following exposure to GDM. Furthermore, analyses of LEP and ADIPOQ DNA methylation levels in blood and adipose tissues of severely obese men and women allowed the identification of CpG sites that might be used in blood as a marker of obesity susceptibility. Altogether the results of this thesis show that GDM affects the epigenetic signature of genes involved in metabolic disease pathways (energy and lipid metabolism) and support the role of DNA methylation in metabolic health programming of the newborn exposed to GDM.

Les marqueurs épigénétiques, en particulier la méthylation de l’ADN des gènes soumis à empreinte parentale, sont sensibles aux changements environnementaux. Les techniques de l’aide médicalisée à la procréation (AMP) nécessitant la manipulation des gamètes et des embryons in vitro et dans la plupart des cas la stimulation hormonale de l’ovulation des patientes, peuvent interférer avec la reprogrammation et/ou le maintien de la méthylation des gènes soumis à empreinte. Afin d’évaluer ce risque nous avons analysé le profil de méthylation de KvDMR1, qui régule l’expression de KCNQ1OT1, dans des ovocytes humains mûris in vivo ou in vitro, provenant de patientes stimulées ou non. Nos résultats montrent que la mise en place de la méthylation au niveau de KvDMR1 se poursuit au cours de la maturation de l’ovocyte après reprise de la méiose, in vivo et in vitro et que la superovulation des patientes en AMP génère des ovocytes épigénétiquement immatures. Par ailleurs, l’étude de la méthylation de KvDMR1 et de H19 DMR (qui régule l’expression d’Igf2 et H19) dans des embryons issus d’ICSI, évolutifs ou présentant un défaut de développement, n’établit pas de lien entre les dérégulations de l’empreinte et l’arrêt du développement embryonnaire au stade blastocyste. / Epigenetic modifications, particularly DNA methylation of imprinted genes are sensible to environment. Techniques of assisted reproduction require in vitro manipulation of gamete and embryos and currently superovulation of patients. These technologies may interfere with eprogramming and maintenance of methylation at imprinted genes. To evaluate such a risk, we have determined the methylation profile of KvDMR1, the region that regulates KCNQ1OT1 imprinted gene, in human oocytes retrieved from stimulated or unstimulated cycles, at different phases of their maturation in vivo or in vitro. Our results show that the timing of establishment of the methylation profile of KvDMR1 covers the maturation phase of 199 oocyte growth, in vivo and in vitro, and that hyperstimulation likely recruits young follicles epigenetically immature. Analysis of the methylation profile of KvDMR1 and H19DMR (DMR of IGF2/H19) in ICSI embryos suggests that imprinting disorders are not responsible of embryo developmental failure prior the blastocyst stage

Le fonctionnement du cortex cérébral nécessite l’action coordonnée de deux des sous-types majeurs de neurones, soient les neurones à projections glutamatergiques et les interneurones GABAergiques. Les interneurones GABAergiques ne constituent que 20 à 30% des cellules corticales par rapport au grand nombre de neurones glutamatergiques. Leur rôle est toutefois prépondérant puisqu’ils modulent fortement la dynamique et la plasticité des réseaux néocorticaux. Il n’est donc pas surprenant que les altérations de développement des circuits GABAergiques soient associées à plusieurs maladies du cerveau, incluant l’épilepsie, le syndrome de Rett et la schizophrénie. La compréhension des mécanismes moléculaires régissant le développement des circuits GABAergiques est une étape essentielle menant vers une meilleure compréhension de la façon dont les anormalités se produisent. Conséquemment, nous nous intéressons au rôle de l’acide polysialique (PSA) dans le développement des synapses GABAergiques. PSA est un homopolymère de chaînons polysialylés en α-2,8, et est exclusivement lié à la molécule d’adhésion aux cellules neuronales (NCAM) dans les cerveaux de mammifères. PSA est impliqué dans plusieurs processus développementaux, y compris la formation et la plasticité des synapses glutamatergiques, mais son rôle dans les réseaux GABAergiques reste à préciser. Les données générées dans le laboratoire du Dr. Di Cristo démontrent que PSA est fortement exprimé post- natalement dans le néocortex des rongeurs, que son abondance diminue au cours du développement, et, faits importants, que son expression dépend de l’activité visuelle i et est inversement corrélée à la maturation des synapses GABAergiques. La présente propose de caractériser les mécanismes moléculaires régulant l’expression de PSA dans le néocortex visuel de la souris. Les enzymes polysialyltransférases ST8SiaII (STX) et ST8SiaIV (PST) sont responsables de la formation de la chaîne de PSA sur NCAM. En contrôlant ainsi la quantité de PSA sur NCAM, ils influenceraient le développement des synapses GABAergiques. Mon projet consiste à déterminer comment l’expression des polysialyltransférases est régulée dans le néocortex visuel des souris durant la période post-natale; ces données sont à la fois inconnues, et cruciales. Nous