Temperature-dependent turnovers in sex-determination mechanisms: a quantitative model.

Sex determination is often seen as a dichotomous process: individual sex is assumed to be determined either by genetic (genotypic sex determination, GSD) or by environmental factors (environmental sex determination, ESD), most often temperature (temperature sex determination, TSD). We endorse an alternative view, which sees GSD and TSD as the ends of a continuum. Both effects interact a priori, because temperature can affect gene expression at any step along the sex-determination cascade. We propose to define sex-determination systems at the population- (rather than individual) level, via the proportion of variance in phenotypic sex stemming from genetic versus environmental factors, and we formalize this concept in a quantitative-genetics framework. Sex is seen as a threshold trait underlain by a liability factor, and reaction norms allow modeling interactions between genotypic and temperature effects (seen as the necessary consequences of thermodynamic constraints on the underlying physiological processes). As this formalization shows, temperature changes (due to e.g., climatic changes or range expansions) are expected to provoke turnovers in sex-determination mechanisms, by inducing large-scale sex reversal and thereby sex-ratio selection for alternative sex-determining genes. The frequency of turnovers and prevalence of homomorphic sex chromosomes in cold-blooded vertebrates might thus directly relate to the temperature dependence in sex-determination mechanisms.

Mechanisms of HCF protein proteolytic maturation

Abstract : Post-translational modifications such as proteolytic processing, phosphorylation, and glycosylation, add extra layers of complexity to proteomes and allow a finely tuned regulation of the activity of many proteins. The evolutionarily conserved cell-cycle and transcriptional regulator HCP-] is regulated by proteolytic maturation via which a stable heterodirneric complex of two cleaved subunits is formed from a single precursor protein. The human HCF-1 precursor is cleaved at six nearly identical 26 amino acid sequence repeats, called HCF-1pro repeats, which represent uncommon protease recognition sites dedicated to human HCF-1 proteolysis. This proteolytic maturation process is conserved in vertebrate HCF-1 homologues and is essential for the functions of the human protein in cell-cycle regulation; the mechanisms that execute and control HCF-1 proteolysis, however, remain poorly understood. In this dissertation I investigate the mechanisms of proteolytic maturation of HCF-1 proteins in different species. I show that the Drosophila homolog of human HCF-1, called dHCP, is proteolytically cleaved via a different mechanism than human HCF-1. dHCP is processed by the same protease, called Taspase], which cleaves one of the key developmental regulators in flies, the Trithorax protein. Maturation of HCP proteins via Taspase] cleavage is probably not particular to dHCP as many invertebrate HCP proteins, particularly insects and flatworms, possess Taspase] recognition sites. In contrast, the vertebrate HCF-1 proteins lack Taspase] recognition sites and the HCF-1pro repeats are not Taspase1 substrates, suggesting that multiple mechanisms for HCF-1 proteolytic maturation have appeared during evolution. I also show that the proteolytic activity responsible for the cleavage of the HCP- 1pro repeats is very difficult to characterize, being resistant to most protease inhibitors and very sensitive to biochemical fractionation. Moreover, the HCF-1pro repeats represent complex protease recognition sites and I demonstrate that, in addition to be the HCF-1 cleavage sites, these repeated sequences, also recruit the OG1cNAc transferase OGT. The OGT protein and the OG1cNAc modification of HCF-1 are both