CLOCK-controlled polyphonic regulation of circadian rhythms through canonical and noncanonical E-boxes.

In mammalian circadian clockwork, the CLOCK-BMAL1 complex binds to DNA enhancers of target genes and drives circadian oscillation of transcription. Here we identified 7,978 CLOCK-binding sites in mouse liver by chromatin immunoprecipitation-sequencing (ChIP-Seq), and a newly developed bioinformatics method, motif centrality analysis of ChIP-Seq (MOCCS), revealed a genome-wide distribution of previously unappreciated noncanonical E-boxes targeted by CLOCK. In vitro promoter assays showed that CACGNG, CACGTT, and CATG(T/C)G are functional CLOCK-binding motifs. Furthermore, we extensively revealed rhythmically expressed genes by poly(A)-tailed RNA-Seq and identified 1,629 CLOCK target genes within 11,926 genes expressed in the liver. Our analysis also revealed rhythmically expressed genes that have no apparent CLOCK-binding site, indicating the importance of indirect transcriptional and posttranscriptional regulations. Indirect transcriptional regulation is represented by rhythmic expression of CLOCK-regulated transcription factors, such as Krüppel-like factors (KLFs). Indirect posttranscriptional regulation involves rhythmic microRNAs that were identified by small-RNA-Seq. Collectively, CLOCK-dependent direct transactivation through multiple E-boxes and indirect regulations polyphonically orchestrate dynamic circadian outputs.

Nuclear factor I-C links platelet-derived growth factor and transforming growth factor beta1 signaling to skin wound healing progression.

Transforming growth factor beta (TGF-beta) and platelet-derived growth factor A (PDGFAlpha) play a central role in tissue morphogenesis and repair, but their interplay remain poorly understood. The nuclear factor I C (NFI-C) transcription factor has been implicated in TGF-beta signaling, extracellular matrix deposition, and skin appendage pathologies, but a potential role in skin morphogenesis or healing had not been assessed. To evaluate this possibility, we performed a global gene expression analysis in NFI-C(-/-) and wild-type embryonic primary murine fibroblasts. This indicated that NFI-C acts mostly to repress gene expression in response to TGF-beta1. Misregulated genes were prominently overrepresented by regulators of connective tissue inflammation and repair. In vivo skin healing revealed a faster inflammatory stage and wound closure in NFI-C(-/-) mice. Expression of PDGFA and PDGF-receptor alpha were increased in wounds of NFI-C(-/-) mice, explaining the early recruitment of macrophages and fibroblasts. Differentiation of fibroblasts to contractile myofibroblasts was also elevated, providing a rationale for faster wound closure. Taken together with the role of TGF-beta in myofibroblast differentiation, our results imply a central role of NFI-C in the interplay of the two signaling pathways and in regulation of the progression of tissue regeneration.

A glycine-arginine domain in control of the human MRE11 DNA repair protein.

Human MRE11 is a key enzyme in DNA double-strand break repair and genome stability. Human MRE11 bears a glycine-arginine-rich (GAR) motif that is conserved among multicellular eukaryotic species. We investigated how this motif influences MRE11 function. Human MRE11 alone or a complex of MRE11, RAD50, and NBS1 (MRN) was methylated in insect cells, suggesting that this modification is conserved during evolution. We demonstrate that PRMT1 interacts with MRE11 but not with the MRN complex, suggesting that MRE11 arginine methylation occurs prior to the binding of NBS1 and RAD50. Moreover, the first six methylated arginines are essential for the regulation of MRE11 DNA binding and nuclease activity. The inhibition of arginine methylation leads to a reduction in MRE11 and RAD51 focus formation on a unique double-strand break in vivo. Furthermore, the MRE11-methylated GAR domain is sufficient for its targeting to DNA damage foci and colocalization with gamma-H2AX. These studies highlight an important role for the GAR domain in regulating MRE11 function at the biochemical and cellular levels during DNA double-strand break repair.

Mutagénèse semi-aléatoire au site actif de la DHFR humaine : création et caractérisation de variantes hautement résistantes au MTX.

