Update of the FANTOM web resource: from mammalian transcriptional landscape to its dynamic regulation.

The international Functional Annotation Of the Mammalian Genomes 4 (FANTOM4) research collaboration set out to better understand the transcriptional network that regulates macrophage differentiation and to uncover novel components of the transcriptome employing a series of high-throughput experiments. The primary and unique technique is cap analysis of gene expression (CAGE), sequencing mRNA 5'-ends with a second-generation sequencer to quantify promoter activities even in the absence of gene annotation. Additional genome-wide experiments complement the setup including short RNA sequencing, microarray gene expression profiling on large-scale perturbation experiments and ChIP-chip for epigenetic marks and transcription factors. All the experiments are performed in a differentiation time course of the THP-1 human leukemic cell line. Furthermore, we performed a large-scale mammalian two-hybrid (M2H) assay between transcription factors and monitored their expression profile across human and mouse tissues with qRT-PCR to address combinatorial effects of regulation by transcription factors. These interdependent data have been analyzed individually and in combination with each other and are published in related but distinct papers. We provide all data together with systematic annotation in an integrated view as resource for the scientific community (http://fantom.gsc.riken.jp/4/). Additionally, we assembled a rich set of derived analysis results including published predicted and validated regulatory interactions. Here we introduce the resource and its update after the initial release.

New insights into dendritic cell biology and histiocytosis through a transgenic tumor model

SUMMARY The effective development of an immune response depends on the careful interplay and the regulation between innate and adaptive immunity. As the dendritic cells (DCs) are equipped with many receptors, such as Toll-like receptors, which can detect the presence of infection by recognizing different component of bacteria, fungi and even viruses, they are the among the first cells to respond to the infection. Upon pathogen challenge, the DCs interpret the innate system activation as a maturation signal, resulting in the migration of the DCS to a draining lymph node site. There, activated DCs present efficiently antigens to naïve T cells, which are in turn activated and initiate adaptive immunity. Therefore, DCs are the main connectors between innate and adaptive immune systems. In addition to be the most efficient antigen- presenting cells, DCs play a central role in the regulation of immune responses and immune tolerance. Despite extensive research, many aspects related to DC biology are still unsolved and/or controversial. The low frequency of DCs in vivo often hamper study of DC biology and in vitro-derived DCs are not suited to address certain questions, such as the development of DC. We sought of transforming in vivo the DCs through the specific expression of an oncogene, in order to obtain unlimited numbers of these cells. To achieve this goal, transgenic mouse lines expressing the SV40 Large T oncogene under the control of the CD1 1 c promoter were generated. These transgenic mice are healthy until the age of three to four months without alterations in the DC biology. Thereafter transgenic mice develop a fatal disease that shows features of a human pathology, named histiocytosis, involving DCs. We demonstrate that the disease development in the transgenic mice correlates with a massive accumulation of transformed DCs in the affected organs. Importantly, transformed DCs are immature and fully conserve their capacity to mature in antigen presenting cells. We observe hyperproliferation of transformed DCs only in the sick transgenic mice. Surprisingly, transformed DCs do not proliferate in vitro, but transfer of the transformed DCs into immunodeficient or tolerant host leads to tumor formation. Altoghether, the transgenic mouse lines we have generated represent a valuable tumor model for human histiocytosis, and provide excellent tools to study DC biology. RESUME Le développement d'une réponse immunitaire efficace dépend d'une minutieuse interaction et régulation entre l'immunité innée et adaptative. Comme les cellules dendritiques (DCs) sont équipées de nombreux récepteurs, tels que les récepteurs Toll-like, qui peuvent détecter la présence d'une infection en reconnaissant différents composants bactériens, issus de champignons ou même viraux, elles sont parmi les premières cellules à répondre à l'infection. Suite à la stimulation induite par le pathogène, les DCs interprètent l'activation du système immunitaire inné comme un signal de maturation, résultant dans la migration des DCs vers le ganglion drainant le site d'infection. Là, les DCs actives présentent efficacement des antigènes aux cellules T, qui sont à leur tour activées et initient les systèmes d'immunité adaptative. Ainsi, les DCs forment le lien principal entre les réponses immunitaires innées et adaptatives. En plus d'être les cellules présentatrices d'antigènes les plus efficaces, les DCs jouent un rôle central dans la régulation du système immunitaire et dans le phénomène de tolérance. Malgré des recherches intensives, de nombreux aspects liés à la biologie des DCs sont encore irrésolus et/ou controversés. La faible fréquence des DCs in vivo gêne souvent l'étude de la biologie de ces cellules et les DCs dérivées in vitro ne sont pas adéquates pour adresser certaines questions, telles que le développement des DCs. Afin d'obtenir des quantités illimitées de DCs, nous avons songé à transformer in vivo les DC grâce à l'expression spécifique d'un oncogène. Afin d'atteindre ce but, nous avons généré des lignées de souris transgéniques qui expriment l'oncogène SV40 Large T sous le contrôle du promoter CD1 le. Ces souris transgéniques sont saines jusqu'à l'âge de trois à quatre mois et ne présentent pas d'altération dans la biologie des DCs. Ensuite, les souris transgéniques développent une maladie présentant les traits caractéristiques d'une pathologie humaine nommée histiocytose, qui implique les DCs. Nous montrons que le développement de cette maladie corrèle avec une accumulation massive des DCs transformées dans les organes touchés. De plus, les DCs transformées sont immatures et conservent leur capacité à différencier en cellules présentatrices d'antigène. Nous observons une hyper-prolifération des DCs transformées seulement dans les souris transgéniques malades. Etonnament, les DC transformées ne prolifèrent pas in vitro, par contre, le transfert des DCs transformées dans des hôtes immuno-déficients ou tolérant conduit à la formation de tumeurs. Globalement, les lignées de souris transgéniques que nous avons générées représentent un modèle valide pour l'histiocytose humaine, et de plus, offrent d'excellents outils pour étudier la biologie des DCs.

