Cell Cycle Phase-Specific Surface Expression of Nerve Growth Factor Receptors TrkA and p75NTR

[EN]Expression of the nerve growth factor (NGF) receptors TrkA and p75NTR was found to vary at the surface of PC12 cells in a cell cycle phase-specific manner. This was evidenced by using flow cytometric and microscopic analysis of cell populations labeled with antibodies to the extracellular domains of both receptors. Differential expression of these receptors also was evidenced by biotinylation of surface proteins and Western analysis, using antibodies specific for the extracellular domains of TrkA and p75NTR. TrkA is expressed most strongly at the cell surface in M and early G1 phases, whereas p75NTR is expressed mainly in late G1, S, and G2 phases. This expression reflects the molecular and cellular responses to NGF in specific phases of the cell cycle; in the G1 phase NGF elicits both the anti-mitogenic effect, i.e., inhibition of the G1 to S transition, and the differentiation response whereas a survival effect is provoked elsewhere in the cell cycle. A model is proposed relating these responses to the surface expression of the two receptors. These observations open the way for novel approaches to the investigation of the mechanism of NGF signal transduction

A critical role for Kalirin in NGF signaling through TrkA

Kalirin is a multidomain guanine nucleotide exchange factor (GEF) that activates Rho proteins, inducing cytoskeletal rearrangement in neurons. Although much is known about the effects of Kalirin on Rho GTPases and neuronal morphology, little is known about the association of Kalirin with the receptor/signaling systems that affect neuronal morphology. Our experiments demonstrate that Kalirin binds to and colocalizes with the TrkA neurotrophin receptor in neurons. In PC12 cells, inhibition of Kalirin expression using antisense RNA decreased nerve growth factor (NGF)-induced TrkA autophosphorylation and process extension. Kalirin overexpression potentiated neurotrophin-stimulated TrkA autophosphorylation and neurite outgrowth in PC12 cells at a low concentration of NGF. Furthermore, elevated Kalirin expression resulted in catalytic activation of TrkA, as demonstrated by in vitro kinase assays and increased NGF-stimulated cellular activation of Rac, Mek, and CREB. Domain mapping demonstrated that the N-terminal Kalirin pleckstrin homology domain mediates the interaction with TrkA. The effects of Kalirin on TrkA provide a molecular basis for the requirement of Kalirin in process extension from PC12 cells and for previously observed effects on axonal extension and dendritic maintenance. The interaction of TrkA with the pleckstrin homology domain of Kalirin may be one example of a general mechanism whereby receptor/Rho GEF pairings play an important role in receptor tyrosine kinase activation and signal transduction

EXACT2: the semantics of biomedical protocols

© 2014 Soldatova et al.; licensee BioMed Central. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. The Creative Commons Public Domain Dedication waiver (http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/) applies to the data made available in this article, unless otherwise stated.This article has been made available through the Brunel Open Access Publishing Fund.Background: The reliability and reproducibility of experimental procedures is a cornerstone of scientific practice. There is a pressing technological need for the better representation of biomedical protocols to enable other agents (human or machine) to better reproduce results. A framework that ensures that all information required for the replication of experimental protocols is essential to achieve reproducibility. Methods: We have developed the ontology EXACT2 (EXperimental ACTions) that is designed to capture the full semantics of biomedical protocols required for their reproducibility. To construct EXACT2 we manually inspected hundreds of published and commercial biomedical protocols from several areas of biomedicine. After establishing a clear pattern for extracting the required information we utilized text-mining tools to translate the protocols into a machine amenable format. We have verified the utility of EXACT2 through the successful processing of previously ‘unseen’ (not used for the construction of EXACT2) protocols. Results: The paper reports on a fundamentally new version EXACT2 that supports the semantically-defined representation of biomedical protocols. The ability of EXACT2 to capture the semantics of biomedical procedures was verified through a text mining use case. In this EXACT2 is used as a reference model for text mining tools to identify terms pertinent to experimental actions, and their properties, in biomedical protocols expressed in natural language. An EXACT2-based framework for the translation of biomedical protocols to a machine amenable format is proposed. Conclusions: The EXACT2 ontology is sufficient to record, in a machine processable form, the essential information about biomedical protocols. EXACT2 defines explicit semantics of experimental actions, and can be used by various computer applications. It can serve as a reference model for for the translation of biomedical protocols in natural language into a semantically-defined format.This work has been partially funded by the Brunel University BRIEF award and a grant from Occams Resources

