Stable alpha-synuclein oligomers strongly inhibit chaperone activity of the Hsp70 system by weak interactions with J-domain co-chaperones.

α-Synuclein aggregation and accumulation in Lewy bodies are implicated in progressive loss of dopaminergic neurons in Parkinson disease and related disorders. In neurons, the Hsp70s and their Hsp40-like J-domain co-chaperones are the only known components of chaperone network that can use ATP to convert cytotoxic protein aggregates into harmless natively refolded polypeptides. Here we developed a protocol for preparing a homogeneous population of highly stable β-sheet enriched toroid-shaped α-Syn oligomers with a diameter typical of toxic pore-forming oligomers. These oligomers were partially resistant to in vitro unfolding by the bacterial Hsp70 chaperone system (DnaK, DnaJ, GrpE). Moreover, both bacterial and human Hsp70/Hsp40 unfolding/refolding activities of model chaperone substrates were strongly inhibited by the oligomers but, remarkably, not by unstructured α-Syn monomers even in large excess. The oligomers acted as a specific competitive inhibitor of the J-domain co-chaperones, indicating that J-domain co-chaperones may preferably bind to exposed bulky misfolded structures in misfolded proteins and, thus, complement Hsp70s that bind to extended segments. Together, our findings suggest that inhibition of the Hsp70/Hsp40 chaperone system by α-Syn oligomers may contribute to the disruption of protein homeostasis in dopaminergic neurons, leading to apoptosis and tissue loss in Parkinson disease and related neurodegenerative diseases.

The hourglass and the early conservation models--co-existing patterns of developmental constraints in vertebrates.

Developmental constraints have been postulated to limit the space of feasible phenotypes and thus shape animal evolution. These constraints have been suggested to be the strongest during either early or mid-embryogenesis, which corresponds to the early conservation model or the hourglass model, respectively. Conflicting results have been reported, but in recent studies of animal transcriptomes the hourglass model has been favored. Studies usually report descriptive statistics calculated for all genes over all developmental time points. This introduces dependencies between the sets of compared genes and may lead to biased results. Here we overcome this problem using an alternative modular analysis. We used the Iterative Signature Algorithm to identify distinct modules of genes co-expressed specifically in consecutive stages of zebrafish development. We then performed a detailed comparison of several gene properties between modules, allowing for a less biased and more powerful analysis. Notably, our analysis corroborated the hourglass pattern at the regulatory level, with sequences of regulatory regions being most conserved for genes expressed in mid-development but not at the level of gene sequence, age, or expression, in contrast to some previous studies. The early conservation model was supported with gene duplication and birth that were the most rare for genes expressed in early development. Finally, for all gene properties, we observed the least conservation for genes expressed in late development or adult, consistent with both models. Overall, with the modular approach, we showed that different levels of molecular evolution follow different patterns of developmental constraints. Thus both models are valid, but with respect to different genomic features.

Clinical Disease Severity of Respiratory Viral Co-Infection versus Single Viral Infection: A Systematic Review and Meta-Analysis.

BACKGROUND: Results from cohort studies evaluating the severity of respiratory viral co-infections are conflicting. We conducted a systematic review and meta-analysis to assess the clinical severity of viral co-infections as compared to single viral respiratory infections. METHODS: We searched electronic databases and other sources for studies published up to January 28, 2013. We included observational studies on inpatients with respiratory illnesses comparing the clinical severity of viral co-infections to single viral infections as detected by molecular assays. The primary outcome reflecting clinical disease severity was length of hospital stay (LOS). A random-effects model was used to conduct the meta-analyses. RESULTS: Twenty-one studies involving 4,280 patients were included. The overall quality of evidence applying the GRADE approach ranged from moderate for oxygen requirements to low for all other outcomes. No significant differences in length of hospital stay (LOS) (mean difference (MD) -0.20 days, 95% CI -0.94, 0.53, p = 0.59), or mortality (RR 2.44, 95% CI 0.86, 6.91, p = 0.09) were documented in subjects with viral co-infections compared to those with a single viral infection. There was no evidence for differences in effects across age subgroups in post hoc analyses with the exception of the higher mortality in preschool children (RR 9.82, 95% CI 3.09, 31.20, p<0.001) with viral co-infection as compared to other age groups (I2 for subgroup analysis 64%, p = 0.04). CONCLUSIONS: No differences in clinical disease severity between viral co-infections and single respiratory infections were documented. The suggested increased risk of mortality observed amongst children with viral co-infections requires further investigation.

Ontogeny of Sleeping in Color - Linking melanism to sleep architecture and rhythmicity variation in wild barn owl nestlings

The function of sleep remains unknown. To gain insight into the function of sleep in natural conditions, I assessed variation in sleep architecture and its link with fitness-related phenotypic traits. I considered melanin-based coloration because its underlying genetic basis is very well known giving an opportunity to examine whether some genes pleiotropically regulate both coloration and sleep. The melanocortin system is known to generate covariation between melanin-based coloration and other phenotypes like behaviour, physiology and life history traits. I investigated whether this system of genes could participate in the co-expression of coloration and sleep. I carried out a study with nestling barn owls (Tyto alba) in order to tackle the potential link between variation in color traits and the ontogeny of sleep under natural conditions. For this I established a suitable method for recording the brain activity (electroencephalogram) of owls in nature. Birds are especially interesting, because they convergently evolved sleep states similar to those exhibited by mammals. As in mammals, I found that in owlets time spent in rapid eye movement (REM) sleep declines with age, a relationship thought to eflect developmental changes in the brain. Thus this developmental trajectory appears to reflect a fundamental feature of sleep. Additionally, I discovered an association between a gene involved in melanism expressed in the feather follicles (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2) and the age-related changes in sleep in the brain. Nestlings with higher expression levels of PCSK2 showed a more precocial pattern of sleep development and a higher degree of melanin-based coloration compared to nestlings with lower PCSK2 expression. Also sleep architecture and the development of rhythmicity in brain and physical activity was related to plumage traits of the nestlings and their biological parents. This pattern during ontogeny might reflect differences in life l history strategies, antipredator behaviour and developmental pace. Therefore, differently colored individuals may differentially deal with trade-offs between the costs and benefits of sleep which in turn lead to differences in brain organization and ultimately fitness. These results should stimulate evolutionary biologists to consider sleep as a major life history trait. Résumé La fonction du sommeil reste inconnue. Afin d'acquérir une meilleur compréhension de la fonction du sommeil dans les conditions naturelles, j'ai analysé la variation dans l'architecture du sommeil et son lien avec d'autres traits phénotypiques liés au succès reproducteur (fitness). J'ai choisi et examiné la coloration mélanique, car ses bases génétiques sont bien connues et il est ainsi possible d'étudier si certains gènes, de façon pléiotropique régulent à la fois la coloration et le sommeil. J'ai exploré si ce système génétique était impliqué dans la co-expression de la coloration et du sommeil. J'ai effectué mon étude sur des poussins de chouette effraie (Tyto alba) en condition naturelle, pour rechercher ce lien potentiel entre la variation de la coloration et l'ontogenèse du sommeil. Dans ce but, j'ai établi une méthodologie permettant d'enregistrer l'activité cérébrale (électroencéphalogramme) des chouettes dans la nature. Les oiseaux sont particulièrement intéressants car ils ont développé, par évolution convergente, des phases de sommeil similaires à celles des mammifères. De manière semblable à ce qui a été montré chez les mammifères, j'ai découvert que le temps passé dans le sommeil paradoxal diminue avec l'âge des poussins. On pense que ceci est dû aux changements développementaux au niveau du cerveau. Cette trajectoire développementale semble refléter une caractéristique fondamentale du sommeil. J'ai également découvert une association entre l'un des gènes impliqué dans le mélanisme, exprimé dans les follicules plumeux (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), et les changements dans la structure du sommeil avec l'âge. Les poussins ayant un niveau d'expression génétique élevé de la PCSK2 présentent une structure du sommeil plus précoce et un taux de coloration dû à la mélanine plus élevé que des poussins avec un niveau d'expression moindre de la PCSK2. L'architecture du sommeil et le développement de la rythmicité dans le cerveau ainsi que l'activité physique sont également liés à la coloration des plumes des poussins et pourraient ainsi refléter des différences de stratégies d'histoire de vie, de comportements anti-prédateur et de vitesses développementales. Ainsi, des individus de coloration différente sembleraient traiter différemment les coûts et les bénéfices du sommeil, ce qui aurait des conséquences sur l'organisation cérébrale et pour finir, sur le succès reproducteur. Ces résultats devraient encourager les biologistes évolutionnistes à considérer le sommeil comme un important trait d'histoire de vie. Zusammenfassung Die Funktion von Schlaf ist noch unbekannt. Um mehr Einsicht in diese unter natürlichen Bedingungen zu bekommen, habe ich die Variation in der Schlafarchitektur und die Verknüpfung mit phänotypischen Merkmalen, die mit der Fitness zusammenhängen, studiert. Ich habe mir melanin-basierte Färbung angesehen, da die zugrunde liegende genetische Basis bekannt ist und somit die Möglichkeit gegeben ist, zu untersuchen, ob einige Gene beides regulieren, Färbung und Schlaf. Das melanocortin System generiert eine Kovariation zwischen melanin-basierter Färbung und anderen phänotypischer Merkmale wie Verhalten, Physiologie und Überlebensstrategien. Ich habe untersucht, ob dieses Gensystem an einer gleichzeitigen Steuerung von Färbung und Schlaf beteiligt ist. Dazu habe ich Schleiereulen (Tyto alba) studiert um einen möglichen Zusammenhang zwischen der Variation in der Pigmentierung und der Entwicklung des Schlafs unter natürlichen Bedingungen zu entdecken. Für diese Studie entwickelte ich eine Methode um die Gehirnaktivität (Elektroenzephalogramm) bei Eulen in der Natur aufzunehmen. Vögel sind besonders interessant, da sie die gleichen Schlafstadien aufweisen wie Säugetiere und diese unabhängig konvergent entwickelt haben. Genauso wie bei Säugetieren nahm die Dauer des sogenannten ,,rapid eye movement" (REM) - Schlafes mit zunehmendem Alter ab. Es wird angenommen, dass dieser Zusammenhang die Entwicklung des Gehirns widerspiegelt. Daher scheint dieses Entwicklungsmuster ein fundamentaler Aspekt von Schlaf zu sein. Zusätzlich entdeckte ich einen Zusammenhang zwischen der Aktivität eines Gens in den Federfollikeln (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), das für die Ausprägung schwarzer Punkte auf den Federn der Eulen verantwortlich ist, und den altersabhängigen Änderungen im Schlafmuster im Gehirn. Küken mit höherer Aktivität von PCSK2 zeigten eine frühreifere Schlafentwicklung und eine dunklere Färbung als Küken mit niedriger PCSK2 Aktivität. Die Architekture des Schlafes und die Entwicklung der Rhythmik im Gehirn und die der physischen Aktivität ist mit der Färbung des Gefieders von den Küken und ihren Eltern verknüpft. Dieses Muster während der Entwicklung kann Unterschiede in Überlebensstrategien, Feindabwehrverhalten und in der Entwicklungsgeschwindigkeit reflektieren. Unterschiedlich gefärbte Individuen könnten unterschiedliche Strategien haben um zwischen den Kosten und Nutzen von Schlaf zu entscheiden, was zu Unterschieden in der Gehirnstruktur führen kann und letztendlich zur Fitness. Diese Ergebnisse sollten Evolutionsbiologen stimulieren Schlaf als einen wichtigen Bestandteil des Lebens zu behandeln.

IL-17F co-expression improves cell growth characteristics and enhances recombinant protein production during CHO cell line engineering.

The generation of a high productivity cell line is a critical step in the production of a therapeutic protein. Many innovative engineering strategies have been devised in order to maximize the expression rate of production cells for increased process efficiency. Less effort has focused on improvements to the cell line generation process, which is typically long and laborious when using mammalian cells. Based on unexpected findings when generating stable CHO cell lines expressing human IL-17F, we studied the benefit of expressing this protein during the establishment of production cell lines. We demonstrate that IL-17F expression enhances the rate of selection and overall number of selected cell lines as well as their transgene expression levels. We also show that this benefit is observed with different parental CHO cell lines and selection systems. Furthermore, IL-17F expression improves the efficiency of cell line subcloning processes. IL-17F can therefore be exploited in a standard manufacturing process to obtain higher productivity clones in a reduced time frame.

Regulierungen an der Schnittstelle zwischen den Ressourcen Wald und Klima : Einflussfaktoren auf die Inwertsetzung der CO₂-Senkenleistung des Waldes

Les forêts dont le volume sur pied augmente contribuent à atténuer les changements climatiques et constituent un puits de carbone. En Suisse, seul très peu d'entreprises forestières valorisent le service de puits de carbone. Ce travail vise à chercher les raisons expliquant cette réticence. Les facteurs politiques et juridiques influençant les décisions des entreprises forestières sont analysées à l'aide du modèle des régimes institutionnels de ressource. Les résultats obtenus sont vérifiés et complétés à l'aide d'informations collectées lors d'interviews d'experts menées auprès d'entreprises forestières et décideurs politiques. Cette étude identifie des facteurs favorisant ou entravant la valorisation du service de puits de carbone des forêts et propose des options d'action.

L 'évolution des réserves énergétiques chez les ouvrières et les sexués de la fourmi d 'Argentine (Iridomyrmex humilis) (Mayr): une stratégie en relation avec le mode de fondation

Le poids sec, le rapport corps gras/poids sec et le contenu énergétique ou dernier stade larvaire. de le nymphe et de l'adulte ont été mesurés chez les reines. Les mâles et les ouvrières de la fourmi d'Argentine, une espèce caractérisée par une fondation de type dépendant. Deux principaux résultats ont été obtenus. En ce qui concerne les reines, nous avons montré qu'il existe une accumulation du corps gras entre l'émergence et l'accouplement toutefois cette augmentation du contenu énergétique se révèle moins importante chez cette espèce que chez celles qui possèdent une fondation de type indépendant. L'intérêt adaptatif de cette différence est discuté. En ce qui concerne les ouvrières adultes, c'est au moment de l'émergence que nous avons rencontré le plus de corps gras. En vieillissant les ouvrières perdent de l'énergie. On peut penser que ces variations sont en relation avec les tâches accomplies par les ouvrières, à l'rintéheur et à l'extérieur du nid.

Urgences psychiatriques ambulatoires : quelle évolution en dix ans ?

Au sein du département de psychiatrie du CHUV à Lausanne, les soins psychiatriques ont connu il y a dix ans une réorganisation majeure avec, d'une part, la création d'unités spécialisées par psychopathologies et d'autre part, l'implantation de l'urgence psychiatrique ambulatoire unifiée à l'hôpital général. A la veille de cette réorganisation, une analyse descriptive des patients se présentant aux portes d'entrée du système de soins psychiatriques avait été effectuée par le biais d'une étude menée par les Docteurs A. Berney et Ch. Bonsack du DP-CHUV, dans le but d'améliorer l'évaluation, la prise en charge et l'orientation des patients. Aujourd'hui, toujours dans un but d'optimisation, il semble important d'explorer les possibles changements intervenus en dix ans dans le profil des patients accédant au système d'urgences psychiatriques. Notre étude, basée sur le Health of Nation Outcome Scales (HoNOS), est une étude d'observation évaluant tous les patients consécutifs, sur une période de trois semaines en 2009, se présentant au service des urgences psychiatriques ambulatoires ou qui sont admis aux urgences médicochirurgicales du CHUV et pour lesquels une évaluation psychiatrique est requise. Seuls les patients âgés de 18 à 65 ans ont été inclus. L'analyse comprend les éléments suivants: profils des patients en 2009, comparaison entre patients se présentant aux urgences psychiatriques ou médicochirurgicales, différences par sexe, comparaison entre les échantillons de 1998 et 2009, discussion des résultats et revue de la littérature. Les résultats de l'étude et la comparaison avec l'étude effectuée en 1998 valident le bien- fondé du choix fait en 1998 de réunir sur un même lieu les deux structures d'urgence, urgences médicochirurgicales et psychiatriques. Nous constatons également une baisse du taux d'hospitalisation en hôpital psychiatrique, au profit d'une prise en charge ambulatoire du patient. Parallèlement, l'investigation psychosociale et l'investigation de l'environnement du patient ont pris toujours plus d'importance.

Mechanisms of HCF protein proteolytic maturation

Abstract : Post-translational modifications such as proteolytic processing, phosphorylation, and glycosylation, add extra layers of complexity to proteomes and allow a finely tuned regulation of the activity of many proteins. The evolutionarily conserved cell-cycle and transcriptional regulator HCP-] is regulated by proteolytic maturation via which a stable heterodirneric complex of two cleaved subunits is formed from a single precursor protein. The human HCF-1 precursor is cleaved at six nearly identical 26 amino acid sequence repeats, called HCF-1pro repeats, which represent uncommon protease recognition sites dedicated to human HCF-1 proteolysis. This proteolytic maturation process is conserved in vertebrate HCF-1 homologues and is essential for the functions of the human protein in cell-cycle regulation; the mechanisms that execute and control HCF-1 proteolysis, however, remain poorly understood. In this dissertation I investigate the mechanisms of proteolytic maturation of HCF-1 proteins in different species. I show that the Drosophila homolog of human HCF-1, called dHCP, is proteolytically cleaved via a different mechanism than human HCF-1. dHCP is processed by the same protease, called Taspase], which cleaves one of the key developmental regulators in flies, the Trithorax protein. Maturation of HCP proteins via Taspase] cleavage is probably not particular to dHCP as many invertebrate HCP proteins, particularly insects and flatworms, possess Taspase] recognition sites. In contrast, the vertebrate HCF-1 proteins lack Taspase] recognition sites and the HCF-1pro repeats are not Taspase1 substrates, suggesting that multiple mechanisms for HCF-1 proteolytic maturation have appeared during evolution. I also show that the proteolytic activity responsible for the cleavage of the HCP- 1pro repeats is very difficult to characterize, being resistant to most protease inhibitors and very sensitive to biochemical fractionation. Moreover, the HCF-1pro repeats represent complex protease recognition sites and I demonstrate that, in addition to be the HCF-1 cleavage sites, these repeated sequences, also recruit the OG1cNAc transferase OGT. The OGT protein and the OG1cNAc modification of HCF-1 are both important for HCF-1pro repeat proteolysis. Interestingly, a human recombinant OGT purified from insect cells is able to induce cleavage of a HCF-1pro-repeat precursor in vitro, indicating that OGT either (i) induces HCF-1 autoproteolysis,(ii) is the HCF-1pro- repeat proteolytic activity itself, or (iii) physically associates with a proteolytic activity that is conserved in insect cells. In any case, OGT plays an important role in HCF-1 proteolytic maturation and perhaps a broader role in HCF-1 biological function. Résumé : Les modifications post-traductionelles pomme le clivage protéolytique, la phosphorylation, et la glycosylation, augmentent significativement la complexité des protéomes et permettent une régulation fine de l'activité de beaucoup de protéines. La protéine HCF-1, qui est un régulateur du cycle cellulaire et de la transcription, est elle- même régulée par clivage protéolytique. La protéine HCF-1 est en effet coupée en deux sous-unités qui s'associent l'une a l'autre pour former la protéine mature. Le précurseur de la protéine HCF-1 humaine est clivé à six sites correspondant à six séquences répétées nommées les HCF-1pro repeats, chacune composée de 26 acide aminés. Les HCF-1pro- repeats ne ressemblent ai aucune séquence de clivage protéolytique connue et sont présentes seulement dans les protéines HCF-1 chez les vertébrés. Bien que la maturation protéolytique d'HCF-1 soit essentielle pour les activités de cette protéine pendant le cycle cellulaire, les mécanismes qui la contrôlent restent inconnus. Au cours de mon travail de thèse, j'ai analysé les mécanismes de clivage protéolytique des protéines HCF dans différentes espèces. J'ai montré que la protéine de Drosophile homologue d'HCF-1 humaine nommée dHCF est clivée par une protéase nommée Taspase1. Ainsi, dHCF est clivé par la même protéase que celle qui induit la maturation protéolytique d'un des principaux facteurs du développement chez la mouche, la protéine Trithorax. La maturation de dHCF via le clivage par la Taspase1 n'est pas spécifique à la mouche, mais est probablement étendu à plusieurs protéines HCF chez les invertébrés, surtout dans les familles des insectes et des plathehninthes, car ces protéines HCF présentent des sites de reconnaissance pour la Taspasel. Par contre, les protéines HCF-1 chez les vertébrés n'ont pas de sites de reconnaissance pour la Taspasel et cela suggère que différents mécanismes de maturation des protéines HCF- ls ont apparu au cours de l'évolution. J'ai montré aussi que les HCF-1pro-repeats sont clivés par une activité protéolytique très difficile a identifier, car elle est résistante à la plupart des inhibiteurs de protéases, mais elle est très sensible au fractionnement biochimique. En plus, les HCF-1pro-repeats sont un site de protéolyse complexe qui ne sert pas seulement au clivage des protéines HCF- chez les vertébrés mais aussi à recruter l'enzyme responsable de la O- GlcNAcylation nommée OGT. La protéine OGT et la O-GlcNAcylatio d'HCF-1 sont toutes les deux importantes pour le clivage protéolytique des HCF1pro-repeats. Curieusement, la protéine OGT humaine produite dans des cellules d'insectes est capable de cliver les HCF-1pro repeats in vitro et cela suggère que OGT soit (i) induit le clivage autocatalytique cl'HCF-1, soit (ii) est elle-même l'activité protéolytique qui clive HCF4, soit (iii) est associée à une activité protéolytique conservée dans les cellules d'insectes qui a été co-purifiée avec OGT. En conclusion, OGT joue un rôle important dans la maturation protéolytique d'HCF-1 et peut-être aussi un rôle plus large dans les fonctions biologiques de la protéine HCF-1.