Die Gliazellen des enterischen Nervensystems galten lange Zeit lediglich als Packmaterial der Neuronen. Erst in den letzten Jahren rückte dieser Zelltyp in das Interesse der Forschung, weil mehrere Studien eine Schlüsselrolle bei der Erhaltung der Darmwandintegrität postulierten. Da bisher wenig über die immunphysiologischen Eigenschaften der enterischen Gliazellen bekannt war, wurde in dieser Arbeit deren Bedeutung bei der angeborenen intestinalen Immunantwort untersucht. Hierfür wurden Primärkulturen von enterischen Gliazellen eingesetzt, welche aus dem Plexus myentericus adulter Ratten stammten. Es wurde erstmalig nachgewiesen, dass enterische Gliazellen über Toll like und NOD-Rezeptoren (TLR 2, TLR 4, TLR 6, TLR 7, TLR 9, NOD 1, NOD 2) pathogene bakterielle Muster (PAMPs) erkennen. Dabei zeigte sich, dass eine enge Vernetzung zwischen den Toll-like-Rezeptoren besteht. Einerseits findet eine Liganden-spezifische Regulierung der Toll-like-Rezeptoren statt, anderseits beeinflussen TLR spezifische Liganden die mRNA-Expression weiterer Toll-like-Rezeptoren. In der Analyse der intrazellulären Signalweiterleitung konnte die Existenz verschiedener Adaptor- und Interaktionsmoleküle wie RICK und Myd88 sowie der IKK / NF κB Signalweg mit Degradierung von IκB α nach Aktivierung durch LPS belegt werden. Aktivierte enterische Gliazellen sind eine Quelle für pro- und anti-inflammatorische Interleukine (IL-1α, IL 1β, IL 6, IL-10, IL-12), TNF α und Chemokine (Ccl-2, Cxcl-9, Cxcl-10). Sie können somit weitere immunkompetente Zellen rekrutieren und agieren vermutlich als Schnittstelle zwischen der angeborenen und erworbenen Immunantwort. Die Ergebnisse dieser Arbeit implizieren, dass es sich bei enterischen Gliazellen um einen zusätzlichen immunregulatorischen Zelltyp im Darm handelt, welcher aktiv bei der angeborenen Immunabwehr mitwirkt. Neben pro inflammatorischen Eigenschaften tragen enterische Gliazellen auch zur Darmprotektion während Entzündungsprozessen bei. Daraus ergibt sich eine komplexe Funktionalität der enterischen Gliazellen bei der immunologischen Homöostase im Darm.

Es wird vermutet, dass das Zusammenspiel von NF-κB-Signalen und Autophagie die Entzündung in verschiedenen zellulären Kontexten und als Reaktion auf unterschiedliche Stimuli reguliert. Der molekulare Mechanismus, durch den diese beiden Signalwege bei der Regulierung der Entzündungsreaktion zusammenwirken, ist jedoch noch nicht bekannt. Mithilfe biochemischer Analysen und bildgebender Verfahren haben wir zum ersten Mal die Interaktion zwischen dem autophagischen Marker LC3 und der NF-κB/p65-Untereinheit als Reaktion auf verschiedene Stressbedingungen charakterisiert. Wir konnten zeigen, dass die Anhäufung von LC3 im Zellkern nach der NF-κB-Aktivierung mit p65 interagiert, was durch die Ubiquitinierung des p65-Proteins gefördert und durch den Cargo-Rezeptor p62 erkannt wird. Zusammengenommen weisen diese Daten auf eine neue Rolle von p62 beim Transport von im Kern ubiquitiniertem p65 zu Autophagosomen hin, wo es abgebaut wird, um die entzündungsbedingte NF-κB-Hyperaktivierung zu kontrollieren. Diese Erkenntnisse sind wichtig für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien gegen Krankheiten, die mit einer gestörten Autophagie und einer konstitutiven NF-κB-Aktivität einhergehen. Die NF-κB-Signalübertragung spielt nicht nur eine entscheidende Rolle bei Entzündungen und der Tumorbildung, sondern ist auch für Entwicklungsprozesse wichtig. Durch die Etablierung von 3D-Organoid-Kulturen aus dem Dünndarm und unter Verwendung verschiedener Mauslinien weisen wir im zweiten Teil der Arbeit nach, dass NF-κB eine wichtige Funktion bei der Zelldifferenzierung und der Erhaltung von Stammzellen in vivo und ex-vivo spielt. Wir konnten zeigen, dass die Proliferation und das Absterben von Darmepithelzellen (IEC) bei Mäusen mit ubiquitärer Unterdrückung der NF-κB-Aktivität unverändert sind, während die Zahl der Becherzellen auf Kosten der Paneth-Zellen zunimmt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unsere Ergebnisse