Thesis evaluated by: Dr. Rémy Sauvé, Dr. Puttaswamy Manjunath and Dr. Madhu Anand-Srivastava. Thank you for all your help. / L’hypertension est associée au remodelage vasculaire dû à l’hyperprolifération et l’hypertrophie des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs). Nous avons démontré par le passé l’implication de l’expression élevée des protéines Gqα et PLCβ1 dans les CMLVs de rats spontanément hypertendus (RSH) âgés de 16 semaines. Le C-ANP4-23 est un agoniste du récepteur au peptide natriurétique de type C (NPR-C) qui possède la capacité d’inhiber la synthèse de protéines en réponse aux peptides vasoactifs dans les CMLVs. Cette étude a eu pour but d’examiner si le C-ANP4-23 pouvait atténuer l’hypertrophie dans un modèle de rat souffrant d’hypertrophie cardiaque et d’explorer les mécanismes responsables de cette inhibition. Pour ce faire, des CMLVs aortiques de RSH âgés de 16 semaines ont été utilisées. Le taux de synthèse de protéines, un marqueur d’hypertrophie, a été déterminé par l’incorporation de (3H)leucine et l’expression des protéines a été déterminée par la technique d’immunobuvardage de type Western. Le volume cellulaire a été estimé par imagerie confocale tridimensionnelle. Le taux de synthèse de protéines et le volume cellulaire étaient considérablement accrus dans les CMLVs des RSH comparativement aux rats WKY et ont été largement atténués par le traitement au C-ANP4-23. De plus, le traitement au C-ANP4-23 a normalisé l’expression élevée du récepteur AT1 et des protéines Gqα et PLCβ1, des niveaux intracellulaires d’anions superoxide (O2-), de l’activité de la NADPH (de l’anglais nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) oxydase, ainsi que l’expression des protéines Nox4 et de p47phox dans les CMLVs des RSH. En outre, le C-ANP4-23 a réduit l’activation des récepteurs à L’EGF (de l’anglais epidermal growth factor), au PDGF (de l’anglais platelet-derived growth factor), et à l’IGF-1 (de l’anglais insulin-like growth factor 1). Le C-ANP4-23 a également atténué la phosphorylation des ERK1/2 (de l’anglais extracellular regulated kinase1/2), AKT et c-Src. Ces résultats indiquent que l’activation du NPR-C par C-ANP4-23 a atténué l’hypertrophie des CMLVs par sa capacité à diminuer la surexpression du récepteur AT1, l’expression élevée des protéines Gqα/PLCβ1, le stress oxydatif accru, l’activation augmentée des facteurs de croissance et l’augmentation de la phosphorylation des voies de signalisation MAPK/AKT. Ainsi, ces travaux suggèrent que le C-ANP4-23 peut être utilisé comme agent thérapeutique pour le traitement des complications vasculaires associées à l’hypertension et à l’athérosclérose. / Hypertension is associated with vascular remodelling due to hyperproliferation and hypertrophy of vascular smooth muscle cells (VSMCs). We earlier showed the implication of enhanced expression of Gqα and PLCβ1 proteins in VSMCs from 16- week-old spontaneously hypertensive rats (SHR). The present study was undertaken to investigate whether C-ANP4-23, a natriuretic peptide receptor-C (NPR-C) agonist that has been shown to inhibit vasoactive peptide-induced enhanced protein synthesis in VSMCs, could attenuate VSMC hypertrophy in rat models of cardiac hypertrophy and to explore the underlying mechanisms contributing to this inhibition. For these studies, aortic VSMCs from 16-week-old SHR were used. The protein synthesis, a marker of hypertrophy, was determined by (3H)leucine incorporation and the expression of proteins was determined by Western blotting. Cell volume was determined by three-dimensional confocal imaging. The protein synthesis was significantly enhanced in VSMC from SHR as compared to WKY and C-ANP4-23 treatment attenuated the enhanced protein synthesis to WKY control levels. In addition, the enhanced expression of the AT1 receptor as well as Gqα and PLCβ1 proteins, enhanced levels of superoxide anion (O2 -), nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase activity, as well as the increased expressions of NADPH oxidase 4 (Nox4) and p47phox exhibited by VSMC from SHR were all attenuated by C-ANP4-23 treatment. Furthermore, C-ANP4-23 also attenuated the enhanced activation of epidermal growth factor receptor (EGF-R), platelet-derived growth factor receptor (PDGF-R), insulin-like growth factor 1 receptor (IGF-1R) and the enhanced phosphorylation of extracellular signal-regulated kinases 1/2 (ERK1/2), AKT and c-Src. These results indicate that C-ANP4-23, via the activation of NPR-C, attenuates VSMC hypertrophy through its ability to decrease the overexpression of the AT1 receptor and Gqα/PLCβ1 proteins, the enhanced oxidative stress, the increased activation of growth factors and the enhanced phosphorylation of the MAPK/AKT signalling pathway. Thus, it can be suggested that C-ANP4-23, an activator of NPR-C, may be used as a therapeutic agent for the treatment of vascular complications associated with hypertension and atherosclerosis.

