L’utilisation de la polarimétrie radar et de la décomposition de Touzi pour la caractérisation et la classification des physionomies végétales des milieux humides : le cas du Lac Saint-Pierre.

Les milieux humides remplissent plusieurs fonctions écologiques d’importance et contribuent à la biodiversité de la faune et de la flore. Même s’il existe une reconnaissance croissante sur l’importante de protéger ces milieux, il n’en demeure pas moins que leur intégrité est encore menacée par la pression des activités humaines. L’inventaire et le suivi systématique des milieux humides constituent une nécessité et la télédétection est le seul moyen réaliste d’atteindre ce but. L’objectif de cette thèse consiste à contribuer et à améliorer la caractérisation des milieux humides en utilisant des données satellites acquises par des radars polarimétriques en bande L (ALOS-PALSAR) et C (RADARSAT-2). Cette thèse se fonde sur deux hypothèses (chap. 1). La première hypothèse stipule que les classes de physionomies végétales, basées sur la structure des végétaux, sont plus appropriées que les classes d’espèces végétales car mieux adaptées au contenu informationnel des images radar polarimétriques. La seconde hypothèse stipule que les algorithmes de décompositions polarimétriques permettent une extraction optimale de l’information polarimétrique comparativement à une approche multipolarisée basée sur les canaux de polarisation HH, HV et VV (chap. 3). En particulier, l’apport de la décomposition incohérente de Touzi pour l’inventaire et le suivi de milieux humides est examiné en détail. Cette décomposition permet de caractériser le type de diffusion, la phase, l’orientation, la symétrie, le degré de polarisation et la puissance rétrodiffusée d’une cible à l’aide d’une série de paramètres extraits d’une analyse des vecteurs et des valeurs propres de la matrice de cohérence. La région du lac Saint-Pierre a été sélectionnée comme site d’étude étant donné la grande diversité de ses milieux humides qui y couvrent plus de 20 000 ha. L’un des défis posés par cette thèse consiste au fait qu’il n’existe pas de système standard énumérant l’ensemble possible des classes physionomiques ni d’indications précises quant à leurs caractéristiques et dimensions. Une grande attention a donc été portée à la création de ces classes par recoupement de sources de données diverses et plus de 50 espèces végétales ont été regroupées en 9 classes physionomiques (chap. 7, 8 et 9). Plusieurs analyses sont proposées pour valider les hypothèses de cette thèse (chap. 9). Des analyses de sensibilité par diffusiogramme sont utilisées pour étudier les caractéristiques et la dispersion des physionomies végétales dans différents espaces constitués de paramètres polarimétriques ou canaux de polarisation (chap. 10 et 12). Des séries temporelles d’images RADARSAT-2 sont utilisées pour approfondir la compréhension de l’évolution saisonnière des physionomies végétales (chap. 12). L’algorithme de la divergence transformée est utilisé pour quantifier la séparabilité entre les classes physionomiques et pour identifier le ou les paramètres ayant le plus contribué(s) à leur séparabilité (chap. 11 et 13). Des classifications sont aussi proposées et les résultats comparés à une carte existante des milieux humide du lac Saint-Pierre (14). Finalement, une analyse du potentiel des paramètres polarimétrique en bande C et L est proposé pour le suivi de l’hydrologie des tourbières (chap. 15 et 16). Les analyses de sensibilité montrent que les paramètres de la 1re composante, relatifs à la portion dominante (polarisée) du signal, sont suffisants pour une caractérisation générale des physionomies végétales. Les paramètres des 2e et 3e composantes sont cependant nécessaires pour obtenir de meilleures séparabilités entre les classes (chap. 11 et 13) et une meilleure discrimination entre milieux humides et milieux secs (chap. 14). Cette thèse montre qu’il est préférable de considérer individuellement les paramètres des 1re, 2e et 3e composantes plutôt que leur somme pondérée par leurs valeurs propres respectives (chap. 10 et 12). Cette thèse examine également la complémentarité entre les paramètres de structure et ceux relatifs à la puissance rétrodiffusée, souvent ignorée et normalisée par la plupart des décompositions polarimétriques. La dimension temporelle (saisonnière) est essentielle pour la caractérisation et la classification des physionomies végétales (chap. 12, 13 et 14). Des images acquises au printemps (avril et mai) sont nécessaires pour discriminer les milieux secs des milieux humides alors que des images acquises en été (juillet et août) sont nécessaires pour raffiner la classification des physionomies végétales. Un arbre hiérarchique de classification développé dans cette thèse constitue une synthèse des connaissances acquises (chap. 14). À l’aide d’un nombre relativement réduit de paramètres polarimétriques et de règles de décisions simples, il est possible d’identifier, entre autres, trois classes de bas marais et de discriminer avec succès les hauts marais herbacés des autres classes physionomiques sans avoir recours à des sources de données auxiliaires. Les résultats obtenus sont comparables à ceux provenant d’une classification supervisée utilisant deux images Landsat-5 avec une exactitude globale de 77.3% et 79.0% respectivement. Diverses classifications utilisant la machine à vecteurs de support (SVM) permettent de reproduire les résultats obtenus avec l’arbre hiérarchique de classification. L’exploitation d’une plus forte dimensionalitée par le SVM, avec une précision globale maximale de 79.1%, ne permet cependant pas d’obtenir des résultats significativement meilleurs. Finalement, la phase de la décomposition de Touzi apparaît être le seul paramètre (en bande L) sensible aux variations du niveau d’eau sous la surface des tourbières ouvertes (chap. 16). Ce paramètre offre donc un grand potentiel pour le suivi de l’hydrologie des tourbières comparativement à la différence de phase entre les canaux HH et VV. Cette thèse démontre que les paramètres de la décomposition de Touzi permettent une meilleure caractérisation, de meilleures séparabilités et de meilleures classifications des physionomies végétales des milieux humides que les canaux de polarisation HH, HV et VV. Le regroupement des espèces végétales en classes physionomiques est un concept valable. Mais certaines espèces végétales partageant une physionomie similaire, mais occupant un milieu différent (haut vs bas marais), ont cependant présenté des différences significatives quant aux propriétés de leur rétrodiffusion.