important for HCF-1pro repeat proteolysis. Interestingly, a human recombinant OGT purified from insect cells is able to induce cleavage of a HCF-1pro-repeat precursor in vitro, indicating that OGT either (i) induces HCF-1 autoproteolysis,(ii) is the HCF-1pro- repeat proteolytic activity itself, or (iii) physically associates with a proteolytic activity that is conserved in insect cells. In any case, OGT plays an important role in HCF-1 proteolytic maturation and perhaps a broader role in HCF-1 biological function. Résumé : Les modifications post-traductionelles pomme le clivage protéolytique, la phosphorylation, et la glycosylation, augmentent significativement la complexité des protéomes et permettent une régulation fine de l'activité de beaucoup de protéines. La protéine HCF-1, qui est un régulateur du cycle cellulaire et de la transcription, est elle- même régulée par clivage protéolytique. La protéine HCF-1 est en effet coupée en deux sous-unités qui s'associent l'une a l'autre pour former la protéine mature. Le précurseur de la protéine HCF-1 humaine est clivé à six sites correspondant à six séquences répétées nommées les HCF-1pro repeats, chacune composée de 26 acide aminés. Les HCF-1pro- repeats ne ressemblent ai aucune séquence de clivage protéolytique connue et sont présentes seulement dans les protéines HCF-1 chez les vertébrés. Bien que la maturation protéolytique d'HCF-1 soit essentielle pour les activités de cette protéine pendant le cycle cellulaire, les mécanismes qui la contrôlent restent inconnus. Au cours de mon travail de thèse, j'ai analysé les mécanismes de clivage protéolytique des protéines HCF dans différentes espèces. J'ai montré que la protéine de Drosophile homologue d'HCF-1 humaine nommée dHCF est clivée par une protéase nommée Taspase1. Ainsi, dHCF est clivé par la même protéase que celle qui induit la maturation protéolytique d'un des principaux facteurs du développement chez la mouche, la protéine Trithorax. La maturation de dHCF via le clivage par la Taspase1 n'est pas spécifique à la mouche, mais est probablement étendu à plusieurs protéines HCF chez les invertébrés, surtout dans les familles des insectes et des plathehninthes, car ces protéines HCF présentent des sites de reconnaissance pour la Taspasel. Par contre, les protéines HCF-1 chez les vertébrés n'ont pas de sites de reconnaissance pour la Taspasel et cela suggère que différents mécanismes de maturation des protéines HCF- ls ont apparu au cours de l'évolution. J'ai montré aussi que les HCF-1pro-repeats sont clivés par une activité protéolytique très difficile a identifier, car elle est résistante à la plupart des inhibiteurs de protéases, mais elle est très sensible au fractionnement biochimique. En plus, les HCF-1pro-repeats sont un site de protéolyse complexe qui ne sert pas seulement au clivage des protéines HCF- chez les vertébrés mais aussi à recruter l'enzyme responsable de la O- GlcNAcylation nommée OGT. La protéine OGT et la O-GlcNAcylatio d'HCF-1 sont toutes les deux importantes pour le clivage protéolytique des HCF1pro-repeats. Curieusement, la protéine OGT humaine produite dans des cellules d'insectes est capable de cliver les HCF-1pro repeats in vitro et cela suggère que OGT soit (i) induit le clivage autocatalytique cl'HCF-1, soit (ii) est elle-même l'activité protéolytique qui clive HCF4, soit (iii) est associée à une activité protéolytique conservée dans les cellules d'insectes qui a été co-purifiée avec OGT. En conclusion, OGT joue un rôle important dans la maturation protéolytique d'HCF-1 et peut-être aussi un rôle plus large dans les fonctions biologiques de la protéine HCF-1.

La programmmation foetale de la dysfonction vasculaire pulmonaire chez la souris : rôle des mécanismes épigénétiques = Fetal programming of pulmonary vascular dysfunction in mice : role of epigenetic mechanisms

