Parathyroid hormone (PTH) is the major physiological regulator of the extracellular Ca2+ concentration ([Ca2+]o) in the body. The secretion of this hormone is suppressed at high [Ca2+]o. Previously this was thought to occur by intracellular degradation of the hormone in the secretory pathway of parathyroid (PT) cells but is now believed to result from extracellular Ca2+ stimulus-secretion coupling via the calcium sensing receptor (CaR). In contrast to the stimulation of PTH secretion upon inhibition of mature PTH proteolysis, inhibition of PT proteasomes caused the accumulation of PTH precursors and inhibited secretion of PTH. This suggests that PT proteasomes play a quality control function in the maturation of PTH but they do not directly participate in the [Ca2+]o-regulated secretion of the hormone. Treatment of PT cells with 12-O-tetradecanyolphorbol-13-acetate (TPA) blocks the high [Ca2+]o-induced CaR-mediated suppression of PTH secretion. To delineate the role of DAG-responsive protein kinase C (PKC) isoforms in this process, we complemented pharmacological modulation of PKC activity with physiological activation of the enzyme via the CaR. PKC-α was rapidly activated by high [Ca2+]o and was efficiently down-regulated by prolonged TPA treatment. In CaR-transfected HEK293 cells, TPA and high [Ca2+]o induced the activation of ERK1/2 but the TPA effect was CaR- and Ca2+-independent. The magnitude of neomycin-induced release of Ca2+ from intracellular stores following pharmacological modulation of PKC activity was opposite to that resulting from physiological activation/inhibition of the enzyme via the CaR. Influx of Ca2+ following activation of the receptor occurred by store-operated mechanisms. Over-expression of wt or DN PKC-α or-ε in PT cells using the Tet-On adenovirus gene delivery system revealed that the stimulatory effect of TPA on PTH secretion at high [Ca2+]o was enhanced in cells over-expressing wt PKC-α, but the coupling of the extracellular Ca2+ signal to PTH secretion was not dependent on the physiological activation of this PKC isoform via the CaR.

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Les maladies inflammatoires intestinales (MII) sont caractérisées par des périodes d’inflammation chronique entrecoupées de périodes de rémission. Les cellules épithéliales intestinales (CÉI) participent activement à l’élaboration de la réponse immune innée. Les nucléotides extracellulaires sont reconnus comme des molécules immunoactives. Cette thèse s’intéresse aux rôles de l’UDP et de son récepteur PDY[indice inférieur 6] dans l’expression et la sécrétion de CXCL8 par les CÉI et à leurs implications dans le recrutement des neutrophiles lors des maladies inflammatoires intestinales. Premièrement, la stimulation du récepteur PDY[indice inférieur 6] sur les CÉI, active une cascade de signalisation intracellulaire impliquant la phospholipase C (PLC), la protéine kinase Cð (PKCð) et la MAP kinase ERK1/2. La phosphorylation de c-fos par ERK1/2 induit la formation d’un dimère c-fos/c-jun. Le complexe AP-1 ainsi formé lie le promoteur de la chimiokine CXCL8 et stimule la transcription de celle-ci. La chimiokine est par la suite sécrétée dans le milieu extracellulaire. Deuxièmement, la présence d'UDP chez la souris, lors de l'induction d’une colite aigüe par le DSS aggrave les signes d'inflammation. L'UDP aggrave l'index de la sévérité de la maladie (DAI), le score histologique, la perméabilité de la muqueuse et le recrutement des intervenants cellulaire tel que les cellules T, les cellules dendritiques, les macrophages et les neutrophiles. Troisièmement, l'administration d'UDP aux souris en rémission dans un modèle de colite chronique est suffisante pour déclencher les symptômes d'inflammation. L'UDP aggrave le DAI, le score histologique et la perméabilité de la muqueuse. L'activation du récepteur P2Yð durant la colite chronique est responsable du recrutement différentiel des neutrophiles au détriment des cellules dendritiques tolérogéniques et des macrophages, ce qui somme toute aggrave la colite. Finalement, in cellulo, l'antagoniste du récepteur P2Y[indice inférieur 6], le MRS2578 réduit la relâche de la CXCL8 par les CÉI. In vivo, l'administration de MRS2578 dans le modèle aigu et chronique de colite réduit les signes d'inflammation. Cette thèse démontre l’importance du récepteur P2Y[indice inférieur 6] dans la réponse inflammatoire des cellules épithéliales intestinales, notamment dans la stimulation de la relâche de CXCL8 et dans le recrutement des cellules immunes tel que les neutrophiles. De plus, elle met en évidence le potentiel thérapeutique de l'administration d'antagoniste du récepteur P2Y[indice inférieur 6] lors des maladies inflammatoires intestinales.

