Control and host-dependent activation of insect toxin expression in a root-associated biocontrol pseudomonad.

Pseudomonas fluorescens CHA0 is a root-associated biocontrol agent that suppresses soil-borne fungal diseases of crops. Remarkably, the pseudomonad is also endowed with systemic and oral activity against pest insects which depends on the production of the insecticidal Fit toxin. The toxin gene (fitD) is part of a virulence cassette encoding three regulators (FitF, FitG, FitH) and a type I secretion system (FitABC-E). Immunoassays with a toxin-specific antibody and transcriptional analyses involving fitG and fitH deletion and overexpression mutants identified LysR family regulator FitG and response regulator FitH as activator and repressor, respectively, of Fit toxin and transporter expression. To visualize and quantify toxin expression in single live cells by fluorescence microscopy, we developed reporters which in lieu of the native toxin protein express a fusion of the Fit toxin with red fluorescent mCherry. In a wild-type background, expression of the mCherry-tagged Fit toxin was activated at high levels in insect hosts, i.e. when needed, yet not on plant roots or in batch culture. By contrast, a derepressed fitH mutant expressed the toxin in all conditions. P. fluorescens hence can actively induce insect toxin production in response to the host environment, and FitH and FitG are key regulators in this mechanism.

Expression of SCCmec cassette chromosome recombinases in methicillin-resistant Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis.

OBJECTIVES: Methicillin resistance in staphylococci is mediated by the mecA gene, which is carried on the staphylococcal cassette chromosome mec (SCCmec). SCCmec is responsible for vertical and horizontal transfer of methicillin resistance. Horizontal transfer implies first SCCmec excision from the chromosome. Site-specific excision is catalysed by the Ccr recombinases, which are encoded by ccrAB genes located on the cassette. The aim of this study is to determine the promoter activity of ccrAB genes in individual cells of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (N315, COL and MW2) and Staphylococcus epidermidis (RP62A). One mutant cured of its SCCmec (N315EX) was also used. Exposure to various stresses was included in the study. METHODS: For each strain, translational promoter-green fluorescent protein (gfp) fusions were used to assess the levels of ccr promoter activity in individual cells. Analyses were performed using epifluorescence microscopy and flow cytometry. RESULTS: ccr promoter activity was observed in only a small percentage of cell populations. This 'bistable' phenotype was strain dependent (GFP was expressed in N315 and RP62A, but not in COL and MW2) and growth dependent (GFP-expressing cells decreased from approximately 3% to 1% between logarithmic and stationary growth phases). The ccr promoter of strain N315 displayed normal promoter activity when expressed in SCCmec-negative N315EX. Likewise, the ccr promoter of strain COL (which was inactive in COL) showed normal N315-like activity when transformed into N315 and N315EX. CONCLUSIONS: SCCmec excision operates through bistability, favouring a small fraction of cells to 'sacrifice' their genomic islands for transfer, while the rest of the population remains intact. Determinants responsible for the activity of the ccr promoter were not located on SCCmec, but were elsewhere on the genome. Thus, the staphylococcal chromosome plays a key role in determining SCCmec stability and transferability.

Remorin, a uronide binding protein with physical properties similar to the tobacco mosaic virus movement protein

The extracellular pectic matrix is a rich source of oligogalacturonic acid (OGA), one of the most abundant polymeric regulatory molecules on the earth's surface. OGAs regulate the expression of a variety of defense genes and have also been implicated in developmental processes. Little is known about how cells perceive OGAs and we have been attempting to characterise proteins capable of interacting with these molecules. We recently succeeded in cloning a cDNA encoding a small OGA-binding protein, remorin. OGA-binding to remorin is not highly specific, the protein binds homogalacturonides, complex pectic polymers and the animal polyuronide heparin. This lack of specificity contrasts with that often observed with classical receptors and the function of remorin remains to be discovered. Remorin copurifies with the plasma membrane but is a very hydrophilic polypeptide. Its behavior during cell fractionation, as well as a number of properties including the OGA-stimulated in vitro phosphorylation and preliminary localization studies, all suggest parallels with some viral movement proteins. Some of these comparisons will be presented. Experiments to directly test for the possible role of this protein in cell-to-cell signalling are in progress. EEF is supported by FNRS grant 31-3672-92.