La dihydrofolate réductase humaine (DHFRh) est une enzyme essentielle à la prolifération cellulaire. Elle réduit le dihydrofolate en tétrahydrofolate, un co-facteur impliqué dans la biosynthèse des purines et du thymidylate. La DHFRh est une cible de choix pour des agents de chimiothérapie comme le méthotrexate (MTX), inhibant spécifiquement l’enzyme ce qui mène à un arrêt de la prolifération et ultimement à la mort cellulaire. Le MTX est utilisé pour le traitement de plusieurs maladies prolifératives, incluant le cancer. La grande utilisation du MTX dans le milieu clinique a mené au développement de mécanismes de résistance, qui réduisent l’efficacité de traitement. La présente étude se penche sur l’un des mécanismes de résistance, soit des mutations dans la DHFRh qui réduisent son affinité pour le MTX, dans le but de mieux comprendre les éléments moléculaires requis pour la reconnaissance de l’inhibiteur au site actif de l’enzyme. En parallèle, nous visons à identifier des variantes plus résistantes au MTX pour leur utilisation en tant que marqueurs de sélection en culture cellulaire pour des systèmes particuliers, tel que la culture de cellules hématopoïétiques souches (CHS), qui offrent des possibilités intéressantes dans le domaine de la thérapie cellulaire. Pour étudier le rôle des différentes régions du site actif, et pour vérifier la présence d’une corrélation entre des mutations à ces régions et une augmentation de la résistance au MTX, une stratégie combinatoire a été dévelopée pour la création de plusieurs banques de variantes à des résidus du site actif à proximité du MTX lié. Les banques ont été sélectionnées in vivo dans un système bactérien en utilisant des milieux de croissance contenant des hautes concentrations de MTX. La banque DHFRh 31/34/35 généra un nombre considérable de variantes combinatoires de la DHFRh hautement résistantes au MTX. Les variantes les plus intéressantes ont été testées pour leur potentiel en tant que marqueur de sélection dans plusieurs lignées cellulaires, dont les cellules hématopoïétiques transduites. Une protection complète contre les effets cytotoxiques du MTX a été observée chez ces cellules suite à leur infection avec les variantes combinatoires. Pour mieux comprendre les causes moléculaires reliées à la résistance au MTX, des études de structure tridimensionnelle de variantes liées au MTX ont été entreprises. La résolution de la structure de la double variante F31R/Q35E lié au MTX a révélé que le phénotype de résistance était attribuable à d’importantes différences entre le site actif de la double variante et de l’enzyme native, possiblement dû à un phénomème dynamique. Une compréhension plus générale de la reconnaissance et la résistance aux antifolates a été réalisée en comparant des séquences et des structures de variantes de la DHFR résistants aux antifolates et provenant de différentes espèces. En somme, ces travaux apportent de nouveaux éléments pour la comprehension des intéractions importantes entre une enzyme et un ligand, pouvant aider au développement de nouveaux antifolates plus efficaces pour le traitement de diverses maladies. De plus, ces travaux ont généré de nouveaux gènes de résistance pouvant être utilisés en tant que marqueurs de sélection en biologie cellulaire.

