Regulation of the cardiac voltage-gated sodium channel Nav1.5 : regulation of Nav1.5 by ubiquitin-protein ligases of the Nedd4/Nedd4-like family and characterisation of two novel mutations in the gene encoding Nav1.5 (SCN5A) implicated in the Brugada syndrome triggered by fever

Abstract: The genesis of the cardiac action potential, which accounts for the cardiac contraction, is due to the sodium current INa mediated by the voltage-gated sodium channel Nav1.5. Several cardiac arrhythmias such as the Brugada syndrome are known te be caused by mutations in SCN5A, the gene encoding Nav1.5. Studies of these mutations allowed a better understanding of biophysical and functional properties of Nav1.5. However, only few investigations have been performed in order to understand the regulation of Nav1.5. During my thesis, I investigated different mechanisms of regulation of Nav1.5 using a heterologous expression system, HEK293 cells, coupled with a technique of sodium current recording: the patch clamp in whole cell configuration. In previous studies it has been shown that an enzyme of the Nedd4 family (Nedd4-2) regulates an epithelial sodium channel via the interaction with PY-motifs present in the latter. Interestingly, Nav1.5 contains a similar PY-motif, which motivated us to study the role of Nedd4-2 expressed in heart for the regulation of Nav1.5. In a second study, we investigated the implication of two Nav1.5 mutants, which were either less functional or net functional (Nav1.5 R535X and Nav1.5 L325R respectively) implied in the genesis of the Brugada syndrome by fever. Our results established two mechanisms implied in Nav1.5 regulation. The first one implies that following the interaction between the PY-motif of Nav1.5 and Nedd4- 2 Nav1.5 is ubiquitinated by Nedd4-2. This ubiquitination leads to the internalization of Nav1 .5. The second mechanism is a phenomenon called the "dominant negative" effect of Nav1.5 L325R on Nay1.5 where the decrease of 'Na is potentially due to the retention of Nav1.5 by Nav1.5 L325R in an undefined intracellular compartment. These studies defined two mechanisms of Nav1.5 regulation, which could play an important role for the genesis of cardiac arrhythmias where molecular processes are still poorly understood. Résumé La genèse du potentiel d'action cardiaque, permettant la contraction cardiaque, est due au courant sodique INa issu des canaux sodiques cardiaques dépendants du voltage Nav1.5. Nombreuses arythmies cardiaques telles que le syndrome de Brugada sont connues pour être liées à des mutations du gène SCN5A, codant pour Nav1.5. L'étude de ces mutations a permis une meilleure compréhension des propriétés structurelles et fonctionnelles de Nav1.5 et leurs implications dans la genèse de ces pathologies. Néanmoins peu d'études ont été menées afin de comprendre les mécanismes de régulation de Nav1.5. Mon travail de thèse a consisté à étudier des mécanismes de régulation de Nav1.5 en utilisant un système d'expression hétérologue, les cellules HEK293, couplé à une technique d'enregistrement des courants sodiques, le "patch clamp" en configuration cellule entière. La présence sur Nav1.5 d'un motif-PY similaire à ceux nécessaires pour la régulation d'un canal épithélial sodique par une enzyme de la famille de Nedd4, nous a amenée à étudier le rôle de ces ubiquitine-ligases, en particulier Nedd4-2, dans la régulation de Nav1.5. La seconde étude s'est intéressée aux conséquences de deux mutations de SCN5A codant pour deux mutants peu ou pas fonctionnels (Nav1.5 L325R et Nav1.5 R535X respectivement) retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par un état fébrile. Nos résultats ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de Nav1.5 L'un par Nedd4-2 qui implique rubiquitination de Nav1.5 par cette ligase suite à l'interaction entre le motif-PY de Nav1.5 et Nedd4-2. Cette modification déclenche l'internalisation du canal impliquée dans la diminution d'INa. Le second mécanisme quant à lui est un effet "dominant négatif" de Nav1.5 L325R sur Nav1.5 aboutissant à une diminution d'INa suite à la séquestration intracellulaire potentielle de Nav1.5 par Nav1.5 L325R. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de Nav1.5 pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des arythmies cardiaques dont les processus moléculaires au sein des cardiomyocytes, impliquant des modifications du courant sodiques, sont encore mal compris. Résumé destiné à un large public La dépolarisation électrique de la membrane des cellules cardiaques permet la contraction du coeur. La génèse de cette activité électrique est due au courant sodique issu d'un type de canal à sodium situé dans la membrane des cellules cardiaques. De nombreuses pathologies provoquant des troubles du rythme cardiaque sont issues de mutations du gène qui code pour ce canal à sodium. Ces canaux mutants, entrainant diverses pathologies cardiaques telles que le syndrome de Brugada, ont été largement étudiées. Néanmoins, peu de travaux ont été réalisés sur les mécanismes de régulation de ce canal à sodium non muté. Mon travail de thèse a consisté à étudier certains des mécanismes de régulation de ce canal à sodium en utilisant une technique permettant l'enregistrement des courants sodiques issus de l'expression de ces canaux à sodium à la membrane de cellules mammifères. La présence sur ce canal à sodium d'une structure spécifique, similaire à celle nécessaire pour la régulation d'un canal épithélial à sodium par une enzyme appelée Nedd4-2, nous a amenée à étudier le rôle de cette enzyme dans la régulation de ce canal à sodium. La seconde étude s'est intéressée aux rôles de deux mutations du gène codant pour ce canal à sodium retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par la fièvre. Nos résultats nous ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium diminuant le courant sodique l'un par l'action de l'enzyme Nedd4-2, suite à son interaction avec ce canal, qui modifie ce canal à sodium (ubiquitination) diminuant de ce fait la densité membranaire du canal. L'autre par un mécanisme suggérant un effet négatif de l'un des canaux mutants sur l'expression à la membrane du canal à sodium non muté. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des troubles du rythme cardiaques dont les mécanismes cellulaires sont encore incompris.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.