Synthesis and transport of creatine in the CNS: importance for cerebral functions.

J. Neurochem. (2010) 10.1111/j.1471-4159.2010.06935.x Abstract Apart of its well known function of 'energetic buffer' through the creatine/phosphocreatine/creatine kinase system allowing the regeneration of ATP, creatine has been recently suggested as a potential neuromodulator of even true neurotransmitter. Moreover, the recent discovery of primary creatine deficiency syndromes, due to deficiencies in l-arginine : glycine amidinotransferase or guanidinoacetate methyltransferase (the two enzymes allowing creatine synthesis) or in the creatine transporter, has shed new light on creatine synthesis, metabolism and transport, in particular in CNS which appears as the main tissue affected by these creatine deficiencies. Recent data suggest that creatine can cross blood-brain barrier but only with a poor efficiency, and that the brain must ensure parts of its needs in creatine by its own endogenous synthesis. Finally, the recent years have demonstrated the interest to use creatine as a neuroprotective agent in a growing number of neurodegenerative diseases, including Parkinson's and Huntington's diseases. This article aims at reviewing the latest data on creatine metabolism and transport in the brain, in relation to creatine deficiencies and to the potential use of creatine as neuroprotective molecule. Emphasis is also given to the importance of creatine for cerebral function.

Binding of ²³⁹Pu and ⁹⁰Sr to organic colloids in soil solutions: evidence from a field experiment.

Colloidal transport has been shown to enhance the migration of plutonium in groundwater downstream from contaminated sites, but little is known about the adsorption of ⁹⁰Sr and plutonium onto colloids in the soil solution of natural soils. We sampled soil solutions using suction cups, and separated colloids using ultrafiltration to determine the distribution of ²³⁹Pu and ⁹⁰Sr between the truly dissolved fraction and the colloidal fraction of the solutions of three Alpine soils contaminated only by global fallout from the nuclear weapon tests. Plutonium was essentially found in the colloidal fraction (>80%) and probably associated with organic matter. A significant amount of colloidal ⁹⁰Sr was detected in organic-rich soil solutions. Our results suggest that binding to organic colloids in the soil solutions plays a key role with respect to the mobility of plutonium in natural alpine soils and, to a lesser extent, to the mobility of ⁹⁰Sr.

Reassessing the role of Staphylococcus aureus clumping factor and fibronectin-binding protein by expression in Lactococcus lactis.

Since Staphylococcus aureus expresses multiple pathogenic factors, studying their individual roles in single-gene-knockout mutants is difficult. To circumvent this problem, S. aureus clumping factor A (clfA) and fibronectin-binding protein A (fnbA) genes were constitutively expressed in poorly pathogenic Lactococcus lactis using the recently described pOri23 vector. The recombinant organisms were tested in vitro for their adherence to immobilized fibrinogen and fibronectin and in vivo for their ability to infect rats with catheter-induced aortic vegetations. In vitro, both clfA and fnbA increased the adherence of lactococci to their specific ligands to a similar extent as the S. aureus gene donor. In vivo, the minimum inoculum size producing endocarditis in > or =80% of the rats (80% infective dose [ID80]) with the parent lactococcus was > or =10(7) CFU. In contrast, clfA-expressing and fnbA-expressing lactococci required only 10(5) CFU to infect the majority of the animals (P < 0.00005). This was comparable to the infectivities of classical endocarditis pathogens such as S. aureus and streptococci (ID80 = 10(4) to 10(5) CFU) in this model. The results confirmed the role of clfA in endovascular infection, but with a much higher degree of confidence than with single-gene-inactivated staphylococci. Moreover, they identified fnbA as a critical virulence factor of equivalent importance. This was in contrast to previous studies that produced controversial results regarding this very determinant. Taken together, the present observations suggest that if antiadhesin therapy were to be developed, at least both of the clfA and fnbA products should be blocked for the therapy to be effective.

Gene transfer of interleukin-18-binding protein attenuates cardiac allograft rejection.