Étude de la sortie du virus herpès simplex de type 1 (HSV 1) hors du noyau

Le virus herpès simplex de type 1 (HSV 1) affecte la majorité de la population mondiale. HSV 1 cause de multiples symptômes délétères dont les plus communs sont les lésions orofaciales usuellement appelées feux sauvages. Le virus peut aussi causer des effets plus sérieux comme la cécité ou des troubles neurologiques. Le virus réside de façon permanente dans le corps de son hôte. Malgré l’existence de nombreux traitements pour atténuer les symptômes causés par HSV 1, aucun médicament ne peut éliminer le virus. Dans le but d’améliorer les connaissances concernant le cycle viral de HSV 1, ce projet cible l’étude du transport du virus dans la cellule hôte. Ce projet aura permis la collecte d’informations concernant le modus operandi de HSV 1 pour sortir des compartiments cellulaires où il séjourne. Les différentes expérimentations ont permis de publier 3 articles dont un article qui a été choisi parmi les meilleurs papiers par les éditeurs de « Journal of Virology » ainsi qu’un 4e article qui a été soumis. Premièrement, un essai in vitro reproduisant la sortie de HSV 1 du noyau a été mis sur pied, via l’isolation de noyaux issus de cellules infectées. Nous avons démontré que tout comme dans les cellules entières, les capsides s’évadent des noyaux isolés dans l’essai in vitro en bourgeonnant avec la membrane nucléaire interne, puis en s’accumulant sous forme de capsides enveloppées entre les deux membranes nucléaires pour finalement être relâchées dans le cytoplasme exclusivement sous une forme non enveloppée. Ces observations appuient le modèle de transport de dé-enveloppement/ré-enveloppement. Deuxièmement, dans le but d’identifier des joueurs clefs viraux impliqués dans la sortie nucléaire du virus, les protéines virales associées aux capsides relâchées par le noyau ont été examinées. La morphologie multicouche du virus HSV 1 comprend un génome d’ADN, une capside, le tégument et une enveloppe. Le tégument est un ensemble de protéines virales qui sont ajoutées séquentiellement sur la particule virale. La séquence d’ajout des téguments de même que les sites intracellulaires où a lieu la tégumentation sont l’objet d’intenses recherches. L’essai in vitro a été utilisé pour étudier cette tégumentation. Les données recueillies suggèrent un processus séquentiel qui implique l’acquisition des protéines UL36, UL37, ICP0, ICP8, UL41, UL42, US3 et possiblement ICP4 sur les capsides relâchées par le noyau. Troisièmement, pour obtenir davantage d’informations concernant la sortie de HSV 1 des compartiments membranaires de la cellule hôte, la sortie de HSV 1 du réseau trans golgien (TGN) a aussi été étudiée. L’étude a révélé l’implication de la protéine kinase D cellulaire (PKD) dans le transport post-TGN de HSV 1. PKD est connue pour réguler le transport de petits cargos et son implication dans le transport de HSV 1 met en lumière l’utilisation d’une machinerie commune pour le transport des petits et gros cargos en aval du TGN. Le TGN n’est donc pas seulement une station de triage, mais est aussi un point de rencontre pour différentes voies de transport intracellulaire. Tous ces résultats contribuent à une meilleure compréhension du processus complexe de maturation du virus HSV 1, ce qui pourrait mener au développement de meilleurs traitements pour combattre le virus. Les données amassées concernant le virus HSV 1 pourraient aussi être appliquées à d’autres virus. En plus de leur pertinence dans le domaine de la virologie, les découvertes issues de ce projet apportent également de nouveaux détails au niveau du transport intracellulaire.

Les modes de conceptualisation métaphorique en neuroanatomie : étude de la description anatomique du cervelet et de la moelle spinale

La présente étude s’inscrit dans une lignée de travaux de recherche en traductologie réalisés dans un cadre de sémantique cognitive et visant à dégager les modes de conceptualisation métaphorique dans les domaines de spécialité, et plus précisément dans les sciences biomédicales. Notre étude se concentre sur les modes de conceptualisation métaphorique utilisés en neuroanatomie en français, en anglais et en allemand, dans une perspective d’application à la traduction. Nous nous penchons plus spécifiquement sur la description anatomique de deux structures du système nerveux central : la moelle spinale et le cervelet. Notre objectif est de repérer et de caractériser les indices de conceptualisation métaphorique (ICM). Notre méthode s'appuie sur un corpus trilingue de textes de référence traitant de ces structures et fait appel à une annotation sémantique en langage XML, ce qui autorise une interrogation des corpus annotés au moyen du langage XQuery. Nous mettons en évidence que les ICM jouent un rôle prédominant dans la phraséologie et les dénominations propres à la description anatomique du système nerveux, comme c'est le cas en biologie cellulaire et en anatomie des muscles, des nerfs périphériques et des vaisseaux sanguins. Sous l’angle lexical, il faut distinguer les ICM prédicatifs, les ICM non prédicatifs ainsi que les ICM quasi prédicatifs. La plupart des modes de conceptualisation métaphorique préalablement repérés en biologie cellulaire et en anatomie sont également présents dans le domaine plus spécifique de la neuroanatomie. Certains ICM et modes de conceptualisation sont toutefois spécifiques à des éléments des régions étudiées. Par ailleurs, les modes de conceptualisation métaphorique en français, en anglais et en allemand sont semblables, mais sont exprimés par des réseaux lexicaux d'ICM dont la richesse varie. De plus, la composition nominale étant une des caractéristiques de l'allemand, la forme linguistique des ICM présente des caractéristiques spécifiques. Nos résultats mettent en évidence la richesse métaphorique de la neuroanatomie. Cohérents avec les résultats des études antérieures, ils enrichissent cependant la typologie des ICM et soulignent la complexité, sur les plans lexical et cognitif, de la métaphore conceptuelle.