O objetivo desse estudo foi avaliar o efeito do tratamento com a aldosterona (Aldo), por 21 dias, sobre a função e a morfologia renal de ratos, procurando correlacionar as alterações com a expressão do EGFR e da ERK1/2 fosforilados. A Aldo não alterou os parâmetros fisiológicos, a PA e a função renal dos ratos, mas verificou-se uma tendência para o aumento das concentrações plasmáticas de K+. No córtex e na medula renal, a Aldo aumentou a expressão do EGFR e da ERK1/2 fosforilados, sendo que este efeito foi abolido pelo tratamento concomitante com a espironolactona ou o RU 486 (antagonistas dos receptores da Aldo). O tratamento hormonal também induziu um aumento na marcação imuno-histoquímica para essas proteínas no córtex e medula; contudo, este efeito foi reduzido, principalmente, com o tratamento conjunto com a espironolactona. Observou-se um aumento na área glomerular e na porcentagem da área intersticial, após o tratamento com a Aldo. As alterações na morfometria renal foram parcialmente reduzidas pelo tratamento com a espironolactona ou o RU 486. Esses resultados indicam que a Aldo pode induzir alterações morfológicas no rim, aparentemente, de maneira dependente dos receptores MR e GR e da via do EGFR-ERK1/2, mas sem o comprometimento da função renal. / The purpose of this study was to evaluate the effect of 21 days of treatment with aldosterone (Aldo) in the renal function and morphology of rats, correlating changes with the expression of EGFR and ERK1/2 phosphorylated. The Aldo did not alter physiological parameters, blood pressure and renal function of rats, but there was a tendency to increased K+ plasma concentrations. In renal cortex and medulla, Aldo increased the expression of EGFR and ERK1/2 phosphorylated and this effect was abolished by treatment Aldo plus spironolactone or RU 486 (Aldo receptor antagonists). Hormonal treatment also induced an increase in immunohistochemical staining for these proteins in the cortex and medulla; however, this effect was limited mainly to treatment Aldo plus spironolactone. There was an increase in glomerular area and the percentage of interstitial area after treatment with Aldo. Changes in renal morphology were partially reduced by treatment Aldo plus spironolactone or RU 486. These results indicate that Aldo may induce morphological changes in the kidney of dependent manner of MR and GR receptors and EGFR-ERK1/2 signaling, but without the impairment of renal function.

La voie de signalisation des Récepteurs Tyrosine Kinase (RTK) occupe un rôle central dans la régulation de la croissance cellulaire, la prolifération, la différentiation et la motilité. Une régulation anormale des RTKs mène à plusieurs maladies humaines telles que le cancer du sein, la seconde cause de mortalité chez les femmes à cause de l’amplification et la mutation fréquente de la protéine tyrosine kinase HER2 (ERBB2). Grb2-associated binder (Gab) 2 est une protéine adaptatrice qui agit en aval de plusieurs RTKs, y compris HER2, pour réguler de multiples voies de signalisation. En réponse à la stimulation par de nombreux facteurs de croissances et cytokines, Gab2 est recruté à la membrane plasmique où il potentialise l’activation des voies de signalisation Ras/mitogen-activated protein kinase (MAPK) et PI3K (phosphatidylinositol-3-kinase)/Akt (protein kinase B). En plus d’occuper un rôle essentiel durant le développement du système hématopoïétique, Gab2 est souvent amplifié dans les cancers, notamment le cancer du sein et les mélanomes. Cependant, les mécanismes moléculaires qui régulent le fonctionnement de Gab2 sont peu connus. Il est établi que lors de l’activation des RTKs, Gab2 est phosphorylé au niveau de plusieurs résidus Tyrosine, menant à l’association de différentes protéines comme p85 et Shp2. En plus de la phosphorylation en Tyrosine, notre laboratoire ainsi que d’autres groupes de recherche avons identifié que Gab2 est aussi phosphorylé au niveau de résidus Ser/Thr suite à l’activation de la voie de signalisation MAPK. Cependant, la régulation des fonctions de Gab2 par ces modifications post-traductionnelles est encore peu connue. Dans le but de comprendre comment Gab2 est régulé par la voie de signalisation MAPK, nous avons utilisé différentes approches. Dans la première partie de ma thèse, nous avons déterminé