The Toronto prehospital hypertonic resuscitation-head injury and multi organ dysfunction trial (TOPHR HIT) - Methods and data collection tools

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Clinical trials evaluating the use of hypertonic saline in the treatment of hypovolemia and head trauma suggest no survival superiority over normal saline; however subgroup analyses suggest there may be a reduction in the inflammatory response and multiorgan failure which may lead to better survival and enhanced neurocognitive function. We describe a feasibility study of randomizing head injured patients to hypertonic saline and dextran vs. normal saline administration in the out of hospital setting.</p> <p>Methods/Design</p> <p>This feasibility study employs a randomized, placebo-controlled design evaluating normal saline compared with a single dose of 250 ml of 7.5% hypertonic saline in 6% dextran 70 in the management of traumatic brain injuries. The primary feasibility endpoints of the trial were: 1) baseline survival rates for the treatment and control group to aid in the design of a definitive multicentre trial, 2) randomization compliance rate, 3) ease of protocol implementation in the out-of-hospital setting, and 4) adverse event rate of HSD infusion.</p> <p>The secondary objectives include measuring the effect of HSD in modulating the immuno-inflammatory response to severe head injury and its effect on modulating the release of neuro-biomarkers into serum; evaluating the role of serum neuro-biomarkers in predicting patient outcome and clinical response to HSD intervention; evaluating effects of HSD on brain atrophy post-injury and neurocognitive and neuropsychological outcomes.</p> <p>Discussion</p> <p>We anticipate three aspects of the trial will present challenges to trial success; ethical demands associated with a waiver of consent trial, challenging follow up and comprehensive accurate timely data collection of patient identifiers and clinical or laboratory values. In addition all the data collection tools had to be derived de novo as none existed in the literature.</p> <p>Trial registration number</p> <p>NCT00878631</p

Activation directe de la calcineurine A endogène (impact biologique d aptamères peptidiques sélectifs)