Morbidity characteristics related to cardiovascular outcomes in French Canadian Families of the Saguenay-Lac-Saint-Jean region of Quebec

PROBLÉMATIQUE: L’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) considère les maladies cardiovasculaires (MCVs) comme l'hypertension, la maladie coronarienne (par exemple, infarctus du myocarde), l'insuffisance cardiaque ainsi que les accidents cérébrovasculaires, parmi les principales causes de mortalité dans le monde. Les MCVs sont des maladies multifactorielles caractérisées par des interactions complexes entre le génome et l'environnement et dont la prévalence augmente rapidement dans toutes les populations du globe, ce qui vient compliquer d'autant l'étude de leurs bases héréditaires. Nos études précédentes sur la population fondatrice des familles Canadiennes-françaises de la région du Saguenay-Lac-Saint-Jean (SLSJ) au Québec ont permis d’obtenir une carte des loci significativement liés à des déterminants qualitatifs et quantitatifs de l’hypertension et ses déterminants métaboliques [1, 2]. HYPOTHÈSE ET OBJECTIF: Puisque nos données préliminaires nous suggèrent que la mort prématurée consécutive aux MCVs possède des composantes génétique et environnementale, notre hypothèse de départ est que les maladies avec occurrences fatales et non fatales (OF et ONF, respectivement) ont des caractéristiques distinctes, surtout lorsqu’en lien avec le système CV. Pour réaliser ce projet, nos objectifs sont d’analyser les causes de morbidité/mortalité d’hypertendus avec ou sans obésité chez des familles de la région du SLSJ. Nous accomplirons ceci en interrogeant les registres des hôpitaux et de l'état civil de même que les données généalogiques de 1950 jusqu'à maintenant. Nous voulons décrire et étudier les OF pour les comparer aux NFO. RÉSULTATS: Nous avons identifié un total de 3,654 diagnostiques appartenant aux OF et ONF chez les 343 sujets étudiés. Pour les OF, nous avons trouvé que: (1) un grand total de 1,103 diagnostiques du système circulatoire ont affecté 299 sujets avec 555 occurrences et 247 premières occurrences; (2) 333 des sujets participants ont reçu 1,536 diagnostiques non-CV avec 195 occurrences et 107 premières occurrences; (3) 62 diagnostiques de toutes autres causes chez 62 des sujets participants avec 81 occurrences et 11 premières occurrences. Pour les ONF: (1) 156 diagnostiques du système circulatoire ont affecté 105 sujets; (2) 60 diagnostiques de causes non-CV chez 53 des sujets; (3) et 718 diagnostiques de toutes autres causes chez 252 des sujets. Pour les OF, 109 des 333 sujets affectés par les maladies non-CV et 58 des 62 par toutes autres maladies étaient atteints simultanément par des MCV. Nous avons décrit les caractéristiques des maladies avec occurrences fatales et non fatales. Les MCVs prédominaient dans les résultats des premières occurrences et occurrences totales tandis que les maladies non-CV étaient les plus élevées pour les diagnostiques. De plus, les OF CV ont affecté 67.1% de notre échantillon de population, incluant les sujets co-affectés par les maladies non-CV ou de toutes autres causes. En fait, nos sujets ont un risque trois fois plus élevé de développer des MCVs (p<0.0001; χ2=1,575.348), tandis qu’il diminue de moitié pour les maladies non-CV comparativement au reste de la population du SLSJ (p=0.0006; χ2=11.834). Enfin, le risque de développer des tumeurs malignes est diminué de moitié dans notre échantillon comparativement à l’incidence régionale. CONCLUSION: Cette étude a apporté une nouvelle perspective sur les OF et ONF chez nos sujets de la région SLSJ du Québec après 11 ans. Quand on observe ces résultats en conjonction avec les MCVs, ce risque double.

L’histoire postglaciaire de la végétation et des feux dans la région du Lac Mégantic

La région du lac Mégantic est probablement la première zone à s'être déglacée au Québec, ce qui lui confère un intérêt particulier. L'analyse pollinique et anthracologique des sédiments des trois lacs situés à ses abords, soit les lacs Clinton, Dubuc et des Joncs ont permis de reconstituer l'histoire locale et régionale de la végétation et des feux. La présence d'un gradient altitudinal a entrainé des décalages surtout dans l'instauration des premières phases forestières. La région s'est déglacée vers 13 500 ans AA, et une toundra s'y est installée. Le début de l'afforestation est marqué par l'arrivée du sapin baumier et de l'épinette noire. Par la multiplication de leurs populations, la forêt s'est fermée vers 10 000 ans AA pour constituer une forêt boréale qui fût alors perturbée par plusieurs épisodes de feux. Vers 8000 ans AA, les nouvelles conditions climatiques favorisent les espèces feuillues et instaurent une érablière à bouleau jaune et une diminution de la fréquence des feux. Les résultats obtenus permettent d'enrichir les connaissances paléophytogéographiques et anthracologiques du Québec.

Utilisation d’indicateurs économiques pertinents pour l’évaluation des systèmes de production agricoles en termes de résilience, vulnérabilité et durabilité : le cas de la région du lac Alaotra à Madagascar

Le projet Observatoire des Agricultures du Monde (OAM, CIRAD/FAO) vise à construire un observatoire mondial permettant de donner des informations sur les agricultures des différents pays ainsi que sur leurs évolutions. A l’heure actuelle, cinq pays ont été choisis comme pays pilotes, dont Madagascar ou la zone d’étude retenue est le lac Alaotra. L’étude replace les notions de vulnérabilité, résilience, durabilité et viabilité au niveau de l’exploitation agricole et montre la nécessité de sélectionner et calculer quelques indicateurs clés nécessaires à la construction de l’observatoire. La base de données retenue dans le cadre de cette étude est celle du Réseau des Observatoires Ruraux (ROR). Les résultats montrent une résilience globale des exploitations agricoles très forte liée à une forte diversification des activités agricoles et non agricoles et à des pratiques innovantes progressives permettant de diluer le risque lie au changement technique.

