Protection from lethal Gram-negative bacterial sepsis by targeting Toll-like receptor 4

Rapport de synthèse : L'immunité innée regroupe les mécanismes moléculaires et cellulaires formant la première ligne de défense contre les infections microbiennes. La détection des micro-organismes pathogènes est assurée par des cellules sentinelles (cellules dendritiques et macrophages) qui jouent un rôle fondamental dans l'initiation des mécanismes de défense de l'hôte. Au contact de produits microbiens, ces cellules produisent un large échantillonnage de molécules, dont des cytokines, impliquées dans le développement de la réponse inflammatoire. La régulation de cette réponse relève d'un équilibre délicat, son insuffisance tant que son excès pouvant compromettre le devenir des patients infectés. La sepsis sévère et le choc septique représentent les formes les plus sévères d'infection, et leur mortalité demeure élevée (25 à 30% pour la sepsis sévère et 50 à 60% pour le choc septique). De plus, l'incidence de la sepsis tend à augmenter, atteignant en 2000 plus de 240 cas pour 100'000 personnes en Grande-Bretagne. La sepsis est caractérisée dans sa phase aiguë par une réponse inflammatoire exubérante. La plupart des thérapies visant à la bloquer ont toutefois montré des bénéfices incertains lors de leur application clinique. Il est donc impératif d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Les "Toll-like receptors" (TLRs) sont une famille de récepteurs qui jouent un rôle fondamental dans la détection des micro-organismes par les cellules du système immunitaire inné. Parmi eux, TLR4 est indispensable à la reconnaissance du lipopolysaccharide (LPS) des bactéries Gram-négatives. L'interaction entre TLR4 et le LPS représentant un élément précoce de la réponse de l'hôte à l'infection, nous avons émit l'hypothèse que TLR4 pourrait représenter une cible de choix en vue du développement de nouvelles thérapies contre la sepsis. Dans l'objectif de valider ce concept, nous avons, dans un premier temps, démontré que des souris génétiquement déficientes en TLR4 étaient totalement résistantes au choc septique induit par Escherichia coli (E. coli), une bactérie Gram-négative fréquemment responsable de sepsis. Forts de cette observation, nous avons développé une molécule recombinante composée du domaine extracellulaire de TLR4 fusionné à la partie IgGi-Fc. Cette molécule soluble, qui inhibait la réponse des macrophages au LPS in vitro, a été utilisée pour générer des anticorps anti-TLR4 chez le lapin. La spécificité et l'efficacité de ces anticorps ont été prouvées en démontrant que les anti-TLR4 bloquaient les signaux d'activation intracellulaire et la production de TNF et d'IL-6 en réponse au LPS et aux bactéries Gram-négatives in vitro et in vivo. Enfin, l'efficacité des ces anticorps a été testée dans des modèles de sepsis chez la souris. Ainsi, l'injection prophylactique (-lh) ou thérapeutique (+3h) d'anticorps anti-TLR4 réduisait la production de TNF et protégeait les animaux de la mort. De manière spectaculaire, ces anticorps réduisaient également la production de TNF et protégeaient de la sepsis à E. coli lorsqu'ils étaient administrés de manière prophylactique (-4h) et thérapeutique, jusqu'à 13 heures après l'initiation de l'infection. Ces résultats indiquent donc qu'il est possible de bloquer le développement de la réponse inflammatoire et de protéger du choc septique à bactéries Gram-négatives en utilisant des thérapies ciblant TLR4. Par ailleurs, ils suggèrent qu'une fenêtre d'opportunité de plusieurs heures pourrait être mise à profit pour initier un traitement chez les patients septiques. Ces résultats devraient encourager la poursuite des essais cliniques en cours qui visent à tester l'efficacité de thérapies dirigées contre TLR4 comme traitement complémentaire de la sepsis.

Epigenetic regulation of the bacterial cell cycle.

N(6)-methyl-adenines can serve as epigenetic signals for interactions between regulatory DNA sequences and regulatory proteins that control cellular functions, such as the initiation of chromosome replication or the expression of specific genes. Several of these genes encode master regulators of the bacterial cell cycle. DNA adenine methylation is mediated by Dam in gamma-proteobacteria and by CcrM in alpha-proteobacteria. A major difference between them is that CcrM is cell cycle regulated, while Dam is active throughout the cell cycle. In alpha-proteobacteria, GANTC sites can remain hemi-methylated for a significant period of the cell cycle, depending on their location on the chromosome. In gamma-proteobacteria, most GATC sites are only transiently hemi-methylated, except regulatory GATC sites that are protected from Dam methylation by specific DNA-binding proteins.