The scaffold protein IB1/JIP-1 is a critical mediator of cytokine-induced apoptosis in pancreatic beta cells.

In insulin-secreting cells, cytokines activate the c-Jun N-terminal kinase (JNK), which contributes to a cell signaling towards apoptosis. The JNK activation requires the presence of the murine scaffold protein JNK-interacting protein 1 (JIP-1) or human Islet-brain 1(IB1), which organizes MLK3, MKK7 and JNK for proper signaling specificity. Here, we used adenovirus-mediated gene transfer to modulate IB1/JIP-1 cellular content in order to investigate the contribution of IB1/JIP-1 to beta-cell survival. Exposure of the insulin-producing cell line INS-1 or isolated rat pancreatic islets to cytokines (interferon-gamma, tumor necrosis factor-alpha and interleukin-1beta) induced a marked reduction of IB1/JIP-1 content and a concomitant increase in JNK activity and apoptosis rate. This JNK-induced pro-apoptotic program was prevented in INS-1 cells by overproducing IB1/JIP-1 and this effect was associated with inhibition of caspase-3 cleavage. Conversely, reducing IB1/JIP-1 content in INS-1 cells and isolated pancreatic islets induced a robust increase in basal and cytokine-stimulated apoptosis. In heterozygous mice carrying a selective disruption of the IB1/JIP-1 gene, the reduction in IB1/JIP-1 content in happloinsufficient isolated pancreatic islets was associated with an increased JNK activity and basal apoptosis. These data demonstrate that modulation of the IB1-JIP-1 content in beta cells is a crucial regulator of JNK signaling pathway and of cytokine-induced apoptosis.

Methicillin-resistant Staphylococcus aureus resensitization by protein synthesis inhibitors : proposal for a mechanism