Des approches thérapeutiques visant à la stimulation de la régénération et/ou à l inhibition des processus de dégénérescence neuromusculaire pourraient constituer des stratégies efficaces pour préserver le tonus musculaire des patients et augmenter ainsi leur espérance de vie. L activation de la Calcineurine A (CnA), une phosphatase des sérines et thréonines, contrôle une large gamme de réseaux régulateurs dans le muscle squelettique, notamment en stimulant l expression de gènes spécifiques des fibres musculaires lentes (de type I). La CnA est considérée comme un acteur clé de la réponse hypertrophique et du processus de régénération dans le muscle squelettique. L activation de la CnA est ainsi considérée comme une stratégie potentielle pour stimuler la régénération musculaire dans les cas de myopathie. Nous avons identifié un aptamère peptidique qui active la CNA in vitro et in vivo. Dans un modèle murin d atrophie musculaire induite par dénervation, l aptamère a montré de significatives capacités thérapeutiques. L effet curatif de l aptamère a notamment été observable par une augmentation générale de la surface des muscles traités, mais aussi par un accroissement de la surface individuelle des fibres musculaires.Une augmentation du niveau de NFAT nucléaire dans ces fibres a été observée, en cohérence avec les capacités d activation de la CnA par notre aptamère. Par ailleurs, une autre observation faite dans les muscles traités avec l aptamère a été l augmentation de noyaux centraux, caractéristiques de la présence de nouvelles fibres. Finalement, l identification du site d interaction entre la CnA et notre aptamère, permise par l utilisation de plusieurs formes tronquées de la phosphatase, a offert un aperçu du mécanisme d action de l aptamère à l échelle moléculaire. Dans l ensemble, les études présentées ici ont offert la première démonstration qu une activation directe de la CnA endogène a un impact significatif sur les processus cellulaires, résultant en la stimulation de la régénération musculaire et l amélioration de l état physiopathologique chez les modèles animaux utilisés.Therapeutic approaches leading to the stimulation of regeneration, and/or inhibition of degeneration processes in neuromuscular disorders are believed to offer valid therapeutic strategies that would preserve muscle tone and contribute to the quality of life while lengthening patient life span. Activation of CalcineurinA (CnA), a threonine-serine phosphatase, controls gene regulatory programs in skeletal muscle by stimulating slow muscle fiber (type I) gene expression. This phosphatase has been also identified as a key mediator in the hypertrophic response and in skeletal muscle regeneration. Activation of CnA is, therefore, considered as a potentially interesting means of stimulating muscle regeneration in myopathies. We have identified a peptide aptamer that activates CnA in vitro, in cells and in vivo. In a mouse model for denervation-induced muscle atrophy, CnA-activating peptide aptamers show significant positive impact. This is reflected in larger overall muscle cross-sectional surface area due to an increased number of fibers and larger individual fiber surface area. Insight into the biological mechanism is afforded by observation of increased levels of nuclear NFAT transcription factor in these fibers, in agreement with peptide aptamer-mediated activation of CnA. Furthermore, a significant increase in central nuclei, characteristic of the presence of new fibers, is observed in muscles treated with the peptide aptamers specifically activating CnA. Identification of the specific binding site of the peptide aptamer on CnA was achieved using several truncations of the phosphatase, offering insight into the molecular mechanism of action. Together, these studies offer the first proof that direct activation of endogenous CnA has a measureable impact on cellular responses resulting in stimulation of muscle regeneration and enhancement of pathophysiological state in selected animal models.LYON-ENS Sciences (693872304) / SudocSudocFranceF

Caractérisation d aptamères peptidiques suppresseurs et de leur(s) cible(s) dans le contexte de la mort cellulaire Bax-dependante