Convergencia de vías de señalización en un modelo de apoptosis

La sepsis es un evento inflamatorio generalizado del organismo inducido por un daño causado generalmente por un agente infeccioso. El patógeno más frecuentemente asociado con esta entidad es el Staphylococcus aureus, responsable de la inducción de apoptosis en células endoteliales debida a la producción de ceramida. Se ha descrito el efecto protector de la proteína C activada (PCA) en sepsis y su relación con la disminución de la apoptosis de las células endoteliales. En este trabajo se analizó la activación de las quinasas AKT, ASK1, SAPK/JNK y p38 en un modelo de apoptosis endotelial usando las técnicas de Western Blotting y ELISA. Las células endoteliales (EA.hy926), se trataron con C2-ceramida (130μM) en presencia de inhibidores químicos de cada una de estas quinasas y PCA. La supervivencia de las células en presencia de inhibidores químicos y PCA fue evaluada por medio de ensayos de activación de las caspasas 3, 7 y 9, que verificaban la muerte celular por apoptosis. Los resultados evidencian que la ceramida reduce la activación de AKT y aumenta la activación de las quinasas ASK, SAPK/JNK y p38, en tanto que PCA ejerce el efecto contrario. Adicionalmente se encontró que la tiorredoxina incrementa la activación/fosforilación de AKT, mientras que la quinasa p38 induce la defosforilación de AKT.

Sistemas mucoadesivos de administração de fármacos na cavidade oral : mecanismo de mucoadesão e polímeros mucoadesivos

Este artigo de revisão pretende descrever o mecanismo, referenciando os estádios de adesão e os factores que afectam o mecanismo. Considerando que este é um mecanismo complexo e bastante dinâmico, são ainda referidas teorias propostas por grupos de investigadores na expectativa de explicar tal mecanismo. Nos últimos anos, aspectos farmacêuticos relacionados com a mucoadesão têm sido muito salientados na literatura, uma vez que podem constituir uma possível solução para problemas de biodisponibilidade que resultam de uma curta permanência da forma farmacêutica no local de absorção. Por último, foi elaborada uma revisão sobre os polímeros bioadesivos e suas características físico-químicas e as respectivas vantagens resultantes da sua aplicação sob o ponto de vista farmacêutico, bem como o desenvolvimento de polimeros bioadsivos de segunda geração, nomeadamente polimeros contendo grupos tiolato, lectinas e proteinas fimbriais.

MICAL-1 is a negative regulator of MST-NDR kinase signaling and apoptosis.

MICALs (molecules interacting with CasL) are atypical multidomain flavoenzymes with diverse cellular functions. The molecular pathways employed by MICAL proteins to exert their cellular effects remain largely uncharacterized. Via an unbiased proteomics approach, we identify MICAL-1 as a binding partner of NDR (nuclear Dbf2-related) kinases. NDR1/2 kinases are known to mediate apoptosis downstream of the mammalian Ste-20-like kinase MST1, and ablation of NDR1 in mice predisposes the mice to cancer as a result of compromised apoptosis. MST1 phosphorylates NDR1/2 kinases at their hydrophobic motif, thereby facilitating full NDR kinase activity and function. However, if and how this key phosphorylation event is regulated are unknown. Here we show that MICAL-1 interacts with the hydrophobic motif of NDR1/2 and that overexpression or knockdown of MICAL-1 reduces or augments NDR kinase activation or activity, respectively. Surprisingly, MICAL-1 is a phosphoprotein but not an NDR or MST1 substrate. Rather, MICAL-1 competes with MST1 for NDR binding and thereby antagonizes MST1-induced NDR activation. In line with this inhibitory effect, overexpression or knockdown of MICAL-1 inhibits or enhances, respectively, NDR-dependent proapoptotic signaling induced by extrinsic stimuli. Our findings unveil a previously unknown biological role for MICAL-1 in apoptosis and define a novel negative regulatory mechanism of MST-NDR signaling.