RESUME Staphylococcus aureus est un important pathogène à gram-positif, à la fois responsable d'infections nosocomiales et communautaires. Le S. aureus résistant à la méthicilline est intrinsèquement résistant aux bêta-lactamines, inhibiteurs de la synthèse de la paroi bactérienne, grâce à une enzyme nouvellement acquise, la protéine liant la pénicilline 2A, caractérisée par une faible affinité pour ces agents et pouvant poursuivre la synthèse de la paroi, alors que les autres enzymes sont bloquées. Ce micro-organisme a également développé des résistances contre quasiment tous les antibiotiques couramment utilisés en clinique. Parallèlement au développement de molécules entièrement nouvelles, il peut être utile d'explorer d'éventuelles caractéristiques inattendues de médicaments déjà existants, par exemple en les combinant, dans l'espoir d'un potentiel effet synergique. Comprendre les mécanismes de tels effets synergiques pourrait contribuer à la justification de leur utilisation clinique potentielle. Récemment, un effet synergique contre le S. aureus résistant à la méthicilline a été décrit entre la streptogramine quinupristine-datfopristine et les bêta-lactamines, aussi bien in vitro qu'in vivo. Le présent travail a pour but de proposer un modèle pour le mécanisme de cette interaction positive et de l'étendre à d'autres classes d'antibiotiques. Premièrement, un certain nombre de méthodes microbiologiques ont permis de mieux cerner la nature de cette interaction, en montrant qu'elle agissait spécifiquement sur le S. aureus résistant à la méthicilline et qu'elle était restreinte à l'association entre inhibiteurs de la synthèse des protéines et bêta-lactamines. Deuxièmement, L'observation de l'influence des inhibiteurs de la synthèse des protéines sur la machinerie de la paroi bactérienne, c'est-à-dire sur l'expression des protéines liant la pénicilline, responsables de la synthèse du peptidoglycan, a montré une diminution de la quantité de ta protéine liant la pénicilline 2, connue pour posséder une activité de transglycosylation, indispensable au bon fonctionnement de la protéine liant la pénicilline 2A, responsable de la résistance à la méthicilline. Troisièmement, l'analyse fine de la composition du peptidoglycan extrait de bactéries, avant ou après traitement par des inhibiteurs de la synthèse des protéines, a montré des altérations corrélant avec leur capacité à agir en synergie avec les bêta-lactamines contre S. aureus résistant à ta méthicilline. Ces altérations dans les muropeptides pourraient représenter une signature de la diminution de la quantité de la protéine liant la pénicilline 2. Le modèle mécanistique retenu considère que les inhibiteurs de la synthèse des protéines pourraient diminuer l'expression de la protéine Liant la pénicilline 2, indispensable à la résistance à la méthiciltine, et que ce déséquilibre dans les enzymes synthétisant la paroi bactérienne pourrait générer une signature dans les muropeptides. SUMMARY Staphylococcus aureus is a major gram-positive pathogen causing both hospital-acquired and community-acquired infections. Methicillin- resistant Staphylococcus aureus is intrinsically resistant to the cell wall inhibitors beta-lactams by virtue of a newly acquired cell-wall-building enzyme, tow-affinity penicillin-binding protein 2A, which can build the wall when other penicillin-binding proteins are blocked. Moreover, the microorganism has developed resistance to virtually all non-experimental antibiotics. In addition of producing entirely new molecules, it is useful to explore unexpected features of existing drugs, for example by using them in combination, expecting drug synergisms. Understanding the mechanisms of such synergisms would help justify their putative clinical utilization. Recently, a synergism between the streptogramin quinupristin-dalfopristin and beta-lactams was reported against methicillin-resistant S. aureus, both in vitro and in vivo. The present work intends to propose a model for the mechanism of this positive interaction and to extend it to other drug classes. First, microbiological experimentation helped better defining the nature of this interaction, restricting it to methicillin-resistant S. aureus, and to the association of protein synthesis inhibitors with beta-lactams. Second, the observation of inhibitors of protein synthesis influence on the cell-wall-building machinery, i.e. on the expression of penicillin-binding proteins responsible for peptidoglycan synthesis, showed a decrease in the amount of penicillin-binding protein 2, known to provide a transglycosylase activity for glycan chain elongation, indispensable for the functionality of the low-affinity penicillin-binding protein 2A responsible for methicillin resistance. Third, the fine analysis of the peptidoglycan composition purified from bacteria before or after treatment with inhibitors of protein synthesis showed alterations that correlated with their ability to synergize with beta-lactams against methicillin-resistant S. aureus. These muropeptide alterations could be the signature of decrease in the amount of penicillin-binding protein 2. The retained mechanistic model is that inhibitors of protein synthesis could decrease the expression of penicillin-binding protein 2, wich is indispensable for methicillin-resistance, and that this imbalance in cell-wall-building enzymes could generate a muropeptide signature.