Rapport de synthèseDes événements pathologiques survenant pendant la période foetale prédisposent la descendance aux maladies cardiovasculaires systémiques. Il existe peu de connaissances au sujet de la circulation pulmonaire et encore moins quant aux mécanismes sous-jacents. La sous-alimentation maternelle pendant la grossesse peut représenter un modèle d'investigation de ces mécanismes, parce que chez l'animal et l'homme elle est associée à une dysfonction vasculaire systémique chez la progéniture. Chez le rat, la diète restrictive pendant la grossesse induit une augmentation du stress oxydatif dans le placenta. Les dérivés de l'oxygène sont connus pour induire des altérations épigénétiques et peuvent traverser la barrière placentaire. Nous avons dès lors spéculé que chez la souris la diète restrictive pendant la grossesse induit une dysfonction vasculaire pulmonaire chez sa progéniture qui serait liée à un mécanisme épigénétique.Pour tester cette hypothèse, nous avons examiné la fonction vasculaire pulmonaire et la méthylation de l'ADN pulmonaire à la fin de 2 semaines d'exposition à l'hypoxie chez la progéniture de souris soumises à une diète restrictive pendant la grossesse et des souris contrôles. Nous avons trouvé que la vasodilatation endothélium-dépendante de l'artère pulmonaire in vitro était défectueuse, et que l'hypertension pulmonaire et l'hypertrophie ventriculaire droite induites par l'hypoxie in vivo étaient exagérées chez la progéniture de souris soumises à une diète restrictive pendant la grossesse. Cette dysfonction vasculaire pulmonaire était associée avec une altération de la méthylation de l'ADN pulmonaire. L'administration d'inhibiteurs de la déacétylase des histones, le Butyrate et la Trichostatine-A à la progéniture de souris soumises à une diète restrictive pendant la grossesse a normalisé la méthylation de l'ADN et la fonction vasculaire pulmonaire. Finalement, l'administration du nitroxyde Tempol aux mères durant la diète restrictive pendant la grossesse a prévenu la dysfonction vasculaire et la dysméthylation chez la progéniture.Ces découvertes démontrent que chez la souris la sous-alimentation pendant la gestation induit une dysfonction vasculaire chez la progéniture qui est causée par un mécanisme épigénétique. Il est possible qu'un mécanisme similaire soit impliqué dans la programmation foetale de la dysfonction vasculaire chez les humains.

