Glycosaminoglycannes : new regulator of apoptosis and α-synuclein aggregation in a cellular model of Parkinson disease

Les Glycosaminoglycannes (GAGs) sont une famille de polysaccharides principalement localisés au niveau de la matrice extracellulaire et de la membrane plasmique. Ils peuvent interagir avec des facteurs de croissance et des cytokines pour réguler leurs activités, participer à des transports protéiques à travers la membrane cellulaire, moduler les activités de certaines enzymes telles que les cathepsines (enzymes lysosomales). Toutes ces activités démontrent que les GAGs jouent des rôles primordiaux dans la régulation de la croissance, la différenciation, l'adhésion, l'inflammation et la mort cellulaire.L'implication de ces polysaccharides dans la régulation de l'apoptose via la voie mitochondriale n'a toujours pas été déterminée. Ici, nous démontrons dans un modèle cellulaire de fibroblastes de peau en culture primaire, soumis à un stress oxydatif par de l'H2O2, qu'un mimétique des GAGs, l'OTR4120, est capable de protéger la membrane du lysosome, de réduire le taux de ROS intracellulaires et d'inhiber la chute du potentiel de membrane mitochondrial et ainsi d'empêcher la libération du cytochrome c et l'activation des activités caspases-9 et -3 sans affecter la voie extrinsèque de l'apoptose. Les héparanes sulfates et les chondroïtines sulfates au contraire de l'héparine, ont montré un effet protecteur de l'apoptose en inhibant les protéines clefs de ce processus de mort cellulaire. Ainsi, les GAGs naturels et l'OTR4120 sont capables s'opposer à l'apoptose, en inhibant l'activité de la cathepsine D libérée dans le cytosol, empêchant ainsi l'activation de la voie intrinsèque de l'apoptose via la mitochondrie. Ces résultats ouvrent de nouveaux horizons notamment dans certaines maladies où le stress oxydatif est impliqué comme c'est le cas de certaines maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson.La cause de la maladie de Parkinson (MP) qui affecte les neurones dopaminergiques demeure encore mystérieuse, bien que différentes preuves soutiennent les hypothèses impliquant des dysfonctionnements mitochondriaux et une accumulation d'α-synucléine comme étant les événements majeurs dans cette physiopathologie. Récemment, la cathepsine D a été impliquée dans des processus de mort cellulaire et montrée comme étant surexprimée dans des modèles de la MP. De plus, apparait être l'une des principales enzymes responsables de la dégradation de l'α-synucléine. Puisque les glycosaminoglycannes (GAGs) sont capables de réguler l'activité de la cathepsine D dans des cellules en culture dans une condition de stress, nous avons cherché à démontrer si GAGs pouvaient être localisés à un niveau intracellulaire, où ils pourraient interagir avec la cathepsine D et s'ils étaient capables de réguler l'accumulation/dégradation de l'α-synucléine. Ainsi nous avons mis en place un modèle cellulaire de la MP induit par le MPP+. Nous avons observé que l'expression génétique des enzymes de la biosynthèse des GAGs (HS2ST, HS6ST et CHST8) a été modifiée dans les cellules stressées par la neurotoxine et que leurs taux mesurés par leurs sulfates étaient augmentés plus précisément au niveau des HS. Au contraire, l'absence de GAGs sulfatés induit par le chlorate de sodium, un inhibiteur de la PAPs (donneur de sulfates), a permis d'augmenter l'activité de l'activité cathepsine D et également d'inhiber l'accumulation ou d'induire la dégradation de l'α-synucléine. Pour la première fois, il a été montré que les GAGs sont capables d'agir sur l'activité cathepsine D à l'intérieur de la cellule et de réguler l'accumulation/dégradation de l'α-synucléine.Pas de résumé anglai

Les Glycosaminoglycannes (nouveaux régulateurs de l'agrégation de l'a-synucléine et de l'apoptose dans un modèle cellulaire de la maladie de Parkinson)

