Mutations in the DNA-binding domain of NR2E3 affect in vivo dimerization and interaction with CRX.

BACKGROUND: NR2E3 (PNR) is an orphan nuclear receptor essential for proper photoreceptor determination and differentiation. In humans, mutations in NR2E3 have been associated with the recessively inherited enhanced short wavelength sensitive (S-) cone syndrome (ESCS) and, more recently, with autosomal dominant retinitis pigmentosa (adRP). NR2E3 acts as a suppressor of the cone generation program in late mitotic retinal progenitor cells. In adult rod photoreceptors, NR2E3 represses cone-specific gene expression and acts in concert with the transcription factors CRX and NRL to activate rod-specific genes. NR2E3 and CRX have been shown to physically interact in vitro through their respective DNA-binding domains (DBD). The DBD also contributes to homo- and heterodimerization of nuclear receptors. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We analyzed NR2E3 homodimerization and NR2E3/CRX complex formation in an in vivo situation by Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET(2)). NR2E3 wild-type protein formed homodimers in transiently transfected HEK293T cells. NR2E3 homodimerization was impaired in presence of disease-causing mutations in the DBD, except for the p.R76Q and p.R104W mutant proteins. Strikingly, the adRP-linked p.G56R mutant protein interacted with CRX with a similar efficiency to that of NR2E3 wild-type and p.R311Q proteins. In contrast, all other NR2E3 DBD-mutant proteins did not interact with CRX. The p.G56R mutant protein was also more effective in abolishing the potentiation of rhodospin gene transactivation by the NR2E3 wild-type protein. In addition, the p.G56R mutant enhanced the transrepression of the M- and S-opsin promoter, while all other NR2E3 DBD-mutants did not. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: These results suggest different disease mechanisms in adRP- and ESCS-patients carrying NR2E3 mutations. Titration of CRX by the p.G56R mutant protein acting as a repressor in trans may account for the severe clinical phenotype in adRP patients.

Disrupting the EMMPRIN (CD147)-cyclophilin A interaction reduces infarct size and preserves systolic function after myocardial ischemia and reperfusion.

Objective-Inflammation and proteolysis crucially contribute to myocardial ischemia and reperfusion injury. The extracellular matrix metalloproteinase inducer EMMPRIN (CD147) and its ligand cyclophilin A (CyPA) may be involved in both processes. The aim of the study was to characterize the role of the CD147 and CyPA interplay in myocardial ischemia/reperfusion (I/R) injury.Methods and Results-Immunohistochemistry showed enhanced expression of CD147 and CyPA in myocardial sections from human autopsies of patients who had died from acute myocardial infarction and from mice at 24 hours after I/R. At 24 hours and 7 days after I/R, the infarct size was reduced in CD147(+/-) mice vs CD147(+/+) mice (C57Bl/6), in mice (C57Bl/6) treated with monoclonal antibody anti-CD147 vs control monoclonal antibody, and in CyPA(-/-) mice vs CyPA(+/+) mice (129S6/SvEv), all of which are associated with reduced monocyte and neutrophil recruitment at 24 hours and with a preserved systolic function at 7 days. The combination of CyPA(-/-) mice with anti-CD147 treatment did not yield further protection compared with either inhibition strategy alone. In vitro, treatment with CyPA induced monocyte chemotaxis in a CD147-and phosphatidylinositol 3-kinase-dependent manner and induced monocyte rolling and adhesion to endothelium (human umbilical vein endothelial cells) under flow in a CD147-dependent manner.Conclusion-CD147 and its ligand CyPA are inflammatory mediators after myocardial ischemia and reperfusion and represent potential targets to prevent myocardial I/R injury.