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Le glioblastome multiforme (GBM) est la tumeur cérébrale primaire la plus fréquente. Une dérégulation des voies de signalisation de l’EGFR et un fort potentiel invasif sont les caractéristiques principales du GBM. Malheureusement, les essais cliniques impliquant des thérapies anti-EGFR dans le traitement des GBM demeurent inefficaces. Nous avons précédemment montré que le récepteur de la fibronectine, l’intégrine α5β1, est associé avec un mauvais pronostic et une résistance des patients au temodal. Les intégrines peuvent coopérer avec les récepteurs aux facteurs de croissance et ainsi amplifier leur potentiel oncogénique. Ici, nous avons cherché à déterminer le rôle de l’intégrine α5 dans la résistance aux thérapies anti-EGFR. Utilisant la lignée U87 de GBM, on a dans un premier temps confirmé que l’activation de l’intégrine sous l’influence de la fibronectine, potentialisait la signalisation de l’EGFR. La perte d’expression d’α5 sensibilise les cellules U87 aux anti-EGFR (cetuximab, gefitinib) dans des essais de clonogénicité en soft agar. L’expression d’ α5 favorise la résistance aux 2 drogues lors de la migration cellulaire. Pour aller plus loin, nous avons développé un nouveau test basé sur la quantification de l’évasion cellulaire à partir d’une sphère tumorale. La perte d’ α5 augmente la sensibilité des cellules U87 à 2 TKI réversibles spécifiques de l’EGFR, gefitinib et erlotinib, mais n’a pas d’effet sur l’efficacité du lapatinib, un TKI irréversible ciblant EGFR, ErbB2, ErbB3 et ErbB4. Grâce à la microscopie confocale, nous avons montré l’effet important du gefitinib sur l’endocytose de l’intégrine et de l’EGFR. Ces résultats suggèrent que l’expression d’ α5 favorise la résistance aux TKI par l’activation des voies de signalisation des récepteurs ErbB ou en contrôlant le trafic membranaire de l’EGFR. On a aussi montré que pour favoriser l’adhésion cellulaire, l’intégrine α5 stimulait la fibrillogénèse. Dans les cellules migrant à distance de la sphère, l’intégrine α5 est strictement engagée dans des adhésions cellule-substrat contenant la protéine FAK activée. Nos résultats soulignent le rôle central du couple fibronectine/ intégrine α5 dans l’invasivité du GBM et la résistance aux thérapies anti-EGFR. / Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common primary brain tumor. Alteration of the EGFR pathway and high invasive potential are hallmarks of GBM. Unfortunately, trials using anti-EGFR therapies for the treatment of GBM reveal limited efficacy. We previously showed that overexpression of the fibronectin receptor, α5β1 integrin, is associated with a poor prognosis for patients and is responsible for chemoresistance to temodal. Integrins can cross-talk with growth factor receptors and amplified their oncogenic activity. Here, we sought to determine the potential role of α5 integrin in resistance to anti-EGFR therapy. Using U87 GBM cell line, we first confirmed that fibronectin-mediated integrin activation potentiated EGFR signaling. Loss of α5 integrin expression sensitized U87 cells to anti-EGFR drugs (cetuximab, gefitinib) in soft agar clonogenic assay. α5 expression can trigger resistance to both drugs on cell migration. To go further, we developed a new assay based on the quantification of cell evasion from tumor spheroids. α5 depletion increased U87 cell sensitivity to gefitinib and erlotinib, 2 EGFR-selective reversible TKI, but had not effect on lapatinib efficacy, an irreversible TKI that target EGFR, ErbB2, ErbB3 and ErbB4. Confocal microscopy revealed a strong impact of gefitinib on EGFR and integrin endocytosis. These results suggested that α5 expression may trigger resistance to TKI either by activating ErbB pathways or by controlling EGFR membrane trafficking. We also showed that to promote cell adhesion, α5 integrin stimulated fibronectin fibrillogenesis. As cells moved away from the spheroids, α5 became strictly engaged in cell-substratum adhesion sites where it recruited activated FAK. Our work highlights the pivotal role of fibronectin/α5β1 integrin in invasivity of GBM and resistance to anti-EGFR drugs.