Dynamique saisonnière des communautés nitrifiantes dans un petit lac oligotrophe

Depuis la découverte d’archées capables d’oxyder l’ammoniac en milieu aérobie, de nombreuses études ont mesuré en simultané les taux de nitrification et la diversité des organismes oxydant l’ammoniac dans la colonne d’eau des milieux marins. Malgré l’importance globale des lacs d’eau douce, beaucoup moins d’études ont fait la même chose dans ces milieux. Dans cette étude, nous avons évalué l’importance de la nitrification et caractérisé la communauté microbienne responsable de la première étape limitante de la nitrification dans un lac tempéré durant une année entière. L’utilisation de traceur isotopique 15NH4 nous a permis de mesurer des taux d’oxydation d’ammoniac à deux profondeurs dans la zone photique tout au long de l’année. Les taux d’oxydation d’ammoniac varient de non détectable à 333 nmol L-1 j-1 avec un pic d’activité sous la glace. De toutes les variables environnementales mesurées, la concentration d’ammonium dans la colonne d’eau semble avoir le plus grand contrôle sur les taux d’oxydation d’ammoniac. Nous avons détecté la présence d’archées (AOA) et de bactéries oxydante d’ammoniac (BOA) à l’aide de tests par réaction en chaîne de la polymérase (PCR) ciblant une partie du gène ammoniac monoxygénase (amoA). Les AOA et les BOA ont été détectées dans la zone photique du lac, cependant seules les AOA étaient omniprésentes durant l’année. Le séquençage du gène amoA des archées révèle que la majorité des AOA dans le lac sont membres du groupe phylogénétique Nitrosotalea (également appelé SAGMGC-1 ou groupe I.1a associé), ce qui confirme la pertinence écologique de ce groupe dans les eaux douces oligotrophes. Globalement, nos résultats indiquent l’hiver comme étant un moment propice pour l’oxydation de l’ammoniac dans les lacs tempérés. Cette étude fournit un point de référence pour la compréhension du processus d’oxydation de l’ammoniac dans les petits lacs oligotrophes.

Réponse de la communauté de mollusques aux perturbations physiques et chimiques dans un grand lac fluvial (Lac Saint-Pierre, Fleuve Saint-Laurent, QC)

Les mollusques sont des indicateurs de perturbations anthropiques et environnementales. Ce groupe de macroinvertébrés représente en outre une source importante de nourriture pour les poissons et les oiseaux aquatiques du littoral. Les hypothèses de cette étude sont que la communauté de mollusques est influencée indirectement par les tributaires agricoles et/ou par des variables environnementales (comme la dessiccation et l'exposition aux vagues) puisque ces perturbations sont susceptibles de modifier leurs sources alimentaires et leur habitat. Les indicateurs de la réponse des mollusques aux agents perturbateurs sont la composition, la diversité, la densité, ainsi que la biomasse des espèces. En septembre 2013, des mesures de paramètres physico-chimiques de l'eau ont été réalisées, et des échantillons de mollusques et de végétation aquatique ont été prélevés à 14 sites le long des rives du lac Saint-Pierre (Fleuve Saint-Laurent, Québec, Canada). Le long de la rive nord, les sites fortement exposés à l'action du vent, situés à de plus grandes élévations, affichaient une plus faible densité, biomasse et richesse spécifique de mollusques que les sites de la rive sud, en milieu plus abrité et profond. Les sites physiquement perturbés étaient caractérisés par de faibles biomasses en macrophytes submergés. Les sphaeriidae apparaissent comme des exceptions à ces patrons, montrant une abondance plus élevée aux sites presque dépourvus de macrophytes. Bien que les variables physiques et l'habitat exercent une influence déterminante sur les communautés de mollusques, les gastéropodes et les moules unionidés étaient également affectés par la dégradation de la qualité de l'eau dans le panache des tributaires agricoles. La richesse, la densité et la biomasse des gastéropodes étaient négativement influencées par des teneurs élevées de matières en suspension et de fer dissous. Les résultats de notre étude montrent que la communauté de mollusques du lac Saint-Pierre est directement affectée par l'émersion périodique, l'exposition au vent, et indirectement par l'effet de ces variables physiques sur les macrophytes qui constituent leur habitat.