Nuclear receptor PPARS function in stem cell differentiation and bone physiology

In adult, bone remodeling is a permanent process, reaching an annual turnover of about 10% of the skeleton. Bone remodeling requires the sequential and coordinated actions of the hematopoietic origin osteoclasts, to remove bone and the mesenchymal origin osteoblasts to replace it. An increased level of bone resorption is the primary cause of age-related bone loss often resulting in osteopenia, and is the major cause of osteoporosis.¦Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs), which are expressed in three isotypes, PPARa, PPARp and PPARy, are ligand-activated transcription factors that control many cellular and metabolic processes, more particularly linked to lipid metabolism. In bone, previous works has shown that PPARy inhibits osteogenesis by favoring adipogenesis from common mesenchymal progenitors. In addition, the pro-osteoclastogenesis activity of PPARy results in an increased bone resorption. Accordingly, treatment with PPARy agonist such as the anti-diabetic drug TZD causes bone loss and accumulation of marrow adiposity in mice as well as in postmenopausal women. The aim of the present thesis work was to elucidate the PPARs functions in bone physiology.¦The initial characterization of the PPARP" bone phenotype mainly revealed a decreased BMD. In vitro studies exploring the potency of mesenchymal stem cells to differentiate in osteoblast showed no differences depending on the genotype. However, we could demonstrate an effect of PPARp in partially inhibiting osteoclastogenesis. These results are further sustained by a study made in collaboration with the group of Dr Kronke, which showed an impressive protection against ovariectomy-generated bone loss when the females are treated with a PPARp agonist.¦Observations in PPARy null mice are more complex. The lab has recently been able to generate mice carrying a total deletion of PPARy. Intriguingly, the exploration of the bone phenotype of these mice revealed paradoxical findings. Whereas short bones such as vertebrae exhibit an elevated BMD as expected, long bones (tibia and femur) are clearly osteoporotic. According to their activity when set in culture, osteoblast differentiation normally occurs. Indeed the phenotype can be mainly attributed to a high density of osteoclasts in the cortical bone of PPARy null mice, associated to large bone resorption areas.¦Our explorations suggest a mechanism that involves regulatory processes linking osteoclastogenesis to adipogenesis, the latter being totally absent in PPARy null mice. Indeed, the lack of adipose tissue creates a favorable niche for osteoclastogenesis since conditioned medium made from differentiated adipocyte 3T3L1 inhibited osteoclastogenesis from both PPARy-/- and WT cells. Thus, adipokines deficiency in PPARy-/- mice contributes to de- repress osteoclastogenesis. Using specific blocking antibody, we further identified adiponectin as the major player among dozens of adipokines. Using flow cytometry assay, we explored the levels at which the osteoclastic commitment was perturbed in the bone marrow of PPARy-/- mice. Intriguingly, we observe a general decrease for hematopoietic stem cell and lineage progenitors but increased proportion of osteoclast progenitor in PPARy-/- bone marrow. The general decrease of HSC in the bone marrow is however largely compensated by an important extra-medullary hematopoeisis, taking place in the liver and in the spleen.¦These specific characteristics emphasize the key role of PPARy on a cross road of osteogenesis, adipogenesis and hematopoiesis/osteoclastogenesis. They underline the complexity of the bone marrow niche, and demonstrate the inter-dependance of different cell types in defining bone homeostasis, that may be overseen when experimental design single out pure cell populations.¦Chez l'adulte, même après la fin de la croissance, le renouvellement des os se poursuit et porte sur environ 10% de l'ensemble du squelette adulte, par année. Ce renouvellement implique à la fois des mécanismes séquentiels et coordonnés des ostéoclastes d'origine hématopoïetique, qui dégradent l'os, et des ostéoblastes d'origine mésenchymale, qui permettent la régénération de l'os. La perte en densité osseuse due à l'âge entraîne un fort niveau de résorption, conduisant souvent à une ostéopénie, elle-même cause de l'ostéoporose.¦Les trois isotypes PPAR (Peroxisome proliferator-activated receptor, PPARa, PPARp, et PPARy) sont des récepteurs nucléaires qui contrôlent de nombreux mécanismes cellulaires et métaboliques, plus particulièrement liés au métabolisme lipidique. Au niveau osseux, des travaux précédents ont montré que PPARy inhibe l'ostéoblastogenèse en favorisant la formation d'adipocytes à partir de la cellule progénitrice commune. De plus, l'activité pro- ostéoclastogénique de PPARy induit une résorption osseuse accrue. Condormément à ces observations, les patients diabétiques traités par les thiazolidinediones qui agissent sur PPARy, ont un risque accrue d'ostéoporose liée à une perte osseuse accrue et un accroissement de l'adiposité au niveau de la moelle osseuse. Dans ce contexte, l'objectif de mon travail de thèse a été d'élucider le rôle des PPAR dans la physiologie osseuse, en s'appuyant sur le phénotype des souris porteuses de mutation pour PPAR.¦La caractérisation initiale des os des souris porteuses d'une délétion de ΡΡΑΕφ a principalement révélé une diminution de la densité minérale osseuse (DMO). Alors que l'ostéogenèse n'est pas significativement altérée chez ces souris, l'ostéoclastogenèse est elle augmentée, suggérant un rôle modérateur de ce processus par ΡΡΑΕΙβ. Ces résultats sont par ailleurs soutenus par une étude menée par le groupe du Dr Krônke en collaboration avec notre groupe, et qui monte une protection très importante des souris traitées par un activateur de PPARP contre l'ostéoporose provoquée par l'ovariectomie.¦Les observations concernant PPARy donnent des résultats plus complexes. Le laboratoire a en effet été capable récemment de générer des souris portant une délétion totale de PPARy. Alors que les os courts chez ces souris présentent une augmentation de la DMO, comme attendu, les os longs sont clairement ostéoporotiques. Ce phénotype corrèle avec une densité élevée d'ostéoclastes dans l'os cortical de ces os longs. Deux processus semblent contribuer à ce phénotype. En premier lieu, nous démontrons qu'un milieu conditionné provenant de cultures de cellules 3T3-L1 différenciées en adipocytes contiennent une forte activité inhibitrice d'osteoclastogenesis. L'utilisation d'anticorps neutralisant permet d'identifier l'adiponectine comme l'un des facteurs principaux de cette inhibition. Les souris PPARy étant totalement dépourvues d'adipocytes et donc de tissu adipeux, la sécrétion locale d'adiponectine dans la moelle osseuse est donc également absente, entraînant une désinhibition de l'ostéoclastogenèse. En second lieu, des analyses par FACS révèle une proportion accrue des cellules progénitrices d'ostéoclastes dans la moelle osseuse. Cela s'accompagne par une diminution globale des cellules souches hématopoïétiques, qui est cependant largement compensée par une importante hématopoëise extra-médullaire, dans le foie comme dans la rate.¦L'ensemble de notre travail montre toute l'importance de PPARy au carrefour de l'ostéogenèse, adipogenèse, et hématopoëise/osteoclastogenèse. Il souligne la complexité de la niche que représente la moelle osseuse et démontre l'inter-dépendance des différents types cellulaires définissant l'homéostasie osseuse, complexité qui peut facilement être masqué lorsque le travail expérimental se concentre sur le comportement d'un type cellulaire donné.