Interleukin (IL) 18 is a potent pro-inflammatory Th1 cytokine that exerts pleiotropic effector functions in both innate and acquired immune responses. Increased IL-18 production during acute rejection has been reported in experimental heart transplantation models and in kidney transplant recipients. IL-18-binding protein (IL-18BP) binds IL-18 with high affinity and neutralizes its biologic activity. We have analyzed the efficacy of an adenoviral vector expressing an IL-18BP-Ig fusion protein in a rat model of heart transplantation. IL-18BP-Ig gene transfer into Fisher (F344) rat donor hearts resulted in prolonged graft survival in Lewis recipients (15.8 +/- 1.4 days vs. 10.3 +/- 2.5 and 10.1 +/- 2.1 days with control virus and buffer solution alone, respectively; P < 0.001). Immunohistochemical analysis revealed decreased intra-graft infiltrates of monocytes/macrophages, CD4(+), CD8alpha(+) and T-cell receptor alphabeta(+) cells after IL-18BP-Ig versus mock gene transfer (P < 0.05). Real-time reverse transcriptase polymerase chain reaction analysis showed decreased cytokine transcripts for the RANTES chemokine and transforming growth factor-beta after IL-18BP-Ig gene transfer (P < 0.05). IL-18BP-Ig gene transfer attenuates inflammatory cell infiltrates and prolongs cardiac allograft survival in rats. These results suggest a contributory role for IL-18 in acute rejection. Further studies aiming at defining the therapeutic potential of IL-18BP are warranted.

Mutational analysis of BTAF1-TBP interaction: BTAF1 can rescue DNA-binding defective TBP mutants.

The BTAF1 transcription factor interacts with TATA-binding protein (TBP) to form the B-TFIID complex, which is involved in RNA polymerase II transcription. Here, we present an extensive mapping study of TBP residues involved in BTAF1 interaction. This shows that residues in the concave, DNA-binding surface of TBP are important for BTAF1 binding. In addition, BTAF1 interacts with residues in helix 2 on the convex side of TBP as assayed in protein-protein and in DNA-binding assays. BTAF1 drastically changes the TATA-box binding specificity of TBP, as it is able to recruit DNA-binding defective TBP mutants to both TATA-containing and TATA-less DNA. Interestingly, other helix 2 interacting factors, such as TFIIA and NC2, can also stabilize mutant TBP binding to DNA. In contrast, TFIIB which interacts with a distinct surface of TBP does not display this activity. Since many proteins contact helix 2 of TBP, this provides a molecular basis for mutually exclusive TBP interactions and stresses the importance of this structural element for eukaryotic transcription.

The norepinephrine transporter inhibitor reboxetine reduces stimulant effects of MDMA ("ecstasy") in humans.

This study assessed the pharmacodynamic and pharmacokinetic effects of the interaction between the selective norepinephrine (NE) transporter inhibitor reboxetine and 3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA, "ecstasy") in 16 healthy subjects. The study used a double-blind, placebo-controlled crossover design. Reboxetine reduced the effects of MDMA including elevations in plasma levels of NE, increases in blood pressure and heart rate, subjective drug high, stimulation, and emotional excitation. These effects were evident despite an increase in the concentrations of MDMA and its active metabolite 3,4-methylenedioxyamphetamine (MDA) in plasma. The results demonstrate that transporter-mediated NE release has a critical role in the cardiovascular and stimulant-like effects of MDMA in humans.

Characterization of a cAMP-regulated enhancer-binding protein.

The transcription regulation of many hormone genes is modulated by intracellular second messengers such as cAMP. The cAMP response element binding protein, CREB, binds to the 8 base pair CRE enhancer, TGACGTCA, that is found in the 5'-flank of certain genes including those for somatostatin and the alpha-subunit of human chorionic gonadotropin. The recent characterization of CREB and CREB-related cDNA clones, combined with Southwesterns and Northern blot analyses, reveals a family of transcription factors that dimerize via a leucine zipper motif and bind to the CRE through positively charged basic regions. The CREB cDNA encoding a 327 residue protein is transcriptionally activated via phosphorylation by protein kinases, including the cAMP-dependent protein kinase-A.

Molecular basis of interaction between Na,K-ATPase and FXYD proteins.