The roles of PKCδ and Src kinases in the glucocorticoid induction and the TGF-β superinduction of the mouse mammary tumor virus transcription in B lymphocytes

Résumé : Le virus tumoral de la glande mammaire de la souris (MMTV) est un rétrovirus provoquant le développement de tumeurs dans les glandes mammaires des souris susceptibles femelles. Au cours de son évolution, le virus s'est adapté et s'exprime dans des cellules spécialisées. Les lymphocytes B sont les premières cellules infectées et elles sont essentielles pour la propagation de l'infection aux glandes mammaires. Dans notre étude, le virus MMTV a été utilisé afin d'examiner les voies de signalisation induites par les glucocorticoïdes (dexaméthasone (dex), une hormone stéroïdienne) et le transforming growth factor-f3 (TGF-P, une cytokine), deux molécules impliquées dans l'activation de la transcription à partir du promoteur du MMTV dans les cellules B. Le TGF-P seul n'influence pas l'activité du promoteur du MMTV. Par contre, en synergie avec dex, le TGF-P provoque une super-induction de l'expression du promoteur par rapport à une stimulation par le glucocorticoïde seul. Cette super-induction est régulée par une famille de protéines, les Smads. Ainsi, dans les lymphocytes B, l'utilisation du MMTV a permis de mettre en évidence une nouvelle synergie entre les glueocortieoïdes et le TGF-p. pans ce travail, l'utilisation d'inhibiteurs pharmacologiques et de mutants « dominant-négatifs » nous a pet mis de démontrer qu'une Protéine Kinase C delta (PKC5) active est impliquée dans la transduction du signal lors de la réponse au dex ainsi que celle au TGF-P. Néanmoins, la PKC5 est régulée différemment dans chaque voie spécifique : la voie du TGF-p nécessitait l'activation du PKC5 par diacylglycerol (DAG) et la phosphorylation de tyrosines spécifiques, alors que la voie impliquant les glucocorticoïdes ne le nécessitait pas. Nous avons aussi démontré qu'une tyrosine kinase de la famille Src est responsable de la phosphorylation des tyrosines sur la PKC5. Les essais de kinase in vitro nous ont permis de découvrir que plusieurs Src kinases peuvent phosphoryler la PKC6 dans les cellules B et qu'elles étaient constitutivement actives. Enfin, nous avons montré qu'il existe une interaction protéine - protéine induite par dex, entre le récepteur aux glucocorticoïdes (GR) et la PKC5 dans les cellules B, une association qui n'a pas été démontrée auparavant. Par ailleurs, nous avons analysé les domaines d'interactions entre PKC5 et GR en utilisant les essais de «GST pull-down». Nos résultats montrent que le domaine régulateur de la PKC5 et celui qui interagit avec l'ADN du GR sont impliqués. En résumé, nous avons trouvé que dans une lignée lymphocytaire B, le virus MMTV utilise des mécanismes pour réguler à la fois la transcription et la voie de signalisation qui sont différents de ceux utilisés dans les cellules mammaires épithéliales et les fibroblastes. Nos découvertes pourraient être utilisées comme modèles pour l'étude de gènes cellulaires impliqués dans des processus tels qu'inflammation, immunité ou cancérogénèse. Summary: Mouse Mammary Tumor Virus (MMTV) is a retrovirus that causes tumors in the mammary glands of susceptible female mice and has adapted evolutionarily to be expressed in specialized cells. The B lymphocytes are the first cells to be infected by the MMTV and are essential for the spread of infection to the mammary glands. Here, we used the MMTV as a model system to investigate the signalling cascade induced by giucocorticoids (dexamethasone, "dex", a steroid hormone), and by Transforming Growth Factor-beta (TGF-P, a cytokine) leading to its transcriptional activation in B lymphocytes. By itself, TGF-I3 does not affect the basal activity of the MMTV promoter. However, TGF-13 significantly increases glucocorticoid-induced expression, through its effectors, the Smad factors. Thus, MMTV in B cells demonstrates a novel synergism between glucocorticoids and TGF-16. In this thesis project, we present evidence, based on the use of pharmacological inhibitors and of dominant-negative mutants, that an active Protein Kinase C delta (PKC6) is required as a signal transducer for the dex response and for the TGF-P superinduction as well. The PKC6 is differentially regulated in each specific pathway: whereas the TGF-13 superinduction required PKC6 to be activated by diacylglycerol (DAG) and to be phosphorylated at specific tyrosine residues, the glueocorticoid-induced pathway did not. We also showed that a protein tyrosine kinase of the Src family is responsible for the phosphorylation of tyrosines on PKC6. By performing in vitro kinase assays, we found that several Src kinases of B cells were able to phosphorylate PKC6 and that they were constitutively active. Finally, we demonstrate a dex-dependent functional protein-protein interaction between the glucocorticoid receptor (GR) and PKC6 in B cells, an association that has not been previously described. We further analysed the interacting domains of PKG6 and GR using in vitro GST pull-down assays, whereby the regulatory domain of PKC6 and the extended DNA-binding domain of the GR were involved. In summary, we found that in B-lymphoid cell lines, MMTV uses novel mechanisms of transcriptional control and signal transduction that are different from those at work in mammary epithelial or fibroblastic cells. These findings will be used as model for cellular genes involved in cellular processes such as immune functions, inflammation, or oncogenic transformation that may have a similar pattern of regulation.