Looking for factors involved in the light-dependent degradation of phytochrome A

SUMMARY : Phytochromes constitute a family of red/far-red photoreceptors regulating all the major transitions during the life cycle of plants. In Arabidopsis, five members: phyA,_ B, C, D and E, were identified. Phytochromes are synthesized in their inactive red-light absorbing form called Pr. Upon light absorbance they convert to the far-red light absorbing Pfr form. The Pfr form is the active conformer which converts back to the Pr form either rapidly upon far-red perception or in a slower process called dark reversion. ph~A represents an exception, in that it does not significantly dark-revert and two specific processes have been developed by the plants to decrease the amount of biologically active phyA. The first one is alight-dependent repression of the PHYA gene expression and the second one is alight-dependent degradation of the phyA protein. The latter is the most efficient process to rapidly decrease the level of active phyA. The ability of plants to regulate the amount of active phyA is critical in a far-red rich environment, a situation observed under a canopy. In these conditions, phyA is essential to induce the germination and the deetiolation of the young seedling. Later in the development the ability of phyA to repress growth counteracts the shade avoidance response. Therefore decreasing the amount of phyA allows stem growth and to compete with neighbours for the light. In this thesis, I investigate the light-dependent degradation of phyA. I developed a reverse genetic approach based on the systematic analysis of the light-dependent accumulation of phyA in the different cullin mutant cull, cul3a; cul3b and cul4. This analysis allowed me to show that CUL1 and CUL3A-based E3 ligase complexes are involved in the regulation of phyA degradation. Surprisingly, our results also demonstrate that cu14 is not affected in the degradation of phyA whereas constitutive Photomorphogenic 1 (COP1) a subunit of one CUL4based E3 complex was reported to be involved. Further investigations showed that the phenotype of cop1 is conditional, the mutant being defective in phyA degradation only in the presence of metabolisable sugars. I also showed that phyA is degraded by a proteasome-dependent mechanism both in the cytoplasm and in the nucleus using mutants and transgenic lines affected in the localization of phyA. Interestingly, I observed that phyA degradation was faster in the nucleus than in the cytosol and that rapid degradation of Pr also occurred in the nucleus suggesting that cytosolic accumulation of phyA in the dark is a way to regulate its proteolysis. Finally, we identify a short region similar to a PEST sequence required for phyA stability and we developed a unbiased genetic screen to identify new components involved in the regulation of the light-dependent degradation of phyA. The significance of these results are discussed. RESUME : Les phytochromes (phy) constituent une famille de photorécepteurs absorbant la lumière rouge et rouge lointaine et régulant toutes les étapes de transitions majeures dans la vie des plantes. Chez Arabidopsis, cinq membres : phyA, B, C, D et E ont été identifiés. Les phytochromes sont synthétisés sous une forme inactive appelée Pr absorbant la lumière rouge. Après perception de lumière ils passent sous une forme active Pfr absorbant dans le rouge lointain. La forme Pfr peut retourner sous la forme Pr après absorption de lumiëre rouge lointaine ou dans un processus lent appelé «réversion à l'obscurité ». phyA représente une exception à cette règle car il ne retoune pas significativement sous sa forme inactive dans le noir. Deux processus spécifiques ont donc été développés pour diminuer le taux de phyA actif. Le premier consiste en la répression du gène PHYA en condition de lumière et le second en une dégradation induite par la lumière de la protéine phyA. Ce dernier processus est le plus efficace pour diminuer rapidement le niveau de phyA. La capacité des plantes à réguler le taux de phyA actifs est critique dans un environnement riche en lumière rouge lointaine, une situation observée sous une canopée. Sous une canopée, phyA est essentiel pour induire la germination et la dé-étiolation de la jeune pousse. Plus tard dans le développement la capacité de phyA de réprimer la croissance freine la «réponse à l'évitement de l'ombre ». Par conséquent diminuer le taux de phyA permet la croissance de la tige et donc de rentrer en compétition pour la lumière avec les plantes avoisinantes. Dans cette thèse, j'ai étudié la dégradation de phyA. J'ai développé une approche génétique inverse basée sur l'analyse systématique de l'accumulation de phyA en condition de lumière dans les différents mutants cullin, cul1, cul3a, cul3b et cul4. Ces analyses nous ont permis d'identifier qu'un complexe E3 ligase CUL1 et un complexe E3 ligase CUL3A sont impliqués dans la régulation de la dégradation de phyA. Mes résultats démontrent aussi que le mutant cul4 n'est pas affecté dans la dégradation de phyA alors que Çonstitutive Photomorphogenic 1 (COPI) une sous unité d'un complexe CUL4 à été identifier dans la régulation de cette dégradation. Des analyses supplémentaires suggèrent que l'effet de la mutation cop1 est dépendante dë la présence de sucres métabolisables. J'ai aussi montré que phyA est dégradé dans le noyau et dans le cytoplasme par un mécanisme dépendant du protéasome et que la dégradation dans le.noyau est non seulement aspécifique de la forme Pr ou Pfr mais aussi est plus rapide que dans le cytoplasme. Ceci suggère que l'accumulation de phyA dans le cytoplasme permet son accumulation à des niveaux élevés à l'obscurité. Enfin j'ai identifié une région similaire à un motif PEST requise pour la stabilité de phyA et j'ai aussi développé un criblage génétique non biaisé pour identifier de nouveaux composants impliqués dans la régulation de la dégradation de phyA. L'importance de ces résultats est discutée dans le dernier chapitre de cette thèse.

Environmental pollution promotes selection of microbial degradation pathways

Astonishing as it may seem, one organism's waste is often ideal food for another. Many waste products generated by human activities are routinely degraded by microorganisms under controlled conditions during waste-water treatment. Toxic pollutants resulting from inadvertent releases, such as oil spills, are also consumed by bacteria, the simplest organisms on Earth. Biodegradation of toxic or particularly persistent compounds, however, remains problematic. What has escaped the attention of many is that bacteria exposed to pollutants can adapt to them by mutating or acquiring degradative genes. These bacteria can proliferate in the environment as a result of the selection pressures created by pollutants. The positive outcome of selection pressure is that harmful compounds may eventually be broken down completely through biodegradation. The downside is that biodegradation may require extremely long periods of time. Although the adaptation process has been shown to be reproducible, it remains very difficult to predict.