Molecular phylogeography of the nose-horned viper (Vipera ammodytes, Linnaeus (1758)): evidence for high genetic diversity and multiple refugia in the Balkan peninsula

The nose-horned viper (Vipera ammodytes) occurs in a large part of the south-eastern Europe and Asia Minor. Phylogenetic relationships were reconstructed for a total of 59 specimens using sequences from three mitochondrial regions (16S and cytochrome b genes, and control region, totalling 2308 bp). A considerable number of clades were observed within this species, showing a large genetic diversity within the Balkan peninsula. Splitting of the basal clades was evaluated to about 4 million years ago. Genetic results are in contradiction with presently accepted taxonomy based on morphological characters: V. a. gregorwallneri and V. a. ruffoi do not display any genetic difference compared with the nominotypic subspecies (V. a. ammodytes), involving that these subspecies can be regarded as synonyms. High genetic divergence in the central part of the Balkan peninsula is not concordant with low morphological differentiation. Finally, the extensive genetic diversity within the Balkan peninsula and the colonisation routes are discussed

Diversity and structure of AMF communities as affected by tillage in a temperate soil.

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) were studied in differently tilled soils from a long-term field experiment in Switzerland. Diversity and structure of AMF communities were surveyed either directly on spores isolated from the field soil or on spores isolated from trap cultures, planted with different host plants. Single-spore cultures were established from the AMF spores obtained from trap cultures. Identification of the AMF was made by observation of spore morphology and confirmed by sequencing of ITS rDNA. At least 17 recognised AMF species were identified in samples from field and/or trap cultures, belonging to five genera of AMF--Glomus, Gigaspora, Scutellospora, Acaulospora, and Entrophospora. Tillage had a significant influence on the sporulation of some species and non- Glomus AMF tended to be more abundant in the no-tilled soil. The community structure of AMF in the field soil was significantly affected by tillage treatment. However, no significant differences in AMF diversity were detected among different soil tillage treatments. AMF community composition in trap cultures was affected much more by the species of the trap plant than by the original tillage treatment of the field soil. The use of trap cultures for fungal diversity estimation in comparison with direct observation of field samples is discussed.

Quaternary coral reef refugia preserved fish diversity.

The most prominent pattern in global marine biogeography is the biodiversity peak in the Indo-Australian Archipelago. Yet the processes that underpin this pattern are still actively debated. By reconstructing global marine paleoenvironments over the past 3 million years on the basis of sediment cores, we assessed the extent to which Quaternary climate fluctuations can explain global variation in current reef fish richness. Comparing global historical coral reef habitat availability with the present-day distribution of 6316 reef fish species, we find that distance from stable coral reef habitats during historical periods of habitat loss explains 62% of the variation in fish richness, outweighing present-day environmental factors. Our results highlight the importance of habitat persistence during periods of climate change for preserving marine biodiversity.

Good genes and good luck: Ammonoid diversity and the end-Permian mass extinction

The end-Permian mass extinction removed more than 80% of marine genera. Ammonoid cephalopods were among the organisms most affected by this crisis. The analysis of a global diversity data set of ammonoid genera covering about 106 million years centered on the Permian-Triassic boundary (PTB) shows that Triassic ammonoids actually reached levels of diversity higher than in the Permian less than 2 million years after the PTB. The data favor a hierarchical rather than logistic model of diversification coupled with a niche incumbency hypothesis. This explosive and nondelayed diversification contrasts with the slow and delayed character of the Triassic biotic recovery as currently illustrated for other, mainly benthic groups such as bivalves and gastropods.

The α1-adrenergic receptors: diversity of signaling networks and regulation.

The α(1)-adrenergic receptor (AR) subtypes (α(1a), α(1b), and α(1d)) mediate several physiological effects of epinephrine and norepinephrine. Despite several studies in recombinant systems and insight from genetically modified mice, our understanding of the physiological relevance and specificity of the α(1)-AR subtypes is still limited. Constitutive activity and receptor oligomerization have emerged as potential features regulating receptor function. Another recent paradigm is that β arrestins and G protein-coupled receptors themselves can act as scaffolds binding a variety of proteins and this can result in growing complexity of the receptor-mediated cellular effects. The aim of this review is to summarize our current knowledge on some recently identified functional paradigms and signaling networks that might help to elucidate the functional diversity of the α(1)-AR subtypes in various organs.

Cutting edge: cell autonomous rather than environmental factors control bacterial superantigen-induced T cell anergy in vivo.

Anergic T cells display a marked decrease in their ability to produce IL-2 and to proliferate in the presence of an appropriate antigenic signal. Two nonmutually exclusive classes of models have been proposed to explain the persistence of T cell anergy in vivo. While some reports indicate that anergic T cells have intrinsic defects in signaling pathways or transcriptional activities, other studies suggest that anergy is maintained by environmental "suppressor" factors such as cytokines or Abs. To distinguish between these conflicting hypotheses, we employed the well-characterized bacterial superantigen model system to evaluate in vivo the ability of a trace population of adoptively transferred naive or anergized T cells to proliferate in a naive vs anergic environment upon subsequent challenge. Our data clearly demonstrate that bacterial superantigen-induced T cell anergy is cell autonomous and independent of environmental factors.