utilisons un système de cultures organotypiques dont la maturation des synapses GABAergiques est comparable au modèle in vivo. L’analyse de l’expression génique par qPCR a démontré que l’expression des polysialyltransférases diminue au cours du développement; une baisse majeure corrélant avec l’ouverture des yeux chez la souris. Nous avons de plus illustré pour la première fois que l’expression de STX, et non celle de PST, est activité-dépendante, et que ce processus requiert l’activation du récepteur NMDA, une augmentation du niveau de calcium intracellulaire et la protéine kinase C (PKC). Ces données démontrent que STX est l’enzyme régulant préférentiellement le niveau de PSA sur NCAM au cours de la période post-natale dans le cortex visuel des souris. Des données préliminaires d’un second volet de notre investigation suggèrent que l’acétylation des histones et la méthylation de l’ADN pourraient également contribuer à la régulation de la transcription de cette enzyme durant le développement. Plus d’investigations seront toutefois nécessaires afin de confirmer cette hypothèse. En somme, la connaissance des mécanismes par lesquels l’expression des ii polysialyltransférases est modulée est essentielle à la compréhension du processus de maturation des synapses GABAergiques. Ceci permettrait de moduler pharmacologiquement l’expression de ces enzymes; la sur-expression de STX et/ou PST pourrait produire une plus grande quantité de PSA, déstabiliser les synapses GABAergiques, et conséquemment, ré-induire la plasticité cérébrale. / The functioning of the cerebral cortex requires coordinated action of two major neuronal subtypes - the glutamatergic projection neurons and the GABAergic interneurons. GABAergic interneurons represent 20 to 30% of all cortical cells. Even though they are a minor cell population in the cerebral cortex compared to glutamatergic neurons, they are key modulators of network dynamics and plasticity of neocortical circuits. It is therefore not surprising that aberrant development of GABAergic circuits is implicated in many neurodevelopmental disorders including epilepsy, Rett syndrome and schizophrenia. Understanding the molecular mechanisms governing the development of GABAergic inhibitory synapses in neocortex is important towards a better comprehension of how abnormalities in this developmental process can occur. Therefore, we focus specifically on the role of polysialic acid (PSA) in the development of GABAergic synapses. PSA is a α-2,8 polysialylated homopolymer, which is exclusively linked to the Neural Cell Adhesion Molecule (NCAM) in the mammalian brain. It is involved in several developmental processes including formation and plasticity of glutamatergic synapses; however its role in GABAergic circuit formation has not been explored so far. Previously in Dr Di Cristo’s lab, we showed that PSA is strongly expressed post-natally and its expression steadily declines during development in mice neocortex. We also showed that the developmental and activity-dependant regulation of PSA expression is inversely correlated with the maturation of perisomatic GABAergic innervation. Our aim is to characterize the molecular mechanisms regulating PSA expression in mouse iv visual cortex during post-natal development. Two polysialyltransferases, ST8SiaII (STX) and ST8SiaIV (PST), are responsible for PSA attachment to NCAM. By controlling the amount of PSA on NCAM, they can influence GABAergic synapses development. The mechanisms regulating STX and PST expression is crucial but remain still unknown. My research project focused on the mechanisms regulating STX and PST transcription in the mouse postnatal cortex. We used an organotypic culture system, which recapitulates many aspects of GABAergic synapse maturation as observed in vivo. Polysialyltransferases transcript levels were measured by qPCR and showed that STX and PST mRNA levels steadily decline during post-natal development in the mouse cortex; the sharpest reduction in the expression of both enzymes correlate with eye opening. We further demonstrate for the first time that STX mRNA levels is activity-dependant, requires the activation of NMDA receptors, an increase in intracellular Calcium levels and is PKC-dependent. Altogether, we show that the regulation of the expression of STX is the main mechanism responsible for PSA expression levels in the cortex around eyes opening. We next investigated whether epigenetic mechanisms regulate STX transcription and preliminary data suggest that histone acetylation and DNA methylation may contribute to STX expression during development. However, further experiments are required to confirm this hypothesis. In summary, understanding the mechanisms modulating STX and PST expression in the neocortex is essential for the comprehension of their precise role in GABAergic synapse maturation. This knowledge could allow us to modulate pharmacologically the expression of these enzymes; in turn overexpression of STX and PST may re-induce PSA expression, thereby destabilizing GABAergic synapses, and ultimately facilitating cortical plasticity in the adult.