Persistent infection of arenaviruses : molecular mechanisms and pathogenesis

Arenaviruses are enveloped negative single strand RNA viruses that include a number of important human pathogens. The most prevalent human pathogen among the arenaviruses is the Old World arenavirus Lassa virus (LASV) which is endemic in West Africa from Senegal to Cameroon. LASV is the etiologic agent of a severe viral hemorrhagic fever named Lassa fever whose mortality rate can reach 30% in hospitalized patients. One of the hallmarks of fatal arenavirus infection in humans is the absence of an effective innate and adaptive immune response. In nature, arenaviruses are carried by rodents which represent the natural reservoirs as well as the vectors for transmission. In their natural rodent reservoir, arenaviruses have the ability to establish persistent infection without any overt signs and symptoms of pathology. We believe that the modulation of the host cell's innate immunity by arenaviruses is a key determinant for persistence in the natural host and for the pathogenesis in man. In this thesis, we studied the interaction of arenaviruses with two main branches of the host's innate anti-viral defense, the type I interferon (IFN) system and virus-induced mitochondrial apoptosis. The arenavirus nucleoprotein (NP) is responsible for the anti-IFN activity of arenaviruses. Specifically, NP blocks the activation and the nuclear translocation of the transcription factor interferon regulatory factor 3 (IRF3) which leads to type I IFN production. LASV and the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) NPs contain a 3'-5'exoribonuclease domain in the C terminal part that has been linked to the anti-IFN activity of NP. In the first project, we sought to identify cellular component(s) of the type I IFN induction pathway targeted by the viral NP. Our study revealed that LCMV NP prevents the activation of IRF3 by blocking phosphorylation of the transcription factor. We found that LCMV NP specifically targets the IRF-activating kinase IKKs, and this specific binding is conserved within the Arenaviridae. We could also demonstrate that LCMV NP associates with the kinase domain of IKKs involving NP's C-terminal region. Lastly, we showed that the binding of LCMV NP inhibits the kinase activity of IKKs. This study allowed the discovery of a new cellular interacting partner of arenavirus NP. This newly described association may play a role in the anti-IFN activity of arenaviruses but potentially also in other aspects of arenavirus infection. For the second project, we investigated the ability of arenaviruses to avoid and/or suppress mitochondrial apoptosis. As persistent viruses, arenaviruses evolved a "hit and stay" survival strategy where the apoptosis of the host cell would be deleterious. We found that LCMV does not induce mitochondrial apoptosis at any time during infection. Specifically, no caspase activity, no cytochrome c release from the mitochondria as well as no cleavage of poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) were detected during LCMV infection. Interestingly, we found that virus-induced mitochondrial apoptosis remains fully functional in LCMV infected cells, while the induction of type IIFN is blocked. Since both type IIFN production and virus- induced mitochondrial apoptosis critically depend on the pattern recognition receptor (PRR) RIG-I, we examined the role of RIG-I in apoptosis in LCMV infected cells. Notably, virus- induced mitochondrial apoptosis in LCMV infected cells was found to be independent of RIG- I and MDA5, but still depended on MAVS. Our study uncovered a novel mechanism by which arenaviruses alter the host cell's pro-apoptotic signaling pathway. This might represent a strategy arenaviruses developed to maintain this branch of the innate anti-viral defense in absence of type I IFN response. Taken together, these results allow a better understanding of the interaction of arenaviruses with the host cell's innate immunity, contributing to our knowledge about pathogenic properties of these important viruses. A better comprehension of arenavirus virulence may open new avenues for vaccine development and may suggest new antiviral targets for therapeutic intervention against arenavirus infections. - Les arenavirus sont des virus enveloppés à ARN simple brin qui comportent un grand nombre de pathogènes humains. Le pathogène humain le plus important parmi les arenavirus est le virus de Lassa qui est endémique en Afrique de l'Ouest, du Sénégal au Cameroun. Le virus de Lassa est l'agent étiologique d'une fièvre hémorragique sévère appelée fièvre de Lassa, et dont le taux de mortalité peut