Construction and analysis of a new conditional ferritin H knockout mouse strain/

Résumé Le fer joue un rôle important dans la plupart des fonctions biologiques mais sa présence excessive provoque la production de molécules réactives d'oxygène (ROS) qui peuvent contribuer à diverses maladies. La protéine de stockage du fer, la ferritine H, capte l'excès en fer et le stocke sous forme non-toxique, ce qui empêche des dommages potentiels. La délétion de la ferritine H dans des souris knock-out a été essayée antérieurement, mais ces souris mouraient au stade précoce du développement embryonnaire. Pour étudier l'importance du fer, et en particulier son stockage dans la ferritine, et pour pouvoir mieux comprendre les fonctions de la ferritine H, nous avons créé un modèle de souris knock-out conditionnelles de la ferritine H, selon le système classique de Cre-LoxP. Le premier exon et la région du promoteur du gène de la ferritine H ont été entourés de sites loxP. La mortalité embryonnaire provoquée par la délétion constitutive du gène de la ferritine H a été confirmée en croisant nos souris avec des souris exprimant nestin-Cre1. En croisant nos souris avec des souris transgéniques Mx-Cre, nous avons observé que l'induction de Cre par injection de polyI-polyC provoque la délétion presque complète de la ferritine H dans le foie (> 99%) et la rate (> 88%). Ces tissus ont également perdu une grande partie de leur réserve de fer. Cette observation apporte pour la première fois la preuve in vivo que la ferritine H est indispensable pour le stockage du fer, que les fonctions de la ferritine H et de la ferritine L ne sont pas équivalentes, et que la ferritine L ne peut pas assumer seule la fonction de stockage du fer. Dans le foie des souris knock-out, l'expression de l'ARN messager de l'hepcidine a été induite après 10 jours. En même temps, l'expression de l'ARN messager des gènes codant pour des protéines de l'absorption de fer (DMT1, ferroportin, Dcytb1 et hephaestin) a été réprimée mais dans le duodénum seulement. L'expression d'hepcidine est inversément corrélée avec celle des gènes liés à l'absorption de fer. Cette observation corrobore des études antérieures. Mais, en plus, elle montre également que cette répression se produit seulement dans l'intestin. Nous pouvons ainsi tirer la conclusion suivante : ou bien l'hepcidine a un récepteur spécifique dans le duodénum ou bien les gènes liés à l'absorption de fer dans le duodénum ont un facteur spécifique de transcription sensible à l'hepcidine. Aucune répression de DMT1 et de ferroportin n'a été observée dans les macrophages de la rate après l'induction d'hepcidine. La délétion de ferritine H a entraîné une augmentation du taux de mortalité des cellules hépatiques, ainsi que des altérations dans l'architecture normale du tissu de la rate. Vu par l'immunohistologie, le nombre de lymphocytes B et T était réduit dans la rate, tendant à démontrer que la ferritine H et l'homéostase du fer jouent un rôle dans l'immunité. En conclusion, le modèle de souris knock-out conditionnelles de la ferritine H nous fournit un outil précieux pour l'étude in vivo du rôle joué par la ferritine dans l'homéostase du fer, dans les dommages créés par les ROS, ainsi que dans l'apoptose et l'immunité. Summary Iron plays an important role in most biological functions. However, excess of iron results in production of reactive oxygen species (ROS) which could substantially contribute to pathology of various diseases. Ferritin H scavenges excess of iron and stores it in non-toxic form and potentially prevents the damage. Fenitin H targeting in mice has been attempted before, however, straight knockout was lethal in early embryonic stage. To study the role of iron and its storage protein ferritin and to further elucidate ferritin H functions, we aimed at creating a conditional ferritin H knockout mouse model by classical Cre-LoxP system. First exon along with promoter region of the ferritin H gene was foxed. Embryonic lethality of the constitutive ferritin H deletion was confirmed by crossing the foxed mice with mice expressing nestin Cre-1 as transgene. Almost complete deletion was observed in liver (> 99%) and spleen (>88%) upon induction of Cre by injecting polyI-polyC in Fth Lox/Lox; MxCre mice. These tissues also lost substantial fraction of their iron stores. This provides first in vivo evidence that ferritin H is required for iron storage, ferritin H and L functions are not redundant and that ferritin L cannot perform iron storage function alone. Hepcidin mRNA expression was induced after 10 days in the livers of deleted mice and, simultaneously, mRNA expression of iron absorption related genes (DMT 1, ferroportin, Dcytb1 and hephaestin) was repressed in duodenum only. Hepcidin expression is inversely correlated with that of duodenal iron absorption related genes. This is in agreement with previous studies. However, we also show that this repression happens only in intestine. This leads to the conclusion that either hepcidin has a specific receptor in duodenum or the iron absorption related genes have duodenum specific transcription factor that is responsive to hepcidin. No repression of DMT1 and ferroportin was observed in spleen macrophages upon hepcidin induction. Ferritin H deletion showed increased cell death in liver and disruption of normal architecture of spleen. B lymphocytes were reduced in spleen on immunohistology which point towards a role of ferritin H and iron homeostasis in immunity. In conclusion, ferritin H conditional knockout mouse model provides us with an invaluable tool to study the in vivo role of ferritin H in iron homeostasis, ROS mediated damage, apoptosis and immunity.