Analysis of a boundary protein delimiting chromatin domains in yeast

SUMMARY The expression state of a eukaryotic gene depends in part on its location in the chromosome. This position effect results from the organization of eukaryotic genomes into discrete functional domains, defined by local differences in chromatin structure. The expression of genes within each domain appears to be defined and maintained by the concerted action of regulatory elements such as promoters, enhancers, silencers and locus control regions. Individual domains may be bordered by boundary elements that separate regions of permissive and silent chromatin. When located next to chromosomal elements such as telomeres, genes can be subjected to epigenetic silencing. In yeast, this is mediated by the propagation of the SIR proteins from telomeres towards more centromeric regions. Particular transcription factors can protect downstream genes from silencing when tethered between the gene and the telomere, and they may thus act as chromatin domain boundaries. Here we have studied one of these transcription factors, CTF-1, that binds directly histone H3. A deletion mutagenesis localized the barrier activity to CTF-1 histone-binding domain. A saturating point mutagenesis of this domain identified several amino-acid substitutions that similarly inhibited the boundary and histone-binding activities. Chromatin immunoprecipitation experiments indicated that the barrier protein efficiently prevents the spreading of SIR proteins, and that it separates domains of hypoacetylated and hyperacetylated histones. Together, these results suggest a mechanism by which proteins such as CTF-1 may interact directly with histone H3 to prevent the propagation of a silent chromatin structure, thereby defining boundaries of permissive and silent chromatin domains. RESUME L'expression des gènes eucaryotes dépend en partie de leur localisation sur les chromosomes. Cet effet de position résulte de l'organisation des génomes eucaryotes en domaines fonctionnels, définis par des changements locaux au niveau de la structure de la chromatine. Dans chacun de ces domaines, l'expression des gènes est définie et maintenue par l'action concertée de différents éléments régulateurs tels que les promoteurs, les amplificateurs, les silenceurs et les locus control régions. Ces domaines peuvent être entourés par des éléments barrière, séparant les régions de chromatine répressive des régions permissive pour l'expression des gènes. Lorsqu'ils se situent à proximité d'éléments chromosomiques comme les telomères, les gènes peuvent être réprimés de manière épigénétique. Chez la levure, cette répression est établie par la propagation des protéines SIR depuis les télomères vers les régions centromériques. Certains facteurs de transcription peuvent empêcher la répression d'un gène, lorsqu'ils sont placés entre ce gène et le télomère. Nous avons étudié un de ces facteurs, CTF-1, qui a la particularité de lier directement l'histone H3. La délétion de certaines parties de CTF-1 a permis de déterminer que la région responsable de l'activité barrière correspond au domaine d'interaction avec H3. Plusieurs mutations points effectuées dans ce domaine inhibent à la fois l'activité barrière et la capacité de lier H3. Des expériences d'immuno-précipitation de la chromatine indiquent que la protéine barrière CTF-1 prévient efficacement la propagation des protéines SIR et sépare des domaines contenant des histones hypo-acétylées de ceux constitués d'histones hyper-acétylées. Ces résultats suggèrent que CTF-1 interagit directement avec l'histone H3 pour empêcher la propagation de la chromatine répressive, délimitant ainsi des domaines de chromatine permissive et des domaines de chromatine silencieuse.

Evidence for an episodic model of protein sequence evolution.

The evolution of protein function appears to involve alternating periods of conservative evolution and of relatively rapid change. Evidence for such episodic evolution, consistent with some theoretical expectations, comes from the application of increasingly sophisticated models of evolution to large sequence datasets. We present here some of the recent methods to detect functional shifts, using amino acid or codon models. Both provide evidence for punctual shifts in patterns of amino acid conservation, including the fixation of key changes by positive selection. Although a link to gene duplication, a presumed source of functional changes, has been difficult to establish, this episodic model appears to apply to a wide variety of proteins and organisms.

Strain-transcending Fc-dependent killing of Plasmodium falciparum by merozoite surface protein 2 allele-specific human antibodies.