atteindre 30% chez les patients hospitalisés. L'une des caractéristiques principales des infections fatales à arenavirus chez l'Homme est l'absence de réponse immunitaire innée et adaptative. Dans la nature, les arenavirus sont hébergés par différentes espèces de rongeur, qui représentent à la fois les réservoirs naturels et les vecteurs de transmission des arenavirus. Dans leur hôte naturel, les arenavirus ont la capacité d'établir une infection persistante sans symptôme manifeste d'une quelconque pathologie. Nous pensons que la modulation de système immunitaire inné de la cellule hôte par les arenavirus est un paramètre clé pour la persistance au sein de l'hôte naturel, ainsi que pour la pathogenèse chez l'Homme. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'interaction des arenavirus avec deux branches essentielles de la défense antivirale innée de la cellule hôte, le système interféron (IFN) de type I et l'apoptose. La nucléoprotéine virale (NP) est responsable de l'activité anti-IFN des arenavirus. Plus spécifiquement, la NP bloque 1'activation et la translocation nucléaire du facteur de transcription IRF3 qui conduit à la production des IFNs de type I. La NP du virus de Lassa et celle du virus de la chorioméningite lymphocytaire (LCMV), l'arénavirus prototypique, possèdent dans leur extrémité C-terminale un domaine 3'-5' exoribonucléase qui a été associé à l'activité anti-IFN de ces protéines. Dans un premier projet, nous avons cherché à identifier des composants cellulaires de la cascade de signalisation induisant la production d'IFNs de type I qui pourraient être ciblés par la NP virale. Nos recherches ont révélé que la NP de LCMV empêche 1'activation d'IRF3 en bloquant la phosphorylation du facteur de transcription. Nous avons découvert que la NP de LCMV cible spécifiquement la kinase IKKe, et que cette interaction spécifique est conservée à travers la famille des Arenaviridae. Notre étude a aussi permis de démontrer que la NP de LCMV interagit avec le domaine kinase d'IKKe et que l'extrémité C-terminale de la NP est impliquée. Pour finir, nous avons pu établir que l'association avec la NP de LCMV inhibe l'activité kinase d'IKKe. Cette première étude présente la découverte d'un nouveau facteur cellulaire d'interaction avec la NP des arenavirus. Cette association pourrait jouer un rôle dans l'activité anti-IFN des arénavirus, mais aussi potentiellement dans d'autres aspects des infections à arénavirus. Pour le second projet, nous nous sommes intéressés à la capacité des arénavirus à éviter et/ou supprimer l'apoptose mitochondriale. En tant que virus persistants, les arénavirus ont évolué vers une stratégie de survie "hit and stay" pour laquelle l'apoptose de la cellule hôte serait néfaste. Nous avons observé qu'à aucun moment durant l'infection LCMV n'induit l'apoptose mitochondriale. Spécifiquement, aucune activité de caspase, aucune libération mitochondriale de cytochrome c ainsi qu'aucun clivage de la polymerase poly(ADP-ribose) (PARP) n'a été détecté pendant l'infection à LCMV. Il est intéressant de noter que l'apoptose mitochondriale induite par les virus reste parfaitement fonctionnelle dans les cellules infectées par LCMV, alors que l'induction de la réponse IFN de type I est bloquée dans les mêmes cellules. La production des IFNs de type I et l'apoptose mitochondriale induite par les virus dépendent toutes deux du récepteur de reconnaissance de motifs moléculaires RIG-I. Nous avons, par conséquent, investigué le rôle de RIG-I dans l'apoptose qui a lieu dans les cellules infectées par LCMV lorsqu'on les surinfecte avec un autre virus pro-apoptotique. En particulier, l'apoptose mitochondriale induite par les surinfections s'est révélée indépendante de RIG-I et MDA5, mais dépendante de MAVS dans les cellules précédemment infectées par LCMV. Notre étude démontre ainsi l'existence d'un nouveau mécanisme par lequel les arénavirus altèrent la cascade de signalisation pro-apoptotique de la cellule hôte. Il est possible que les arénavirus aient développé une stratégie permettant de maintenir fonctionnelle cette branche de la défense antivirale innée en l'absence de réponse IFN de type I. En conclusion, ces résultats nous amènent à mieux comprendre l'interaction des arénavirus avec l'immunité innée de la cellule hôte, ce qui contribue aussi à améliorer notre connaissance des propriétés pathogéniques de ces virus. Une meilleure compréhension des facteurs de virulence des arénavirus permet, d'une part, le développement de vaccins et peut, d'autre part, servir de base pour la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques utilisées dans le traitement des infections à arénavirus.