Les Glycosaminoglycannes (GAGs) sont une famille de polysaccharides principalement localisés au niveau de la matrice extracellulaire et de la membrane plasmique. Ils peuvent interagir avec des facteurs de croissance et des cytokines pour réguler leurs activités, participer à des transports protéiques à travers la membrane cellulaire, moduler les activités de certaines enzymes telles que les cathepsines (enzymes lysosomales). Toutes ces activités démontrent que les GAGs jouent des rôles primordiaux dans la régulation de la croissance, la différenciation, l'adhésion, l'inflammation et la mort cellulaire.L'implication de ces polysaccharides dans la régulation de l'apoptose via la voie mitochondriale n'a toujours pas été déterminée. Ici, nous démontrons dans un modèle cellulaire de fibroblastes de peau en culture primaire, soumis à un stress oxydatif par de l'H2O2, qu'un mimétique des GAGs, l'OTR4120, est capable de protéger la membrane du lysosome, de réduire le taux de ROS intracellulaires et d'inhiber la chute du potentiel de membrane mitochondrial et ainsi d'empêcher la libération du cytochrome c et l'activation des activités caspases-9 et -3 sans affecter la voie extrinsèque de l'apoptose. Les héparanes sulfates et les chondroïtines sulfates au contraire de l'héparine, ont montré un effet protecteur de l'apoptose en inhibant les protéines clefs de ce processus de mort cellulaire. Ainsi, les GAGs naturels et l'OTR4120 sont capables s'opposer à l'apoptose, en inhibant l'activité de la cathepsine D libérée dans le cytosol, empêchant ainsi l'activation de la voie intrinsèque de l'apoptose via la mitochondrie. Ces résultats ouvrent de nouveaux horizons notamment dans certaines maladies où le stress oxydatif est impliqué comme c'est le cas de certaines maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson.La cause de la maladie de Parkinson (MP) qui affecte les neurones dopaminergiques demeure encore mystérieuse, bien que différentes preuves soutiennent les hypothèses impliquant des dysfonctionnements mitochondriaux et une accumulation d'a-synucléine comme étant les événements majeurs dans cette physiopathologie. Récemment, la cathepsine D a été impliquée dans des processus de mort cellulaire et montrée comme étant surexprimée dans des modèles de la MP. De plus, apparait être l'une des principales enzymes responsables de la dégradation de l'a-synucléine. Puisque les glycosaminoglycannes (GAGs) sont capables de réguler l'activité de la cathepsine D dans des cellules en culture dans une condition de stress, nous avons cherché à démontrer si GAGs pouvaient être localisés à un niveau intracellulaire, où ils pourraient interagir avec la cathepsine D et s'ils étaient capables de réguler l'accumulation/dégradation de l'a-synucléine. Ainsi nous avons mis en place un modèle cellulaire de la MP induit par le MPP+. Nous avons observé que l'expression génétique des enzymes de la biosynthèse des GAGs (HS2ST, HS6ST et CHST8) a été modifiée dans les cellules stressées par la neurotoxine et que leurs taux mesurés par leurs sulfates étaient augmentés plus précisément au niveau des HS. Au contraire, l'absence de GAGs sulfatés induit par le chlorate de sodium, un inhibiteur de la PAPs (donneur de sulfates), a permis d'augmenter l'activité de l'activité cathepsine D et également d'inhiber l'accumulation ou d'induire la dégradation de l'a-synucléine. Pour la première fois, il a été montré que les GAGs sont capables d'agir sur l'activité cathepsine D à l'intérieur de la cellule et de réguler l'accumulation/dégradation de l'a-synucléine.Pas de résumé anglaisPARIS-EST-Université (770839901) / SudocPARIS12-Bib. électronique (940280011) / SudocSudocFranceF

Wind farm reliability optimization using harmony search under performance and budget constraints

International audienceToday's important industrial energy seeks maximum benefit with maximum reliability. In order to achieve this goal, design engineers depend on reliability optimization techniques. This work uses a harmony search algorithm (HS) meta-heuristic optimization method to solve the problem of wind power system design optimization. We consider the case where redundant electrical components are chosen to achieve a desirable level of reliability. The electrical power components of the system are characterized by their cost, capacity and reliability. The reliability is considered in this work as the ability to satisfy the consumer demand which is represented as a piecewise cumulative load curve. This definition of the reliability index is widely used for power systems. The proposed meta-heuristic seeks for the optimal design of series-parallel power systems in which a multiple choice of wind generators, transformers and lines are allowed from a list of product available in the market. Our approach has the advantage to allow electrical power components with different parameters to be allocated in electrical power systems. To allow fast reliability estimation, a universal moment generating function (UMGF) method is applied. A computer program has been developed to implement the UMGF and the HS algorithm. An illustrative example is presented

A new human pyridinium metabolite of furosemide, inhibitor of mitochondrial complex I, is a candidate inducer of neurodegeneration

International audiencePharmaceuticals and their by-products are increasingly a matter of concern, because of their unknown impacts on human health and ecosystems. The lack of information on these transformation products, which toxicity may exceed that of their parent molecules, makes their detection and toxicological evaluation impossible.Recently we characterized the Pyridinium of furosemide (PoF), a new transformation product of furosemide, the most widely used diuretic and an emerging pollutant. Here, we reveal PoF toxicity in SH-SY5Y cells leading to alpha-synuclein accumulation, reactive oxygen species generation, and apoptosis. We also showed that its mechanism of action is mediated through specific inhibition of striatal respiratory chain complex I, both in vitro by direct exposure of striatum mitochondria to PoF, and in vivo, in striatal mitochondria isolated from mice exposed to PoF for 7 days in drinking water and sacrificed 30 days later. Moreover, in mice, PoF induced neurodegenerative diseases hallmarks like phospho-Serine129 alpha-synuclein, tyrosine hydroxylase decrease in striatum, Tau accumulation in hippocampus. Finally, we uncovered PoF as a new metabolite of furosemide present in urine of patients treated with this drug by LC/MS. As a physiopathologically relevant neurodegeneration inducer, this new metabolite warrants further studies in the framework of public health and environment protection

New Roles of Glycosaminoglycans in α-Synuclein Aggregation in a Cellular Model of Parkinson Disease