Les complications vasculaires telles que l’augmentation de la contractilité et la prolifération cellulaire sont les complications les plus communes observées dans le diabète et l’hyperglycémie chronique est un facteur important dans ces processus. La voie de signalisation de Gαq joue un rôle important dans la régulation du tonus vasculaire et l’altération de celle-ci peut contribuer aux complications vasculaires observées dans les cas de diabète et d’hyperglycémie. Il a été observé que les taux et l’activité des protéines kinase C (PKC) et du diacylglycérol (DAG) sont augmentés dans ces conditions. Cependant, aucune étude n’a démontré l’implication de Gαq/11 et des PLCβ, molécules de signalisation en amont de PKC/DAG. Plusieurs études révèlent que l’augmentation des taux et de l’activité des PKC et du DAG induite par l’hyperglycémie dans des cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) est attribuée à l’augmentation du stress oxydatif. De plus, les niveaux de certains peptides vasoactifs, tels que l’angiotensine II et l’endothéline-1, augmentés dans les conditions de diabète/d’hyperglycémie, peuvent contribuer à l’augmentation du stress oxydatif observée. Le travail présenté dans cette thèse avait pour but d’examiner les effets de l’hyperglycémie sur les niveaux d’expression protéique de Gαq/11 et de ses molécules associées, ainsi que d’étudier le mécanisme moléculaire par lequel l’hyperglycémie module la voie de signalisation de Gαq dans les CMLV. Dans la première étude, nous avons examiné si l’hyperglycémie pouvait moduler l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ1 et PLCβ2. Le prétraitement des CMLV A10 avec 26 mM de glucose durant 72 heures augmente l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 en comparaison avec les CMLV témoins. Le traitement avec des antagonistes aux récepteurs AT1 de l’Ang II, et ETA/ETB de l’ET-1, atténue la hausse de Gαq, de Gα11, de PLCβ1 et de PLCβ2 induite par l’hyperglycémie. De plus, la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 était plus élevée dans les CMLV exposée à 26 mM de glucose. Le traitement des CMLV A10 avec l’Ang II et l’ET-1 augmente également les niveaux d’expression des protéines Gα q/11 et PLCβ. Cette augmentation de l’expression est restaurée au niveau des CMLV témoins par les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ dans les CMLV induite par l’hyperglycémie est attribuée à l’activation des récepteurs AT1, ETA et ETB. Dans la seconde étude, nous avons examiné l’implication du stress oxydatif dans l’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. Nous avons également déterminé le mécanisme responsable de l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie. L’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ des CMLV A10 exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec l’antioxydant diphenyleneiodonium (DPI), et la catalase, un chélateur du peroxyde d’hydrogène, mais pas par le 111Mn-tetralis(benzoic acid porphyrin) (MnTBAP) ni par l’acide urique, des chélateurs du peroxynitrite. De plus, l’augmentation de la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 dans les CMLV exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec le DPI et la catalase. Ces résultats suggèrent que l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie contribue à l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq. De plus, l’augmentation de la production d’anion superoxyde (O2-), de l’activité de la NADPH oxydase et de l’expression des protéines p22(phox) et p47(phox) induite par l’hyperglycémie est revenue à un niveau basal après un traitement avec les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’hyperglycémie augmente les niveaux endogènes de l’Ang II et de l’ET-1, ce qui augmente le stress oxydatif par la formation d’O2- et de H2O2 et peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gq/11α et de leurs molécules de signalisation. Puisqu’il a été observé que l’hyperglycémie transactive les récepteurs aux facteurs de croissance tels que le récepteur au facteur de croissance épidermique (EGF-R) et le récepteur au facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF-R), nous avons entrepris d’examiner, dans la troisième étude, l’implication d’EGF-R et de PDGF-R dans l’augmentation des niveaux de Gαq/11, de PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. L’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 induite par l’hyperglycémie est revenue au niveau basal après un traitement avec les inhibiteurs d’EGF-R (AG1478) et de PDGF-R (AG1295) et par l’inhibiteur de c-Src, PP2. L’augmentation de la phosphorylation d’EGF-R et de PDGF-R induite par l’hyperglycémie a été abolie par AG1478, AG1295 et PP2. De plus, l’augmentation des niveaux de Gαq/11, et de PLCβ induite par l’hyperglycémie est atténuée par l’inhibiteur des MAPK, le PD98059, et par l’inhibiteur d’AKT, le wortmannin. L’augmentation de la phosphorylation d’ERK et d’AKT était également atténuée par AG1478 et AG1295. Ces résultats suggèrent que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par c-Src peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gα q/11/PLC et de leur signalisation par la voie des MAPK/PI3K. En conclusion, les études présentées dans cette thèse indiquent que l’hyperglycémie augmente les niveaux de Gαq/11 et de PLCβ. Nous avons émis des évidences qui démontrent que l’augmentation endogène de l’Ang II et de l’ET-1 par l’hyperglycémie peut contribuer à l’augmentation de la production d’O2- et de H2O2 résultant ainsi en une augmentation du stress oxydatif qui pourrait être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et de leur signalisation dans les conditions d’hyperglycémie. Finalement, nous avons démontré