eine neue IEC-immanente Rolle von NF-κB bei Entscheidungen über das Zellschicksal und die Differenzierung aufzeigen, die über die Regulierung der Wnt-Signale und der Sox9-Expression stromabwärts von NF-κB erfolgt. Die hier beschriebenen Erkenntnisse verbessern unser Verständnis der NF-κB-Funktionen in der Stammzellbiologie, die, wenn sie dereguliert sind, auch Auswirkungen auf die Entzündung des Darms und die Tumorentstehung haben. / The interplay between NF-κB signaling and autophagy has been suggested to regulate inflammation in different cellular contexts and in response to different stimuli. However, the molecular mechanism by which these two pathways interact to regulate the inflammatory response remains elusive. By using biochemical analysis and imaging techniques, we characterized for the first time the interaction of autophagic marker LC3 and NF-κB/p65 subunit in response to different stress conditions. We demonstrated that the accumulation of LC3 within the nucleus interacts with p65 following NF-κB activation, which is promoted by ubiquitination of p65 protein and recognized by the cargo receptor p62. Together, these data identify a novel role for p62 in trafficking nuclear-ubiquitinated p65 to autophagosomes for degradation to control inflammation-driven NF-κB hyperactivation. These findings are important for developing novel therapeutic strategies against diseases involving defective autophagy and constitutive NF-κB activity. In addition to its critical role in inflammation and tumor formation, NF-κB signaling is essential in developmental processes. Establishing 3D organoid culture from the small intestine and using different mouse lines, we prove in the second part of the thesis that NF-kB plays an important function in cell differentiation and stem cell maintenance in vivo and in ex-vivo. We demonstrated that while intestinal epithelial cell (IEC) proliferation and death are unaltered in mice with ubiquitous suppression of NF-κB activity, goblet cell numbers increase at the expense of Paneth cells. In summary, our results revealed a novel IEC-intrinsic role of NF-κB in cell fate decisions and differentiation which occur via regulation of Wnt signaling and Sox9 expression downstream of NF-κB. The findings described here improve our understanding of NF-κB functions in stem cell biology which, when deregulated, also have an impact on intestinal inflammation and tumorigenesis.

Des résultats obtenus antérieurement au laboratoire ont démontré l'induction des facteurs de transcription C/EBPs par l'IL-1? ainsi que leur implication dans la régulation de la transcription de gènes de réponse inflammatoire telle que l'haptoglobine au niveau de la cellule épithéliale intestinale. En outre, il a déjà été démontré que la phosphoiylation des C/EBPs peut moduler leur activité et des études au laboratoire ont démontré l'interaction in vitro entre l'isoforme C/EBP? et la kinase DNA-PK. Par l'utilisation de l'inhibiteur non spécifique de la famille PI(3)K, la wortmannine, il a été observé que la DNA-PK phosphoryle C/EBP?. La DNA-PK est une kinase qui répare les bris d'ADN double brin en participant au processus de jonction des extrémités non-homologues. Ainsi, nous avons étudié la modulation de la réponse inflammatoire intestinale par la DNA-PK, en s'attardant plus particulièrement à deux familles de facteurs de transcription, soit NF-?B et les C/EBPs. Par l'utilisation d'un inhibiteur sélectif de la DNA-PK, le IC60211, la phosphorylation in vitro de la région N-terminale de C/EBP? par la DNA-PK a d'abord été confirmé. Puisque la DNA-PK est activée par les bris d'ADN double brin, la doxorubicine, un agent génotoxique, a été utilisé pour la suite du projet. Nous avons montré que la doxorubicine engendre une hausse de la capacité de liaison à l'ADN de NF-?B induite par l'IL-1? et que les complexes formés comprenaient surtout la sousunité p65. Ceci s'accompagne d'une hausse des niveaux nucléaires de p65 ainsi que d'une baisse d'expression de l'inhibiteur cytoplasmique de NF-?B, I?B?. Par