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Détection et caractérisation de nouveaux oncogènes l Tumeurs mammaires chez des souris transgéniques l Maladies neurologiques dégénératives l Le SIDA


Détection et caractérisation de nouveaux oncogènes
Les virus murins de la leucémie (MuLV) induisent fréquemment des leucémies ou lymphomes chez les souris inoculées. Leurs provirus agissent comme agents mutagènes d'insertion et activent des gènes impliqués dans la régulation de la croissance cellulaire. Nous utilisons cette approche de mutagenèse pour identifier de nouveaux oncogènes impliqués dans le développement des leucémies par ces rétrovirus. Nous avons ainsi réussi à identifier de nouveaux oncogènes qui jouent un rôle dans la tumorigenèse, et que nous sommes à caractériser. De plus, nous utilisons des techniques de séparation différentielle, en nous servant de révertants de cellules transformées par divers oncogènes pour identifier de nouveaux effecteurs de la transformation.


Tumeurs mammaires chez des souris transgéniques
Nous avons construit des souris transgéniques porteuses d'un oncogène activé (Ha-ras ou c-erbB2/neu) exprimé spécifiquement dans les cellules épithéliales de la glande mammaire. Ces souris transgéniques développent des tumeurs mammaires. Fait notable, les tumeurs induites par c-erbB2/neu produisent fréquemment des métastases et ont le même type pathologique (comédocarcinome) que certaines tumeurs humaines. Or, il s'agit d'un type pathologique qui n'avait jamais été vu avant chez la souris. Nous utilisons ces souris pour identifier de nouveaux oncogènes ou anti-oncogènes collaborant avec c-erbB2/neu et pour étudier les gènes de résistance à cette maladie. Nous croyons que ce modèle nous aidera à comprendre les tumeurs mammaires humaines associées à l'amplification du gène c-erbB2/neu.


Maladies neurologiques dégénératives
Parallèlement à ces travaux sur la transformation cellulaire, nous nous intéressons à un rétrovirus (Cas-Br-E) produisant une paralysie chez la souris, suite à une dégénérescence spongiforme des neurones moteurs. Nous avons cartographié le déterminant de la dégénérescence spongiforme dans le gène env codant pour la protéine gp70. Récemment nous avons confirmé l'importance de la protéine gp70 dans l'apparition de la maladie en exprimant ce gène env dans le système nerveux central (SNC) de souris transgéniques. Or ces souris développent une maladie neurodégénérative. Parce qu'il est bien connu que le gp70 se lie à un récepteur cellulaire pour infecter la cellule, nous avons émis l'hypothèse que cette paralysie est une maladie médiée par un récepteur. Récemment, nous avons identifié les cellules cibles du virus dans le SNC : ce sont les cellules microgliales. Les neurones ne sont pas infectés, bien qu'ils dégénèrent dans cette maladie, très probablement par un mécanisme indirect. Nous sommes intéressés à comprendre la pathogenèse de cette neurodégénérescence induite par ce virus. Nous pensons que cette maladie de la souris représente un excellent modèle pour étudier certaines maladies humaines: le syndrome de Creutzfeld-Jakob, qui présente la même pathologie, la sclérose latérale amyotrophique, qui présente la même distribution des lésions, ou d'autres maladies neurodégénératives induites par des rétrovirus, tels le HTLV-1 ou le VIH-1.

Le VIH-1 semble impliqué fréquemment dans des maladies neurodégénératives du SNC et des neuropathies périphériques. Notre laboratoire s'intéresse à la compréhension de la pathogenèse des maladies neurologiques induites par VIH-1 et s'emploie à en développer des modèles animaux. Nous avons récemment construit des souris transgéniques exprimant le génome VIH-1 dans des neurones ou des oligodendrocytes. Ces souris développent des lésions du SNC qui ressemblent à celles observées chez les patients infectés par VIH-1. De tels modèles animaux de l'infection par le VIH-1 devraient nous permettre de comprendre cette maladie et de développer des traitements.