Résumé au large public Notre corps est constitué de différents types de cellules. La condition minimale ou primordiale pour la survie des cellules est d'avoir de l'énergie. Cette tâche est assumée en partie par une protéine qui se situe dans la membrane de chaque cellule. Nommé Na, K¬ATPase ou pompe à sodium, c'est une protéine pressente dans toutes les cellules chez les mammifères est composée de deux sous-unités, α et β. En transportant 3 ions de sodium hors de la cellule et 2 ions de potassium à l'intérieur de la cellule, elle transforme l'énergie chimique sous forme de l'ATP en énergie motrice, qui permet aux cellules par la suite d'échanger des matériaux entre l'espace intracellulaire et extracellulaire ainsi que d'ingérer des nutriments provenant de son environnement. Le manque de cette protéine chez la souris entraîne la mort de l'embryon. Des défauts fonctionnels de cette protéine sont responsables de plusieurs maladies humaines comme par exemple, un type de migraine. En dehors de sa fonction vitale, cette protéine est également engagée dans diverses activités physiologiques comme la contractilité musculaire, l'activité nerveuse et la régulation du volume sanguin. Vue l'importance de cette protéine, sa découverte par Jens C. Skou en 1957 a été honorée d'un Prix Noble de chimie quarante ans plus tard. Depuis lors, nous connaissons de mieux en mieux les mécanismes de fonctionnement de la Na, K-ATPase. Entre autre, sa régulation par une famille de protéines appelées protéines FXYD. Cette famille contient 7 membres (FXYD 1-7). L'un d'entre eux nommé FXYD 2 est lié à une maladie héréditaire connue sous le nom de hypomagnesemia. Nous disposons actuellement d'informations concernant les conséquences de la régulation par les protéines FXYD sur activité de la Na, K-ATPase, mais nous savons très peu sur le mode d'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans ce travail de thèse, nous avons réussi à localiser des zones d'interaction dans la sous- unité a de la Na, K-ATPase et dans FXYD 7. En même temps, nous avons déterminé un 3ème site de liaison spécifique au sodium de la Na, K-ATPase. Une partie de ce site se situe à l'intérieur d'un domaine protéique qui interagit avec les protéines FXYD. De plus, ce site a été démontré comme responsable d'un mécanisme de transport de la Na, K-ATPase caractérisé par un influx ionique. En conclusion, les résultats de ce travail de thèse fournissent de nouvelles preuves sur les régions d'interaction entre la Na, K-ATPase et les protéines FXYD. La détermination d'un 3ème site spécifique au sodium et sa relation avec un influx ionique offrent la possibilité 1) d'explorer les mécanismes avec lesquels les protéines FXYD régulent l'activité de la Na, ATPase et 2) de localiser un site à sodium qui est essentielle pour mieux comprendre l'organisation et le fonctionnement de la Na, K-ATPase. Résumé Les gradients de concentration de Na+ et de K+ à travers la membrane plasmatique des cellules animales sont cruciaux pour la survie et l'homéostasie de cellules. De plus, des fonctions cellulaires spécifiques telles que la reabsorption de Na dans le rein et le côlon, la contraction musculaire et l'excitabilité nerveuse dépendent de ces gradients. La Na, K¬ATPase ou pompe à sodium est une protéine membranaire ubiquitaire. Elle crée et maintient ces gradients en utilisant l'énergie obtenu par l'hydrolyse de l'adénosine triphosphate. L'unité fonctionnelle minimale de cette protéine se compose d'une sous-unité catalytique α et d'une sous-unité régulatrice β. Récemment, il a été montré que des membres de la famille FXYD, sont des régulateurs tissu-spécifiques de la Na, K-ATPase qui influencent ses propriétés