que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par l’hyperglycémie peut être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq dans les cas de diabète et d’hyperglycémie. / Vascular complications including increased contractility and cell proliferation are most common complications in diabetes, and chronic hyperglycemia seem to be an important contributing factor in this process. Gqα signaling pathway plays an important role in the regulation of vascular tone and aberration of these mechanisms may contribute to vascular complications in hyperglycemia/diabetes. The levels and activity of protein kinase C (PKC) and diacylglycerol (DAG) were shown to be up-regulated in diabeteshyperglycemia. In addition, studies on the expression of upstream signaling molecules of phosphatidyl inositol (PI) turnover were lacking. The enhanced activity/levels of protein PKC and DAG induced by high glucose in VSMC have been shown to be attributed to the increased oxidative stress. Furthermore, the levels of various vasoactive peptides including Ang II and ET-1 which are augmented in diabetes and under hyperglycemic conditions, may also contribute to the enhanced oxidative stress in diabetes/hyperglycemia. The work presented in this thesis was therefore undertaken to examine if hyperglycemia/diabetes could also modulate the expression of Gqα and phospholipase Cb (PLCβ) proteins and associated PI turnover signaling in A10 VSMC exposed to high glucose and to explore the molecular mechanisms by which high glucose modulates Gqα/PLC signaling. The first study was undertaken to investigate if hyperglycemia can modulate the expression of Gqα, G11α, PLCβ-1 and PLCβ-2 and associated signaling. Pre-treatment of A10 VSMC with high glucose (26 mM) for 3 days augmented the levels of Gqα, G11α, PLCβ-1 and β-2 proteins as compared to control cells which were restored to control levels by endothelin-1 (ET-1) ETA and ETB and angiotensin II (Ang II) AT1 receptor antagonists. In addition, ET-1-stimulated IP3 formation was also significantly higher in VSMC exposed to high glucose. Furthermore, treatment of A10 VSMC with Ang II and ET-1 also increased significantly the levels of Gq/11α and PLCβ proteins which were restored towards control levels by ETA/ETB and AT1 receptor antagonists. These results suggest that high glucose augmented the expression of Gq/11α, PLCβ and -mediated signaling in VSMC which may be attributed to activation of AT1, ETA and ETB receptors. The second study was undertaken to investigate the implication of oxidative stress in high glucose-induced enhanced expression of Gq/11α and PLCβ1/2 proteins and associated signaling in A10 VSMC and to explore the mechanism responsible for high glucose induced enhanced oxidative stress. We showed that the increased levels of Gqα, G11α, PLCβ-1 and PLCβ-2 proteins in A10 VSMCs exposed to high glucose were restored to control levels by the antioxidant diphenyleneiodonium (DPI), and catalase, a scavenger of hydrogen peroxide, but not by 111Mn-tetralis(benzoic acid porphyrin) (MnTBAP) and uric acid, scavengers of peroxynitrite. In addition, endothelin-1 (ET-1)-stimulated production of IP3 that was enhanced by high glucose was also restored towards control levels by DPI and catalase. These results suggest that high glucose-induced enhanced oxidative stress that contributes to the enhanced expression of Gq/11α and PLCβ protein and signaling. Furthermore, the enhanced production of superoxide anion (O2-), NADPH oxidase activity and enhanced expression of p22(phox) and p47(phox) proteins induced by high glucose was restored to control levels by losartan, BQ123 and BQ788, the antagonists of angiotensin AT1 and endothelin-1 ETA/ETB receptors respectively. These results suggest that high glucose-induced enhanced levels of endogenous Ang II and ET-1, by increasing oxidative stress may contribute to the increased levels of Gq/11α and-mediated signaling in A10 VSMC. Since high glucose has been shown to increase growth factor receptor activation, we investigated, in the third study, the role of epidermal growth factor receptor (EGF-R) and platelet-derived growth factor receptor (PDGF-R) transactivation in high glucose-induced enhanced expression of Gq/11α and PLCβ. The increased levels of Gqα, G11α, PLCβ-1 and PLCβ-2 proteins induced by high glucose were restored to control levels by AG1478, an inhibitor of EGF-R, and AG1295, an inhibitor of PDGF-R as well as by PP2, an inhibitor of c-Src. High glucose-induced increased phosphorylation of EGF-R and PDGF-R which were abolished by AG1478, AG1295 and PP2. High glucose-induced enhanced levels of Gq, G11α and PLCβ were also attenuated by PD98059, an inhibitor of mitogen-activated protein kinase (MAPK), and wortmannin, an inhibitor of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K). In addition, high glucose-induced enhanced phosphorylation of ERK1/2 and AKT was also attenuated by AG1478 and AG1295. These results suggest that c-Src-induced transactivation of growth factor receptor contributes to the high glucose-induced enhanced expression of Gq/11α/PLC and-mediated cell signaling through MAPK/PI3K pathway. In conclusion, the studies presented in this thesis indicate that hyperglycemia increased the levels of Gq/11α and PLCβ1/2 proteins and mediated signaling. We provided evidence that high glucose-induced increased levels of Ang II and ET-1 may contribute to the enhanced production of O2- and H2O2 and results in enhanced oxidative stress which may be responsible for the high glucose-induced enhanced expression of Gq/11α and PLCβ. Finally, we demonstrated that high glucose-induced transactivation of growth factor receptors may also be responsible for the high glucose-induced enhanced expression of Gq/11α and PLCβ1/2.