un nouveau mécanisme démontrant que la voie de signalisation Ras/MAPK, par le biais des protéines kinases RSK (p90 ribosomal S6 kinase), phosphoryle Gab2. Ce phénomène se produit à la fois in vivo et in vitro au niveau de trois résidus Ser/Thr conservés. Des mutations au niveau de ces sites de phosphorylation entrainent le recrutement de Shp2 menant à l’augmentation de la motilité cellulaire, ce qui suggère que les protéines RSK restreignent les fonctions dépendantes de Gab2. Ce phénomène est le résultat de la participation de RSK dans la boucle de rétroaction négative de la voie de signalisation MAPK. Dans la seconde partie de ma thèse, nous avons démontré que les protéines ERK1/2 phosphorylent Gab2 au niveau de plusieurs résidus pS/T-P à la fois in vitro et in vivo, entrainant l’inhibition du recrutement de p85. De plus, nous avons établi pour la première fois que Gab2 interagit physiquement avec ERK1/2 dans des cellules lors de l’activation de la voie de signalisation MAPK. Par ailleurs, nous avons montré un nouveau domaine d’attache du module ERK1/2 sur Gab2. Des mutations sur les résidus essentiels de ce domaine d’attache n’entrainent pas seulement la dissociation de ERK1/2 avec Gab2, mais diminuent également la phosphorylation dépendante de ERK1/2 sur Gab2. Ainsi, nos données montrent que la voie de signalisation MAPK régule les fonctions de la protéine Gab2 par le biais des kinases RSK et ERK1/2. Cette thèse élabore par ailleurs un schéma complet des fonctions de Gab2 dépendantes de la voie de signalisation MAPK dans le développement de nombreux cancers. / Receptor tyrosine kinase (RTK) signaling plays an essential role in modulating cell growth, proliferation, differentiation and motility. Abnormal regulation of RTKs results in many human diseases, including breast cancer, the second leading cause of cancer mortality in women by the frequent amplification and mutation of the HER2 (ERBB2) tyrosine kinase. The Grb2-associated binder (Gab) 2 is an adaptor protein that acts downstream of several RTKs, including HER2, to regulate multiple signaling pathways. In response to the stimulation of a number of growth factors and cytokines, Gab2 is recruited to the plasma membrane, where it potentiates the activation of the Ras/mitogen-activated protein kinase (MAPK) and PI3K (phosphatidylinositol-3-kinase)/Akt (protein kinase B) pathways. In addition to playing an important role in the hematopoietic system during development, GAB2 is often amplified in cancers including breast cancer and melanoma, however, little is known about the molecular mechanisms that regulate Gab2 function. It has been well established that upon RTKs activation, Gab2 becomes phosphorylated on several Tyr residues leading to diverse adaptor protein associations, such as p85 and Shp2. Aside from the tyrosine phosphorylation, our lab and other groups noticed that Gab2 is also phosphorylated on Ser/Thr residues upon activation of MAPK signaling. However, less is known about this post-translational modification in the regulation of Gab2 functions. In order to understand how Gab2 is regulated by the MAPK pathway, we used different approaches. In the first part of my thesis, we determined a new mechanism by which the Ras/MAPK pathway through RSK (p90 ribosomal S6 kinase) phosphorylated Gab2 on three conserved Ser/Thr residues, both in vivo and in vitro. Mutation of these phosphorylation sites promoted Shp2 recruitment leading to increased cell motility, suggesting that RSK restricts Gab2-dependent functions as a result of participation in the negative feedback loop of MAPK signaling. In the second part of the thesis, we found that ERK1/2 phosphorylated Gab2 on several potential pS/T-P residues, both in vivo and in vitro, resulting in inhibited p85 recruitment. In addition, to the best of our knowledge, we established for the first time that Gab2 physically interacted with ERK1/2 in cells upon activation of the MAPK pathway. Furthermore, we revealed a novel ERK1/2 docking domain in Gab2. Mutation of the essential residues in this docking domain not only disrupted ERK1/2-Gab2 interaction, but also diminished ERK1/2-dependent phosphorylation on Gab2. Taken together, our data showed that the MAPK pathway regulates Gab2 functions through both RSK- and ERK1/2-dependent manners. Given that Gab2 is overexpressed in several cancers, this thesis decodes a complete figure of modulating actions of Gab2 by MAPK signaling in cancer development.