Un fjord, une rivière, un lac et des ruisseaux : variabilité culturelle paléohistorique sur le bassin hydrographique de la rivière Saguenay (Québec, Canada)

En archéologie, l’identification des identités culturelles spécifiques pose souvent problème. Cependant, lorsqu’on en arrive à la fin de la Paléohistoire et plus particulièrement au cours de la Protohistoire, les vestiges archéologiques trouvent alors des alliées sous la forme de sources littéraires et iconographiques qui documentent tant bien que mal la géographie humaine de l’époque. Sur le bassin hydrographique de la rivière Saguenay, quelques-unes de ces mentions révèlent que se trouvaient au cours de la Protohistoire un certain nombre de groupes distincts parmi lesquels des Iroquoiens du Saint-Laurent, des Montagnais de Tadoussac, des Kakouchacks et autres groupes du Nord. Les vestiges archéologiques des 393 sites archéologiques qui comptent au moins une composante de la Protohistoire ou de la Paléohistoire récente sur le bassin hydrographique de la rivière Saguenay ont été mis à contribution afin de déterminer si ce qui est mentionné où illustré dans les documents historiques est vérifiable du point de vue archéologique. Que ce soit les vestiges céramiques, lithiques, ostéologiques ou autres, ceux-ci ont en effet révélé certaines tendances qui ne peuvent s’expliquer que par des trames culturelles spécifiques. Après avoir constaté la présence de cette mosaïque culturelle au cours de la Protohistoire, le défi était de déterminer depuis quand celle-ci s’était mise en place et surtout d’en identifier les causes. Si l’environnement très variable qui caractérise le bassin hydrographique de la rivière Saguenay (incluant le lac Saint-Jean) a certes joué un rôle, d’autres événements ou comportements ont assurément contribué à diversifier les populations. Parmi ceux-ci, il y a la provenance des populations qui fréquentaient la rivière et ses affluents, les axes de circulations qu’ils empruntaient dans le cadre de leur cycle saisonnier, de même que le contexte des échanges qui se pratiquaient à l’échelle pan-bassin hydrographique. Tous ces aspects ont assurément joué un rôle dans la détermination de ce qu’était une population des basses terres du lac Saint-Jean versus une population du Bas-Saguenay.

Optimization of Lignin Peroxidase, Manganese Peroxidase, and Lac Production from Ganoderma lucidum Under Solid State Fermentation of Pineapple Leaf

This study was undertaken to isolate ligninase-producing white-rot fungi for use in the extraction of fibre from pineapple leaf agriwaste. Fifteen fungal strains were isolated from dead tree trunks and leaf litter. Ligninolytic enzymes (lignin peroxidase (LiP), manganese peroxidase (MnP), and laccase (Lac)), were produced by solid-state fermentation (SSF) using pineapple leaves as the substrate. Of the isolated strains, the one showing maximum production of ligninolytic enzymes was identified to be Ganoderma lucidum by 18S ribotyping. Single parameter optimization and response surface methodology of different process variables were carried out for enzyme production. Incubation period, agitation, and Tween-80 were identified to be the most significant variables through Plackett-Burman design. These variables were further optimized by Box-Behnken design. The overall maximum yield of ligninolytic enzymes was achieved by experimental analysis under these optimal conditions. Quantitative lignin analysis of pineapple leaves by Klason lignin method showed significant degradation of lignin by Ganoderma lucidum under SSF