A new green fluorescent protein-based bacterial biosensor for analysing phenanthrene fluxes.

The polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH)-degrading strain Burkholderia sp. RP007 served as host strain for the design of a bacterial biosensor for the detection of phenanthrene. RP007 was transformed with a reporter plasmid containing a transcriptional fusion between the phnS putative promoter/operator region and the gene encoding the enhanced green fluorescent protein (GFP). The resulting bacterial biosensor--Burkholderia sp. strain RP037--produced significant amounts of GFP after batch incubation in the presence of phenanthrene crystals. Co-incubation with acetate did not disturb the phenanthrene-specific response but resulted in a homogenously responding population of cells. Active metabolism was required for induction with phenanthrene. The magnitude of GFP induction was influenced by physical parameters affecting the phenanthrene flux to the cells, such as the contact surface area between solid phenanthrene and the aqueous phase, addition of surfactant, and slow phenanthrene release from Model Polymer Release System beads or from a water-immiscible oil. These results strongly suggest that the bacterial biosensor can sense different phenanthrene fluxes while maintaining phenanthrene metabolism, thus acting as a genuine sensor for phenanthrene bioavailability. A relationship between GFP production and phenanthrene mass transfer is proposed.

Absence of p53 gene mutations in a tumor panel representative of pilocytic astrocytoma diversity using a p53 functional assay.

Although p53-gene mutations occur with significant frequency in diffuse low-grade and high-grade astrocytomas, and are postulated to play an important role in tumorigenesis in these cases, the role of the p53 gene in pilocytic astrocytomas remains unclear. Published data using DNA-based assays for p53-gene analysis in these tumors have shown contradictory results in mutation frequency (0-14%). It is not known whether these heterogeneous results stem from the biological diversity of this tumor group or from technical problems. To re-evaluate p53-gene status in pilocytic tumors, we analyzed 18 tumors chosen to represent the clinical and biological heterogeneity of this tumor type with respect to anatomical location, patient age, gender, ethnic origin (Caucasian or Japanese) and the concomitant occurrence of neurofibromatosis type 1 (NF1). All primary tumors were histologically diagnosed as pilocytic astrocytoma (WHO grade I), except for one anaplastic pilocytic astrocytoma (WHO grade III) which developed in an NF1 patient and recurred as glioblastoma multiforme (WHO grade IV). p53 mutations were detected using an assay in yeast which tests the transcriptional activity of p53 proteins synthesized from tumor mRNA-derived p53-cDNA templates. None of 18 tumors, including 3 NF1-related tumors, showed p53-gene mutations between and including exons 4 and 11. We conclude that p53-gene mutations are extremely rare findings in pilocytic astrocytomas, and are absent even in those exceptional cases in which malignant progression of such tumors has occurred.

Multiscale assessment of plant diversity in wooded pastures of the Jura mountains