Changing paradigms--an update on the multidisciplinary management of malignant glioma.

Treatment of malignant glioma requires a multidisciplinary team. Treatment includes surgery, radiotherapy, and chemotherapy. Recently developed agents have demonstrated activity against recurrent malignant glioma and efficacy if given concurrently with radiotherapy in the upfront setting. Oligodendroglioma with 1p/19q deletions has been recognized as a distinct pathologic entity with particular sensitivity to radiotherapy and chemotherapy. Randomized trials have shown that early neoadjuvant or adjuvant administration of procarbazine, lomustine, and vincristine chemotherapy prolongs disease-free survival; however, it has no impact on overall survival. Temozolomide, a novel alkylating agent, has shown modest activity against recurrent glioma. In combination with radiotherapy in newly diagnosed patients with glioblastoma, temozolomide significantly prolongs survival. Molecular studies have demonstrated that the benefit is mainly observed in patients whose tumors have a methylated methylguanine methyltransferase gene promoter and are thus unable to repair some of the chemotherapy-induced DNA damage. For lower-grade glioma, the use of chemotherapy remains limited to recurrent disease, and first-line administration is the subject of ongoing clinical trials. Irinotecan and agents like gefitinib, erlotinib, and imatinib targeting the epidermal growth factor receptor and platelet-derived growth factor receptor have shown some promise in recurrent malignant glioma. This review summarizes recent developments, focusing on the clinical management of patients in daily neuro-oncology practice.