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Müller cells are major glial cells in the retina and have a broad range of functions that are vital for the retinal neurons. During retinal injury gliotic response either leads to Müller cell dedifferentiation and formation of a retinal progenitor or to maintenance of mature Müller cell functions. The overall aim of this thesis was to investigate the intra- and extracellular signaling of Müller cells, to understand how Müller cells communicate during an injury and how their properties can be regulated after injury. Focus has been on the α2-adrenergic receptor (α2-ADR) and endothelin receptor (EDNR)-induced modulation of Müller cell-properties after injury. The results show that α2-ADR stimulation by brimonidine (BMD) triggers Src-kinase mediated ligand-dependent and ligand-independent transactivation of epidermal growth factor receptor (EGFR) in both chicken and human Müller cells. The effects of this transactivation in injured retina attenuate injury-induced activation and dedifferentiation of Müller cells by attenuating injury-induced ERK signaling. The attenuation was concomitant with a synergistic up-regulation of negative ERK- and RTK-feedback regulators during injury. The data suggest that adrenergic stress-signals modulate glial responses during retinal injury and that α2-ADR pharmacology can be used to modulate glial injury-response. We studied the effects of this attenuation of Müller cell dedifferentiation on injured retina from the perspective of neuroprotection. We analyzed retinal ganglion cell (RGC) survival after α2-ADR stimulation of excitotoxically injured chicken retina and our results show that α2-ADR stimulation protects RGCs against the excitotoxic injury. We propose that α2-ADR-induced protection of RGCs in injured retina is due to enhancing the attenuation of the glial injury response and to sustaining mature glial functions. Moreover, we studied endothelin-induced intracellular signaling in Müller cells and our results show that stimulation of EDNRB transactivates EGFR in Müller cells in a similar way as seen after α2-ADR stimulation. These results outline a mechanism of how injury-induced endothelins may modulate the gliotic responses of Müller cells. The results obtained in this thesis are pivotal and provide new insights into glial functions, thereby uncovering possibilities to target Müller cells by designing neuroprotective treatments of retinal degenerative diseases or acute retinal injury.

Une des complications importantes d’un traitement intensif de chimio/radio-thérapie est l’aplasie de la moelle osseuse qui peut persister longtemps même après une greffe de cellules souches. Le PBI-1402 est un petit lipide qui a été associé à la diminution de l’apoptose des neutrophiles induite par des agents cytotoxiques. Nos travaux ont démontré que la culture in vitro de progéniteurs hématopoiétiques humains en présence de PBI-1402 induit une augmentation significative du nombre de progéniteurs érythroides (PEryth) (p<0,05). En évaluant la sensibilité des PEryth à l’érythropoietine (Epo), nous avons démontré que le PBI-1402 n’a pas d’effet sensibilisateur et que les cellules répondent de façon similaire aux cellules contrôles. De plus, la combinaison de l’Epo et du « stem cell factor » avec le PBI-1402 permet de prolonger et d’augmenter l’activation d’ERK1/2 (p<0,05), un important signal mitogène. Cet effet est associé à une inhibition de l’activation de la phosphatase MKP-1 dans les cellules exposées au PBI-1402. Nous démontrons aussi la capacité du PBI-1402 à amplifier la prolifération des PEryth et sa capacité à réduire la durée et l’intensité de l’anémie dans un modèle in vivo murin. Des souris ayant reçu une dose létale d’irradiation et subi une transplantation syngénique de moelle osseuse, ont été traitées oralement avec le PBI-1402 pendant 14 jours. Ces souris démontrent une réduction significative de l’anémie post-transplantation versus les souris contrôle (p<0,05). De plus, la moelle osseuse des souris traitées au PBI-1402 présente un nombre de BFU-E et CFU-E plus élevé comparativement au contrôle. Ces résultats démontrent