contre, par l'utilisation de l'inhibiteur sélectif de la DNA-PK, le NU7026, nos résultats suggèrent que ces effets sont DNA-PK indépendants. En effet, un rétablissement de la capacité de liaison à l'ADN de NF-?B n'est pas observé lors d'une préincubation avec cet inhibiteur avant de traiter à la doxorubicine puis à l'IL-1?. En ce qui concerne les C/EBPs, nos résultats démontrent que la doxorubicine diminue l'activité transcriptionnelle de l'isoforme C/EBP? sur le promoteur du gène haptoglobine. Alors qu'un traitement à l'IL-1? induit une augmentation de la liaison des C/EBPs à HaptoA, nos résultats montrent qu'un pré-traitement à la doxorubicine empêche cette induction. De plus, les niveaux protéiques de C/EBP? et C/EBP? induits par l'IL-1? sont abaissés par la doxorubicine. Également, les niveaux d'ARNm de C/EBP? induits par l'IL-1 p et de deux de ses gènes cibles inflammatoires, l'haptoglobine et lipocalin2, sont diminués par un prétraitement à la doxorubicine. Par l'utilisation du NU7026, nous démontrons un rétablissement partiel de la capacité de liaison à l'ADN de C/EB13? et de C/EBP? qui était réduite par un traitement à la doxorubicine, à des niveaux comparables à la condition sans traitement et à la condition IL-1?, respectivement. Cependant, cet inhibiteur permet le rétablissement des niveaux de protéine et d'ARNm de C/EBP? (induits par l'IL-1?) qui étaient réprimés par un prétraitement à la doxorubicine mais non des niveaux protéiques de C/EBP?. Nos résultats suggèrent que la DNA-PK régule, au moins partiellement, la transcription de l'isoforme C/EBP? ainsi que son activité transcriptionnelle sur le promoteur de l'haptoglobine. Par contre, nos résultats suggèrent aussi que la DNA-PK module la capacité de liaison à l'ADN de C/EBP? et que l'effondrement des niveaux protéiques de C/EBP? par la doxorubicine est DNA-PK indépendant. [Symboles non conformes]

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Meduloblastoma é um câncer do sistema nervoso central, altamente invasivo, de origem embrionária, localizado no cerebelo. É mais comum em crianças e corresponde a aproximadamente 20% de todos os tumores intracranianos pediátricos. Os tratamentos mais utilizados são cirurgia e quimioterapia, sendo que a radioterapia é aplicada somente em crianças com mais de 3 anos devido aos seus efeitos colaterais. Diversos estudos têm mostrado o papel do NF-B na regulação de genes envolvidos com o processo neoplásico. NF-B é um fator de transcrição chave na regulação da resposta imune e no processo de inflamação e está envolvido na regulação da transcrição de um grande número de genes relacionados ao processo de tumorigênese, além de ser constitutivamente ativo em diversos tipos de câncer, sendo um importante potencial alvo terapêutico. O DHMEQ (Dehidroximetilepoxiquinomicina) é uma droga que inibe a translocação do NF-B do citoplasma para o núcleo, inibindo assim a sua atuação como ativador transcricional. Vários trabalhos tem mostrado os efeitos antineoplásicos do DHMEQ em inúmeros tipos tumorais, entretanto, não há trabalhos que evidenciem esses efeitos em meduloblastoma. Assim, o presente estudo objetivou avaliar os efeitos dessa droga nas linhagens UW402, UW473 e ONS-76 de meduloblastoma pediátrico através de estudos funcionais e moleculares. Os resultados de proliferação demostraram uma significativa diminuição do crescimento celular nas linhagens de meduloblastoma, inibindo cerca de 80, 70 e 60% nas linhagens UW402, UW473 e ONS-76, respectivamente, na dose de 20 g/mL, e apresentou um IC50 de 10g/mL em 48h para as linhagens UW402 e UW473 e em 72h na linhagem ONS-76. Adicionalmente, elevou o nível de apoptose para 50, 17 e 31% nessas linhagens, respectivamente, inibiu fortemente a capacidade clonogênica, a migração e a invasão celular nas três linhagens e foi sinérgico na combinação com outros quimioterápicos em grande parte dos pontos de combinação, além de radiossensibilizar fortemente as três linhagens. Os resultados são congruentes com o potencial efeito antitumoral