Le syndrome de l'immunodéficience acquise (SIDA)
Le SIDA humain est causé par le VIH-1. Il n’existe pas de modèle animal du SIDA avec VIH-1 et le modèle largement utilisé actuellement demeure l’infection de singes avec SIV (simian immunodeficiency virus). Notre laboratoire est intéressé à développer des modèles du SIDA chez la souris. Pour ce faire, nous avons utilisé le promoteur du gène CD4 humain pour exprimer le génome du VIH-1 chez des souris transgéniques. L’utilisation de ce prometteur permet d’exprimer VIH-1 dans les mêmes cellules qui sont normalement infectées chez un individu porteur du VIH-1, puisque CD4 est le récepteur du VIH-1. Or ces souris développent un syndrome grave et plusieurs phénotypes sont observés : atrophie thymique, perte préférentielle des cellules T CD4+, augmentation du nombre de cellules T CD8+, « downmodulation » de la protéine CD4 à la surface des cellules, pneumonie interstitielle, néphrite interstitielle, cardiomyopathie, cachexie (wasting), perte de poids, diarrhée, retard de croissance et mort prématurée. Or, tous ces phénotypes sont très semblables à ceux observés chez les patients atteints du SIDA. Récemment, nous avons montré que ce syndrome est induit principalement par le gène nef de VIH-1 et que les cellules T sont paradoxalement constitutivement activées et donnent une sur-réponse à des agents stimulants. La compréhension de la pathogénèse de ces différents phénotypes demeure un objectif principal de notre laboratoire.

Or, dans le modèle décrit ci-dessus, le VIH-1 ne se réplique pas et les effets post-intégration du VIH-1 sont étudiés. Nous sommes intéressés à développer des souris qui seraient susceptibles au VIH-1. Le récepteur principal du VIH-1 est la molécule CD4. Pour l'infection avec VIH-1, il semble que le récepteur CD4 ne soit pas suffisant et qu'une autre molécule (co-récepteur) soit requise. Pour construire un modèle d'infection avec VIH-1, nous avons d'abord construit une lignée de souris transgéniques exprimant fidèlement le récepteur CD4 et les co-récepteurs humains dans les sous-populations de cellules appropriées, et à un niveau très élevé. Ces souris devraient servir à l'infection avec VIH-1 directement.

Nous étudions aussi une autre immunodéficience de la souris avec atteinte importante de la fonction des cellules T. Nous en avons identifié le virus responsable, un rétrovirus défectif. Fait intéressant, ce rétrovirus peut provoquer la maladie en l'absence de réplication virale. Le génome de ce virus défectif n'a la capacité que de coder pour une seule protéine gag (Pr60gag). La protéine Pr60gag intacte et myristylée est requise pour l'induction de la maladie, comme l'a révélé l'étude de plusieurs mutants. Nous savons maintenant que Pr60gag agit comme molécule de signalisation. Les cellules cibles de ce virus semblent être les lymphocytes B périphériques, localisés dans les centres germinaux. Après infection, ces cellules prolifèrent. Il semble que l'anergie des cellules T soit secondaire à la prolifération des cellules B infectées. Nous avons émis l'hypothèse que ces cellules B infectées produisent un nouveau facteur responsable de l'anergie des lymphocytes T. Nous pensons que cette maladie de la souris peut représenter un bon modèle pour l'étude et la compréhension de la pathogenèse d'autres immunodéficiences, notamment du SIDA humain.

Novel oncogenes and tumor suppressor genes I Mammary carcinomaNeurodegenerative diseases I AIDS

Detection and characterization of novel oncogenes and tumor suppressor genes in leukemia and mammary cancers
Murine leukemia viruses (MuLV) frequently induce leukemia and lymphoma in inoculated mice. Their proviruses integrate in the vicinity of some genes involved in growth regulation and act as insertion mutagens. We are using this approach to identify novel oncogenes involved in T- or B-cell lymphomas induced by various MuLVs. We have succeeded in identifying novel oncogenes which are under characterization. In addition, we are using the differential display technique, coupled with the use of revertant of oncogene transformed cells to identify downstream effectors of transformation.


Mammary carcinoma in transgenic mice
We used the mouse mammary tumor virus (MMTV) long terminal repeat (LTR) to express the oncogene Ha-ras or c-erbB2/neu in transgenic mice. These transgenes, expressed in the mammary glands of our mice, lead to the development of mammary carcinoma at high frequency and stochastically. An interesting feature of the tumors arising in transgenic mice harboring the neu oncogene was their frequent metastasis and their histology type, comedocarcinoma, resembling that found in women's breast tumors. This type of tumors has never been described in mice before. These mice provide an adequate model to understand human breast cancers frequently associated with c-erbB2/neu amplification. These mice are being used to identify novel oncogenes or tumor suppressor genes collaborating with c-erbB2/neu for oncogenesis, as well as to study genes of resistance to the disease.