Les aptamères peptidiques sont des protéines combinatoires capables de moduler spécifiquement une fonction de leur cible. Une sélection fonctionelle d aptamères peptidiques capables d inhiber la mort cellulaire Bax-dependante chez la levure et en cellules mammaifères a été effectuée. Deux aptamères peptidiques ont été sélectionnés (Apta-32 et Apta-34). L objectif de ce travail de thèse a été de caractériser ces deux aptamères peptidiques et leur(s) cible(s) dans le contexte de la mort cellulaire Bax-dependante. La première partie est l étude de l Apta-34 qui cible une protéine (C34) contenant un domaine de mort et ayant des fonctions pro-apoptotiques. Nous avons montré que lors de l induction de l apoptose, C34 est transloquée du noyau (sa localisation principale) au cytoplasme. Dans les mêmes conditions, Apta-34 co-localise avec C34 dans le noyau, empêchant, ou du moins retardant, sa sortie du noyau. De plus nous avons identifié le site de liaison d Apta-34 sur C34, qui est localisé dans les 215 amino acides en N-terminale de la protéine, une région qui contient un site prédictif d export nucléaire. Finalement, nous avons montré que la délétion de l homologue de C34 protège contre la mort induite par hBax en levure. La seconde partie est l étude d Apta-32 qui cible deux paralogues (C32a et b) d une famille de protéine impliquée dans le traffic membranaire dans les voies de l endocytose. Nous avons montré qu Apta-32 se lie à un domaine fonctionnel de C32. Des études in silico de docking ont permis d identifier trois sites distincts de liaison d Apta-32 sur ce domaine. Le site dominant est composé d acides aminés qui partagent des propriétés physico-chimiques communes entre les différents interacteurs d Apta-32 (C32a, C32b et l homologue levure) mais pas avec des homologues qui ne lient pas Apta-32. De plus un screening double hybride d une banque de cDNA levure a permis d identifier des cibles mevure d Apta-32. Finalement, des études préliminaires chez l embryons de drosophile, permettent de suggérer que l expression d Apta-32 peut entraîner un défaut de la phagocytose. Cette étude a permis d identifier des régulateurs de la mort cellulaires impliqués dans deux processus cellulaires distincts.Peptide aptamers are small combinatorial proteins able to specifically modulate a function of their target. A functional selection of peptide aptamers able to inhibit Bax-dependent cell death in yeast and mammalian systems has been performed. Two peptide aptamers have been selected (Apta-32 and Apta-34). The aim of this thesis project was to characterize those two inhibitory peptide aptamers and their targets in order to understand their function in the Bax-dependent cell death. The first part focuses on Apta-34 that targets a Death Domain-containing protein (T34) that has pro-apoptotic functions. We showed that during the induction of apoptosis T34 translocates from nucleus (its major localization site) to the cytoplasm. In the same conditions, Apta-34 co-localizes with T34 in the nucleus, inhibiting or at least delaying its exit from the nucleus. Moreover we identified that Apta-34 binds to the well conserved 215 N-terminal amino acids of T34 that contains a putative Nuclear Export Signal. Finally we showed that the deletion of its homologue prevents hBax-induced cell death in yeast. The second part focuses on Apta-32 that targets two paralogues (T32a and b) of a family of proteins involved in the endocytotic membrane trafficking. We showed that Apta-32 is binding to a functional domain of T32. By in silico docking studies we identified 3 distinct binding sites of Apta-32 on this domain. The dominant binding site is composed by amino acid that share physico-chemical properties between binders of Apta-32 (T32a, T32b and a yeast homologue) but not with homologues that do not bind Apta-32. Moreover we identified yeast targets of Apta-32 by yeast two hybrid yeast cDNA library screening. Finally preliminary observations on drosophila embryos expressing Apta-32 suggest that Apta-32 expression could lead to a defect on phagocytosis. This study leads to the identification of regulators of the cell death acting on two distinct pathways.LYON-ENS Sciences (693872304) / SudocSudocFranceF

Expression et devenir des récepteurs au Nerve Growth Factor (NGF), TrkA et p75NTR

LYON-ENS Sciences (693872304) / SudocSudocFranceF

Modulation de la signalisation du Nerve Growth Factor par les Cavéolines 1 et 2

Le Nerve Growth Factor (NGF) est une neurotrophine qui conditionne la survie et la différenciation de certaines populations de neurones. La transduction du signal du NGF repose sur deux récepteurs transmenbranaires : le récepteur p75NTR, qui fixe toutes les neutrophines et le récepteur tyrosine kinase TrkA, spécifique du NGF. L'étude de la localisation précise de ces récepteurs montre qu'ils sont localisés dans des spécialisations structurales et biochimiques de la membrane plasmique enrichies en cholestérol et en glycosphingolipides, les microdomaines membranaires (rafts et cavéoles). Les cavéolines 1 et 2 sont des constituants des cavéoles, impliquées dans la régulation du trafic membranaire et dans la transduction du signal. Les cavéolines 1 et 2 exercent une modulation différentielle sur la signalisation du NGF. L'expression de cavéoline 1 inhibe l'arrêt de prolifération et la différenciation des cellules PC12 exposées au NGF. A l'inverse, l'expression de cavéoline 2 exerce un effet potentiateur sur la différenciation induite par le NGF et sur la survie cellulaire en présence de NGF. La cavéoline 1 est co-localisée avec TrkA à la surface cellulaire et dans l'endosome. Son effet inhibiteur sur la signalisation du NGF semble reposer d'une part sur une modification des paramètres de trafic cellulaire de TrkA, vraisemblablement en interférant avec la sortie des microdomaines membranaires et avec l'internalisation et, d'autre part, sur l'inhibition intracellulaire des effecteurs de TrkA, se traduisant par l'inhibition de la phosphorylation du facteur de transcription CREB et la non-induction de l'inhibiteur de cycle cellulaire p21wafI/CIPI. Les mécanismes de l'effet potentiateur de la cavéoline 2 sont en revanche moins évidents puisque la cavéoline 2 est restreinte à l'appareil de Golgi et ne se co-localise pas avec TrkA. Son effet potentiateur suggère l'existence d'un mécanisme de régulation négative de TrkA qui serait lui-m^eme inhibé par la cavéoline 2.LYON-ENS Sciences (693872304) / SudocSudocFranceF