de DHMEQ. / Medulloblastoma is a cancer of the central nervous system, highly invasive, of embryonic origin, located in the cerebellum. It is more common among children and accounts for approximately 20% of all pediatric intracranial tumors. The most common treatments are surgery and chemotherapy, and radiotherapy is only to children older than 3 years old due to its side effects. Several studies have demonstrated the role of NF-B in the regulation of genes involved in the neoplastic process. NF-B is a key transcription factor in the regulation of immune response and inflammation process, and it is involved in the transcriptional regulation of a large number of genes related to the tumorigenesis process, and constitutively active in many types of cancer, being an important potential therapeutic target. DHMEQ (Dehidroximetilepoxiquinomicina) is a drug that inhibits the translocation of NF-B from the cytoplasm to the nucleus, thus inhibiting its activity as a transcriptional activator. Several studies have shown the antineoplastic effects of DHMEQ in numerous tumor types, however, there is no surveys that have tested their effects in medulloblastoma. Thus, the present study aimed to evaluate the effects of this drug in UW402, UW473 and ONS-76 pediatric medulloblastoma cell lines through functional and molecular studies. The proliferation test results demonstrated a significant decrease in the cell growth in the medulloblastoma cell lines, inhibiting approximately 80, 70 and 60% for UW402, UW473 and ONS-76, respectively, at a dose of 20g/mL, and showed an IC50 of 10g/mL at 48h for UW402 and UW473 and at 72h in ONS-76. Additionally, increased the level of apoptosis to 50, 17 and 31% in these cell lines, respectively, strongly inhibited the clonogenic capacity, the migration and cell invasion in the three lines and it was synergistic in combination with other chemotherapeutic agents in most combination points, and radiosensitization strongly the three cell lines. The results are congruent with the potential antitumor effect of DHMEQ.

La protéine Damaged DNA-Binding 2 (DDB2) est connue pour son rôle dans la réparation de l'ADN lésé par les UV. Cependant, le laboratoire a montré que cette protéine est surexprimée naturellement dans les cellules tumorales mammaires non métastatiques et active leur prolifération, en favorisant leur entrée en phase de transition G1/S du cycle cellulaire. Il a été montré que cette nouvelle activité biologique de DDB2 dépend de sa capacité à intervenir dans la transcription de gènes cibles, comme celui codant l'enzyme anti-oxydante, la superoxyde dismutase à manganèse (SOD Mn). Sur la base que DDB2 est peu ou pas exprimée dans les cellules tumorales mammaires métastatiques, ce travail a consisté à étudier le rôle de cette protéine dans les capacités invasives de ces cellules. Dans un 1er temps, nous avons montré que les cellules tumorales mammaires hautement métastatiques (MDA-MB231 et SKBR3), lorsqu'elles surexpriment DDB2 après introduction de son gène, ont des capacités migratrices et invasives in vitro, ainsi que des propriétés in vivo à développer des métastases pulmonaires, fortement réduites, en association avec une diminution importante de l'expression de la métalloprotéase matricielle 9 (MMP-9). De même, lors d'une analyse rétrospective sur 92 échantillons cliniques provenant de patientes, une corrélation inverse entre l'expression de DDB2 et le haut grade (SBR>ou =3) des tumeurs mammaires est observée. Dans un 2ème temps, nous avons identifié le mécanisme moléculaire par lequel DDB2 agit négativement sur les capacités invasives des cellules tumorales mammaires. Nous avons montré que DDB2 intervient positivement sur l'expression du gène codant I kappa B alpha (IkBa), en se fixant sur une séquence d'ADN localisée dans la région proximale du promoteur, qui entraîne en conséquence une forte diminution de l'activité du facteur de transcription NF-kB. Ce dernier est connu pour son rôle dans les capacités invasives et migratrices des cellules tumorales