Pyochelin-mediated signalling in Pseudomonas aeruginosa

SUMMARY: Iron is an essential element for nearly all organisms but it is poorly available in most environments and not sufficient to support microbial growth. Bacteria have evolved a range of strategies to acquire this important metal, the most common of these being siderophore-mediated iron uptake. Siderophores are high-affinity iron chelators which are released to the extracellular environment where they complex iron and deliver it to the bacterial cell, via specific uptake systems. The Gram-negative bacterium Pseudomonas aeruginosa produces two siderophores, pyoverdine and pyochelin, which both contribute to the virulence of this opportunistic human pathogen. The genes responsible for pyochelin-mediated iron uptake are grouped in the P. aeruginosa chromosome. The pyochelin biosynthetic genes are organized in two divergent operons, pchDCBA and pchEFGHI, which flank the regulatory gene pchR. The fptA gene, encoding the ferric pyochelin outer membrane receptor, occurs immediately downstream of the pchEFGHI genes. The biosynthesis of the siderophore and its receptor is subjected to dual regulation enabling P. aeruginosa to respond not only to the intracellular iron level but also to the presence of the siderophore in the extracellular environment. Negative regulation is mediated by the widespread Fur protein which employs ferrous iron as a corepressor and binds to a consensus sequence in the promoter region of iron-regulated genes. Positive regulation occurs during iron starvation and requires the AraC-type transcriptional regulator PchR. This regulator, together with pyochelin, induces the expression of pyochelin biosynthesis and uptake genes via a mechanism which was partly unraveled during this thesis. A 32-bp conserved sequence element (PchR-box) was identified in promoter regions of pyochelin-controlled genes. The PchR-box in the pchR-pchDCBA intergenic region was found to be essential for the induction of the pchDCBA operon and for the repression of the divergently transcribed pchR gene. PchR was purified as a fusion with maltose-binding protein (MBP). Mobility shift assays demonstrated specific binding of MBP-PchR to the PchR-box in the presence, but not in the absence of pyochelin. PchR-box mutations which interfered with pyochelin-dependent regulation in vivo, also affected pyochelin-dependent PchR-box recognition in vitro. These results show that pyochelin is the intracellular effector required for PchR-mediated regulation. The fact that extracellular pyochelin triggers this regulation implies that the siderophore can enter the cytoplasm. This conclusion was corroborated by analysing the importance of known and putative pyochelin uptake genes for pyochelin-dependent gene regulation. The pyochelin receptor gene fptA is followed by three genes, fptB, fptC, and fptX, which were shown here to be co-transcribed with fPtA. While fPtX encodes an inner membrane pen-I-lease, the functions of FptB and FptC are currently unknown. FptA and FptX, which are both required for pyochelin-mediated iron uptake, were found to be also needed for pyochelin-dependent gene regulation. FptB and FptC however, were not required and their role, if any, in the uptake of the PchR effector pyochelin remains elusive. RESUME Le fer est un élément essentiel pour la quasi-totalité des organismes, mais dans la plupart des environnements, il est difficilement accessible et insuffisant à la croissance microbienne. Les bactéries ont développé de multiples stratégies pour acquérir ce précieux métal, la plus commune étant l'acquisition au moyen de sidérophores. Les sidérophores sont des petites molécules dotées d'une forte affinité pour le fer qui, une fois relâchées dans l'environnement extracellulaire, vont complexer le fer et le délivrer à la cellule bactérienne par l'intermédiaire de systèmes d'acquisition spécifiques. La bactérie Gram-négative Pseudomonas aeruginosa produit deux sidérophores, la pyoverdine et la pyochéline, qui contribuent également à la virulence de ce pathogène opportuniste. Les gènes impliqués dans l'acquisition du fer à l'aide de la pyochéline sont regroupés sur t. le chromosome de P. aeruginosa. Les gènes de biosynthèse de la pyochéline sont organisés en deux opérons divergents, pchDCBA et pchEFGHI, qui flanquent le gène régulateur pchR. Le gène fptA, codant pour le récepteur de la pyochéline dans la membrane externe, est situé immédiatement en aval des gènes pchEFGHL La biosynthèse du sidérophore et de son récepteur est soumise à une double régulation permettant à P. aeruginosa de réagir non seulement à la quantité de fer intracellulaire, mais également à la présence du sidérophore dans le milieu extracellulaire. La répression se fait par l'intermédiaire de la protéine Fur, qui nécessite le fer ferreux comme co-répresseur et se lie à une séquence consensus dans la région promotrice des gènes régulés par le fer. L'induction se produit lorsque le fer est limitant, et requiert PchR, un régulateur transcriptionnel de la famille AraC. En présence de pyochéline, ce régulateur induit l'expression des gènes de biosynthèse et du récepteur de la pyochéline par l'intermédiaire d'un mécanisme partiellement résolu dans ce travail. Une séquence conservée (PchR-box) a été identifiée dans la région promotrice des gènes régulés par la pyochéline. La PchR-box située dans la région intergénique pchR-pchDCBA s'est révélée être importante pour l'induction de l'opéron pchDCBA et la répression du gène divergent pchR. PchR a été purifiée en tant que protéine de fusion avec une protéine liant le maltose (MBP). Des expériences de gel retard ont démontré la liaison spécifique de la protéine MBP-PchR sur la PchR-box en présence, mais non en absence de pyochéline. Les mutations de la PchR-box qui ont affecté la régulation pyochéline-dépendante in vivo, ont également eu un effet sur la liaison de la protéine in vitro. Ces résultats démontrent que la pyochéline est l'effecteur intracellulaire nécessaire à la régulation par PchR. Le fait que la pyochéline extracellulaire soit capable d'activer cette régulation implique que le sidérophore entre dans le cytoplasme. Cette conclusion a été corroborée par l'évaluation du rôle des gènes connus ou putatifs de l'incorporation du fer via la pyochéline sur la régulation pyochéline-dépendente. Le gène fPtA, codant pour le récepteur de la pyochéline, est suivi de trois gènes, fptB,fptC, et fptX, co-transcrits avec,ffitA. Si sffitX code pour une perméase de la membrane interne, la fonction de FptB et FptC reste obscure. FptA et FptX, nécessaires à l'acquisition du fer par l'intermédiaire de la pyochéline, se sont également révélés être requis pour la régulation pyochéline-dépendante des gènes pchDCBA, pchEFGHI et fptABCX. FptB et FptC n'ont quant à eux vraisemblablement pas de rôle majeur à jouer, si ce n'est aucun, dans l'incorporation de la pyochéline.

CHD8 associates with human Staf and contributes to efficient U6 RNA polymerase III transcription.

Chromatin remodeling and histone modification are essential for eukaryotic transcription regulation, but little is known about chromatin-modifying activities acting on RNA polymerase III (Pol III)-transcribed genes. The human U6 small nuclear RNA promoter, located 5' of the transcription start site, consists of a core region directing basal transcription and an activating region that recruits the transcription factors Oct-1 and Staf (ZNF143). Oct-1 activates transcription in part by helping recruit core binding factors, but nothing is known about the mechanisms of transcription activation by Staf. We show that Staf activates U6 transcription from a preassembled chromatin template in vitro and associates with several proteins linked to chromatin modification, among them chromodomain-helicase-DNA binding protein 8 (CHD8). CHD8 binds to histone H3 di- and trimethylated on lysine 4. It resides on the human U6 promoter as well as the mRNA IRF3 promoter in vivo and contributes to efficient transcription from both these promoters. Thus, Pol III transcription from type 3 promoters uses some of the same factors used for chromatin remodeling at Pol II promoters.

The Wnt inhibitory factor 1 (WIF1) is targeted in glioblastoma and has a tumor suppressing function potentially by induction of senescence.