La signalisation du "Nerve Growth Factor" à partir de microdomaines membranaires jusqu'au noyau (Régulation différentiel par les Cavéolines)

Le NGF est reconnu, et le signal qu il véhicule est donc médié, par deux récepteurs membranaires : p75NTR et TrkA. Il a été démontré qu au niveau de la membrane, p75NTR et TrkA sont localisées dans les radeaux membranaires, des microdomaines caractérisés par la présence de protéines cavéolines (Cav-1 et/ou Cav-2). Dans le présent travail, nous avons constaté que la surexpression de Cav-1 dans les neurones des ganglions de la racine dorsale diminue l extension des neurites. De la même manière, la surexpression de Cav-1 dans les cellules PC12 inhibe les réponses cellulaires déclenchées par l exposition au NGF. L activation des effecteurs situés en aval de TrkA n est pas inhibée. L expression de Cav-1 provoque une inhibition de la sortie du récepteur des radeaux accompagné par la rétention au niveau de la surface cellulaire, des effecteurs situés en aval incluant Rsk2 phosphorylé. Dans le même temps, la présence de formes phosphorylées de CREB n est plus détectable. En revanche, la surexpression de Cav-2 potentialise la différenciation des cellules induite par le NGF, ce qui est associé à une activation prolongée des effecteurs situés en aval et à une internalisation des récepteurs. Ces différents effets pourraient être dû à la localisation des cavéolines, qui résulte en une perturbation du microenvironnement des cellules et donc de la signalisation du NGF. En outre, l expression d une Cav-1 mutée sur la sérine 80 (S80V) dans des cellules PC12, ne gêne ni le trafic ni la signalisation de TrkA. Au contraire elles se comportent de façon semblable à des cellules Cav-2. Ces études soulignent également le rôle potentiel de Cav-1 et ses mutations dans des cancers NGF-dépendantes.At the plasma membrane, both NGF receptors have been shown to localized to lipid rafts, specific subdomains that are enriched in cholesterol, sphingolipids and the presence of caveolin proteins (Cav1 and/or Cav2). The focus of this work is on this membrane microenvironment mediated modulation of NGF signaling which via two receptors: p75NTR and TrkA. In the present work we found that overexpression of Cav-1 in mouse dorsal root ganglia neurons significantly impacted neurite extension. Similarly, overexpression of Cav-1 in PC12 cells strongly inhibits their ability to grow neurites in response to NGF. It inhibits NGF signaling without, impairing transient MAPK pathway activation. Rather, it does so by sequestering NGF receptors in lipid rafts, which correlates with the cell surface localization of downstream effectors, and phosphorylated-Rsk2, resulting in the prevention of the phosphorylation of CREB. By contrast, overexpression of Cav-2 potentiates NGF induced differentiation, which is accompanied by sustained activation of downstream effectors, and standard internalization of the receptors. This differential effect could be due to the different localization of Caveolins, that modifies the microenvironment, thereby affecting NGF signaling. Furthermore, PC12 cells expressing the non-phosphorylatable Cav-1 mutant (S80V), neither TrkA trafficking or CREB phosphorylation are inhibited and the response resembles that observed in Cav-2 expressing PC12 cells. These studies underline the interplay between caveolins and NGF signalling, offering insight into the potential impact of Caveolin-1 and mutations thereof in certain cancers where NGF signaling is involved.LYON-ENS Sciences (693872304) / SudocSudocFranceF