Inhibition of death receptor signals by cellular FLIP.

The widely expressed protein Fas is a member of the tumour necrosis factor receptor family which can trigger apoptosis. However, Fas surface expression does not necessarily render cells susceptible to Fas ligand-induced death signals, indicating that inhibitors of the apoptosis-signalling pathway must exist. Here we report the characterization of an inhibitor of apoptosis, designated FLIP (for FLICE-inhibitory protein), which is predominantly expressed in muscle and lymphoid tissues. The short form, FLIPs, contains two death effector domains and is structurally related to the viral FLIP inhibitors of apoptosis, whereas the long form, FLIP(L), contains in addition a caspase-like domain in which the active-centre cysteine residue is substituted by a tyrosine residue. FLIPs and FLIP(L) interact with the adaptor protein FADD and the protease FLICE, and potently inhibit apoptosis induced by all known human death receptors. FLIP(L) is expressed during the early stage of T-cell activation, but disappears when T cells become susceptible to Fas ligand-mediated apoptosis. High levels of FLIP(L) protein are also detectable in melanoma cell lines and malignant melanoma tumours. Thus FLIP may be implicated in tissue homeostasis as an important regulator of apoptosis.

MM-GBSA binding free energy decomposition and T cell receptor engineering.

Recognition by the T-cell receptor (TCR) of immunogenic peptides (p) presented by class I major histocompatibility complexes (MHC) is the key event in the immune response against virus infected cells or tumor cells. The major determinant of T cell activation is the affinity of the TCR for the peptide-MHC complex, though kinetic parameters are also important. A study of the 2C TCR/SIYR/H-2Kb system using a binding free energy decomposition (BFED) based on the MM-GBSA approach had been performed to assess the performance of the approach on this system. The results showed that the TCR-p-MHC BFED including entropic terms provides a detailed and reliable description of the energetics of the interaction (Zoete and Michielin, 2007). Based on these results, we have developed a new approach to design sequence modifications for a TCR recognizing the human leukocyte antigen (HLA)-A2 restricted tumor epitope NY-ESO-1. NY-ESO-1 is a cancer testis antigen expressed not only in melanoma, but also on several other types of cancers. It has been observed at high frequencies in melanoma patients with unusually positive clinical outcome and, therefore, represents an interesting target for adoptive transfer with modified TCR. Sequence modifications of TCR potentially increasing the affinity for this epitope have been proposed and tested in vitro. T cells expressing some of the proposed TCR mutants showed better T cell functionality, with improved killing of peptide-loaded T2 cells and better proliferative capacity compared to the wild type TCR expressing cells. These results open the door of rational TCR design for adoptive transfer cancer therapy.

Protein-ligand binding free energy estimation using molecular mechanics and continuum electrostatics. Application to HIV-1 protease inhibitors.

A method is proposed for the estimation of absolute binding free energy of interaction between proteins and ligands. Conformational sampling of the protein-ligand complex is performed by molecular dynamics (MD) in vacuo and the solvent effect is calculated a posteriori by solving the Poisson or the Poisson-Boltzmann equation for selected frames of the trajectory. The binding free energy is written as a linear combination of the buried surface upon complexation, SASbur, the electrostatic interaction energy between the ligand and the protein, Eelec, and the difference of the solvation free energies of the complex and the isolated ligand and protein, deltaGsolv. The method uses the buried surface upon complexation to account for the non-polar contribution to the binding free energy because it is less sensitive to the details of the structure than the van der Waals interaction energy. The parameters of the method are developed for a training set of 16 HIV-1 protease-inhibitor complexes of known 3D structure. A correlation coefficient of 0.91 was obtained with an unsigned mean error of 0.8 kcal/mol. When applied to a set of 25 HIV-1 protease-inhibitor complexes of unknown 3D structures, the method provides a satisfactory correlation between the calculated binding free energy and the experimental pIC5o without reparametrization.