donc le potentiel du PBI-1402 à réduire l’anémie post-transplantation et accélérer la reconstitution érythroïde. / One of the most important complications of intensive radiotherapy or chemotherapy is cytopenia, which can persist for significant amount of time even after stem cell transplantation. PBI-1402, a small lipid, was previously shown to be associated with decreased neutrophil apoptosis caused by cytotoxic agents. Our work has shown that day primary human hematopoietic cell in vitro culture in the presence of PBI-1402 resulted in an increased number of erythroid progenitors (p<0,05). Dose-response experiments evaluating sensitivity to erythropoietin (Epo) of cells exposed to PBI-1402 indicated that PBI-1402 did not have a sensitizing effect and that both treated and control cells respond similarly to Epo. In addition, PBI-1402, used in combination with stem cell factor (SCF) and Epo, enhanced and prolonged ERK1/2 phosphorylation (p<0.05), a signalling pathway important for erythroid progenitor cell proliferation. This effect was associated with a decrease of the phosphatase MKP-1 activation in PBI-1402 exposed cells. This translated into and increased proliferation of erythroid progenitors as well as a reduced duration and level of anemia in an in vivo murine transplantation model. Lethally irradiated mice that received syngeneic stem cell transplantation were treated orally with PBI-1402 for 14 days. These mice demonstrated a significant reduction in post-transplantation anemia in a dose dependent manner compared to control (vehicle)(p<0.05). Moreover, PBI-1402-treated mice harboured significantly higher numbers of BFU-E and CFU-E in bone marrow compared to control (p<0.05). These results demonstrate that PBI-1402 treatment significantly reduced transplantation-induced anemia with concomitant acceleration in erythroid recovery.

Le GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur du SNC et est impliqué dans le développement du cerveau, la plasticité synaptique et la pathogénèse de maladies telles que l’épilepsie, les troubles de l’anxiété et la douleur chronique. Le modèle actuel de fonctionnement du récepteur GABA-B implique l’hétérodimérisation GABA-B1/B2, laquelle est requise au ciblage à la surface membranaire et au couplage des effecteurs. Il y est cependant des régions du cerveau, des types cellulaires et des périodes du développement cérébral où la sous-unité GABA-B1 est exprimée en plus grande quantité que GABA-B2, ce qui suggère qu’elle puisse être fonctionnelle seule ou en association avec des partenaires inconnus, à la surface cellulaire ou sur la membrane réticulaire. Dans le cadre de cette thèse, nous montrons la capacité des récepteurs GABA-B1 endogènes à activer la voie MAPK-ERK1/2 dans la lignée dérivée de la glie DI-TNC1, qui n’exprime pas GABA-B2. Les mécanismes qui sous-tendent ce couplage demeurent mal définis mais dépendent de Gi/o et PKC. L’immunohistochimie de récepteurs endogènes montre par ailleurs que des anticorps GABA-B1 dirigés contre la partie N-terminale reconnaissent des protéines localisées au RE tandis des anticorps C-terminaux (CT) marquent une protéine intranucléaire. Ces données suggèrent que le domaine CT de GABA-B1 pourrait être relâché par protéolyse. L’intensité des fragments potentiels est affectée par le traitement agoniste tant en immunohistochimie qu’en immunobuvardage de type western. Nous avons ensuite examiné la régulation du clivage par le protéasome en traitant les cellules avec l’inhibiteur epoxomicine pendant 12 h. Cela a résulté en l’augmentation du marquage intranucléaire de GABA-B1-CT et d’un interacteur connu, le facteur de transcription pro-survie ATF-4. Dans des cellules surexprimant GABA-B1-CT, l’induction et la translocation nucléaire d’ATF-4, qui suit le traitement epoxomicine, a complètement été abolie. Cette observation est associée à une forte diminution du décompte cellulaire. Étant donné que les trois derniers résidus de GABA-B1-CT (LYK) codent un ligand pseudo-PDZ et que les protéines à domaines PDZ sont impliquées dans la régulation du ciblage nucléaire et de la stabilité de protéines, en complément de leur rôle d’échaffaud à la surface cellulaire, nous avons muté les trois derniers résidus de GABA-B1-CT en alanines. Cette mutation a complètement annulé les effets