International audienceThe causes of Parkinson disease (PD) remain mysterious, although some evidence supports mitochondrial dysfunctions and α-synuclein accumulation in Lewy bodies as major events. The abnormal accumulation of α-synuclein has been associated with a deficiency in the ubiquitin-proteasome system and the autophagy-lysosomal pathway. Cathepsin D (cathD), the major lysosomal protease responsible of α-synuclein degradation was described to be up-regulated in PD model. As glycosaminoglycans (GAGs) regulate cathD activity, and have been recently suggested to participate in PD physiopathology, we investigated their role in α-synuclein accumulation by their intracellular regulation of cathD activity. In a classical neu-roblastoma cell model of PD induced by MPP + , the genetic expression of GAGs-biosynthetic enzymes was modified, leading to an increase of GAGs amounts whereas intracellular level of α-synuclein increased. The absence of sulfated GAGs increased intracellular cathD activity and limited α-synuclein accumulation. GAGs effects on cathD further suggested that specific sequences or sulfation patterns could be responsible for this regulation. The present study identifies, for the first time, GAGs as new regulators of the lysosome degradation pathway , regulating cathD activity and affecting two main biological processes, α-synuclein ag-gregation and apoptosis. Finally, this opens new insights into intracellular GAGs functions and new fields of investigation for glycobiological approaches in PD and neurobiology

Characterization of MPP⁺-induced apoptosis.

<p>Total, mitochondrial and cytosolic extracts were obtained from normal and MPP⁺-stressed SHSY5Y cells (0.5 mM, 6 h).a) CathD activity in cytosolic extracts. CathD activity was normalized by cell number in each sample and expressed as percentage of the activity in normal cells. Results are expressed in percentage of normal cell extract levels and presented as mean ± S.E.M. of four independent experiments in triplicate. *** p<0.01 compared to control cells. b) Immunofluorescence detection of total cathD in cells. Left: unstressed control cells (Ctrl), right: MPP⁺-stressed cells (6 h). Cells were observed with a confocal microscope Zeiss Axio Observer Z.1. Scale bar represents 10 μm. Negative control omitting the first antibody but in the presence of the second one (anti-goat Fluo 546) did not show any signal. c) Analysis by western blot of Bax relocation in mitochondrial membranes at 6 h, just after the end of stress. The amount of protein was normalized by the number of cells to avoid taking into account the increase of protein amount induced by the MPP⁺ stress. Succinate dehydrogenase-A (SDHA) was used as the loading control. This immunoblot is representative of three independent experiments in duplicate. d) Assessment of respiratory chain function 24 h after MPP⁺ treatment. The respiratory control index (RCI) i.e. ratio [state 3 rate] / [state 4 rate] was calculated. Results are expressed as percentage of unstressed control group and represent three independent experiments in triplicate. Results are presented as the mean ± S.E.M. *** p<0.01 compared to control cells.</p

Interplay between CathD, glycosaminoglycans (heparan sulfate (HS), chondroitin sulfate (CS)) and α-synuclein on MPP⁺-stressed cells.

<p>See details in the text.</p

Glycosaminoglycans in control and MPP⁺-stressed cells.

<p>*p<0.01,</p><p>**p<0.05 compared to control cells. Results are the mean ± S.E.M. of three independent experiments in duplicate.</p><p>Glycosaminoglycans in control and MPP⁺-stressed cells.</p

Characterization of α-synuclein aggregation in cells after MPP⁺ stress.

<p>a) Typical immunoblot of α-synuclein in stressed (MPP⁺, 6h)) and unstressed (Ctrl) cells. b) Total and c) oligomeric forms of α-synuclein measured on stressed (MPP⁺) and unstressed (Ctrl) cells by Western Blot and quantified by ImageJ software. This immunoblot represents three independent experiments and is expressed as the mean ± S.E.M. *** p<0.01 compared to control cells. GAPDH was used as loading control. d) α-synuclein aggregation immunostaining with α-synuclein antibody in unstressed cells (Ctrl) and MPP⁺-stressed cells. Cells were observed with a confocal microscope Zeiss Axio Observer Z.1.</p

Effect of glycosaminoglycans sulfation on α-synuclein accumulation.

<p>a) Total α-synuclein accumulation was detected after 6 h in normal (Ctrl) or MPP⁺-treated cells and after chlorate treatment (75 mM, 24h). α-synuclein aggregation was visualized by immunostaining. Cells were observed with a confocal microscope Zeiss Axio Observer Z.1. b) Western blot analysis of total α-synuclein in lysate of cells subjected or not to MPP⁺ stress (6 h) after treatment with sodium chlorate (75 mM, 24h) or the specific inhibitor of cathD, pepstatin A (Peps) (100 μM, 24h). Intensities of the bands obtained by western blot were quantified by ImageJ software and represent three independent experiments and are expressed as the mean ± S.E.M. *** p<0.001 compared to control cells. GAPDH was used as the loading control. c) Amounts of total α-synuclein in cells subjected or not to MPP⁺ stress (6 h) and followed by commercial GAGs treatment (Hep, HS and CS, 1 μg/mL). After 24 h, α-synuclein was detected by western blot and quantified with ImageJ software.</p