Modulation of potassium channels inhibits bunyavirus infection

Bunyaviruses are considered to be emerging pathogens facilitated by the segmented nature of their genome that allows reassortment between different species to generate novel viruses with altered pathogenicity. Bunyaviruses are transmitted via a diverse range of arthropod vectors, as well as rodents, and have established a global disease range with massive importance in healthcare, animal welfare and economics. There are no vaccines or anti-viral therapies available to treat human bunyavirus infections and so development of new anti-viral strategies is urgently required. Bunyamwera virus (BUNV; genus Orthobunyavirus) is the model bunyavirus, sharing aspects of its molecular and cellular biology with all Bunyaviridae family members. Here, we show for the first time that BUNV activates and requires cellular potassium (K+) channels to infect cells. Time of addition assays using K+ channel modulating agents demonstrated that K+ channel function is critical to events shortly after virus entry but prior to viral RNA synthesis/replication. A similar K+ channel dependence was identified for other bunyaviruses namely Schmallenberg virus (Orthobunyavirus) as well as the more distantly related Hazara virus (Nairovirus). Using a rational pharmacological screening regimen, twin-pore domain K+ channels (K2P) were identified as the K+ channel family mediating BUNV K+ channel dependence. As several K2P channel modulators are currently in clinical use, our work suggests they may represent a new and safe drug class for the treatment of potentially lethal bunyavirus disease.

Regulation of mitogen-activated protein kinases in cardiac myocytes through the small G protein Rac1.

Small guanine nucleotide-binding proteins of the Ras and Rho (Rac, Cdc42, and Rho) families have been implicated in cardiac myocyte hypertrophy, and this may involve the extracellular signal-related kinase (ERK), c-Jun N-terminal kinase (JNK), and/or p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascades. In other systems, Rac and Cdc42 have been particularly implicated in the activation of JNKs and p38-MAPKs. We examined the activation of Rho family small G proteins and the regulation of MAPKs through Rac1 in cardiac myocytes. Endothelin 1 and phenylephrine (both hypertrophic agonists) induced rapid activation of endogenous Rac1, and endothelin 1 also promoted significant activation of RhoA. Toxin B (which inactivates Rho family proteins) attenuated the activation of JNKs by hyperosmotic shock or endothelin 1 but had no effect on p38-MAPK activation. Toxin B also inhibited the activation of the ERK cascade by these stimuli. In transfection experiments, dominant-negative N17Rac1 inhibited activation of ERK by endothelin 1, whereas activated V12Rac1 cooperated with c-Raf to activate ERK. Rac1 may stimulate the ERK cascade either by promoting the phosphorylation of c-Raf or by increasing MEK1 and/or -2 association with c-Raf to facilitate MEK1 and/or -2 activation. In cardiac myocytes, toxin B attenuated c-Raf(Ser-338) phosphorylation (50 to 70% inhibition), but this had no effect on c-Raf activity. However, toxin B decreased both the association of MEK1 and/or -2 with c-Raf and c-Raf-associated ERK-activating activity. V12Rac1 cooperated with c-Raf to increase expression of atrial natriuretic factor (ANF), whereas N17Rac1 inhibited endothelin 1-stimulated ANF expression, indicating that the synergy between Rac1 and c-Raf is potentially physiologically important. We conclude that activation of Rac1 by hypertrophic stimuli contributes to the hypertrophic response by modulating the ERK and/or possibly the JNK (but not the p38-MAPK) cascades.