Gene expression-based prediction of genomic copy number aberrations in the chromosomal region 12q13 to 12q15 that is flanked by MDM2 and CDK4 identified Wnt inhibitory factor 1 (WIF1) as a candidate tumor suppressor gene in glioblastoma. WIF1 encodes a secreted Wnt antagonist and was strongly downregulated in most glioblastomas as compared with normal brain, implying deregulation of Wnt signaling, which is associated with cancer. WIF1 silencing was mediated by deletion (7/69, 10%) or epigenetic silencing by promoter hypermethylation (29/110, 26%). Co-amplification of MDM2 and CDK4 that is present in 10% of glioblastomas was associated in most cases with deletion of the whole genomic region enclosed, including the WIF1 locus. This interesting pathogenetic constellation targets the RB and p53 tumor suppressor pathways in tandem, while simultaneously activating oncogenic Wnt signaling. Ectopic expression of WIF1 in glioblastoma cell lines revealed a dose-dependent decrease of Wnt pathway activity. Furthermore, WIF1 expression inhibited cell proliferation in vitro, reduced anchorage-independent growth in soft agar, and completely abolished tumorigenicity in vivo. Interestingly, WIF1 overexpression in glioblastoma cells induced a senescence-like phenotype that was dose dependent. These results provide evidence that WIF1 has tumor suppressing properties. Downregulation of WIF1 in 75% of glioblastomas indicates frequent involvement of aberrant Wnt signaling and, hence, may render glioblastomas sensitive to inhibitors of Wnt signaling, potentially by diverting the tumor cells into a senescence-like state.

Critical role of the transcriptional repressor neuron-restrictive silencer factor in the specific control of connexin36 in insulin-producing cell lines.

Connexin36 (Cx36) is specifically expressed in neurons and in pancreatic beta-cells. Cx36 functions as a critical regulator of insulin secretion and content in beta-cells. In order to identify the molecular mechanisms that control the beta-cell expression of Cx36, we initiated the characterization of the human 5' regulatory region of the CX36 gene. A 2043-bp fragment of the human CX36 promoter was identified from a human BAC library and fused to a luciferase reporter gene. This promoter region was sufficient to confer specific expression to the reporter gene in insulin-secreting cell lines. Within this 5' regulatory region, a putative neuron-restrictive silencer element conserved between rodent and human species was recognized and binds the neuron-restrictive silencing factor (NRSF/REST). This factor is not expressed in insulin-secreting cells and neurons; it functions as a potent repressor through the recruitment of histone deacetylase to the promoter of neuronal genes. The NRSF-mediated repression of Cx36 in HeLa cells was abolished by trichostatin A, confirming the functional importance of histone deacetylase activity. Ectopic expression, by viral gene transfer, of NRSF/REST in different insulin-secreting beta-cell lines induced a marked reduction in Cx36 mRNA and protein content. Moreover, mutations in the Cx36 neuron-restrictive silencer element relieved the low transcriptional activity of the human CX36 promoter observed in HeLa cells and in INS-1 cells expressing NRSF/REST. The data showed that cx36 gene expression in insulin-producing beta-cell lines is strictly controlled by the transcriptional repressor NRSF/REST indicating that Cx36 participates to the neuronal phenotype of the pancreatic beta-cells.

Imprinting of tumor-suppressor genes in human placenta.

Transcriptional deregulation in cancer has been shown to be associated with epigenetic alterations, in particular to tumor-suppressor- gene (TSG) promoters. In contrast, DNA methylation of TSGs is not considered to be present in normal differentiated cells. Nevertheless, we previously showed that the promoter of the tumor-suppressor gene APC is methylated, for one allele only, in normal gastric cells. Recently, RASSF1A has been shown to be imprinted in normal human placenta. To clarify putative TSG methylation in the placenta, 23 normal placental tissues from the first trimester, both decidua and villi, and four normal non-gestational endometrium were screened for DNA methylation by methylation-sensitive single-strand conformation analysis (MS-SSCA) and sequencing after bisulfite modification, on a panel of 12 genes known to be implicated in carcinogenesis. In all placental villi, four TSG promoters-APC, SFRP2, RASSF1A and WIF1-were hypermethylated, whereas all decidua and normal endometrium did not show any methylation. Allele-specific methylation analysis revealed that this methylation was monoallelic. Furthermore, comparison with maternal DNA indicated that APC and WIF1 were methylated on the maternal allele, whereas SFRP2 was methylated on the paternal allele. Sequence analysis of WIF1 mRNA revealed that only the unmethylated paternal allele was transcribed. The imprinting status of these TSGs is conserved during pregnancy. These results indicate that TSG imprinting is pre-existent in normal human placenta and should not be confused with carcinogenesis or pathology-induced methylation.