Le livre de messire Lancelot du Lac" : présentation matérielle et composition des manuscrits arthuriens de Jacques d'Armagnac (BNF fr. 117-120 et 113-116)

L'organisation des manuscrits arthuriens du cycle du Graal de Jacques d'Armagnac (BNF fr. 117-120 qu'il a hérité de son arrière-grand-père le duc Jean de Berry et dont il a fait retoucher les peintures et BNF fr. 113-116 qu'il a fait exécuter entre 1470 et 1475), leur agencement, leur illustration et leurs subdivisions sont un indice précieux de la conception et de la réception de ces compilations. Ils soulignent l'effort de constitution d'un ensemble romanesque cohérent centré sur la figure de Lancelot.

Repressor element 1 silencing transcription factor couples loss of pluripotency with neural induction and neural differentiation

Neural differentiation of embryonic stem cells (ESCs) requires coordinated repression of the pluripotency regulatory program and reciprocal activation of the neurogenic regulatory program. Upon neural induction, ESCs rapidly repress expression of pluripotency genes followed by staged activation of neural progenitor and differentiated neuronal and glial genes. The transcriptional factors that underlie maintenance of pluripotency are partially characterized whereas those underlying neural induction are much less explored, and the factors that coordinate these two developmental programs are completely unknown. One transcription factor, REST (repressor element 1 silencing transcription factor), has been linked with terminal differentiation of neural progenitors and more recently, and controversially, with control of pluripotency. Here, we show that in the absence of REST, coordination of pluripotency and neural induction is lost and there is a resultant delay in repression of pluripotency genes and a precocious activation of both neural progenitor and differentiated neuronal and glial genes. Furthermore, we show that REST is not required for production of radial glia-like progenitors but is required for their subsequent maintenance and differentiation into neurons, oligodendrocytes, and astrocytes. We propose that REST acts as a regulatory hub that coordinates timely repression of pluripotency with neural induction and neural differentiation.

The Nitric Oxide (NO)-Sensing Repressor NsrR of Neisseria meningitidis Has a Compact Regulon of Genes Involved in NO Synthesis and Detoxification

We have analyzed the extent of regulation by the nitric oxide (NO)-sensitive repressor NsrR from Neisseria meningitidis MC58, using microarray analysis. Target genes that appeared to be regulated by NsrR, based on a comparison between an nsrR mutant and a wild-type strain, were further investigated by quantitative real-time PCR, revealing a very compact set of genes, as follows: norB (encoding NO reductase), dnrN (encoding a protein putatively involved in the repair of nitrosative damage to iron-sulfur clusters), aniA (encoding nitrite reductase), nirV (a putative nitrite reductase assembly protein), and mobA (a gene associated with molybdenum metabolism in other species but with a frame shift in N. meningitidis). In all cases, NsrR acts as a repressor. The NO protection systems norB and dnrN are regulated by NO in an NsrR-dependent manner, whereas the NO protection system cytochrome c′ (encoded by cycP) is not controlled by NO or NsrR, indicating that N. meningitidis expresses both constitutive and inducible NO protection systems. In addition, we present evidence to show that the anaerobic response regulator FNR is also sensitive to NO but less so than NsrR, resulting in complex regulation of promoters such as aniA, which is controlled by both FNR and NsrR: aniA was found to be maximally induced by intermediate NO concentrations, consistent with a regulatory system that allows expression during denitrification (in which NO accumulates) but is down-regulated as NO approaches toxic concentrations.