Distinct requirements for activation-induced cell surface expression of preformed Fas/CD95 ligand and cytolytic granule markers in T cells.

Fas (CD95/Apo-1) ligand is a potent inducer of apoptosis and one of the major killing effector mechanisms of cytotoxic T cells. Thus, Fas ligand activity has to be tightly regulated, involving various transcriptional and post-transcriptional processes. For example, preformed Fas ligand is stored in secretory lysosomes of activated T cells, and rapidly released by degranulation upon reactivation. In this study, we analyzed the minimal requirements for activation-induced degranulation of Fas ligand. T cell receptor activation can be mimicked by calcium ionophore and phorbol ester. Unexpectedly, we found that stimulation with phorbol ester alone is sufficient to trigger Fas ligand release, whereas calcium ionophore is neither sufficient nor necessary. The relevance of this process was confirmed in primary CD4(+) and CD8(+) T cells and NK cells. Although the activation of protein kinase(s) was absolutely required for Fas ligand degranulation, protein kinase C or A were not involved. Previous reports have shown that preformed Fas ligand co-localizes with other markers of cytolytic granules. We found, however, that the activation-induced degranulation of Fas ligand has distinct requirements and involves different mechanisms than those of the granule markers CD63 and CD107a/Lamp-1. We conclude that activation-induced degranulation of Fas ligand in cytotoxic lymphocytes is differently regulated than other classical cytotoxic granule proteins.

Regulation of P-selectin glycoprotein ligand 1 (PSGL-1) interactions with selectins : role of the decameric repeats and of the cytoplasmic domain