La mise en œuvre aptamères peptidiques anti-apoptotiques dans des modèles cellualire et "in vivo" de la maladie de Parkinson

La maladie de Parkinson (PD) est considérée comme la deuxième maladie neurodégénérative la plus fréquente. L'examen post-mortem de patients parkinsoniens et des modèles physiologiques d études de la maladie de Parkinson suggèrent la participation de la mort cellulaire programmée, l'inflammation et l'autophagie dues au stress oxydatif, à des mutations ou l agrégation de protéines au sein des neurones DA. Les aptamères peptidiques sont de petites protéines combinatoires, consistitués d une plateforme (dans notre cas, la thiorédoxine humaine, hTRX) et une boucle variable insérée dans le domaine actif de hTRX. Deux aptamères peptidiques ont été identifiés par la sélection fonctionnelle. L aptamère peptide 32 (Apta-32) ,est spécifique liant deux paralogues T32 impliqués dans le processus d'endocytose. L aptamère peptidique 34(Apta-34) lie à une cible "T34", une protéine pro-apoptotique ayant un rôle dans la voie apoptotique provenant du noyau. Le travail de cette thèse visait à étudier la fonction anti-apoptotique de nos deux aptamères peptidiques dans deux modèles d étude de la maladie de Parkinson: un modèle cellulaire (in vitro) et un modèle transgénique D. melanogaster (in vivo). Deux toxines majeures ont été appliquées dans ce travail, 6-hydroxindopamine (6-OHDA) et le paraquat, un pesticide couramment utilisé. Nos observations montrent que la drosophile exprimant Apta-32 dans tous les neurones ont montré une meilleure résistance après 48h de traitement avec le paraquat comparé à deux autre aptamères peptidiques, Apta-34 et Apta-TRX (sans boucle de contrôle variable). Une autre étude a révélé un défaut dans la phagocytose des corps apoptotiques au cours du développement embryonnaire de la drosophile exprimant Apta-32 dans les macrophages, ce qui suggère qu Apta-32 pourrait participer à et peut-être interférer avec le processus de l autophygie, et que Apta-32 pourrait protéger contre l'autophagie induite par paraquat dans les neurones.Parkinson s disease is considered as the second most common neurodegenerative disease. Although the cause of the progressive cell loss of PD remains unclear to date, programmed cell death, inflammation and autophagy due to oxidative stress, gene mutations or protein aggregations within DA neuron have been suggested as potential causes. Peptide aptamers are small combinatorial proteins, with a variable loop inserted into a scaffold protein, human thioredoxin, hTRX. They are used to facilitate dissection of signaling networks by modulating specific protein interactions and functions. Two peptide aptamers were identified by functional selection which inhibit Bax-dependent cell death in mammalian models. One peptide aptamer (Apta-32) is binding two paralogues involved in endocytotic trafficking T32. The second peptide aptamer (Apta-34) is binding to a target "T34", a pro-apoptotic protein mediating apoptosis emanating from the nucleus. The work of my PhD thesis aimed to investigate the anti-apoptotic function of our two peptide aptamers in different PD models including cell model (in vitro), brain tissue slice and D. melanogaster (in vivo) ; in particular their impact on neuron survival after exposure to specific toxins. Two major toxins were applied in this work, 6-hydroxindopamine (6-OHDA) and Paraquat, a commonly used pesticide. Our observations indicated that Drosophila expressing Apta-32 in all neurons showed more resistance 48h after treatment with Paraquat, compared to drosophila expressing Apta-34 or TRX. Another study revealed a defect in phagocytosis of apoptotic bodies in drosophila embryo s expressing Apta-32 in macrophage, suggesting Apta-32 could be involved in, and perhaps interfere with, the process of autophagy. This suggests that Apta-32 could protect against paraquat induced autophagy in neurons.LYON-ENS Sciences (693872304) / SudocSudocFranceF