The inositol-3-phosphate synthase biosynthetic enzyme has distinct catalytic and metabolic roles

Inositol levels, maintained by the biosynthetic enzyme inositol-3-phosphate synthase (Ino1), are altered in a range of disorders including bipolar disorder and Alzheimer's disease. To date, most inositol studies have focused on the molecular and cellular effects of inositol depletion without considering Ino1 levels. Here we employ a simple eukaryote, Dictyostelium, to demonstrate distinct effects of loss of Ino1 and inositol depletion. We show that loss of Ino1 results in inositol auxotrophy that can only be partially rescued by exogenous inositol. Removal of inositol supplementation from the ino1- mutant results in a rapid 56% reduction in inositol levels, triggering the induction of autophagy, reduced cytokinesis and substrate adhesion. Inositol depletion also caused a dramatic generalised decrease in phosphoinositide levels that was rescued by inositol supplementation. However, loss of Ino1 triggered broad metabolic changes consistent with the induction of a catabolic state that was not rescued by inositol supplementation. These data suggest a metabolic role for Ino1 independent of inositol biosynthesis. To characterise this role, an Ino1 binding partner containing SEL1L1 domains (Q54IX5) was identified with homology to mammalian macromolecular complex adaptor proteins. Our findings therefore identify a new role for Ino1, independent of inositol biosynthesis, with broad effects on cell metabolism.

The Recombination Protein RAD52 Cooperates with the Excision Repair Protein OGG1 for the Repair of Oxidative Lesions in Mammalian Cells

Oxidized bases are common types of DNA modifications. Their accumulation in the genome is linked to aging and degenerative diseases. These modifications are commonly repaired by the base excision repair (BER) pathway. Oxoguanine DNA glycosylase (OGG1) initiates BER of oxidized purine bases. A small number of protein interactions have been identified for OGG1, while very few appear to have functional consequences. We report here that OGG1 interacts with the recombination protein RAD52 in vitro and in vivo. This interaction has reciprocal functional consequences as OGG1 inhibits RAD52 catalytic activities and RAD52 stimulates OGG1 incision activity, likely increasing its turnover rate. RAD52 colocalizes with OGG1 after oxidative stress to cultured cells, but not after the direct induction of double-strand breaks by ionizing radiation. Human cells depleted of RAD52 via small interfering RNA knockdown, and mouse cells lacking the protein via gene knockout showed increased sensitivity to oxidative stress. Moreover, cells depleted of RAD52 show higher accumulation of oxidized bases in their genome than cells with normal levels of RAD52. Our results indicate that RAD52 cooperates with OGG1 to repair oxidative DNA damage and enhances the cellular resistance to oxidative stress. Our observations suggest a coordinated action between these proteins that may be relevant when oxidative lesions positioned close to strand breaks impose a hindrance to RAD52 catalytic activities.

An interaction between two RNA binding proteins, Nab2 and Pub1, links mRNA Processing/Export and mRNA stability

mRNA stability is modulated by elements in the mRNA transcript and their cognate RNA binding proteins. Poly(U) binding protein 1 (Pub1) is a cytoplasmic Saccharomyces cerevisiae mRNA binding protein that stabilizes transcripts containing AU-rich elements (AREs) or stabilizer elements (STEs). In a yeast two-hybrid screen, we identified nuclear poly(A) binding protein 2 (Nab2) as being a Pub1-interacting protein. Nab2 is an essential nucleocytoplasmic shuttling mRNA binding protein that regulates poly(A) tail length and mRNA export. The interaction between Pub1 and Nab2 was confirmed by copurification and in vitro binding assays. The interaction is mediated by the Nab2 zinc finger domain. Analysis of the functional link between these proteins reveals that Nab2, like Pub1, can modulate the stability of specific mRNA transcripts. The half-life of the RPS16B transcript, an ARE-like sequence-containing Pub1 target, is decreased in both nab2-1 and nab2-67 mutants. In contrast, GCN4, an STE-containing Pub1 target, is not affected. Similar results were obtained for other ARE- and STE-containing Pub1 target transcripts. Further analysis reveals that the ARE-like sequence is necessary for Nab2-mediated transcript stabilization. These results suggest that Nab2 functions together with Pub1 to modulate mRNA stability and strengthen a model where nuclear events are coupled to the control of mRNA turnover in the cytoplasm.