SUMMARY BACKGROUND: P-selectin glycoprotein ligand 1 (PSGL-1) is a major selectin ligand, mediating leukocyte rolling along inflamed vascular wall. It is a mucin-like homodimer composed of a N-terminal domain which binds selectins, followed by 14-16 decameric repeats (DR), a transmembrane domain and a cytoplasmic tail, which may be involved in regulating leukocyte rolling and in generating intracellular signals, through its binding to moesin and Syk. P- and L-selectin binding is dependent on core-2 O-glycosylation and tyrosine sulfation of PSGL-1 N-terminus. However, a minor part of E-selectin-mediated rolling is dependent on N-terminal O-glycans; additional binding sites may thus be involved. In this project, we studied whether (1) PSGL-1 DR and (2) PSGL-1 cytoplasmic residues which bind moesin, were also involved in the regulation of selectin-dependent rolling. METHODS: Several mutated cDNAs were obtained: (1) PSGL-1 DR were either deleted, or substituted by platelet GPlba macroglycopeptide, (2) Ser-336, -348, Lys-337 and Arg-338 were mutated to alanine; moreover, truncation mutants retaining only 6 or 2 cytoplasmic residues were also generated. Transfected CHO expressing mutant PSGL-1 were tested for their ability to bind soluble selectin chimeras and to support selectin-dependent rolling under flow conditions. RESULTS: (1) Deletion of the DR had a dramatic effect on P- and L-selectin-dependent cell recruitment and rolling stability, which could only partially be compensated for, by GPlba substitution. In addition, we observed that DR create a binding site for E-selectin and thus support PSGL-1-dependent rolling. (2) Flow assays revealed that the moesin-binding site, in particular Ser-336, plays a crucial role in regulating the recruitment, velocity and rolling stability of PSGL-1-expressing cells on P- and L-selectin. CONCLUSIONS: Data presented here highlight the structure -function relationship of PSGL-1 DR. Moreover, they reveal a crucial role for the moesin-binding residues in regulating P-and L-selectin-dependent rolling. RÉSUMÉ CONTEXTE: PSGL-1 (P-selectin glycoprotein ligand 1) est un ligand majeur des sélectines permettant le roulement des leucocytes le long de la paroi vasculaire enflammée. C'est un homodimère de type mucine, composé d'un domaine N-terminal liant les sélectines, suivi de 14-16 répétitions décamèriques (RD), d'un domaine transmembranaire et d'une queue cytoplasmique qui pourrait être impliquée dans la régulation du roulement leucocytaire et la génération de signaux intracellulaires, via sa liaison à la moésine et à Syk. La liaison à la Pet à la L-sélectine dépend de la présentation par le N-terminus de PSGL-1 de O-glycans sur des structures core-2 et de tyrosines sulfatées. Cependant, une fraction mineure du roulement médié par la E-sélectine dépend des O-glycans N-terminaux; des sites de liaisons supplémentaires pourraient donc être impliqués. Dans ce projet, nous avons étudié si (1) les RD de PSGL-1 ainsi que (2) les résidus cytoplasmiques liant la moésine, étaient impliqués dans la régulation du roulement dépendant des sélectines. MÉTHODES: Plusieurs ADN codant des formes mutées de PSGL-1 ont été obtenus: (1) Les RD de PSGL-1 ont été soit ôtées, soit remplacées par le macroglycopeptide de la GPlba plaquettaire, (2) les Ser-336, -348, la Lys-337 et l'Arg-338 ont été mutées en alanine; par ailleurs, des mutants tronqués ne retenant plus que 6 ou 2 résidus cytoplasmiques ont également été générés. Des CHO transfectées exprimant PSGL-1 muté ont été testées pour leur capacité à lier des sélectines chimériques solubles et à soutenir un roulement dépendant des sélectines dans des conditions de flux. RÉSULTATS: (1) La perte des RD a eu un effet dramatique sur le recrutement cellulaire et la stabilité de roulement dépendant des P- et L-sélectine, qui n'a pu être que partiellement compensé par la substitution par la GPlba. De plus, nous avons observé que les RD forment un site de liaison pour la E-sélectine et soutiennent ainsi le roulement dépendant de PSGL-1. (2) Les tests de flux ont révélé que le site de liaison à la moésine, notamment la Ser-336, joue un rôle crucial dans la régulation du recrutement, de la vitesse et de la stabilité du roulement des cellules exprimant PSGL-1 sur les P- et L-sélectine. CONCLUSIONS; Les données présentées ici ont permis d'éclaircir la relation structure -fonction des RD de PSGL-1. Par ailleurs, elles révèlent un rôle crucial pour les résidus liant la moésine dans le roulement dépendant des P- et L-sélectine. RÉSUMÉ DESTINÉ À UN LARGE PUBLIC Pour accomplir ses fonctions, le sang circule sur un réseau de 96'000 kilomètres; ainsi, il approvisionne les cellules de l'organisme en énergie, il transporte diverses substances, il assure la défense contre les pathogènes et il participe à la régulation de la température corporelle. Le sang contient plusieurs types de cellules: la grande majorité sont les globules rouges, auxquels il faut ajouter les plaquettes (dont le rôle est de colmater les lésions vasculaires) et les globules blancs (leucocytes) qui, bien que présents en très faible quantité (moins de 0.01 %), jouent un rôle crucial en cas d'infection ou d'inflammation. Une attaque par un pathogène provoque plusieurs changements (rougeur, chaleur, gonflement, douleur), qui sont des manifestations de l'inflammation. Pour atteindre l'agent infectieux, des globules blancs spécialisés (les granulocytes) doivent quitter la circulation sanguine. Afin de faciliter leur capture, les vaisseaux sanguins vont exprimer des protéines telles que les sélectines, qui sont reconnues par une protéine leucocytaire appelée PSGL-1 (P-selectin glycoprotein ligand 7). L'interaction des sélectines avec PSGL-1 soutient le roulement du globule blanc le long de la paroi vasculaire, à une vitesse très inférieure à celle du flux sanguin. Ce roulement conduit à l'activation du globule blanc par des molécules de l'inflammation, permettant son adhésion ferme, puis son arrêt. Finalement, le granulocyte va migrer à travers la paroi du vaisseau pour atteindre et éliminer les causes de l'inflammation. L'adhésion est un processus intéressant à caractériser, car outre l'inflammation, il est également impliqué dans l'artériosclérose, l'infarctus, la métastatisation et la thrombose. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à définir les rôles des différents domaines de PSGL-1 dans la régulation de son interaction avec les sélectines. En effet, en plus de son extrémité extracellulaire de haute affinité pour les sélectines, PSGL-1 est composé de plusieurs séquences répétées hautement glycosylées et d'une courte région intracellulaire, dont les fonctions n'avaient pas été étudiées auparavant. En créant des formes mutées de PSGL-1, nous avons pu montrer qu'un roulement efficace des leucocytes nécessite la présence des régions répétitives et du domaine intracellulaire au complet.

Immuno-electron microscopic identification of human estrogen receptor-DNA complexes at the estrogen-responsive element and in the first intron of a Xenopus vitellogenin gene.

Using an extract of nuclei from the estrogen-responsive human breast cancer cell line MCF-7, protein-DNA complexes were assembled in vitro at the 5' end of the Xenopus laevis vitellogenin gene B2 that is normally expressed in liver after estrogen induction. The complexes formed were analyzed by electron microscopy after labeling by the indirect colloidal gold immunological method using a monoclonal antibody specific for the human estrogen receptor. As identified by its interaction with protein A-gold, the antibody was found linked to two protein-DNA complexes, the first localized at the estrogen responsive element of the gene and the second in intron I, thus proving a direct participation of the receptor in these two complexes. The procedure used allows the visualization and rapid localization of specific transcription factors bound in vitro to a promoter or any other gene region.