It is widely accepted that antibody responses against the human parasitic pathogen Plasmodium falciparum protect the host from the rigors of severe malaria and death. However, there is a continuing need for the development of in vitro correlate assays of immune protection. To this end, the capacity of human monoclonal and polyclonal antibodies in eliciting phagocytosis and parasite growth inhibition via Fcγ receptor-dependent mechanisms was explored. In examining the extent to which sequence diversity in merozoite surface protein 2 (MSP2) results in the evasion of antibody responses, an unexpectedly high level of heterologous function was measured for allele-specific human antibodies. The dependence on Fcγ receptors for opsonic phagocytosis and monocyte-mediated antibody-dependent parasite inhibition was demonstrated by the mutation of the Fc domain of monoclonal antibodies against both MSP2 and a novel vaccine candidate, peptide 27 from the gene PFF0165c. The described flow cytometry-based functional assays are expected to be useful for assessing immunity in naturally infected and vaccinated individuals and for prioritizing among blood-stage antigens for inclusion in blood-stage vaccines.

Islet-brain1/C-Jun N-terminal kinase interacting protein-1 (IB1/JIP-1) promoter variant is associated with Alzheimer's disease.

Islet-brain1 (IB1) or c-Jun NH2 terminal kinase interacting protein-1 (JIP-1), the product of the MAPK8IP1 gene, functions as a neuronal scaffold protein to allow signalling specificity. IB1/JIP-1 interacts with many cellular components including the reelin receptor ApoER2, the low-density lipoprotein receptor-related protein (LRP), kinesin and the Alzheimer's amyloid precursor protein. Coexpression of IB1/JIP-1 with other components of the c-Jun NH2 terminal-kinase (JNK) pathway activates the JNK activity; conversely, selective disruption of IB1/JIP-1 in mice reduces the stress-induced apoptosis of neuronal cells. We therefore hypothesized that IB1/JIP-1 is a risk factor for Alzheimer's disease (AD). By immunocytochemistry, we first colocalized the presence of IB1/JIP-1 with JNK and phosphorylated tau in neurofibrillary tangles. We next identified a -499A>G polymorphism in the 5' regulatory region of the MAPK8IP1 gene. In two separate French populations the -499A>G polymorphism of MAPK8IP1 was not associated with an increased risk to AD. However, when stratified on the +766C>T polymorphism of exon 3 of the LRP gene, the IB1/JIP-1 polymorphism was strongly associated with AD in subjects bearing the CC genotype in the LRP gene. The functional consequences of the -499A>G polymorphism of MAPK8IP1 was investigated in vitro. In neuronal cells, the G allele increased transcriptional activity and was associated with an enhanced binding activity. Taken together, these data indicate that the increased transcriptional activity in the presence of the G allele of MAPK8IP1 is a risk factor to the onset of in patients bearing the CC genotype of the LRP gene.

Structural and functional studies of nonstructural protein 2 of the hepatitis C virus reveal its key role as organizer of virion assembly.

Non-structural protein 2 (NS2) plays an important role in hepatitis C virus (HCV) assembly, but neither the exact contribution of this protein to the assembly process nor its complete structure are known. In this study we used a combination of genetic, biochemical and structural methods to decipher the role of NS2 in infectious virus particle formation. A large panel of NS2 mutations targeting the N-terminal membrane binding region was generated. They were selected based on a membrane topology model that we established by determining the NMR structures of N-terminal NS2 transmembrane segments. Mutants affected in virion assembly, but not RNA replication, were selected for pseudoreversion in cell culture. Rescue mutations restoring virus assembly to various degrees emerged in E2, p7, NS3 and NS2 itself arguing for an interaction between these proteins. To confirm this assumption we developed a fully functional JFH1 genome expressing an N-terminally tagged NS2 demonstrating efficient pull-down of NS2 with p7, E2 and NS3 and, to a lower extent, NS5A. Several of the mutations blocking virus assembly disrupted some of these interactions that were restored to various degrees by those pseudoreversions that also restored assembly. Immunofluorescence analyses revealed a time-dependent NS2 colocalization with E2 at sites close to lipid droplets (LDs) together with NS3 and NS5A. Importantly, NS2 of a mutant defective in assembly abrogates NS2 colocalization around LDs with E2 and NS3, which is restored by a pseudoreversion in p7, whereas NS5A is recruited to LDs in an NS2-independent manner. In conclusion, our results suggest that NS2 orchestrates HCV particle formation by participation in multiple protein-protein interactions required for their recruitment to assembly sites in close proximity of LDs.