Regulation of Denitrification Genes in Neisseria meningitidis by Nitric Oxide and the Repressor NsrR

The human pathogen Neisseria meningitidis is capable of growth using the denitrification of nitrite to nitrous oxide under microaerobic conditions. This process is catalyzed by two reductases: nitrite reductase (encoded by aniA) and nitric oxide (NO) reductase (encoded by norB). Here, we show that in N. meningitidis MC58 norB is regulated by nitric oxide via the product of gene NMB0437 which encodes NsrR. NsrR is a repressor in the absence of NO, but norB expression is derepressed by NO in an NsrR-dependent manner. nsrR-deficient mutants grow by denitrification more rapidly than wild-type N. meningitidis, and this is coincident with the upregulation of both NO reductase and nitrite reductase even under aerobic conditions in the absence of nitrite or NO. The NsrR-dependent repression of aniA (unlike that of norB) is not lifted in the presence of NO. The role of NsrR in the control of expression of aniA is linked to the function of the anaerobic activator protein FNR: analysis of nsrR and fnr single and nsrR fnr double mutants carrying an aniA promoter lacZ fusion indicates that the role of NsrR is to prevent FNR-dependent aniA expression under aerobic conditions, indicating that FNR in N. meningitidis retains considerable activity aerobically.

Expression of the repressor element-1 silencing transcription factor (REST) is regulated by IGF-I and PKC in human neuroblastoma cells

The repressor element 1-silencing transcription factor (REST) was first identified as a protein that binds to a 21-bp DNA sequence element (known as repressor element 1 (RE1)) resulting in transcriptional repression of the neural-specific genes [Chong et al., 1995; Schoenherr and Anderson, 1995]. The original proposed role for REST was that of a factor responsible for restricting neuronal gene expression to the nervous system by silencing expression of these genes in non-neuronal cells. Although it was initially thought to repress neuronal genes in non-neuronal cells, the role of REST is complex and tissue dependent. In this study I investigated any role played by REST in the induction and patterning of differentiation of SH-SY5Y human neuroblastoma cells exposed to IGF-I. and phorbol 12- myristate 13-acetate (PMA) To down-regulate REST expression we developed an antisense (AS) strategy based on the use of phosphorothioate oligonucleotides (ODNs). In order to evaluate REST mRNA levels, we developed a real-time PCR technique and REST protein levels were evaluated by western blotting. Results showed that nuclear REST is increased in SH-SY5Y neuroblastoma cells cultured in SFM and exposed to IGF-I for 2-days and it then declines in 5-day-treated cells concomitant with a progressive neurite extension. Also the phorbol ester PMA was able to increase nuclear REST levels after 3-days treatment concomitant to neuronal differentiation of neuroblastoma cells, whereas, at later stages, it is down-regulated. Supporting these data, the exposure to PKC inhibitors (GF10923X and Gö6976) and PMA (16nM) reverted the effects observed with PMA alone. REST levels were related to morphological differentiation, expression of growth coneassociated protein 43 (GAP-43; a gene not regulated by REST) and of synapsin I and βIII tubulin (genes regulated by REST), proteins involved in the early stage of neuronal development. We observed that differentiation of SH-SY5Y cells by IGF-I and PMA was accompanied by a significant increase of these neuronal markers, an effect that was concomitant with REST decrease. In order to relate the decreased REST expression with