WNT Signaling in Drosophila Neuromuscular Junctions

The Wnt -Wingless (Wg) in Drosophila- signaling is an evolutionary conserved, fundamental signal transduction pathway in animals, having a crucial role in early developmental processes. In the adult animal the Wnt cascade is mainly shut off; aberrant activation leads to cancer. One physiological exception in the adult animal is the activation of Wnt signaling in the nervous system. In the present work, we investigated Wg signaling in the Drosophila neuromuscular junctions (NMJs). The fly NMJs closely resemble the glutamatergic synapses in the mammalian central nervous system and serves as a model system to investigate the mechanism of synapse formation and stability. We demonstrate that the trimeric G-protein Go has a fundamental role in the presynaptic cell in the NMJ. It is implicated in the presynaptic Wg pathway, acting downstream of the ligand Wg and its receptor Frizzled2 (Fz2). Furthermore, we prove that the presynaptic Wg-Fz2-Gαo pathway is essential for correct NMJ formation. The neuronal protein Ankyrin2 (Ank2) localizes to the NMJ and has so far been considered to be a static player in NMJ formation, linking the plasma membrane to the cytoskeleton. We identify Ank2 as a direct target of Gαo. The physical and genetic interaction of Gαo with Ank2 represents a novel branch of the presynaptic Wg pathway, regulating the microtubule cytoskeleton in NMJ formation, jointly with the previously established Futsch-dependent branch, which controls microtubule stability downstream of the kinase Sgg (the homolog of GSK3ß). We moreover demonstrate that the Gαo-Ankyrin interaction to regulate the cytoskeleton is conserved in mammalian neuronal cells. Our findings therefore provide a novel, universally valid regulation of the cytoskeleton in the nervous system. Aberrant inactivation of the neuronal Wnt pathway is believed to be involved in the pathogenesis of the Aß peptide in Alzheimer's disease (AD). We modeled AD in Drosophila by expressing Aß42 in the nervous system and in the eye. Neuronal expression drastically shortens the life span of the flies. We prove that this effect depends on the expression specifically in glutamatergic neurons. However, Aß42 does not induce any morphological changes in the NMJ; therefore this synapse is not suitable to study the mechanism of Aß42 induced neurotoxicity. We furthermore demonstrate that genetic activation of the Wnt pathway does not rescue the Aß42 induced phenotypes - in opposition to the dominating view in the field. These results advice caution when interpreting data on the potential interaction of Wnt signaling and AD in other models. -- La voie de signalisation Wnt (Wingless (Wg) chez la drosophile) est conservée dans l'évolution et fondamentale pour le développement des animaux. Cette signalisation est normalement inactive chez l'animal adulte; une activation anormale peut provoquer le cancer. Or, ceci n'est pas le cas dans le système nerveux des adultes. La présente thèse avait pour but d'analyser le rôle de la voie de signalisation Wingless dans la plaque motrice de Drosophila melanogaster. En effet, cette plaque ressemble fortement aux synapses glutaminergiques du système nerveux central des mammifères et procure ainsi un bon modèle pour l'étude des mécanismes impliqués dans la formation et la stabilisation des synapses. Nos résultats montrent que la protéine trimérique Go joue un rôle fondamental dans la fonction de la cellule présynaptique de la plaque motrice. Go est en effet impliqué dans la voie de signalisation Wg, opérant en aval du ligand Wg et de son récepteur Frizzled2. Nous avons pu démontrer que cette voie de signalisation Wg-Fz2-Gαo est essentielle pour le bon développement et le fonctionnement de la plaque motrice. Fait intéressant, nous avons montré que la protéine neuronale Ankyrin2 (Ank2), qui est connue pour jouer un rôle statique en liant la membrane plasmique au cytosquelette dans la plaque motrice, est une cible directe de Gαo. L'interaction physique et génétique entre Gαo et Ank2 constitue ainsi une bifurcation de la voie de signalisation présynaptique Wg. Cette voie régule le cytosquelette des microtubules en coopération avec la branche liée à la protéine Futsch. Cette protéine est l'homologue de la protéine liant les microtubules MAP1B des mammifères et contrôle la stabilité des microtubules opérant en aval de la kinase Sgg (l'homologue de GSK3ß). De plus, la régulation du cytosquelette par l'interaction entre Gαo et Ankyrin est conservée chez les mammifères. Dans leur ensemble, nos résultats ont permis d'identifier un nouveau mode de régulation du cytosquelette dans le système nerveux, probablement valable de manière universelle. La voie de signalisation Wnt est soupçonnée d'être impliquée dans la toxicité provoquée par le peptide Aß dans le cadre de la maladie d'Alzheimer. Nous avons tenté de modéliser la maladie chez la drosophile en exprimant Aß42 spécifiquement dans le cerveau. Cette expérience a montré que l'expression neuronale d'Aß42 réduit la durée de vie des mouches de manière significative par un mécanisme impliquant les cellules glutamatergiques. Par contre, aucune modification morphologique n'est provoquée par Aß42 dans les plaques motrices glutamatergiques. Ces résultats montrent que ce modèle de Drosophile n'est pas adéquat pour l'étude de la maladie d'Alzheimer. De plus, l'activation génétique de la voie de signalisation Wg n'a pas réussi à restaurer les phénotypes de survie ou ceux des yeux causés par Aß42. Ces résultats indiquent que l'implication de la voie de signalisation Wg dans la maladie d'Alzheimer doit être considérée avec prudence.