de transport. Cependant, on connaît peu de chose au sujet de la nature moléculaire de l'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans cette étude, nous fournissons, pour la première fois, l'évidence directe que des résidus du domaine transmembranaire (TM) 9 de la sous-unité α de la Na, K-ATPase sont impliqués dans l'interaction fonctionnelle et structurale avec les protéines FXYD. De plus nous avons identifié des régions dans le domaine transmembranaire de FXYD 7 qui sont importantes pour l'association stable avec la Na, K-ATPase et une série de résidus responsables des régulations fonctionnelles. Nous avons aussi montré les contributions fonctionnelles du TM 9 de la Na, K-ATPase à la translocation de Na + en déterminant un 3ème site spécifique au Na+. Ce site se situe probablement dans un espace entre TM 9, TM 6 et TM 5 de la sous-unité α de la pompe à sodium. De plus, nous avons constaté que le 3ème site de Na + est fonctionnellement lié à un courant entrant de la pompe sensible à l'ouabaïne et activé par le pH acide. En conclusion, ce travail donne de nouvelles perspectives de l'interaction structurale et fonctionnelle entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. En outre, les contributions fonctionnelles de TM 9 offrent de nouvelles possibilités pour explorer le mécanisme par lequel les protéines FXYD régulent les propriétés fonctionnelles de la Na, K-ATPase. La détermination du 3ème site au Na + fournit une compréhension avancée du site spécifique au Na + de la Na, K-ATPase et du mécanisme de transport de la Na, K-ATPase. Summary The Na+ and K+ gradients across the plasma membrane of animal cells are crucial for cell survival and homeostasis. Moreover, specific tissue functions such as Na+ reabsorption in kidney and colon, muscle contraction and nerve excitability depend on the maintenance of these gradients. Na, K-ATPase or sodium pump, an ubiquitous membrane protein, creates and maintains these gradients by using the energy from the hydrolysis of ATP. The minimal functional unit of this protein is composed of a catalytic α subunit and a regulatory β subunit. Recently, members of the FXYD family, have been reported to be tissue-specific regulators of Na, K-ATPase by influencing its transport properties. However, little is known about the molecular nature of the interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. In this study, we provide, for the first time, direct evidence that residues from the transmembrane (TM) domain 9 of the α subunit of Na, K-ATPase are implicated in the functional and structural interaction with FXYD proteins. Moreover, we have identified regions in the TM domain of FXYD 7 important for the stable association with Na, K-ATPase and a stretch of residues responsible for the functional regulations. We have further revealed the functional contributions of TM 9 of the Na, K-ATPase α subunit to the Na+ translocation by determining a 3rd Na+-specific cation binding site. This site is likely in a space between TM 9, TM 6 and TM 5 of the a subunit of the sodium pump. Moreover, we have found that the 3rd Na+ binding site is functionally linked to an acidic pH- activated ouabain-sensitive inward pump current. In conclusion, this work gives new insights into the structural and functional interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. Functional contributions of TM 9 offer new possibilities to explore the mechanism by which FXYD proteins regulate functional properties of Na, K-ATPase. The determination of the 3rd Na+ binding site provides an advanced understanding concerning the Na+ -specific binding site of Na, K-ATPase and the 3rd Na+ site related transport mechanism.