a progressive neurite extension, I investigated any possible involvement of the ubiquitin–proteasome system (UPS), a multienzymatic pathway which degrades polyubiquinated soluble cytoplasmic proteins [Pickart and Cohen, 2004]. For this purpose, SH-SY5Y cells are concomitantly exposed to PMA and the proteasome inhibitor MG132. In SH-SY5Y exposed to PMA and MG 132, we observed an inverse pattern of expression of synapsin I and β- tubulin III, two neuronal differentiation markers regulated by REST. Their cytoplasmic levels are reduced when compared to cells exposed to PMA alone, as a consequence of the increase of REST expression by proteasome inhibitor. The majority of proteasome substrates identified to date are marked for degradation by polyubiquitinylation; however, exceptions to this principle, are well documented [Hoyt and Coffino, 2004]. Interestingly, REST degradation seems to be completely ubiquitin-independent. The expression pattern of REST could be consistent with the theory that, during early neuronal differentiation induced by IGF-I and PKC, it may help to repress the expression of several genes not yet required by the differentiation program and then it declines later. Interestingly, the observation that REST expression is progressively reduced in parallel with cell proliferation seems to indicate that the role of this transcription factor could also be related to cell survival or to counteract apotosis events [Lawinger et al., 2000] although, as shown by AS-ODN experiments, it does not seem to be directly involved in cell proliferation. Therefore, the decline of REST expression is a comparatively later event during maturation of neuroroblasts in vitro. Thus, we propose that REST is regulated by growth factors, like IGF-I, and PKC activators in a time-dependent manner: it is elevated during early steps of neural induction and could contribute to down-regulate genes not yet required by the differentiation program while it declines later for the acquisition of neural phenotypes, concomitantly with a progressive neurite extension. This later decline is regulated by the proteasome system activation in an ubiquitin-indipendent way and adds more evidences to the hypothesis that REST down-regulation contributes to differentiation and arrest of proliferation of neuroblastoma cells. Finally, the glycosylation pattern of the REST protein was analysed, moving from the observation that the molecular weight calculated on REST sequence is about 116 kDa but using western blotting this transcription factor appears to have distinct apparent molecular weight (see Table 1.1): this difference could be explained by post-translational modifications of the proteins, like glycosylation. In fact recently, several studies underlined the importance of O-glycosylation in modulating transcriptional silencing, protein phosphorylation, protein degradation by proteasome and protein–protein interactions [Julenius et al., 2005; Zachara and Hart, 2006]. Deglycosilating analysis showed that REST protein in SH-SY5Y and HEK293 cells is Oglycosylated and not N-glycosylated. Moreover, using several combination of deglycosilating enzymes it is possible to hypothesize the presence of Gal-β(1-3)-GalNAc residues on the endogenous REST, while β(1-4)-linked galactose residues may be present on recombinant REST protein expressed in HEK293 cells. However, the O-glycosylation process produces an immense multiplicity of chemical structures and monosaccharides must be sequentially hydrolyzed by a series of exoglycosidase. Further experiments are needed to characterize all the post-translational modification of the transcription factor REST.