Chemokine receptor trio: CXCR3, CXCR4 and CXCR7 crosstalk via CXCL11 and CXCL12.

Although chemokines are well established to function in immunity and endothelial cell activation and proliferation, a rapidly growing literature suggests that CXC Chemokine receptors CXCR3, CXCR4 and CXCR7 are critical in the development and progression of solid tumors. The effect of these chemokine receptors in tumorigenesis is mediated via interactions with shared ligands I-TAC (CXCL11) and SDF-1 (CXCL12). Over the last decade, CXCR4 has been extensively reported to be overexpressed in most human solid tumors and has earned considerable attention toward elucidating its role in cancer metastasis. To enrich the existing armamentarium of anti-cancerous agents, many inhibitors of CXCL12-CXCR4 axis have emerged as additional or alternative agents for neo-adjuvant treatments and even many of them are in preclinical and clinical stages of their development. However, the discovery of CXCR7 as another receptor for CXCL12 with rather high binding affinity and recent reports about its involvement in cancer progression, has questioned the potential of "selective blockade" of CXCR4 as cancer chemotherapeutics. Interestingly, CXCR7 can also bind another chemokine CXCL11, which is an established ligand for CXCR3. Recent reports have documented that CXCR3 and their ligands are overexpressed in different solid tumors and regulate tumor growth and metastasis. Therefore, it is important to consider the interactions and crosstalk between these three chemokine receptors and their ligand mediated signaling cascades for the development of effective anti-cancer therapies. Emerging evidence also indicates that these receptors are differentially expressed in tumor endothelial cells as well as in cancer stem cells, suggesting their direct role in regulating tumor angiogenesis and metastasis. In this review, we will focus on the signals mediated by this receptor trio via their shared ligands and their role in tumor growth and progression.

Cloning and functional expression of the human islet GLP-1 receptor. Demonstration that exendin-4 is an agonist and exendin-(9-39) an antagonist of the receptor.

A complementary DNA for a glucagon-like peptide-1 receptor was isolated from a human pancreatic islet cDNA library. The isolated clone encoded a protein with 90% identity to the rat receptor. In stably transfected fibroblasts, the receptor bound [125I]GLP-1 with high affinity (Kd = 0.5 nM) and was coupled to adenylate cyclase as detected by a GLP-1-dependent increase in cAMP production (EC50 = 93 pM). Two peptides from the venom of the lizard Heloderma suspectum, exendin-4 and exendin-(9-39), displayed similar ligand binding affinities to the human GLP-1 receptor. Whereas exendin-4 acted as an agonist of the receptor, inducing cAMP formation, exendin-(9-39) was an antagonist of the receptor, inhibiting GLP-1-induced cAMP production. Because GLP-1 has been proposed as a potential agent for treatment of NIDDM, our present data will contribute to the characterization of the receptor binding site and the development of new agonists of this receptor.

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.

Tumor-host interactions Part 1: Stromal signatures of breast and prostate cancer Part 2: GLG1 and the control of the secretory pathway in tumor cells