A study of the translational regulation exerted by some neuroactive substances on the expression of the monocarboxylate transporter MCT2 in cultured cortical neurons

Summary of the thesis Glucose has been considered the major, if not the exclusive, energy substrate for the brain. But under certain conditions other substrates, namely monocarboxylates (lactate, pyruvate, and ketone bodies), can contribute significantly to satisfy brain energy demands. These monocarboxylates need to be transported across the blood brain barrier as well as out of astrocytes into the extracellular space and taken up into neurons. It has been shown that monocarboxylates are transported by a family of proton-linked transporters called monocarboxylate transporters (MCTs). In the central nervous system, MCT2 is the predominant neuronal form and little is known about the regulation of its expression. The neurotransmitter noradrenaline (NA) was shown previously to enhance the expression of MCT2 in cultured cortical neurons via a translational mechanism. Here, we demonstrate that two other substances, namely, insulin and IGF-1 enhance MCT2 protein expression in cultured mouse cortical neurons in a time- and concentrationdependent manner without affecting MCT2 mRNA levels. This result confirmed that MCT2 protein expression is translationally regulated and extend the observation to different types of neuroactive substances. Then we sought to determine by which signaling pathway(s) NA, insulin and IGF-1 can induce MCT2 protein expression. First, we observed by Western blot that all three substances cause activation of the MAP kinase ERK as well as the kinase Akt via their phosphorylation. Moreover, the mTOR/S6K pathway which is known to play an important role in translation initiation regulation was also strongly stimulated by all three substances. Second, we sought to determine the implication of these signaling pathways on the NA-, insulin- and IGF-1-induced enhancement of MCT2 protein expression and used specific inhibitors of these signaling pathways. We observed that the Pia kinase and mTOR inhibitors LY294002 and rapamycin respectively, strongly prevent the enhancement. of MCT2 expression caused by either NA, insulin ar IGF-1. In contrast, the MEK inhibitor PD98059 and the p38 MAP kinase inhibitor SB202190 had only a slight effect on the enhancement of MCT2 expression in all three cases. These results suggest that NA, insulin and IGF-1 regulate MCT2 protein expression by a common mechanism most likely involving the Akt/PKB pathway and translational activation via mTOR. In conclusion, considering the roles of NA, insulin and IGF-1 in synaptic plasticity, the tight translational regulation of MCT2 expression by these substances may represent a common mechanism through which supply of potentiated synapses with nonglucose energy substrates can be adapted to the level of activity. Résumé du travail de thèse Le glucose représente le substrat énergétique majeur pour le cerveau. Cependant, dans certaines conditions physiologiques ou pathologiques, le cerveau a la capacité d'utiliser des substrats énergétiques appartenant à la classe des monocarboxylates (lactate, pyruvate et corps cétoniques) afin de satisfaire ses besoins énergétiques. Ces monocarboxylates doivent être transportés à travers la barrière hématoencéphalique mais aussi hors des astrocytes vers l'espace extracellulaire puis re-captés par les neurones. Leur transport est assuré par une famille de transporteurs spécifiques, protons-dépendants, appelés transporteurs aux monocarboxylates (MCTs). Dans le système nerveux central, les neurones expriment principalement l'isoforme MCT2 mais peu d'informations sont disponibles concernant la régulation de son expression. Il a été montré que le neurotransmetteur noradrénaline (NA) augmente l'expression de MCT2 dans les cultures de neurones corticaux de souris par le biais d'un mécanisme de régulation traductionnel. La présente étude nous a permis de démontrer que deux autres substances, l'insuline et 17GF-1, induisent une augmentation de la protéine MCT2 dans ces mêmes cultures selon un décours temporel et une gamme de concentrations particulière. Etonnamment, aucun changement n'a été observé concernant les niveaux d'ARNm de MCT2. Ce résultat .confirme que la protéine MCT2 est régulée de manière traductionnelle et révèle que différentes substances neuro-actives peuvent réguler l'expression de MCT2. Compte tenu de ces observations, nous avons voulu