Nous avons précédemment montré que les cellules musculaires lisses vasculaires(CMLV) des rats spontanément hypertendus (SHR) présentent une expression augmentée des protéines G inhibitrices (Gi) et une prolifération cellulaire accrue par rapport aux CMLV des rats Wystar-Kyoto (WKY). Le niveau d'AMPc s’est également avéré plus faible dans les CMLV de SHR. La présente étude a donc été entreprise afin d'examiner la contribution de la diminution du niveau intracellulaire d'AMPc à l’augmentation de l'expression des protéines Gi et à la prolifération accrue des CMLV de SHR et de continuer à explorer les mécanismes moléculaires sous-jacents responsables de cette réponse. Les CMLV de SHR ont montré par rapport aux CMLV des WKY une expression accrue de Giα-2 et Giα-3 qui a été diminué d'une manière dépendante de concentration par le dbcAMP, un analogue d'AMPc perméable à la membrane cellulaire. En outre, les fonctions augmentées des protéines Gi comme démontrées par l'amplification de l’inhibition de l'adénylate cyclase par les hormones inhibitrices et l'activité forskoline (FSK)-stimulée de l’adénylate cyclase par une faible concentration de GTPγS dans les CMLV de SHR ont également été restaurées aux niveaux de WKY par le dbcAMP. La prolifération accrue des CMLV de SHR a également été atténuée par le dbcAMP et la forskoline, un activateur de l'adénylate cyclase. De plus, dbcAMP a restauré la production augmentée d'anion superoxyde (O2-), l'activité de la NAD(P)H oxydase et l’expression accrue des protéines Nox 4 et p47phox observée dans les CMLV de SHR jusqu’au niveau contrôle. Par ailleurs, la phosphorylation accrue des PDGF-R, EGF-R, c-Src et ERK1/2 énoncée par les CMLV de SHR a également été diminuée par le dbcAMP d'une manière dépendante de concentration. Ces résultats suggèrent que le niveau réduit d'AMPc intracellulaire montré par les CMLV de SHR contribue à l'expression accrue des protéines Gi et à l’hyperprolifération cellulaire à travers l’augmentation du stress oxydatif, la transactivation des EGF-R, PDGF-R et la voie de signalisation des MAP kinases. / We have previously shown that vascular smooth muscle cells (VSMC) from spontaneously hypertensive rats (SHR) exhibit enhanced expression of inhibitory G proteins (Gi) and enhanced cell proliferation as compared to VSMC from Wystar-Kyoto rats (WKY). The levels of cAMP were shown to be decreased in VSMC from SHR. The present study was therefore undertaken to examine the contribution of the decreased intracellular level of cAMP in the enhanced expression of Gi proteins and increased proliferation of VSMC from SHR and to further explore the underlying molecular mechanisms responsible for this response. VSMC from SHR showed an enhanced expression of Giα-2 and Giα-3 as compared to VSMC from WKY which was decreased in a dose-dependent manner by dbcAMP, a cell-permeable cAMP analog. In addition, the enhanced functions of Gi proteins as demonstrated by enhanced inhibition of adenylyl cyclase by inhibitory hormones and forskolin (FSK)-stimulated adenylyl cyclase activity by low concentration of GTPγS in VSMC from SHR were also restored to the WKY levels by dbcAMP. The enhanced proliferation of VSMC exhibited by SHR was also attenuated by dbcAMP and forskolin, an activator of adenylyl cyclase. In addition, dbcAMP also restored the increased production of superoxide anion (O2-), NAD(P)H oxidase activity and enhanced expression of Nox 4 and p47phox proteins observed in VSMC from SHR to control levels. Furthermore, the increased phosphorylation of PDGF-R, EGF-R, c-Src and ERK1/2 exhibited by VSMC from SHR were also decreased by dbcAMP in a dose-dependent manner. These results suggest that decreased levels of intracellular cAMP exhibited by VSMC from SHR contributes to the enhanced expression of Gi proteins and hyperproliferation through increasing oxidative stress and transactivation of EGF-R, PDGF-R and MAP kinase signaling pathway.