de GABA-B1-CT sur l’induction d’ATF-4 et le décompte cellulaire. Cette deuxième série d’expériences suggère l’existence possible de fragments GABA-B1 intranucléaires régulés par le traitement agoniste et le protéasome dans les cellules DI-TNC1. Cette régulation d’ATF-4 dépend des résidus LYK de GABA-B1-CT, qui modulent la stabilité de GABA-B1-CT et favorisent peut-être la formation d’un complexe multiprotéique incluant GABA-B1-CT, ATF-4, de même qu’une protéine d’échaffaudage inconnue. En somme, nous démontrons que les sous-unités GABA-B1 localisées au RE, lorsque non-hétérodimérisées avec GABA-B2, demeurent capables de moduler les voies de signalisation de la prolifération, la différentiation et de la survie cellulaire, via le couplage de protéines G et possiblement la protéolyse régulée. Les mécanismes de signalisation proposés pourraient servir de nouvelle plate-forme dans la compréhension des actions retardées résultant de l’activation des récepteurs 7-TMs. / GABA is the principal inhibitory neurotransmitter in the CNS and is implicated in brain development, synaptic plasticity and the pathogenesis of diseases such as epilepsy, anxiety disorders and chronic pain. In the current model of GABA-B function, there is a requirement for GABA-B1/B2 dimerization for targetting to the cell surface and effector coupling. However, there are certain brain regions (putamen), cell types (glial cells) and times during brain development where GABA-B1 is expressed in higher amounts than GABA-B2, suggesting that GABA-B1 might be functional alone or in association with unidentified partners, either at the cell surface or on the ER membranes. In this thesis, we first show the capacity of endogenous GABA-B1 receptors to activate the MAPK-ERK1/2 pathway in the DI-TNC1 glial-derived cell line which does not express GABA-B2. The underlying mechanisms remain incompletely defined but depend on Gi/o and PKC. Immunohistochemistry of endogenous receptors shows that GABA-B1 N-terminal antibodies recognize ER-localized proteins and that C-terminal (CT) antibody shows intranuclear distribution. This data suggests that fragments of the GABA-B1 receptor are generated by proteolysis and indeed we show that agonist treatment affects the intensity of certain C-terminal GABA-B1 fragments both in immunohistochemistry and western blots suggesting that the GABA-B1 receptor is subjected to regulated proteolysis. Since a 13-residue potential PEST sequence was localized immediately distal to the ER retention motif in the GABA-B1 CT, we examined proteasome regulation of the cleavage event. Following a 12h treatment with the proteasome inhibitor, epoxomicin, we detected increases in intranuclear staining for both GABA-B1 and a known interactor, the pro-survival transcription factor ATF-4, using confocal microscopy and by western blotting of nuclear extracts. These increases are due either to proteasome inhibition or activation of the ER stress pathway. In cells overexpressing GABA-B1-CT, ATF-4 induction and nuclear translocation, which normally follows epoxomicin treatment, was completely abolished. This observation was associated to a strong decrease in cell number. Since the last three residues of GABA-B1-CT (LYK) encode a pseudo-PDZ ligand and that PDZ domain protein regulate nuclear targeting and protein stability, in complement to their role in scaffolding at the cell surface, we mutated the last three residues of GABA-B1-CT to alanines. This mutation completely reversed the effect of GABA-B1-CT on ATF-4 induction and on cell number. This second set of data suggests the existence of agonist and proteasome-regulated intranuclear GABA-B1 fragments in DI-TNC1 cells. Further, the GABA-B1-CT pseudo-PDZ ligand appears to be critically important in regulating ATF-4 induction by modulating GABA-B1-CT stability and perhaps by favoring the formation of a multiprotein complex with ATF-4, ATF-4 interactors and an unknown scaffolding protein. Overall, we show that ER-localised GABA-B1 subunits, when not dimerized with GABA-B2, can still modulate proliferation, differentiation and survival pathways, both through G-protein coupling and regulated proteolysis. The signalling mechanisms which we propose could serve as a new platform in understanding the long term effects of 7-TM receptor activation.