déterminer par quelle(s) voie(s) de signalisation la NA, l'insuline et l'IGF-1 exercent leur effet sur l'expression de MCT2. Dans un premier temps, nous avons pu observer par Western blot que ces trois substances activent la MAP kinase ERK ainsi que la kinase Akt via leur phasphorylation. De plus, la voie mTOR/S6K, connue pour son implication dans la régulation de l'initiation de la traduction est aussi fortement activée par ces trois substances. Dans un second temps, nous avons voulu déterminer I implication de chacune de ces voies de signalisation dans l'augmentation de l'expression de la protéine MCT2 observée après stimulation à la NA, à l'insuline et à l'IGF-1. Pour ce faire, nous avons utilisé des inhibiteurs spécifiques de chacune de ces voies. (Vous avons observé que les inhibiteurs des voies PI3 kinase et mTOR (LY294002 et rapamycin respectivement), prévenaient fortement l'augmentation de l'expression de MCT2 induite par la NA, l'insuline ou (IGF-1. A l'inverse, les inhibitions de la MAP kinase .kinase MEK ainsi que de la MAP kinase p38 (par l'utilisation des inhibiteurs spécifiques PD98059 et SB202190 respectivement) n'ont eu qu'un léger effet dans ces mêmes conditions. Ces résultats suggèrent que la NA, 'l'insuline et I~GF-1 régulent l'expression de la protéine MCT2 par un mécanisme commun impliquant probablement la voie Akt/PKB et l'activation de la traduction via mTOR. En conclusion, considérant l'implication de la NA, de l'insuline et de I`IGF-1 dans la plasticité synaptique, le contrôle traductionnel étroit exercé par ces substances sur l'expression de MCT2 pourrait être un moyen d'alimenter en substrats énergétiques autres que le glucose les synapses activées et également d'adapter l'approvisionnement en substrats énergétiques au niveau d'activité. Résumé « grand public » Le cerveau est un organe qui réalise des tâches complexes nécessitant un apport important en énergie. La principale source d'énergie du cerveau est le glucose. Bien que le cerveau ne représente que 2% de la masse corporelle, il consomme à lui seul plus de 25% du glucose et 20% de l'oxygène provenant de la circulation sanguine. La nécessité d'un tel apport en énergie réside dans la nature -même du fonctionnement des milliards de neurones qui utilisent des signaux électriques et chimiques pour communiquer entre eux. Hormis l'utilisation massive du glucose comme source d'énergie, le cerveau est capable de consommer d'autres substrats énergétiques dans certaines conditions physiologiques ou pathologiques. Les monocarboxylates (lactate, pyruvate et corps cétoniques) font partie de ces autres sources d'énergie. Contrairement au glucose, les monocarboxylates ne diffusent pas facilement de la circulation sanguine vers les neurones. Afin de pouvoir être consommés par les neurones, ils doivent être transportés par un système adapté. Ce sont des transporteurs appelés transporteurs aux monocarboxylates ou MCT qui permettent le passage de ces substrats énergétiques du sang vers les neurones. Le but de ce travail de thèse a été de comprendre comment est régulée l'expression de MCT2, l'un de ces transporteurs exprimé spécifiquement à la surface des neurones. Cette étude nous a permis de mettre en évidence que le neurotransmetteur noradrénaline ainsi que les hormones insuline et IGF-1 (insulinlike growth factor-1) sont capables d'induire une augmentation d'expression de MCT2 à la surface des neurones en culture. Nous avons ensuite voulu déterminer par quels mécanismes de signalisation ces substances agissent sur l'expression de MCT2. Nous avons pu observer que la surexpression de la protéine MCT2 est due à une augmentation d'activité traductionnelle (la traduction étant une des étapes qui permet la synthèse des protéines) induite par le biais d'une voie de signalisation particulière. En conclusion, lorsque la noradrénaline, l'insuline ou 17GF-1 agissent sur les neurones, la traduction de la protéine MCT2 est activée et on observe une augmentation de l'expression de MCT2. Ce mécanisme pourrait permettre d'augmenter l'apport énergétique au niveau des neurones en augmentant le nombre de transporteurs pour les substrats énergétiques que sont les monocarboxylates. D'un point de vue physiologique, cette régulation d'expression pourrait jouer un rôle primordial dans des situations d'apprentissage et de mémorisation. Sur le plan pathologique, cela pourrait permettre de prévenir les dommages causes aux neurones dans certains cas d'atteintes cérébrales.