Studies of the pathogenesis of retrovirus-induced neurodegenerative diseases in mice
Cas-Br-E is a retrovirus inducing a neurodegenerative motor neuron disease in mice, namely a spongiform myeloencephalopathy. We have mapped the viral determinant of pathogenicity within the env (gp70) gene. Recently, we confirmed the important role of gp70 in the disease process by expressing only the env gene of the Cas-Br-E genome in the central nervous system (CNS) of transgenic mice. These mice developed CNS disease. Because gp70 is known to bind to a cell receptor to initiate virus infection, we have postulated that this paralysis is a receptor-mediated disease. Interestingly, the main target cells of this virus in the CNS have been identified as the microglial cells and neurons are not infected. Since neurons degenerate in this disease, they appear to do it by an indirect mechanism, without being themselves infected. Understanding the pathogenesis of this virus-induced disease remains our goal. This disease may represent a good animal model for some known neurodegenerative diseases such as the Creutzfeld-Jakob disease (which shows a similar pathology), the amyotrophic lateral sclerosis (ALS) (which shows a similar distribution of lesions and loss of motor neurons), or other human retrovirus-induced encephalitis induced by HTLV-I or HIV-1.

HIV-1 appears to cause frequent and severe CNS diseases and peripheral neuropathy. Our laboratory is interested in understanding the pathogenesis of the HIV-1-associated diseases and in developing animal models of it. We recently expressed the HIV-1 genome in neurons or in oligodendrocytes of transgenic mice.

These mice developed CNS diseases very similar to those found in AIDS patients. These models are likely to help our understanding of the human diseases and to help in developing therapies.


Acquired immunodeficiency syndrome (AIDS)
Human AIDS is caused by HIV-1. There is no animal model of AIDS with HIV-1 and the best model remains infection of primates with SIV (simian immunodeficiency virus). Our laboratory is interested in developing models of HIV-1 induced AIDS in mice. To do so, we used the promoter of the human CD4 gene to express the HIV-1 genes in transgenic mice. Since CD4 is the receptor for HIV-1, the use of this receptor allowed expression of HIV-1 in the same cells as those normally infected in HIV-1 positive individuals. These CD4C/HIV transgenic mice develop a very severe disease with several phenotypes : thymic atrophy, preferential loss of CD4+ T cells, increase of CD8+ T cells, downregulation of cell surface CD4, interstitial pneumonitis, interstitial nephritis, cardiomyopathy, wasting, failure to thrive, weight loss, diarrhea, early death. All these phenotypes are very similar to those seen in AIDS patients. Recently, we showed that HIV-1 nef gene is mainly responsible for the appearance of these phenotypes and that paradoxically the T cells are constitutively activated and are hyperresponsive to stimulation through the T-cell receptor. The understanding of the pathogenesis of these different phenotypes remain an important goal of our laboratory.

In the above-described transgenic model of AIDS, HIV-1 does not replicate and only post-integration events are studied. We are interested in developing a mice which would be infectable with HIV-1. The main receptor for HIV-1 has been identified as the CD4 molecule. The human CD4 receptor appears to require the association with other co-receptors to allow infection. In order to develop a small animal model of HIV-1 infection, we have constructed a transgenic mouse expressing the human CD4 and co-receptor genes faithfully and at high levels in the appropriate cell types. These mice should be useful for infection with HIV-1 in vivo.

We are also studying a retrovirus-induced disease in mouse which exhibits severe T cell anergy and which has been designated as murine AIDS or MAIDS. We have identified the pathogenic virus as a defective retrovirus. Interestingly, the disease can be induced with helper-free stocks of defective virus, in the absence of virus replication. The genome of this defective virus codes for a single gag precursor protein (Pr60gag). Intact myristylated Pr60gag is required for disease induction as have indicated studies with various mutants. We have now evidence that Pr60gag behaves as a signaling molecule. The target cells of the virus appear to be peripheral B cells, located in germinal centers. After infection, these cells start to proliferate. It seems that the immune defects of T cells are secondary to this B cell expansion. We are postulating that these infected B cells produce a new factor responsible for anergizing T cells. We believe that this murine disease may represent a good model to study and understand the pathogenesis of other immunodeficiencies, including human AIDS.

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