Implications des complexes Polycomb et Trithorax au cours du développement précoce chez Ciona intestinalisLes protéines des groupes Polycomb (PcG) et Trithorax (TrxG) ont été initialement découvertes chez Drosophila melanogaster. Ces deux groupes sont classiquement connus pour leurs rôles respectifs de répresseurs et d'activateurs épigénétiques qui contrôlent et maintiennent les états chromatiniens au cours du temps. Ces facteurs régulent de nombreux gènes cibles dont les gènes homéotiques. Au cours de ma thèse, j'ai étudié trois composants de ces deux groupes : Enhancer of zeste (E(z)), appartenant au complexe PRC2 du PcG et responsable du dépôt de la marque de répression génique H3K27me3, Polyhomeotic (Ph), appartenant au complexe PRC1 du PcG et dont le rôle exact reste à déterminer, et Trithorax (Trx), appartenant au complexe TAC1 du TrxG et responsable du dépôt de la marque d'activation génique H3K4me3. Jusqu'à présent, aucune étude n'a abordé la régulation épigénétique via les PcG et TrxG chez l'ascidie solitaire Ciona intestinalis. Cette espèce présente un cluster des gènes Hox désorganisé et ne possède pas la protéine Polycomb (Pc) du PRC1, responsable de la reconnaissance de la marque de répression H3K27me3 déposée par la protéine E(z).Nos travaux montrent que la protéine E(z) est fonctionnelle et conserve son activité méthyltransférase sur le résidu H3K27 chez Ciona intestinalis. Nous avons ensuite observé, par des expériences de knockdown par micro-injection de morpholinos, que les inhibitions protéiques d'E(z), Ph et Trx ont des conséquences dramatiques sur la différenciation et la mise en place des différents tissus au cours du développement larvaire, notamment sur la mise en place de la notochorde puisque celle-ci est totalement absente chez les morphants E(z) et Ph. Les défauts de phénotype du morphant E(z) sont corrélés à la perte du dépôt d'H3K27me3 et nous avons mis en évidence, lors de l'inhibition d'E(z), une dérépression des gènes tissu-spécifiques impliqués dans le développement embryonnaire précoce alors que les gènes tardivement exprimés sont réprimés. De plus, l'expression des gènes Hox n'est pas significativement modifiée au cours du développement embryonnaire lorsque la protéine E(z) est inhibée, à l'exception du gène Hox12 qui est déréprimé, comme attendu.L'ensemble de ces résultats permet d'émettre l'idée innovante selon laquelle les protéines des PcG et TrxG jouent un rôle déterminant dans la régulation de l'expression génique lors de l'embryogénèse de Ciona intestinalis tout en ayant une implication mineure dans la régulation de l'expression des gènes Hox à ce stade du développement. / Implications of Polycomb and Trithorax complexes in the early development of Ciona intestinalisPolycomb and Trithorax group (PcG and TrxG) proteins were discovered originally in Drosophila melanogaster. Both groups are classically known for their roles in the maintenance of silenced and active chromatin states over time, respectively. These factors regulate many target genes including the homeotic genes. During my PhD, I studied three components of these two groups: Enhancer of zest (E(z)), belonging to the PRC2 complex of PcG and responsible for H3K27me3 mark deposit for gene repression, Polyhomeotic (Ph), belonging to the PRC1 complex of PcG whose role remains to be determined, and Trithorax (Trx), belonging to the TAC1 complex of TrxG and responsible for H3K4me3 mark deposit for gene activation. Until now, no study addresses the epigenetic regulation mediated by PcG and TrxG in the solitary ascidian Ciona intestinalis. This specie has a disorganized Hox cluster and in which the Polycomb (Pc) protein of PRC1, responsible for the recognition of the repressive H3K27me3 mark, is absent.Our work shows that the E(z) protein is functional and retains its methyltransferase activity on H3K27 residue in Ciona intestinalis. Then, we demonstrated, by knockdown experiments with morpholino microinjection, that the inhibition of E(z), Ph and Trx has dramatic consequences on differentiation and on the establishment of different tissues during larval development, particularly on the notochord establishment since it is totally absent in E(z) and Ph morphants. E(z) morphant phenotypic defects are correlated with lack of H3K27me3 mark deposit and we highlighted that, during the E(z) inhibition, tissue-specific genes implied in early development are de-repressed while late-expressed genes are down-regulated. In addition among Hox genes, only Hox12 expression is significantly modified and found to be de-repressed in E(z) morphant context, as expected.Altogether, our results present the innovative idea that the PcG and TrxG proteins play a major role in the gene expression regulation during embryogenesis of Ciona intestinalis while having a minor involvement in the regulation of Hox genes expression at this stage of development.