Tumor-host interaction is a key determinant during cancer progression, from primary tumor growth to metastatic dissemination. At each step, tumor cells have to adapt to and subvert different types of microenvironment, leading to major phenotypic and genotypic alterations that affect both tumor and surrounding stromal compartments. Understanding the molecular mechanisms that govern tumor-host interplay may be essential for better comprehension of tumorigenesis in an effort to improve current anti-cancer therapies. The present work is composed of two projects that address tumor-host interactions from two different perspectives, the first focusing on the characterization of tumor-associated stroma and the second on membrane trafficking in tumor cells. Part 1. To selectively address stromal gene expression changes during cancer progression, oligonucleotide-based Affymetrix microarray technology was used to analyze the transcriptomes of laser-microdissected stromal cells derived from invasive human breast and prostate carcinoma. Comparison showed that invasive breast and prostate cancer elicit distinct, tumor-specific stromal responses, with a limited panel of shared induced and/or repressed genes. Both breast and prostate tumor-specific deregulated stromal gene sets displayed statistically significant survival-predictive ability for their respective tumor type. By contrast, a stromal gene signature common to both tumor types did not display prognostic value, although expression of two individual genes within this common signature was found to be associated with patient survival. Part 2. GLG1 is known as an E-selectin ligand and an intracellular FGF receptor, depending on cell type and context. Immunohistochemical and immunofluorescence analyses showed that GLG1 is primarily localized in the Golgi of human tumor cells, a central location in the biosynthetic/secretory pathways. GLG1 has been shown to interact with and to recruit the ARF GEF BIGI to the Golgi membrane. Depletion of GLG1 or BIGI markedly reduced ARF3 membrane localization and activation, and altered the Golgi structure. Interestingly, these perturbations did not impair constitutive secretion in general, but rather seemed to impair secretion of a specific subset of proteins that includes MMP-9. Thus, GLG1 coordinates ARF3 activation by recruiting BIGI to the Golgi membrane, thereby affecting secretion of specific molecules. - Les interactions tumeur-hôte constituent un élément essentiel à la progression tumorale, de la croissance de la tumeur primaire à la dissémination des métastases. A chaque étape, les cellules tumorales doivent s'adapter à différents types de microenvironnement et les détourner à leur propre avantage, donnant lieu à des altérations phénotypiques et génotypiques majeures qui affectent aussi bien la tumeur elle-même que le compartiment stromal environnant. L'étude des mécanismes moléculaires qui régissent les interactions tumeur-hôte constitue une étape essentielle pour une meilleure compréhension du processus de tumorigenèse dans le but d'améliorer les thérapies anti cancer existantes. Le travail présenté ici est composé de deux projets qui abordent la problématique des interactions tumeur-hôte selon différentes perspectives, le premier se concentrant sur la caractérisation du stroma tumoral et le second sur le trafic intracellulaire des cellules tumorales. Partie 1. Pour examiner les changements d'expression des gènes dans le stroma en réponse à la progression du cancer, des puces à ADN Affymetrix ont été utilisées afin d'analyser les transcriptomes des cellules stromales issues de carcinomes invasifs du sein et de la prostate et collectées par microdissection au laser. L'analyse comparative a montré que les cancers invasifs du sein et de la prostate provoquent des réponses stromales spécifiques à chaque type de tumeur, et présentent peu de gènes induits ou réprimés de façon similaire. L'ensemble des gènes dérégulés dans le stroma associé au cancer du sein, ou à celui de la prostate, présente une valeur pronostique pour les patients atteints d'un cancer du sein, respectivement de la prostate. En revanche, la signature stromale commune aux deux types de cancer n'a aucune valeur prédictive, malgré le fait que l'expression de deux gènes présents dans cette liste soit liée à la survie des patients. Partie 2. GLG1 est connu comme un ligand des sélectines E ainsi que comme récepteur intracellulaire pour des facteurs de croissances FGFs selon le type de cellule dans lequel il est exprimé. Des analyses immunohistochimiques et d'immunofluorescence ont montré que dans les cellules tumorales, GLG1 est principalement localisé au niveau de l'appareil de Golgi, une place centrale dans la voie biosynthétique et sécrétoire. Nous avons montré que GLG1 interagit avec la protéine BIGI et participe à son recrutement à la membrane du Golgi. L'absence de GLG1 ou de BIGI réduit drastiquement le pool d'ARF3 associé aux membranes ainsi que la quantité d'ARF3 activés, et modifie la structure de l'appareil de Golgi. Il est particulièrement intéressant de constater que ces perturbations n'ont pas d'effet sur la sécrétion constitutive en général, mais semblent plutôt affecter la sécrétion spécifique d'un sous-groupe défini de protéines comprenant MMP-9. GLG1 coordonne donc l'activation de ARF3 en recrutant BIGI à la membrane du Golgi, agissant par ce moyen sur la sécrétion de molécules spécifiques.

The role of the NKG2D receptor for tumor immunity.

Natural killer (NK) cells have originally been identified based on their capacity to kill transformed cells in a seemingly non-specific fashion. Over the last 15 years, knowledge on receptor ligand systems used by NK cells to specifically detect transformed cells has been accumulating rapidly. One of these receptor ligand systems, the NKG2D pathway, has received particular attention, and now serves as a paradigm for how the immune system is able to gather information about the health status of autologous host cells. In addition to its significance on NK cells, NKG2D, as well as other NK cell receptors, play significant roles on T cells. This review aims at summarizing recent insights into the regulation of NKG2D function, the control over NKG2D ligand expression and the role of NKG2D in tumor immunity. Finally, we will discuss first attempts to exploit NKG2D function to improve immunity to tumors.