Pancreatic stone protein: a marker of organ failure and outcome in ventilator-associated pneumonia.

Background: Ventilator-associated pneumonia (VAP) is the most common hospital-acquired, life-threatening infection. Poor outcome and health-care costs of nosocomial pneumonia remain a global burden. Currently, physicians rely on their experience to discriminate patients with good and poor outcome. However, standardized prognostic measures might guide medical decisions in the future. Pancreatic stone protein (PSP)/regenerating protein (reg) is associated with inflammation, infection, and other disease-related stimuli. The prognostic value of PSP/reg among critically ill patients is unknown. The aim of this pilot study was to evaluate PSP/reg in VAP.Methods: One hundred one patients with clinically diagnosed VAP were assessed. PSP/reg was retrospectively analyzed using deep-frozen serum samples from VAP onset up to day 7. The main end point was death within 28 days after VAP onset.Results: Serum PSP/reg was associated with the sequential organ failure assessment score from VAP onset (Spearman rank correlation coefficient 0.49 P < .001) up to day 7. PSP/reg levels at VAP onset were elevated in nonsurvivors (n = 20) as compared with survivors (117.0 ng/mL [36.1-295.3] vs 36.3 ng/mL [21.0-124.0] P = .011). The areas under the receiver operating characteristic curves of PSP/reg to predict mortality/survival were 0.69 at VAP onset and 0.76 at day 7. Two PSP/reg cutoffs potentially allow for identification of individuals with a particularly good and poor outcome. Whereas PSP/reg levels below 24 ng/mL at YAP onset were associated with a good chance of survival, levels above 177 ng/mL at day 7 were present in patients with a very poor outcome.Conclusions: Serum PSP/reg is a biomarker related to organ failure and outcome in patients with VAP.

Insulin-like growth factor-I and C-reactive protein during pregnancy and maternal risk of non-epithelial ovarian cancer: a nested case-control study.

BACKGROUND: Insulin-like growth factor-I (IGF-I) and C-reactive protein (CRP) may be positively associated with the risk of epithelial ovarian cancer (EOC) but no previous studies have investigated their associations with non-epithelial ovarian cancers (NEOC). METHODS: A case-control study was nested within the Finnish Maternity Cohort. Case subjects were 58 women diagnosed with sex cord-stromal tumors (SCST) and 30 with germ cell tumors (GCT) after recruitment. Control subjects (144 for SCST and 74 for GCT) were matched for age, parity, and date of blood donation of the index case. RESULTS: Doubling of IGF-I concentration was not related to maternal risk of either SCST (OR 0.97, 95% CI 0.58-1.62) or GCT (OR 1.13, 95% CI 0.51-2.51). Similarly, doubling of CRP concentrations was not related to maternal risk of either SCST (OR 1.10, 95% CI 0.85-1.43) or GCT (OR 0.93, 95% CI 0.68-1.28). CONCLUSIONS: Pre-diagnostic IGF-I and CRP concentrations during the first trimester of pregnancy were not associated with increased risk of NEOC in the mother. Risk factors for NEOC may differ from those of EOC.

Molecular characterization of signalling complexes involved in G-protein coupled receptor-induced cardiac hypertrophy