Remodelage des canaux potassiques dépendants de l'ATP lors de l'hypertrophie et de l'insuffisance cardiaque

RESUME :Introduction. Les maladies cardiovasculaires représentent la première cause de mortalité dans les pays développés et l'insuffisance cardiaque (IC) est la plus fréquente. Suite à un infarctus, le coeur des patients subit un remodelage ventriculaire pouvant évoluer vers un état d'IC. L'IC se définit comme un état dans lequel le coeur n'est plus capable d'approvisionner suffisamment les organes et cet état s'accompagne souvent de troubles du rythme cardiaque. Le remodelage ventriculaire touche de nombreux gènes codant à la fois pour les voies métaboliques et pour des canaux ioniques favorisant ainsi l'apparition des arythmies responsables de la mort subite des patients atteints d'IC. Comprendre ce passage entre remodelage et IC est crucial afin de pouvoir un jour prévenir l'IC et les complications médicales qui l'accompagnent. Nous nous sommes intéressés aux canaux potassiques dépendants de l'ATP (KATP) car ces canaux ont la capacité de coupler le métabolisme de la cellule à son activité électrique. En effet, les canaux KATP s'ouvrent quand la charge énergétique (rapport ATP/ ADP) de la cellule chute. Dans les cardiomyocytes, l'ouverture des KATP induit une hyperpolarisation de la membrane cellulaire ce qui diminue indirectement la surcharge calcique et de ce fait préserve la cellule. Les canaux KATp sont formés de 4 sous-unités Kir6.x (Kir6.1 ou Kir6.2) formant le pore du canal associées à 4 sous-unités régulatrices SUR. Les propriétés électrophysiologiques ainsi que la sensibilité pharmacologique des canaux KATP dépendent de leur composition et seuls les canaux KATP formés par la sous-unité Kirô.l sont activés par le diazoxyde.Méthodes et résultats. Nous avons d'abord montré dans un modèle in vivo d'IC chez le rat adulte que les sous-unités Kir6.1 et SUR sont surexprimées dans ces conditions pathologiques. Par ailleurs, les cardiomyocytes issus des coeurs infarcis deviennent sensibles au diazoxyde reflétant la surexpression de Kir6.1. Les potentiels d'action qui sont prolongés dans l'IC et qui sont à l'origine d'arythmies majeures sont normalisés par l'ouverture des canaux KATp induite par le diazoxyde. Ainsi, l'ouverture pharmacologique des canaux KATp contribuerait à la cardio-protection. Dans une seconde partie, nous avons déterminé quels étaient les facteurs de transcription responsables de ce changement d'expression des sous-unités formant les KATP. Dans notre modèle, nous avons pu montrer que la surexpression de Kirô.l est due aux facteurs de transcription Fox03 et FoxF2 qui est aussi responsable de la surexpression des sous-unités SUR. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons mis au point un modèle d'IC in vitro en cultivant les cardiomyocytes de rats adultes en présence d'angiotensine II (Angll) ou de TNFa. Ce modèle expérimental nous a non seulement permis de mettre en relation l'importance de L'AnglI et du TNFa sur le remodelage des canaux KATP mais aussi de développer un modèle in vitro présentant les mêmes caractéristiques que le modèle in vivo concernant le remodelage des KATP lors de l'IC. Ce dernier modèle expérimental ouvre des perspectives afin de mieux caractériser les voies de signalisation impliquées dans le remodelage des canaux KATp lors de l'IC.Conclusion. Les canaux KATp subissent un remodelage lors de l'IC et les résultats obtenus montrent le potentiel cardio-protecteur de ces canaux.ABSTRACT :Background and aim. Cardiovascular disease is the leading cause of death in developed countries and heart failure (HF) is the most common. Following myocardial infarction, the heart of the patient undergoes ventricular remodeling which may evolve toward a state of HF. HF is defined as a state in which heart is unable to supply enough blood to organs and this state is often accompanied by cardiac arrhythmias. Ventricular remodeling involves many genes coding for both metabolic enzymes and ion channels. Changes in ion channel expression can promote arrhythmias responsible for sudden death in patients with HF. A better understanding of the transition between remodeling and HF is crucial in order to prevent the complications associated to HF We were interested in ATP-dependent potassium channels (KATp) because they couple cell metabolism to electrical activity of the cell. Indeed, KATP channels open when the energy charge (ratio of ATP / ADP) of the cell collapses. In cardiomyocytes, the opening of KATP channels induces hyper- polanzation of the cell membrane which reduces calcium overload and thereby protects the cell. KATp channels are composed by 4 Kir6.x subumts (Kir6.1 or Kir6.2) forming the pore channel associated with 4 regulatory subunits SUR. The electrophysiological properties as well as pharmacological sensitivity of KATp channels depend on their composition and only KATP channels formed by Kir6.1 subunit are activated by diazoxide.Methods and results. Firstly, using an in vivo model of HF in adult rats, we showed that Kir6.1 and SUR subunits are overexpressed in HF. In addition, cardiomyocytes from post-infarction hearts became sensitive to diazoxide reflecting the overexpression of the Kir6.1 subunit. The opening of KATP by diazoxide tended to reduce the action potential duration (APD) which is extended in HF. This increase in APD is known to be a major source of arrhythmias during HF. Therefore, the opening of KATP channels by diazoxide would be cardio-protective. Secondly, we wanted to determine which transcription factors were responsible for this KATP remodeling. In our model of HF, we showed that overexpression of Kir6.1 is due to the transcription factors Fox03 and FOXF2 which is also responsible for SUR subunits overexpression. Thirdly, we developed an in vitro model of HF by cultivation of adult rat cardiomyocytes in the presence of angiotensin II (Angll) or TNFa. This model is very interesting not only because it underlines the importance of Angll and TNFa in KATp remodeling but also because this in vitro model presents the same KATP remodeling as the in vivo model of HF. These findings show that our in vitro model of HF opens up many possibilities to investigate more precisely the signaling pathways involved in remodeling of the KATP channels in HF.Conclusion. KATP channels undergo remodeling during HF and our results show the cardio¬protective potential of KATP channels in this disease.