mammaires métastatiques, en régulant de nombreux gènes cibles comme celui codant la MMP-9. Nous avons montré, que l?inhibition de l'expression d'IkBa, par ARN interférence restaure en partie les propriétés invasives des cellules tumorales mammaires métastatiques surexprimant DDB2, en association avec une réexpression de MMP-9. Dans un 3ème temps, nous avons également montré dans les cellules tumorales mammaires métastatiques, que l?expression constitutivement élevée de la SOD Mn, en l'absence de DDB2, dépend de l'activité conjointe des facteurs de transcription NF-kB et Sp1, révélant ainsi un autre mécanisme moléculaire impliqué dans les propriétés invasives de ces cellules. L'ensemble de ce travail contribue ainsi à mieux comprendre comment les cellules tumorales mammaires progressent vers un statut invasif et renforce également l'idée que DDB2 présente un intérêt clinique potentiel, comme marqueur prédictif de la progression métastatique des tumeurs mammaires. Enfin, la relation entre la DDB2, NF-kB et la SOD Mn représente une voie intéressante pour le développement de nouvelles thérapies anticancéreuses / The Damaged DNA-Binding 2 protein (DDB2) is known to play a role in repair of UV-induced DNA damages. However, the laboratory has shown that this protein is overexpressed in nonmetastatic breast tumor cells and stimulates their proliferation by favouring their entry in G1/S transition phase of cell cycle. This novel biological activity of DDB2 depends on its ability to modulate transcription of target genes, such as that encoding the manganese superoxide dismutase (MnSOD) antioxidant enzyme. The fact that DDB2 is not expressed in metastatic breast tumor cells led us to focuse this work on the role of DDB2 in the invasive abilities of these cells. In a 1st time, we have shown that highly metastatic breast tumor cells (MDA-MB231 et SKBR3), when they overexpress DDB2 after introduction of its gene, have a strong decrease in their in vitro migratory and invasive abilities, and in their properties to develop in vivo lung metastasis, associated with a highly reduced expression of matrix metalloprotease 9 (MMP-9). In addition, DDB2 expression was analyzed in a cohort of 92 breast samples from patients. An inverse correlation is observed between DDB2 level and the high-grade (SBR>=3) breast tumors. In a 2nd time, we identified the molecular mechanism by which DDB2 controls negatively the invasive abilities of breast tumor cells. We have shown that DDB2 plays a positive role in the expression of gene encoding I kappa B alpha gene (IkB?), though its binding to a specific DNA sequence localized in the proximal promoter, and which promotes a strong decrease in the NF-kB activity. This transcription factor is well known to play a role in migratory and invasive abilities of metastatic breast tumor cells by regulating many target genes, such as that encoding MMP-9. We have shown that inhibition by RNA interference of I?B? expression restores in part the invasive properties of DDB2-overexpressing metastatic breast tumor cells, associated with an induction of MMP-9 gene expression. In a 3rd time, we have also shown in metastatic breast tumor cells, that the high basal MnSOD expression, when DDB2 is lacking, depends on the related activity of the NF-kB and Sp1 transcription factors, considering that this other molecular mechanism is involved in invasive properties of these cells. Taken together, this work contributes to a better understanding how breast tumor cells progress toward an invasive phenotype and underlines also the idea that DDB2 has a clinical relevance as a good potential marker for predicting breast tumor progression toward metastasis. Finally, the relationship between DDB2, NF-kB and MnSOD may be considered as an interesting pathway for development of new anticancer therapies

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第24194号 / 医博第4888号 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 生田 宏一, 教授 伊藤 能永, 教授 中川 一路 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM