Mutations of mitochondrial DNA as potential biomarkers in breast cancer.

BACKGROUND: Alterations of mitochondrial DNA (mtDNA) have been found in cancer patients, therefore informative mtDNA mutations could serve as biomarkers for the disease. MATERIALS AND METHODS: The two hypervariable regions HVR1 and HVR2 in the D-Loop region were sequenced in ten paired tissue and plasma samples from breast cancer patients. RESULTS: MtDNA mutations were found in all patients' samples, suggesting a 100% detection rate. Examining germline mtDNA mutations, a total of 85 mutations in the D-loop region were found; 31 of these mutations were detected in both tissues and matched plasma samples, the other 54 germline mtDNA mutations were found only in the plasma samples. Regarding somatic mtDNA mutations, a total of 42 mutations in the D-loop region were found in breast cancer tissues. CONCLUSION: Somatic mtDNA mutations in the D-loop region were detected in breast cancer tissues but not in the matched plasma samples, suggesting that more sensitive methods will be needed for such detection to be of clinical utility.

NPAS2 as a transcriptional regulator of non-rapid eye movement sleep: genotype and sex interactions.

Because the transcription factor neuronal Per-Arnt-Sim-type signal-sensor protein-domain protein 2 (NPAS2) acts both as a sensor and an effector of intracellular energy balance, and because sleep is thought to correct an energy imbalance incurred during waking, we examined NPAS2's role in sleep homeostasis using npas2 knockout (npas2-/-) mice. We found that, under conditions of increased sleep need, i.e., at the end of the active period or after sleep deprivation (SD), NPAS2 allows for sleep to occur at times when mice are normally awake. Lack of npas2 affected electroencephalogram activity of thalamocortical origin; during non-rapid eye movement sleep (NREMS), activity in the spindle range (10-15 Hz) was reduced, and within the delta range (1-4 Hz), activity shifted toward faster frequencies. In addition, the increase in the cortical expression of the NPAS2 target gene period2 (per2) after SD was attenuated in npas2-/- mice. This implies that NPAS2 importantly contributes to the previously documented wake-dependent increase in cortical per2 expression. The data also revealed numerous sex differences in sleep; in females, sleep need accumulated at a slower rate, and REMS loss was not recovered after SD. In contrast, the rebound in NREMS time after SD was compromised only in npas2-/- males. We conclude that NPAS2 plays a role in sleep homeostasis, most likely at the level of the thalamus and cortex, where NPAS2 is abundantly expressed.

Early stage primary bone lymphoma - a retrospective, multicenter rare cancer network (rcn) study

Purpose: Primary bone lymphoma (PBL) accounts for less than 1% of all malignant lymphomas, and 4-5% of all extra-nodal lymphomas. In this study, the disease profile, outcome, and prognostic factors were assessed in patients with stage I and II PBL.Patients and Methods: Thirteen Rare Cancer Network (RCN) institutions enrolled 116 consecutive patients with PBL treated between 1987 and 2008 in this study. Inclusion criteria were age > 16 years, stage I and II, minimum 6 months follow-up and a biopsy-proven confirmation of non-Hodgkin's lymphoma (NHL). Eighty-seven patients underwent chemoradiotherapy (CXRT), 15 radiotherapy (RT) without (13) or with (2) surgery, 14 chemotherapy (CXT) without (9) or with (5) surgery. Median RT dose was 40 Gy (range: 4-60). The median number of CXT cycles was 6 (range: 2-8). Median follow-up was 41 months (range: 6-242).Results: The overall response rate at the end of treatment was 91% (CR 74%, PR 17%). Local recurrence or progression was observed in 12 (10%) patients, and systemic recurrence in 17 (15%). Causes of death included disease progression in 21, unrelated in 5, CXT-related toxicity in 1, and second primary cancer in 2 patients. The 5-yr overall survival (OS), lymphoma-specific survival (LSS), and local control (LC) were 76%, 78% and 92%, respectively. In univariate analyses (log-rank test), favorable prognostic factors for OS were age <50 years (P=0.008), international prognostic index (IPI) score ≤1 (P=0.009), high grade histology (P=0.04), CXRT (P=0.05), CXT (P=0,0004), complete response (CR) (P<0.0001), number of CXT cycles ( ≥6 ) (P=0.01), and RT dose > 40 Gy (P=0.005). All above-mentioned parameters were also significant for LSS except for age and number of chemotherapy cycles. For LC, only CR and stage I were favorable factors. In multivariate analysis, IPI score, RT dose, complete response, and chemotherapy were independently influencing the outcome (OS and LSS). Complete response at the end of treatment was the only predicting factor for LC. Six patients developed grade 3 or more toxicities, according to Common Terminology Criteria for Adverse Events (CTCAE) V3.0.Conclusion: This large multicenter study confirms the relatively good prognosis of early stage PBL treated with combined CXRT. Local control was excellent, while systemic failures were rare. An adequate dose of RT (40 Gy or more) and complete CXT regime (≥ 6 cycles) were associated with better outcome.

Constitutively active mutants of the beta1-adrenergic receptor.

We provide the first evidence that point mutations can constitutively activate the beta(1)-adrenergic receptor (AR). Leucine 322 of the beta(1)-AR in the C-terminal portion of its third intracellular loop was replaced with seven amino acids (I, T, E, F, C, A and K) differing in their physico-chemical properties. The beta(1)-AR mutants expressed in HEK-293 cells displayed various levels of constitutive activity which could be partially inhibited by some beta-blockers. The results of this study might have interesting implications for future studies aiming at elucidating the activation process of the beta(1)-AR as well as the mechanism of action of beta-blockers.

Patterns of failure and outcome in patients with carcinoma of the anal margin.

BACKGROUND: To evaluate the outcome of patients with carcinoma of anal margin in terms of recurrence, survival, and radiation toxicity. METHODS: A series of 45 consecutive patients, with anal margin carcinoma treated between 1983 and 2006 with curative intent at two institutions, was retrospectively analyzed. A surgical excision (close or positive surgical margin in 22 out of 29 patients) was realized before radiotherapy (RT). RT consisted of definitive external beam RT (EBRT) in 36 patients, brachytherapy (BT) alone in two patients, and both BT and EBRT in seven patients. The median total radiation dose was 59.4 Gy (range, 30-74 Gy). RESULTS: The 5-year locoregional control (LRC) rate was 78% [95% confidence interval (CI), 64-93%]. The 5-year disease-specific survival (DSS) and overall survival (OS) rates were respectively 86% (95% CI, 72-99%) and 55% (95% CI, 44-66%). The overall anal conservation rate was 80% for the whole series. There was no significant association between local recurrence and patient age, histological grade, tumor size, T stage, overall treatment time, RT dose, or chemotherapy. Long-term side effects were observed in 15 patients (33%). Only three patients developed grade 3-4 late toxicity (CTCAE/NCI v3.0). Significant relationship was found between dose, and complication rate (48% for dose >or=59.4 Gy versus 8% for dose < 59.4 Gy; P = 0.03). CONCLUSIONS: We conclude that definitive RT and/or BT yield a good local control and disease-specific survival comparable with published data. This study suggests that radiation dose over 59.4 Gy seems to increase treatment-related morbidity.

Bayes factor for investigative assessment of selected handwriting features

This paper extends previous research [1] on the use of multivariate continuous data in comparative handwriting examinations, notably for gender classification. A database has been constructed by analyzing the contour shape of loop characters of type a and d by means of Fourier analysis, which allows characters to be described in a global way by a set of variables (e.g., Fourier descriptors). Sample handwritings were collected from right- and left-handed female and male writers. The results reported in this paper provide further arguments in support of the view that investigative settings in forensic science represent an area of application for which the Bayesian approach offers a logical framework. In particular, the Bayes factor is computed for settings that focus on inference of gender and handedness of the author of an incriminated handwritten text. An emphasis is placed on comparing the efficiency for investigative purposes of characters a and d.

Cooperative kinking at distant sites in mechanically stressed DNA.

In cells, DNA is routinely subjected to significant levels of bending and twisting. In some cases, such as under physiological levels of supercoiling, DNA can be so highly strained, that it transitions into non-canonical structural conformations that are capable of relieving mechanical stress within the template. DNA minicircles offer a robust model system to study stress-induced DNA structures. Using DNA minicircles on the order of 100 bp in size, we have been able to control the bending and torsional stresses within a looped DNA construct. Through a combination of cryo-EM image reconstructions, Bal31 sensitivity assays and Brownian dynamics simulations, we have been able to analyze the effects of biologically relevant underwinding-induced kinks in DNA on the overall shape of DNA minicircles. Our results indicate that strongly underwound DNA minicircles, which mimic the physical behavior of small regulatory DNA loops, minimize their free energy by undergoing sequential, cooperative kinking at two sites that are located about 180° apart along the periphery of the minicircle. This novel form of structural cooperativity in DNA demonstrates that bending strain can localize hyperflexible kinks within the DNA template, which in turn reduces the energetic cost to tightly loop DNA.

Postglacial recolonization of the Valais (Switzerland) by the shrew Sorex antinorii: is dispersal sex-biased? A preliminary study

One male inherited and 8 biparentaly inherited microsatellite markers developed in the shrew Sorex antinorii were used to analyse population of this species from the Valais mountainous region of Switzerland. The analysis of the Y-chromosome microsatellite showed a nearly complete absence of male gene flow between populations from the Simplon Pass and the St-Bernard pass. These results suggest that the recolonization of the Valais from the Italian refugia after the last Pleistocene glaciations has been done through these two potential routes. To complete these results, we studied the same samples, as well as additional samples from intermediate localities, with a female inherited mtDNA marker. The highly variable D-Loop region of mtDNA was sequenced in 44 individuals. This mtDNA marker does not show a clear geographical structuration. The populations of the intermediate valleys are genetically closer to the populations of the Simplon region for the male marker, but not for the mtDNA marker. Simplon appears to have been the first route of colonisation of Valais. Female-biased dispersal could explain our results. This preliminary study exemplifies the interest of the analysis of sex-specific genetic markers in phylogeography.

Pouchography, CT, and MRI features of ileal J pouch-anal anastomosis

OBJECTIVE: Our objective is to describe pouchography, CT, and MRI features of the J-shaped pouch, both normal and with pouch-related complications. CONCLUSION: Pouchography is performed before closure of the loop ileostomy to assess the integrity of the ileal pouch and anastomosis. CT and MRI can be performed when postoperative complications, such as small-bowel obstruction, pouchitis, leakage, abscess, intramural hematoma, desmoid tumor, or recurrent Crohn's disease, are suspected.

Étude du mécanisme de transport des cations par la Na, K-ATPase et de son implication dans la migraine familiale hémiplégique de type 2

Résumé La Na,K-ATPase est une protéine transmembranaire, présente dans toutes les cellules de mammifères et indispensable à la viabilité cellulaire. Elle permet le maintien des gradients sodiques et potassiques à l'origine du potentiel membranaire en transportant 3 Na+ en dehors de la cellule contre 2 K+, grâce à l'énergie fournie par l'hydrolyse d'une molécule d'ATP. Le potentiel membranaire est indispensable au maintien de l'excitabilité cellulaire et à la transmission de l'influx nerveux. Il semblerait que la Na,K-ATPase soit liée à l'hypertension et à certains troubles neurologiques comme la Migraine Familiale Hémiplégique (1VIFH). La MFH est une forme de migraine avec aura, qui se caractérise par une hémiparésie. Cette forme de migraine est très rare. Elle se transmet génétiquement sur un mode autosomique dominant. Plusieurs mutations localisées dans le gène de la Na,K-ATPase ont été identifiées durant ces 3 dernières années. C'est la première fois qu'une maladie génétique est associée au gène de la Na,K-ATPase. La compréhension du fonctionnement de cette protéine peut donner des informations sur les mécanismes conduisant à ces pathologies. On sait que la fonction d'une protéine est liée à sa structure. L'étude de sa fonction nécessite donc l'étude de sa structure. Alors que la structure de la SERCA a été déterminée à haute résolution, par cristallographie, celle de la Na,K-ATPase ne l'est toujours pas. Mais ces 2 ATPases présentent une telle homologie qu'un modèle de la Na,K-ATPase a pu être élaboré à partir de la structure de la SERCA. Les objectifs de cette étude sont d'une part, de comprendre le contrôle de l'accessibilité du K+ extracellulaire àses sites de liaison. Pour cela, nous avons ciblé cette étude sur la 2ìème et la 31eme boucle extracellulaire, qui relient respectivement les segments transmembranaires (STM) 3-4 et 5-6. Le choix s'est porté sur ces 2 boucles car elles bordent le canal des cations formés des 4ième' Sième et 6'ème hélices. D'autre part, nous avons également essayer de comprendre les effets des mutations, liées à la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2 (MFH2), sur la fonctionnalité de la Na,K-ATPase. Alors que les STM et les domaines cytoplasmiques sont relativement proches entre la Na,KATPase et la SERCA, les boucles extracellulaires présentent des différences. Le modèle n'est donc pas une approche fiable pour déterminer la structure et la fonction des régions extracellulaires. Nous avons alors utilisé une approche fonctionnelle faisant appel à la mutation dirigée puis à l'étude de l'activité fonctionnelle de la Na,K ATPase par électrophysiologie sur des ovocytes de Xenopus. En conclusion, nous pouvons dire que la troisième boucle extracellulaire participerait à la structure de la voie d'entrée des cations et que la deuxième boucle extracellulaire semble impliquée dans le contrôle de l'accessibilité des ions K+àses sites de liaison. Concernant les mutations associées à la MFH2, nos résultats ont montré une forte diminution de l'activité fonctionnelle de la pompe Na,K, inférieure aux conditions physiologiques de fonctionnement, et pour une des mutations nous avons observés une diminution de l'affmité apparente au K+ externe. Nous poumons faire l'hypothèse que l'origine pathologique de la migraine est liée à une diminution de l'activité de la pompe à Na+. Summary The Na,K-ATPase is a transmembrane protein, present in all mammalian cells and is necessary for the viability of the cells. It maintains the gradients of Na+ and K+ involved in the membrane potential, by transporting 3Na+ out the cell, and 2K+ into the cell, using the energy providing from one ATP molecule hydrolysis. The membrane potential is necessary for the cell excitability and for the transmission of the nervous signal. Some evidence show that Na,K-ATPase is involved in hypertension and neurological disorders like the Familial Hemiplegic Migraine (FHM). La FHM is a rare form of migraine characterised by aura and hemiparesis and an autosomal dominant transmission. Several mutations linked to the Na,KATPase gene have been identified during these 3 last years. It's the first genetic disorder associated with the Na,K-ATPase gene. Understand the function of this protein is important to elucidate the mechanisms implicated in these pathologies. The function of a protein is linked with its structure. Thus, to know the function of a protein, we need to know its structure. While the Ca-ATPase (SERCA) has been crystallised with a high resolution, the structure of the Na,K-ATPase is not known. Because of the great homology between these 2 ATPases, a model of the Na,K-ATPase was realised by comparing with the structure of the SERCA. The aim of this study is on one side, understand the control of the extracellular K+ accessibility to their binding sites. Because of theirs closed proximity with the cation pathway, located between the 4th, 5th and 6th helices, we have targeted this study on the 2nd and the 3rd extracellular loops linking respectively the transmembrane segment (TMS) 3 and 4, and the TMS 5 and 6. And on the other side, we have tried to understand the functional effects of mutations linked with the Familial Hemiplegic Migraine Type 2 (FHM2). In contrast with the transmembrane segments and the cytoplasmic domains, the extracellular loops show lots of difference between Na,K-ATPase and SERCA, the model is not a good approach to know the structure and the function of the extracellular loops. Thus, we have used a functional approach consisting in directed mutagenesis and the study of the functional activity of the Na,K-ATPase by electrophysiological techniques with Xenopus oocytes. In conclusion, we have demonstrated that the third extracellular loop could participate in the structure of the entry of the cations pathway and that the second extracellular loop could control the K+ accessibility to their binding sites. Concerning the mutations associated with the FHM2, our results showed a strong decrease in the functional activity of the Na,K-pump under physiological conditions and for one of mutations, induce a decrease in the apparent external K+ affinity. We could make the hypothesis that the pathogenesis of migraine is related to the decrease in Na,K-pump activity. Résumé au large publique De la même manière que l'assemblage des mots forme des phrases et que l'assemblage des phrases forme des histoires, l'assemblage des cellules forme des organes et l'ensemble des organes constitue les êtres vivants. La fonction d'une cellule dans le corps humain peut se rapprocher de celle d'une usine hydroélectrique. La matière première apportée est l'eau, l'usine électrique va ensuite convertir l'eau en énergie hydraulique pour fournir de l'électricité. Le fonctionnement de base d'une cellule suit le même processus. La cellule a besoin de matières premières (oxygène, nutriments, eau...) pour produire une énergie sous forme chimique, l'ATP. Cette énergie est utilisée par exemple pour contracter les muscles et permet donc à l'individu de se déplacer. Morphologiquement la cellule est une sorte de petit sac rempli de liquide (milieu intracellulaire) baignant elle-même dans le liquide (milieu extracellulaire) composant le corps humain (un adulte est constitué environ de 65 % d'eau). La composition du milieu intracellulaire est différente de celle du milieu extracellulaire. Cette différence doit être maintenue pour que l'organisme fonctionne correctement. Une des différences majeures est la quantité de sodium. En effet il y a beaucoup plus de sodium à l'extérieur qu'à l'intérieur de la cellule. Bien que l'intérieur de la cellule soit isolé de l'extérieur par une membrane, le sodium arrive à passer à travers cette membrane, ce qui a tendance à augmenter la quantité de sodium dans la cellule et donc à diminuer sa différence de concentration entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire. Mais dans les membranes, il existe des pompes qui tournent et dont le rôle est de rejeter le sodium de la cellule. Ces pompes sont des protéines connues sous le nom de pompe à sodium ou Na,K-ATPase. On lui attribue le nom de Na,K-ATPase car en réalité elle rejette du sodium (Na) et en échange elle fait entrer dans la cellule du potassium (K), et pour fonctionner elle a besoin d'énergie (ATP). Lorsque les pompes à sodium ne fonctionnent pas bien, cela peut conduire à des maladies. En effet la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2, est une migraine très rare qui se caractérise par l'apparition de la paralysie de la moitié d'un corps avant l'apparition du mal de tête. C'est une maladie génétique (altération qui modifie la fonction d'une protéine) qui touche la pompe à sodium située dans le cerveau. On a découvert que certaines altérations (mutations) empêchent les pompes à sodium de fonctionner correctement. On pense alors que le développement des migraines est en partie dû au fait que ces pompes fonctionnent moins bien. Il est important de bien connaître la fonction de ces pompes car cela permet de comprendre des mécanismes pouvant conduire à certaines maladies, comme les migraines. En biologie, la fonction d'une protéine est étudiée à travers sa structure. C'est pourquoi l'objectif de cette thèse a été d'étudier la structure de la Na,K-ATPase afin de mieux comprendre son mécanisme d'action.

Assessing the Functionality and Biocompatibility of a Wireless Contact Lens Sensor for 24 hour-intraocular Pressure Monitoring in Volunteers: Preliminary Results

Purpose: In vitro studies in porcine eyes have demonstrated a good correlation between induced intraocular pressure variations and corneal curvature changes, using a contact lens with an embedded microfabricated strain gauge. Continuous 24 hour-intraocular pressure (IOP) monitoring to detect large diurnal fluctuation is currently an unmet clinical need. The aims of this study is to evaluate precision of signal transmission and biocompatibility of 24 hour contact lens sensor wear (SENSIMED Triggerfish®) in humans. Methods: After full eye examination in 10 healthy volunteers, a 8.7 mm radius contact lens sensor and an orbital bandage containing a loop antenna were applied and connected to a portable recorder. Best corrected visual acuity and position, lubrication status and mobility of the sensor were assessed after 5 and 30 minutes, 4, 7 and 24 hours. Subjective comfort was scored and activities documented in a logbook. After sensor removal full eye examination was repeated, and the registration signal studied. Results: The comfort score was high and did not fluctuate significantly, except at the 7 hour-visit. The mobility of the contact lens was minimal but its lubrication remained good. Best corrected visual acuity was significantly reduced during the sensor wear and immediately after its removal. Three patients developed mild corneal staining. In all but one participant we obtained a registration IOP curve with visible ocular pulse amplitude. Conclusions: This 24 hour-trial confirmed the functionality and biocompatibility of SENSIMED Triggerfish® wireless contact lens sensor for IOP-fluctuation monitoring in volunteers. Further studies with a range of different contact lens sensor radii are indicated.

Clinal variation in a brown lemur (Eulemur spp.) hybrid zone: Combining morphological, genetic and climatic data to examine stability.

Studies of hybrid zones can inform our understanding of reproductive isolation and speciation. Two species of brown lemur (Eulemur rufifrons and E. cinereiceps) form an apparently stable hybrid zone in the Andringitra region of south-eastern Madagascar. The aim of this study was to identify factors that contribute to this stability. We sampled animals at 11 sites along a 90-km transect through the hybrid zone and examined variation in 26 microsatellites, the D-loop region of mitochondrial DNA, six pelage and nine morphological traits; we also included samples collected in more distant allopatric sites. Clines in these traits were noncoincident, and there was no increase in either inbreeding coefficients or linkage disequilibrium at the centre of the zone. These results could suggest that the hybrid zone is maintained by weak selection against hybrids, conforming to either the tension zone or geographical selection-gradient model. However, a closer examination of clines in pelage and microsatellites indicates that these clines are not sigmoid or stepped in shape but instead plateau at their centre. Sites within the hybrid zone also occur in a distinct habitat, characterized by greater seasonality in precipitation and lower seasonality in temperature. Together, these findings suggest that the hybrid zone may follow the bounded superiority model, with exogenous selection favouring hybrids within the transitional zone. These findings are noteworthy, as examples supporting the bounded superiority model are rare and may indicate a process of ecologically driven speciation without geographical isolation.

Régulation du canal à sodium épithélial par le sodim extracellulaire et développement d'un microsystème intégré pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes de "Xenopus laevis"

Résumé : La première partie de ce travail de thèse est consacrée au canal à sodium épithélial (ENaC), l'élément clé du transport transépithélial de Na+ dans le néphron distal, le colon et les voies aériennes. Ce canal est impliqué dans certaines formes génétiques d'hypo- et d'hypertension (PHA I, syndrome de Liddle), mais aussi, indirectement, dans la mucoviscidose. La réabsorption transépithéliale de Na+ est principalement régulée par des hormones (aldostérone, vasopressine), mais aussi directement par le Na+, via deux phénomènes distincts, la « feedback inhibition » et la « self-inhibition » (SI). Ce second phénomène est dépendant de la concentration de Na+ extracellulaire, et montre une cinétique rapide (constante de temps d'environ 3 s). Son rôle physiologique serait d'assurer l'homogénéité de la réabsorption de Na+ et d'empêcher que celle-ci soit excessive lorsque les concentrations de Na+ sont élevées. Différents éléments appuient l'hypothèse de la présence d'un site de détection de la concentration du Na+ extracellulaire sur ENaC, gouvernant la SI. L'objectif de ce premier projet est de démontrer l'existence du site de détection impliqué dans la SI et de déterminer ses propriétés physiologiques et sa localisation. Nous avons montré que les caractéristiques de la SI (en termes de sélectivité et affinité ionique) sont différentes des propriétés de conduction du canal. Ainsi, nos résultats confirment l'hypothèse de l'existence d'un site de détection du Na+ (responsable de la transmission de l'information au mécanisme de contrôle de l'ouverture du canal), différent du site de conduction. Par ailleurs, ce site présente une affinité basse et indépendante du voltage pour le Na+ et le Li+ extracellulaires. Le site semble donc être localisé dans le domaine extracellulaire, plutôt que transmembranaire, de la protéine. L'étape suivante consiste alors à localiser précisément le site sur le canal. Des études précédentes, ainsi que des résultats préliminaires récemment obtenus, mettent en avant le rôle dans la self-inhibition du premiers tiers des boucles extracellulaires des sous-unités α et γ du canal. Le second projet tire son origine des limitations de la méthode classique pour l'étude des canaux ioniques, après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis, par la méthode du voltage-clamp à deux électrodes, en particulier les limitations dues à la lenteur des échanges de solutions. En outre, cette méthode souffre de nombreux désavantages (manipulations délicates et peu rapides, grands volumes de solution requis). Plusieurs systèmes améliorés ont été élaborés, mais aucun ne corrige tous les désavantages de la méthode classique Ainsi, l'objectif ici est le développement d'un système, pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes, présentant les caractéristiques suivantes : manipulation des cellules facilitée et réduite, volumes de solution de perfusion faibles et vitesse rapide d'échange de la perfusion. Un microsystème intégré sur une puce a été élaboré. Ces capacités de mesure ont été testées en utilisant des ovocytes exprimant ENaC. Des résultats similaires (courbes IV, courbes dose-réponse au benzamil) à ceux obtenus avec le système traditionnel ont été enregistrés avec le microsystème. Le temps d'échange de solution a été estimé à ~20 ms et des temps effectifs de changement ont été déterminés comme étant 8 fois plus court avec le nouveau système comparé au classique. Finalement, la SI a été étudiée et il apparaît que sa cinétique est 3 fois plus rapide que ce qui a été estimé précédemment avec le système traditionnel et son amplitude de 10 à 20 % plus importante. Le nouveau microsystème intégré apparaît donc comme adapté à la mesure électrophysiologique sur ovocytes de Xenopus, et possèdent des caractéristiques appropriées à l'étude de phénomènes à cinétique rapide, mais aussi à des applications de type « high throughput screening ». Summary : The first part of the thesis is related to the Epithelial Sodium Channel (ENaC), which is a key component of the transepithelial Na+ transport in the distal nephron, colon and airways. This channel is involved in hypo- and hypertensive syndrome (PHA I, Liddle syndrome), but also indirectly in cystic fibrosis. The transepithelial reabsorption of Na+ is mainly regulated by hormones (aldosterone, vasopressin), but also directly by Na+ itself, via two distinct phenomena, feedback inhibition and self-inhibition. This latter phenomenon is dependant on the extracellular Na+ concentration and has rapid kinetics (time constant of about 3 s). Its physiological role would be to prevent excessive Na+ reabsorption and ensure this reabsorption is homogenous. Several pieces of evidence enable to propose the hypothesis of an extracellular Na+ sensing site on ENaC, governing self-inhibition. The aim of this first project is to demonstrate the existence of the sensing site involved in self-inhibition and to determine its physiological properties and localization. We show self-inhibition characteristics (ionic selectivity and affinity) are different from the conducting properties of the channel. Our results support thus the hypothesis that the Na+ sensing site (responsible of the transmission of the information about the extracellular Na+ concentration to the channel gating mechanism), is different from the channel conduction site. Furthermore, the site has a low and voltage-insensitive affinity for extracellular Na+ or Li+. This site appears to be located in the extracellular domain rather than in the transmembrane part of the channel protein. The next step is then to precisely localize the site on the channel. Some previous studies and preliminary results we recently obtained highlight the role of the first third of the extracellular loop of the α and γ subunits of the channel in self-inhibition. The second project originates in the limitation of the classical two-electrode voltageclamp system classically used to study ion channels expressed in Xenopus /aevis oocytes, in particular limitations related to the slow solution exchange time. In addition, this technique undergoes several drawbacks (delicate manipulations, time consumption volumes). Several improved systems have been built up, but none corrected all these detriments. The aim of this second study is thus to develop a system for electrophysiological study on oocytes featuring an easy and reduced cell handling, small necessary perfusion volumes and fast fluidic exchange. This last feature establishes the link with the first project, as it should enable to improve the kinetics analysis of self-inhibition. A PDMS chip-based microsystem has been elaborated. Its electrophysiological measurement abilities have been tested using oocytes expressing ENaC. Similar measurements (IV curves of benzamil-sensitive currents, benzamil dose-response curves) have been obtained with this system, compared to the traditional one. The solution exchange time has been estimated at N20 ms and effective exchange times (on inward currents) have been determined as 8 times faster with the novel system compared to the classical one. Finally, self-inhibition has been studied and it appears its kinetics is 3 times faster and its amplitude 10 to 20 % higher than what has been previously estimated with the traditional system. The novel integrated microsystem appears therefore to be convenient for electrophysiological measurement on Xenopus oocytes, and displays features suitable for the study of fast kinetics phenomenon, but also high throughput screening applications. Résumé destiné large public : Le corps humain est composé d'organes, eux-mêmes constitués d'un très grand nombre de cellules. Chaque cellule possède une paroi appelée membrane cellulaire qui sépare l'intérieur de cette cellule (milieu intracellulaire) du liquide (milieu extracellulaire) dans lequel elle baigne. Le maintien de la composition stable de ce milieu extracellulaire est essentiel pour la survie des cellules et donc de l'organisme. Le sodium est un des composants majeurs du milieu extracellulaire, sa quantité dans celui-ci doit être particulièrement contrôlée. Le sodium joue en effet un rôle important : il conditionne le volume de ce liquide extracellulaire, donc, par la même, du sang. Ainsi, une grande quantité de sodium présente dans ce milieu va de paire avec une augmentation du volume sanguin, ce qui conduit l'organisme à souffrir d'hypertension. On se rend donc compte qu'il est très important de contrôler la quantité de sodium présente dans les différents liquides de l'organisme. Les apports de sodium dans l'organisme se font par l'alimentation, mais la quantité de sodium présente dans le liquide extracellulaire est contrôlée de manière très précise par le rein. Au niveau de cet organe, on appelle urine primaire le liquide résultant de la filtration du sang. Elle contient de nombreuses substances, des petites molécules, dont l'organisme a besoin (sodium, glucose...), qui sont ensuite récupérées dans l'organe. A la sortie du rein, l'urine finale ne contient plus que l'excédent de ces substances, ainsi que des déchets à éliminer. La récupération du sodium est plus ou moins importante, en fonction des ajustements à apporter à la quantité présente dans le liquide extracellulaire. Elle a lieu grâce à la présence de protéines, dans les membranes des cellules du rein, capables de le transporter et de le faire transiter de l'urine primaire vers le liquide extracellulaire, qui assurera ensuite sa distribution dans l'ensemble de l'organisme. Parmi ces protéines « transporteurs de sodium », nous nous intéressons à une protéine en particulier, appelée ENaC. Il a été montré qu'elle jouait un rôle important dans cette récupération de sodium, elle est en effet impliquée dans des maladies génétiques conduisant à l'hypo- ou à l'hypertension. De précédents travaux ont montré que lorsque le sodium est présent en faible quantité dans l'urine primaire, cette protéine permet d'en récupérer une très grande partie. A l'inverse, lorsque cette quantité de sodium dans l'urine primaire est importante, sa récupération par le biais d'ENaC est réduite. On parle alors d'autorégulation : la protéine elle-même est capable d'adapter son activité de transport en fonction des conditions. Ce phénomène d'autorégulation constitue a priori un mécanisme préventif visant à éviter une trop grande récupération de sodium, limitant ainsi les risques d'hypertension. La première partie de ce travail de thèse a ainsi consisté à clarifier le mécanisme d'autorégulation de la protéine ENaC. Ce phénomène se caractérise en particulier par sa grande vitesse, ce qui le rend difficile à étudier par les méthodes traditionnelles. Nous avons donc, dans une deuxième partie, développé un nouveau système permettant de mieux décrire et analyser cette « autorégulation » d'ENaC. Ce second projet a été mené en collaboration avec l'équipe de Martin Gijs de l'EPFL.

Strigolactone Promotes Degradation of DWARF14, an α/β Hydrolase Essential for Strigolactone Signaling in Arabidopsis.

Strigolactones (SLs) are phytohormones that play a central role in regulating shoot branching. SL perception and signaling involves the F-box protein MAX2 and the hydrolase DWARF14 (D14), proposed to act as an SL receptor. We used strong loss-of-function alleles of the Arabidopsis thaliana D14 gene to characterize D14 function from early axillary bud development through to lateral shoot outgrowth and demonstrated a role of this gene in the control of flowering time. Our data show that D14 distribution in vivo overlaps with that reported for MAX2 at both the tissue and subcellular levels, allowing physical interactions between these proteins. Our grafting studies indicate that neither D14 mRNA nor the protein move over a long range upwards in the plant. Like MAX2, D14 is required locally in the aerial part of the plant to suppress shoot branching. We also identified a mechanism of SL-induced, MAX2-dependent proteasome-mediated degradation of D14. This negative feedback loop would cause a substantial drop in SL perception, which would effectively limit SL signaling duration and intensity.