Antifungal drug resistance mechanisms in fungal pathogens from the perspective of transcriptional gene regulation.

Fungi are primitive eukaryotes and have adapted to a variety of niches during evolution. Some fungal species may interact with other life forms (plants, insects, mammals), but are considered as pathogens when they cause mild to severe diseases. Chemical control strategies have emerged with the development of several drugs with antifungal activity against pathogenic fungi. Antifungal agents have demonstrated their efficacy by improving patient health in medicine. However, fungi have counteracted antifungal agents in several cases by developing resistance mechanisms. These mechanisms rely on drug resistance genes including multidrug transporters and drug targets. Their regulation is crucial for the development of antifungal drug resistance and therefore transcriptional factors critical for their regulation are being characterized. Recent genome-wide studies have revealed complex regulatory circuits involving these genetic and transcriptional regulators. Here, we review the current understanding of the transcriptional regulation of drug resistance genes from several fungal pathogens including Candida and Aspergillus species.

Mechanisms of functional T-cell deficiency in melanoma patients

SUMMARYAs a result of evolution, humans are equipped with an intricate but very effective immune system with multiple defense mechanisms primarily providing protection from infections. This system comprises various cell types, including T-lymphocytes, which are able to recognize and directly kill infected cells. T-cells are not only able to recognize cells carrying foreign antigens, such as virus-infected cells, but also autologous cells. In autoimmune diseases, e.g. multiple sclerosis, T- cells attack autologous cells and cause the destruction of healthy tissue. To prevent aberrant immune reactions, but also to prevent damage caused by an overreacting immune response against foreign targets, there are multiple systems in place that attenuate T-cell responses.By contrast, anti-self immune responses may be highly welcome in malignant diseases. It has been demonstrated that activated T-cells are able to recognize and lyse tumor cells, and may even lead to successful cure of cancer patients. Through vaccination, and especially with the help of powerful adjuvants, frequencies of tumor-reactive T-cells can be augmented drastically. However, the efficacy of anti-tumor responses is diminished by the same checks and balances preventing the human body from harm induced by overly activated T-cells in infections.In the context of my thesis, we studied spontaneous and vaccination induced T-cell responses in melanoma patients. The aim of my studies was to identify situations of T-cell suppression, and pinpoint immune suppressive mechanisms triggered by malignant diseases. We applied recently developed techniques such as multiparameter flow cytometry and gene arrays, allowing the characterization of tumor-reactive T-cells directly ex vivo. In our project, we determined functional capabilities, protein expression, and gene expression profiles of small numbers of T- cells from metastatic tissue and blood obtained from healthy donors and melanoma patients. We found evidence that tumor-specific T-cells were functionally efficient effector cells in peripheral blood, but severely exhausted in metastatic tissue. Our molecular screening revealed the upregulation of multiple inhibitory receptors on tumor-specific T-cells, likely implied in T-cell exhaustion. Functional attenuation of tumor-specific T-cells via inhibitory receptors depended on the anatomical location and immune suppressive mechanisms in the tumor microenvironment, which appeared more important than self-tolerance and anergy mechanisms. Our data reveal novel potential targets for cancer therapy, and contribute to the understanding of cancer biology.RÉSUMÉAu cours de l'évolution, les êtres humains se sont vus doter d'un système immunitaire complexe mais très efficace, avec de multiples mécanismes de défense, principalement contre les infections. Ce système comprend différents types de cellules, dont les lymphocytes Τ qui sont capables de reconnaître et de tuer directement des cellules infectées. Les cellules Τ reconnaissent non seulement des cellules infectées par des virus, mais également des cellules autologues. Dans le cas de maladies auto-immunes, comme par exemple la sclérose en plaques, les cellules Τ s'attaquent à des cellules autologues, ce qui engendre la destruction des tissus sains. Il existe plusieurs systèmes de contrôle des réponses Τ afin de minimiser les réactions immunitaires aberrantes et d'empêcher les dégâts causés par une réponse immunitaire trop importante contre une cible étrangère.Dans le cas de maladies malignes en revanche, une réponse auto-immune peut être avantageuse. Il a été démontré que les lymphocytes Τ étaient également capables de reconnaître et de tuer des cellules tumorales, pouvant même mener à la guérison d'un patient cancéreux. La vaccination peut augmenter fortement la fréquence des cellules Τ réagissant contre une tumeur, particulièrement si elle est combinée avec des adjuvants puissants. Cependant, l'efficacité d'une réponse antitumorale est atténuée par ces mêmes mécanismes de contrôle qui protègent le corps humain des dégâts causés par des cellules Τ activées trop fortement pendant une infection.Dans le cadre de ma recherche de thèse, nous avons étudié les réponses Τ spontanées et induites par la vaccination dans des patients atteints du mélanome. Le but était d'identifier des conditions dans lesquelles les réponses des cellules Τ seraient atténuées, voire inhibées, et d'élucider les mécanismes de suppression immunitaire engendrés par le cancer. Par le biais de techniques nouvelles comprenant la cryométrie de flux et l'analyse globale de l'expression génique à partir d'un nombre minimal de cellules, il nous fut possible de caractériser des cellules Τ réactives contre des tumeurs directement ex vivo. Nous avons examiné les profiles d'expression de gènes et de protéines, ainsi que les capacités fonctionnelles des cellules Τ isolées à partir de tissus métastatiques et à partir du sang de patients. Nos résultats indiquent que les cellules Τ spécifiques aux antigènes tumoraux sont fonctionnelles dans le sang, mais qu'elles sont épuisées dans les tissus métastatiques. Nous avons découvert dans les cellules Τ antitumorales une augmentation de l'expression des récepteurs inhibiteurs probablement impliqués dans l'épuisement de ces lymphocytes T. Cette expression particulière de récepteurs inhibiteurs dépendrait donc de leur localisation anatomique et des mécanismes de suppression existant dans l'environnement immédiat de la tumeur. Nos données révèlent ainsi de nouvelles cibles potentielles pour l'immunothérapie du cancer et contribuent à la compréhension biologique du cancer.