Integrating receptor interactions and dynamics and Interference with endocrine disruptors in the mechanisms of action of PPAR nuclear receptors

Abstract Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPARs) form a family of three nuclear receptors regulating important cellular and metabolic functions. PPARs control gene expression by directly binding to target promoters as heterodimers with the Retinoid X Receptor (RXR), and their transcriptional activity is enhanced upon activation by natural or pharmacological ligands. The binding of PPAR/RXR heterodimers on target promoters allows the anchoring of a series of coactivators and corepressors involved in promoter remodeling and the recruitment of the transcription machinery. The transcriptional output finally depends on a complex interplay between (i) the respective expression levels of PPARs, RXRs and of other nuclear receptors competing for DNA binding and RXR recruitment, (ii) the availability and the nature of PPAR and RXR ligands, (iii) the expression levels and the nature of the different coactivators and corepressors and (iv) the sequence and the epigenetic status of the promoter. Understanding how all these factors and signals integrate and fine-tune transcription remains a challenge but is necessary to understand the specificity of the physiological functions regulated by PPARs. The work presented herein focuses on the molecular mechanisms of PPAR action and aims at understanding how the interactions and mobility of the receptor modulate transcription in the physiological context of a living cell: Such observations in vivo rely on the use of engineered fluorescent protein chimeras and require the development and the application of complementary imaging techniques such as Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP), Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) and Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS). Using such techniques, PPARs are shown to reside solely in the nucleus where they are constitutively associated with RXR but transcriptional activation by ligand binding -does not promote the formation of sub-nuclear structures as observed with other nuclear receptors. In addition, the engagement of unliganded PPARs in large complexes of cofactors in living cells provides a molecular basis for their ligand-independent activity. Ligand binding reduces receptor diffusion by promoting the recruitment of coactivators which further enlarge the size of PPAR complexes to acquire full transcriptional competence. Using these molecular approaches, we deciphered the molecular mechanisms through which phthalates, a class of pollutants from the plastic industry, interfere with PPARγ signaling. Mono-ethyl-hexyl-phthalate (MEHP) binding induces the recruitment of a specific subset of cofactors and translates into the expression of a specific subset of target genes, the transcriptional output being strongly conditioned by the differentiation status of the cell. This selective PPARγ modulation induces limited adipogenic effects in cellular models while exposure to phthalates in animal models leads to protective effects on glucose tolerance and diet-induced obesity. These results demonstrate that phthalates influence lipid and carbohydrate metabolism through complex mechanisms which most likely involve PPARγ but also probably PPARα and PPARß, Altogether, the molecular and physiological demonstration of the interference of pollutants with PPAR action outlines an important role of chemical exposure in metabolic regulations. Résumé Les PPARs (Peroxisome Proliferator-Activated Receptors) forment une famille de récepteurs nucléaires qui régulent des fonctions cellulaires et métaboliques importantes. Les PPARs contrôlent l'expression des gènes en se liant directement à leurs promoteurs sous forme d'hétérodimères avec les récepteurs RXR (Retinoid X Receptor), et leur activité transcriptionnelle est stimulée par la liaison de ligands naturels ou pharmacologiques. L'association des hétérodimères PPAR/RXR avec les promoteurs des gènes cibles permet le recrutement de coactivateurs et de corépresseurs qui vont permettre le remodelage de la chromatine et le recrutement de la machinerie transcriptionnelle. Les actions transcriptionnelles du récepteur dépendent toutefois d'interactions complexes qui sont régulées par (i) le niveau d'expression des PPARs, des RXRs et d'autres récepteurs nucléaires entrant en compétition pour la liaison à l'ADN et l'association avec RXR, (ii) la disponibilité et la nature de ligands de PPAR et de RXR, (iii) les niveaux d'expression et la nature des différents coactivateurs et corépresseurs et (iv) la séquence et le marquage épigénétique des promoteurs. La compréhension des mécanismes qui permettent d'intégrer ces aspects pour assurer une régulation fine de l'activité transcriptionnelle est un défi qu'il est nécessaire de relever pour comprendre la spécificité des fonctions physiologiques régulées par les PPARs. Ce travail concerne l'étude des mécanismes d'action moléculaire des PPARs et vise à mieux comprendre comment les interactions du récepteur avec d'autres protéines ainsi que la mobilité de ce dernier régulent son activité transcriptionnelle dans le contexte physiologique des cellules vivantes. De telles observations reposent sur l'emploi de protéines fusionnées à des protéines fluorescentes ainsi que sur le développement et l'utilisation de techniques d'imagerie complémentaires telles que le FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching), le FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) ou la FCS (Fluorescence Corrélation Spectroscopy). En appliquant ces méthodes, nous avons pu montrer que les PPARs résident toujours dans le noyau où ils sont associés de manière constitutive à RXR, mais que l'ajout de ligand n'induit pas la formation de structures sub-nucléaires comme cela a pu être décrit pour d'autres récepteurs nucléaires. De plus, les PPARs sont engagés dans de larges complexes protéiques de cofacteurs en absence de ligand, ce qui procure une explication moléculaire à leur activité ligand-indépendante. La liaison du ligand réduit la vitesse de diffusion du récepteur en induisant le recrutement de coactivateurs qui augmente encore plus la taille des complexes afin d'acquérir un potentiel d'activation maximal. En utilisant ces approches moléculaires, nous avons pu caractériser les mécanismes permettant aux phtalates, une classe de polluants provenant de l'industrie plastique, d'interférer avec PPARγ. La liaison du mono-ethyl-hexyl-phtalate (NERF) à PPARγ induit un recrutement sélectif de cofacteurs, se traduisant par l'induction spécifique d'un sous-ensemble de gènes qui varie en fonction du niveau de différentiation cellulaire. La modulation sélective de PPARγ par le MEHP provoque une adipogenèse modérée dans des modèles cellulaires alors que l'exposition de modèles animaux aux phtalates induit des effets bénéfiques sur la tolérance au glucose et sur le développement de l'obésité. Toutefois, les phtalates ont une action complexe sur le métabolisme glucido-lipidique en faisant intervenir PPARγ mais aussi probablement PPARα et PPARß. Cette démonstration moléculaire et physiologique de l'interférence des polluants avec les récepteurs nucléaires PPAR souligne un rôle important de l'exposition à de tels composés dans les régulations métaboliques.