Nous avons précédemment montré que les cellules musculaires lisses vasculaires(CMLV) des rats spontanément hypertendus (SHR) présentent une expression augmentée des protéines G inhibitrices (Gi) et une prolifération cellulaire accrue par rapport aux CMLV des rats Wystar-Kyoto (WKY). Le niveau d'AMPc s’est également avéré plus faible dans les CMLV de SHR. La présente étude a donc été entreprise afin d'examiner la contribution de la diminution du niveau intracellulaire d'AMPc à l’augmentation de l'expression des protéines Gi et à la prolifération accrue des CMLV de SHR et de continuer à explorer les mécanismes moléculaires sous-jacents responsables de cette réponse. Les CMLV de SHR ont montré par rapport aux CMLV des WKY une expression accrue de Giα-2 et Giα-3 qui a été diminué d'une manière dépendante de concentration par le dbcAMP, un analogue d'AMPc perméable à la membrane cellulaire. En outre, les fonctions augmentées des protéines Gi comme démontrées par l'amplification de l’inhibition de l'adénylate cyclase par les hormones inhibitrices et l'activité forskoline (FSK)-stimulée de l’adénylate cyclase par une faible concentration de GTPγS dans les CMLV de SHR ont également été restaurées aux niveaux de WKY par le dbcAMP. La prolifération accrue des CMLV de SHR a également été atténuée par le dbcAMP et la forskoline, un activateur de l'adénylate cyclase. De plus, dbcAMP a restauré la production augmentée d'anion superoxyde (O2-), l'activité de la NAD(P)H oxydase et l’expression accrue des protéines Nox 4 et p47phox observée dans les CMLV de SHR jusqu’au niveau contrôle. Par ailleurs, la phosphorylation accrue des PDGF-R, EGF-R, c-Src et ERK1/2 énoncée par les CMLV de SHR a également été diminuée par le dbcAMP d'une manière dépendante de concentration. Ces résultats suggèrent que le niveau réduit d'AMPc intracellulaire montré par les CMLV de SHR contribue à l'expression accrue des protéines Gi et à l’hyperprolifération cellulaire à travers l’augmentation du stress oxydatif, la transactivation des EGF-R, PDGF-R et la voie de signalisation des MAP kinases. / We have previously shown that vascular smooth muscle cells (VSMC) from spontaneously hypertensive rats (SHR) exhibit enhanced expression of inhibitory G proteins (Gi) and enhanced cell proliferation as compared to VSMC from Wystar-Kyoto rats (WKY). The levels of cAMP were shown to be decreased in VSMC from SHR. The present study was therefore undertaken to examine the contribution of the decreased intracellular level of cAMP in the enhanced expression of Gi proteins and increased proliferation of VSMC from SHR and to further explore the underlying molecular mechanisms responsible for this response. VSMC from SHR showed an enhanced expression of Giα-2 and Giα-3 as compared to VSMC from WKY which was decreased in a dose-dependent manner by dbcAMP, a cell-permeable cAMP analog. In addition, the enhanced functions of Gi proteins as demonstrated by enhanced inhibition of adenylyl cyclase by inhibitory hormones and forskolin (FSK)-stimulated adenylyl cyclase activity by low concentration of GTPγS in VSMC from SHR were also restored to the WKY levels by dbcAMP. The enhanced proliferation of VSMC exhibited by SHR was also attenuated by dbcAMP and forskolin, an activator of adenylyl cyclase. In addition, dbcAMP also restored the increased production of superoxide anion (O2-), NAD(P)H oxidase activity and enhanced expression of Nox 4 and p47phox proteins observed in VSMC from SHR to control levels. Furthermore, the increased phosphorylation of PDGF-R, EGF-R, c-Src and ERK1/2 exhibited by VSMC from SHR were also decreased by dbcAMP in a dose-dependent manner. These results suggest that decreased levels of intracellular cAMP exhibited by VSMC from SHR contributes to the enhanced expression of Gi proteins and hyperproliferation through increasing oxidative stress and transactivation of EGF-R, PDGF-R and MAP kinase signaling pathway.