In response to pathological stresses, the heart undergoes a remodelling process associated with cardiac hypertrophy. Since sustained hypertrophy can progress to heart failure, there is an intense investigation about the intracellular signalling pathways that control cardiomyocyte growth. Accumulating evidence has demonstrated that most stimuli known to initiate pathological changes associated with the development of cardiac hypertrophy activate G protein-coupled receptors (GPCRs) including the αl-adrenergic- (αl-AR), Angiotensin II- (AT-R) and endothelin-1- (ET-R) receptors. In this context, we have previously identified a cardiac scaffolding protein, called AKAP-Lbc (Α-kinase anchoring protein), with an intrinsic Rho specific guanine nucleotide exchange factor activity, that plays a key role in integrating and transducing hypertrophic signals initiated by these GPCRs (Appert-Collin, Cotecchia et al. 2007). Activated RhoA controls the transcriptional activation of genes involved in cardiomyocyte hypertrophy through signalling pathways that remain to be characterized. Here, we identified the nuclear factor-Kappa Β (NF-κΒ) activating kinase ΙΚΚβ as a novel AKAP-Lbc interacting protein. This raises the hypothesis that AKAP-Lbc might promote cardiomyocyte growth by maintaining a signalling complex that promotes the activation of the pro-hypertrophic transcription factor NF-κΒ. In fact, the activation of NF- κΒ-dependent transcription has been detected in numerous disease contexts, including hypertrophy, ischemia/reperfusion injury, myocardial infarction, allograft rejection, myocarditis, apoptosis, and more (Hall, Hasday et al. 2006). While it is known by more than a decade that NF-κΒ is a critical mediator of cardiac hypertrophy, it is currently poorly understood how pro-hypertrophic signals controlling NF-κΒ transcriptional activity are integrated and coordinated within cardiomyocytes. In this study, we show that AKAP-Lbc and ΙΚΚβ form a transduction complex in cardiomyocytes that couples activation of αl-ARs to NF-κB-mediated transcriptional reprogramming events associated with cardiomyocyte hypertrophy. In particular, we can show that activation of ΙΚΚβ within the AKAP-Lbc complex promotes NF-κB-dependent production of interleukine-6 (IL-6), which, in turn, enhances foetal gene expression. These findings indicate that the AKAP-Lbc/ΙΚΚβ complex is critical for selectively directing catecholamine signals to the induction of cardiomyocyte hypertrophy.

Neonatal adaptation of energy and protein metabolism

During the last decade, the development of "bedside" investigative methods, including indirect calorimetry, nutritional balance and stable isotope techniques, have given a new insight into energy and protein metabolism in the neonates. Neonates and premature infants especially, create an unusual opportunity to study the metabolic adaptation to extrauterine life because their physical environment can be controlled, their energy intake and energy expenditure can be measured and the link between their protein metabolism and the energetics of their postnatal growth can be assessed with accuracy. Thus, relatively abstract physiological concepts such as the postnatal timecourse of heat production, energy cost of growth, energy cost of physical activity, thermogenic effect of feeding, efficiency of protein gain, metabolic cost of protein gain and protein turnover have been quantified. These results show that energy expenditure and heat production rates increase postnatally from average values of 40 kcal/kgxday during the first week to 60 kcal/kgxday in the third week. This increase parellels nutritional intakes as well as the rate of weight gain. The thermogenic effect of feeding and the physical activity are relatively low and account only for an average of 5% each of the total heat production. The cost of protein turnover is the highest energy demanding process. The fact that nitrogen balance becomes positive within 72 hours after birth places the newborn in a transitional situation of dissociated balance between energy and protein metabolism: dry body mass and fat decrease while there is a gain in protein and increase in supine length. This particular situation ends during the second postnatal week and soon thereafter the rate of weight gain matches the statural growth. The goals of the following review are to summarize recent data on the physiological aspects of energy and protein metabolism directly related to the extrauterine adaptation, to describe experimental approaches which recently were adapted to the newborns in order to get "bedside results" and to discuss how far these results can help everyday's neonatal practice.

Clara cell protein and surfactant protein B in garbage collectors and in wastewater workers exposed to bioaerosols

OBJECTIVES: Inhalation of bioaerosols has been hypothesised to cause "toxic pneumonitis" that should increase lung epithelial permeability at the bronchioloalveolar level. Serum Clara cell protein (CC16) and serum surfactant protein B (SPB) have been proposed as sensitive markers of lung epithelial injury. This study was aimed at looking for increased lung epithelial permeability by determining CC16 and SPB in workers exposed to bioaerosols from wastewater or garbage. METHODS: Subjects (778 wastewater, garbage and control workers; participation 61%) underwent a medical examination, lung function tests [American Thoracic Society (ATS) criteria], and determination of CC16 and SPB. Symptoms of endotoxin exposure and several potential confounders (age, gender, smoking, kidney function, obesity) were looked for. Results were examined with multiple linear or logistic regression. RESULTS: Exposure to bioaerosols increased CC16 concentration in the wastewater workers. No effect of exposure on SPB was found. No clue to work-related respiratory diseases was found. CONCLUSIONS: The increase in CC16 in serum supports the hypothesis that bioaerosols cause subclinical "toxic pneumonitis", even at low exposure. [Authors]