Résumé La diminution de la biodiversité, à toutes les échelles spatiales et sur l'ensemble de la planète, compte parmi les problèmes les plus préoccupants de notre époque. En terme de conservation, il est aujourd'hui primordial de mieux comprendre les mécanismes qui créent et maintiennent la biodiversité dans les écosystèmes naturels ou anthropiques. La présente étude a pour principal objectif d'améliorer notre compréhension des patrons de biodiversité végétale et des mécanismes sous jacents, dans un écosystème complexe, riche en espèces et à forte valeur patrimoniale, les pâturages boisés jurassiens. Structure et échelle spatiales sont progressivement reconnues comme des dimensions incontournables dans l'étude des patrons de biodiversité. De plus, ces deux éléments jouent un rôle central dans plusieurs théories écologiques. Toutefois, peu d'hypothèses issues de simulations ou d'études théoriques concernant le lien entre structure spatiale du paysage et biodiversité ont été testées de façon empirique. De même, l'influence des différentes composantes de l'échelle spatiale sur les patrons de biodiversité est méconnue. Cette étude vise donc à tester quelques-unes de ces hypothèses et à explorer les patrons spatiaux de biodiversité dans un contexte multi-échelle, pour différentes mesures de biodiversité (richesse et composition en espèces) à l'aide de données de terrain. Ces données ont été collectées selon un plan d'échantillonnage hiérarchique. Dans un premier temps, nous avons testé l'hypothèse élémentaire selon laquelle la richesse spécifique (le nombre d'espèces sur une surface donnée) est liée à l'hétérogénéité environnementale quelque soit l'échelle. Nous avons décomposé l'hétérogénéité environnementale en deux parties, la variabilité des conditions environnementales et sa configuration spatiale. Nous avons montré que, en général, la richesse spécifique augmentait avec l'hétérogénéité de l'environnement : elle augmentait avec le nombre de types d'habitats et diminuait avec l'agrégation spatiale de ces habitats. Ces effets ont été observés à toutes les échelles mais leur nature variait en fonction de l'échelle, suggérant une modification des mécanismes. Dans un deuxième temps, la structure spatiale de la composition en espèces a été décomposée en relation avec 20 variables environnementales et 11 traits d'espèces. Nous avons utilisé la technique de partition de la variation et un descripteur spatial, récemment développé, donnant accès à une large gamme d'échelles spatiales. Nos résultats ont montré que la structure spatiale de la composition en espèces végétales était principalement liée à la topographie, aux échelles les plus grossières, et à la disponibilité en lumière, aux échelles les plus fines. La fraction non-environnementale de la variation spatiale de la composition spécifique avait une relation complexe avec plusieurs traits d'espèces suggérant un lien avec des processus biologiques tels que la dispersion, dépendant de l'échelle spatiale. Dans un dernier temps, nous avons testé, à plusieurs échelles spatiales, les relations entre trois composantes de la biodiversité : la richesse spécifique totale d'un échantillon (diversité gamma), la richesse spécifique moyenne (diversité alpha), mesurée sur des sous-échantillons, et les différences de composition spécifique entre les sous-échantillons (diversité beta). Les relations deux à deux entre les diversités alpha, beta et gamma ne suivaient pas les relations attendues, tout du moins à certaines échelles spatiales. Plusieurs de ces relations étaient fortement dépendantes de l'échelle. Nos résultats ont mis en évidence l'importance du rapport d'échelle (rapport entre la taille de l'échantillon et du sous-échantillon) lors de l'étude des patrons spatiaux de biodiversité. Ainsi, cette étude offre un nouvel aperçu des patrons spatiaux de biodiversité végétale et des mécanismes potentiels permettant la coexistence des espèces. Nos résultats suggèrent que les patrons de biodiversité ne peuvent être expliqués par une seule théorie, mais plutôt par une combinaison de théories. Ils ont également mis en évidence le rôle essentiel joué par la structure spatiale dans la détermination de la biodiversité, quelque soit le composant de la biodiversité considéré. Enfin, cette étude souligne l'importance de prendre en compte plusieurs échelles spatiales et différents constituants de l'échelle spatiale pour toute étude relative à la diversité spécifique. Abstract The world-wide loss of biodiversity at all scales has become a matter of urgent concern, and improving our understanding of local drivers of biodiversity in natural and anthropogenic ecosystems is now crucial for conservation. The main objective of this study was to further our comprehension of the driving forces controlling biodiversity patterns in a complex and diverse ecosystem of high conservation value, wooded pastures. Spatial pattern and scale are central to several ecological theories, and it is increasingly recognized that they must be taken -into consideration when studying biodiversity patterns. However, few hypotheses developed from simulations or theoretical studies have been tested using field data, and the evolution of biodiversity patterns with different scale components remains largely unknown. We test several such hypotheses and explore spatial patterns of biodiversity in a multi-scale context and using different measures of biodiversity (species richness and composition), with field data. Data were collected using a hierarchical sampling design. We first tested the simple hypothesis that species richness, the number of species in a given area, is related to environmental heterogeneity at all scales. We decomposed environmental heterogeneity into two parts: the variability of environmental conditions and its spatial configuration. We showed that species richness generally increased with environmental heterogeneity: species richness increased with increasing number of habitat types and with decreasing spatial aggregation of those habitats. Effects occurred at all scales but the nature of the effect changed with scale, suggesting a change in underlying mechanisms. We then decomposed the spatial structure of species composition in relation to environmental variables and species traits using variation partitioning and a recently developed spatial descriptor, allowing us to capture a wide range of spatial scales. We showed that the spatial structure of plant species composition was related to topography at the coarsest scales and insolation at finer scales. The non-environmental fraction of the spatial variation in species composition had a complex relationship with several species traits, suggesting a scale-dependent link to biological processes, particularly dispersal. Finally, we tested, at different spatial scales, the relationships between different components of biodiversity: total sample species richness (gamma diversity), mean species .richness (alpha diversity), measured in nested subsamples, and differences in species composition between subsamples (beta diversity). The pairwise relationships between alpha, beta and gamma diversity did not follow the expected patterns, at least at certain scales. Our result indicated a strong scale-dependency of several relationships, and highlighted the importance of the scale ratio when studying biodiversity patterns. Thus, our results bring new insights on the spatial patterns of biodiversity and the possible mechanisms allowing species coexistence. They suggest that biodiversity patterns cannot be explained by any single theory proposed in the literature, but a combination of theories is sufficient. Spatial structure plays a crucial role for all components of biodiversity. Results emphasize the importance of considering multiple spatial scales and multiple scale components when studying species diversity.