Les complications vasculaires telles que l’augmentation de la contractilité et la prolifération cellulaire sont les complications les plus communes observées dans le diabète et l’hyperglycémie chronique est un facteur important dans ces processus. La voie de signalisation de Gαq joue un rôle important dans la régulation du tonus vasculaire et l’altération de celle-ci peut contribuer aux complications vasculaires observées dans les cas de diabète et d’hyperglycémie. Il a été observé que les taux et l’activité des protéines kinase C (PKC) et du diacylglycérol (DAG) sont augmentés dans ces conditions. Cependant, aucune étude n’a démontré l’implication de Gαq/11 et des PLCβ, molécules de signalisation en amont de PKC/DAG. Plusieurs études révèlent que l’augmentation des taux et de l’activité des PKC et du DAG induite par l’hyperglycémie dans des cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) est attribuée à l’augmentation du stress oxydatif. De plus, les niveaux de certains peptides vasoactifs, tels que l’angiotensine II et l’endothéline-1, augmentés dans les conditions de diabète/d’hyperglycémie, peuvent contribuer à l’augmentation du stress oxydatif observée. Le travail présenté dans cette thèse avait pour but d’examiner les effets de l’hyperglycémie sur les niveaux d’expression protéique de Gαq/11 et de ses molécules associées, ainsi que d’étudier le mécanisme moléculaire par lequel l’hyperglycémie module la voie de signalisation de Gαq dans les CMLV. Dans la première étude, nous avons examiné si l’hyperglycémie pouvait moduler l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ1 et PLCβ2. Le prétraitement des CMLV A10 avec 26 mM de glucose durant 72 heures augmente l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 en comparaison avec les CMLV témoins. Le traitement avec des antagonistes aux récepteurs AT1 de l’Ang II, et ETA/ETB de l’ET-1, atténue la hausse de Gαq, de Gα11, de PLCβ1 et de PLCβ2 induite par l’hyperglycémie. De plus, la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 était plus élevée dans les CMLV exposée à 26 mM de glucose. Le traitement des CMLV A10 avec l’Ang II et l’ET-1 augmente également les niveaux d’expression des protéines Gα q/11 et PLCβ. Cette augmentation de l’expression est restaurée au niveau des CMLV témoins par les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ dans les CMLV induite par l’hyperglycémie est attribuée à l’activation des récepteurs AT1, ETA et ETB. Dans la seconde étude, nous avons examiné l’implication du stress oxydatif dans l’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. Nous avons également déterminé le mécanisme responsable de l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie. L’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ des CMLV A10 exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec l’antioxydant diphenyleneiodonium (DPI), et la catalase, un chélateur du peroxyde d’hydrogène, mais pas par le 111Mn-tetralis(benzoic acid porphyrin) (MnTBAP) ni par l’acide urique, des chélateurs du peroxynitrite. De plus, l’augmentation de la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 dans les CMLV exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec le DPI et la catalase. Ces résultats suggèrent que l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie contribue à l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq. De plus, l’augmentation de la production d’anion superoxyde (O2-), de l’activité de la NADPH oxydase et de l’expression des protéines p22(phox) et p47(phox) induite par l’hyperglycémie est revenue à un niveau basal après un traitement avec les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’hyperglycémie augmente les niveaux endogènes de l’Ang II et de l’ET-1, ce qui augmente le stress oxydatif par la formation d’O2- et de H2O2 et peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gq/11α et de leurs molécules de signalisation. Puisqu’il a été observé que l’hyperglycémie transactive les récepteurs aux facteurs de croissance tels que le récepteur au facteur de croissance épidermique (EGF-R) et le récepteur au facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF-R), nous avons entrepris d’examiner, dans la troisième étude, l’implication d’EGF-R et de PDGF-R dans l’augmentation des niveaux de Gαq/11, de PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. L’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 induite par l’hyperglycémie est revenue au niveau basal après un traitement avec les inhibiteurs d’EGF-R (AG1478) et de PDGF-R (AG1295) et par l’inhibiteur de c-Src, PP2. L’augmentation de la phosphorylation d’EGF-R et de PDGF-R induite par l’hyperglycémie a été abolie par AG1478, AG1295 et PP2. De plus, l’augmentation des niveaux de Gαq/11, et de PLCβ induite par l’hyperglycémie est atténuée par l’inhibiteur des MAPK, le PD98059, et par l’inhibiteur d’AKT, le wortmannin. L’augmentation de la phosphorylation d’ERK et d’AKT était également atténuée par AG1478 et AG1295. Ces résultats suggèrent que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par c-Src peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gα q/11/PLC et de leur signalisation par la voie des MAPK/PI3K. En conclusion, les études présentées dans cette thèse indiquent que l’hyperglycémie augmente les niveaux de Gαq/11 et de PLCβ. Nous avons émis des évidences qui démontrent que l’augmentation endogène de l’Ang II et de l’ET-1 par l’hyperglycémie peut contribuer à l’augmentation de la production d’O2- et de H2O2 résultant ainsi en une augmentation du stress oxydatif qui pourrait être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et de leur signalisation dans les conditions d’hyperglycémie. Finalement, nous avons démontré