Retinoic acid signaling affects cortical synchrony during sleep.

Delta oscillations, characteristic of the electroencephalogram (EEG) of slow wave sleep, estimate sleep depth and need and are thought to be closely linked to the recovery function of sleep. The cellular mechanisms underlying the generation of delta waves at the cortical and thalamic levels are well documented, but the molecular regulatory mechanisms remain elusive. Here we demonstrate in the mouse that the gene encoding the retinoic acid receptor beta determines the contribution of delta oscillations to the sleep EEG. Thus, retinoic acid signaling, which is involved in the patterning of the brain and dopaminergic pathways, regulates cortical synchrony in the adult.

Mammalian genes are transcribed with widely different bursting kinetics.

In prokaryotes and eukaryotes, most genes appear to be transcribed during short periods called transcriptional bursts, interspersed by silent intervals. We describe how such bursts generate gene-specific temporal patterns of messenger RNA (mRNA) synthesis in mammalian cells. To monitor transcription at high temporal resolution, we established various gene trap cell lines and transgenic cell lines expressing a short-lived luciferase protein from an unstable mRNA, and recorded bioluminescence in real time in single cells. Mathematical modeling identified gene-specific on- and off-switching rates in transcriptional activity and mean numbers of mRNAs produced during the bursts. Transcriptional kinetics were markedly altered by cis-regulatory DNA elements. Our analysis demonstrated that bursting kinetics are highly gene-specific, reflecting refractory periods during which genes stay inactive for a certain time before switching on again.

High level expression of human neuropeptide Y receptors in mammalian cells infected with a recombinant vaccinia virus.

Neuropeptide Y (NPY) is a 36 amino acid peptide present in the central and peripheral nervous system. Numerous studies point to a role of NPY in cardiovascular regulation. NPY effects are mediated through stimulation of specific cell surface G protein-coupled receptors. To allow biochemical studies of the receptor and of its interaction with the ligand, we have developed a potent expression system for NPY receptors using a recombinant vaccinia virus. A human NPY receptor cDNA was fused to a strong vaccinia virus promoter and inserted into the viral genome by homologous recombination. Recombinant viruses were isolated and tested for their ability to induce NPY binding site expression following infection of mammalian cell lines. Using saturation and competition binding experiments we measured a Bmax of 5-10 x 10(6) NPY binding sites per cell. The Kd for the binding of NPY is about 20 nM. Labelling of infected cells with a fluorochrome-labelled NPY indicated that the recombinant protein integrates into the cell membrane.

An autoregulatory loop controlling CYP1A1 gene expression: role of H(2)O(2) and NFI.

Cytochrome P450 1A1 (CYP1A1), like many monooxygenases, can produce reactive oxygen species during its catalytic cycle. Apart from the well-characterized xenobiotic-elicited induction, the regulatory mechanisms involved in the control of the steady-state activity of CYP1A1 have not been elucidated. We show here that reactive oxygen species generated from the activity of CYP1A1 limit the levels of induced CYP1A1 mRNAs. The mechanism involves the repression of the CYP1A1 gene promoter activity in a negative-feedback autoregulatory loop. Indeed, increasing the CYP1A1 activity by transfecting CYP1A1 expression vectors into hepatoma cells elicited an oxidative stress and led to the repression of a reporter gene driven by the CYP1A1 gene promoter. This negative autoregulation is abolished by ellipticine (an inhibitor of CYP1A1) and by catalase (which catalyzes H(2)O(2) catabolism), thus implying that H(2)O(2) is an intermediate. Down-regulation is also abolished by the mutation of the proximal nuclear factor I (NFI) site in the promoter. The transactivating domain of NFI/CTF was found to act in synergy with the arylhydrocarbon receptor pathway during the induction of CYP1A1 by 2,3,7,8-tetrachloro-p-dibenzodioxin. Using an NFI/CTF-Gal4 fusion, we show that NFI/CTF transactivating function is decreased by a high activity of CYP1A1. This regulation is also abolished by catalase or ellipticine. Consistently, the transactivating function of NFI/CTF is repressed in cells treated with H(2)O(2), a novel finding indicating that the transactivating domain of a transcription factor can be targeted by oxidative stress. In conclusion, an autoregulatory loop leads to the fine tuning of the CYP1A1 gene expression through the down-regulation of NFI activity by CYP1A1-based H(2)O(2) production. This mechanism allows a limitation of the potentially toxic CYP1A1 activity within the cell.