A novel phase variation mechanism in the meningococcus driven by a ligand-responsive repressor and differential spacing of distal promoter elements

Phase variable expression, mediated by high frequency reversible changes in the length of simple sequence repeats, facilitates adaptation of bacterial populations to changing environments and is frequently important in bacterial virulence. Here we elucidate a novel phase variable mechanism for NadA expression, an adhesin and invasin of Neisseria meningitidis. The NadR repressor protein binds to operators flanking the phase variable tract of the nadA promoter gene and contributes to the differential expression levels of phase variant promoters with different numbers of repeats, likely due to different spacing between operators. It is shown that IHF binds between these operators, and may permit looping of the promoter, allowing interaction of NadR at operators located distally or overlapping the promoter. The 4-hydroxyphenylacetic acid, a metabolite of aromatic amino acid catabolism that is secreted in saliva, induces nadA expression by inhibiting the DNA binding activity of the NadR repressor. When induced, only minor differences are evident between NadR-independent transcription levels of promoter phase variants, which are likely due to differential RNA polymerase contacts leading to altered promoter activity. These results suggest that NadA expression is under both stochastic and tight environmental-sensing regulatory control, and both regulations are mediated by the NadR repressor that and may be induced during colonization of the oropharynx where it plays a major role in the successful adhesion and invasion of the mucosa. Hence, simple sequence repeats in promoter regions may be a strategy used by host-adapted bacterial pathogens to randomly switch between expression states that may nonetheless still be induced by appropriate niche-specific signals.