que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par l’hyperglycémie peut être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq dans les cas de diabète et d’hyperglycémie. / Vascular complications including increased contractility and cell proliferation are most common complications in diabetes, and chronic hyperglycemia seem to be an important contributing factor in this process. Gqα signaling pathway plays an important role in the regulation of vascular tone and aberration of these mechanisms may contribute to vascular complications in hyperglycemia/diabetes. The levels and activity of protein kinase C (PKC) and diacylglycerol (DAG) were shown to be up-regulated in diabeteshyperglycemia. In addition, studies on the expression of upstream signaling molecules of phosphatidyl inositol (PI) turnover were lacking. The enhanced activity/levels of protein PKC and DAG induced by high glucose in VSMC have been shown to be attributed to the increased oxidative stress. Furthermore, the levels of various vasoactive peptides including Ang II and ET-1 which are augmented in diabetes and under hyperglycemic conditions, may also contribute to the enhanced oxidative stress in diabetes/hyperglycemia. The work presented in this thesis was therefore undertaken to examine if hyperglycemia/diabetes could also modulate the expression of Gqα and phospholipase Cb (PLCβ) proteins and associated PI turnover signaling in A10 VSMC exposed to high glucose and to explore the molecular mechanisms by which high glucose modulates Gqα/PLC signaling. The first study was undertaken to investigate if hyperglycemia can modulate the expression of Gqα, G11α, PLCβ-1 and PLCβ-2 and associated signaling. Pre-treatment of A10 VSMC with high glucose (26 mM) for 3 days augmented the levels of Gqα, G11α, PLCβ-1 and β-2 proteins as compared to control cells which were restored to control levels by endothelin-1 (ET-1) ETA and ETB and angiotensin II (Ang II) AT1 receptor antagonists. In addition, ET-1-stimulated IP3 formation was also significantly higher in VSMC exposed to high glucose. Furthermore, treatment of A10 VSMC with Ang II and ET-1 also increased significantly the levels of Gq/11α and PLCβ proteins which were restored towards control levels by ETA/ETB and AT1 receptor antagonists. These results suggest that high glucose augmented the expression of Gq/11α, PLCβ and -mediated signaling in VSMC which may be attributed to activation of AT1, ETA and ETB receptors. The second study was undertaken to investigate the implication of oxidative stress in high glucose-induced enhanced expression of Gq/11α and PLCβ1/2 proteins and associated signaling in A10 VSMC and to explore the mechanism responsible for high glucose induced enhanced oxidative stress. We showed that the increased levels of Gqα, G11α, PLCβ-1 and PLCβ-2 proteins in A10 VSMCs exposed to high glucose were restored to control levels by the antioxidant diphenyleneiodonium (DPI), and catalase, a scavenger of hydrogen peroxide, but not by 111Mn-tetralis(benzoic acid porphyrin) (MnTBAP) and uric acid, scavengers of peroxynitrite. In addition, endothelin-1 (ET-1)-stimulated production of IP3 that was enhanced by high glucose was also restored towards control levels by DPI and catalase. These results suggest that high glucose-induced enhanced oxidative stress that contributes to the enhanced expression of Gq/11α and PLCβ protein and signaling. Furthermore, the enhanced production of superoxide anion (O2-), NADPH oxidase activity and enhanced expression of p22(phox) and p47(phox) proteins induced by high glucose was restored to control levels by losartan, BQ123 and BQ788, the antagonists of angiotensin AT1 and endothelin-1 ETA/ETB receptors respectively. These results suggest that high glucose-induced enhanced levels of endogenous Ang II and ET-1, by increasing oxidative stress may contribute to the increased levels of Gq/11α and-mediated signaling in A10 VSMC. Since high glucose has been shown to increase growth factor receptor activation, we investigated, in the third study, the role of epidermal growth factor receptor (EGF-R) and platelet-derived growth factor receptor (PDGF-R) transactivation in high glucose-induced enhanced expression of Gq/11α and PLCβ. The increased levels of Gqα, G11α, PLCβ-1 and PLCβ-2 proteins induced by high glucose were restored to control levels by AG1478, an inhibitor of EGF-R, and AG1295, an inhibitor of PDGF-R as well as by PP2, an inhibitor of c-Src. High glucose-induced increased phosphorylation of EGF-R and PDGF-R which were abolished by AG1478, AG1295 and PP2. High glucose-induced enhanced levels of Gq, G11α and PLCβ were also attenuated by PD98059, an inhibitor of mitogen-activated protein kinase (MAPK), and wortmannin, an inhibitor of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K). In addition, high glucose-induced enhanced phosphorylation of ERK1/2 and AKT was also attenuated by AG1478 and AG1295. These results suggest that c-Src-induced transactivation of growth factor receptor contributes to the high glucose-induced enhanced expression of Gq/11α/PLC and-mediated cell signaling through MAPK/PI3K pathway. In conclusion, the studies presented in this thesis indicate that hyperglycemia increased the levels of Gq/11α and PLCβ1/2 proteins and mediated signaling. We provided evidence that high glucose-induced increased levels of Ang II and ET-1 may contribute to the enhanced production of O2- and H2O2 and results in enhanced oxidative stress which may be responsible for the high glucose-induced enhanced expression of Gq/11α and PLCβ. Finally, we demonstrated that high glucose-induced transactivation of growth factor receptors may also be responsible for the high glucose-induced enhanced expression of Gq/11α and PLCβ1/2.