Analysis of the contribution of the β-oxidation auxiliary enzymes in the degradation of the dietary conjugated linoleic acid 9-cis-11-trans-octadecadienoic acid in the peroxisomes of Saccharomyces cerevisiae

Beta-oxidation of the conjugated linoleic acid 9-cis,11-trans-octadecadienoic acid (rumenic acid) was analyzed in vivo in Saccharomyces cerevisiae by monitoring polyhydroxyalkanoate production in the peroxisome. Polyhydroxyalkanoate is synthesized by the polymerization of the beta-oxidation intermediates 3-hydroxyacyl-CoAs via a bacterial polyhydroxyalkanoate synthase targeted to the peroxisome. The amount of polyhydroxyalkanaote synthesized from the degradation of rumenic acid was found to be similar to the amount synthesized from the degradation of 10-trans,12-cis-octadecadienoic acid, oleic acid or 10-cis-heptadecenoic acid. Furthermore, the degradation of 10-cis-heptadecenoic acid was found to be unaffected by the presence of rumenic acid in the media. Efficient degradation of rumenic acid was found to be independent of the Delta(3,5),Delta(2,4)-dienoyl-CoA isomerase but instead relied on the presence of Delta(3),Delta(2)-enoyl-CoA isomerase activity. The presence of the unsaturated monomer 3-hydroxydodecenoic acid in polyhydroxyalkanoate derived from rumenic acid degradation was found to be dependent on the presence of a Delta(3),Delta(2)-enoyl-CoA isomerase activity. Together, these data indicate that rumenic acid is mainly degraded in vivo in S. cerevisiae through a pathway requiring only the participation of the auxiliary enzymes Delta(3),Delta(2)-enoyl-CoA isomerase, along with the enzyme of the core beta-oxidation cycle.

Mechanisms of CYR61 mediated breast cancer metastasis to the lung

CYR61 (Cysteine-rich angiogenic inducer 61) is a matricellular protein that regulates cell proliferation, adhesion, migration and cell survival through interaction with various types of integrin cell adhesion receptors. At tissue level it is implicated in the regulation of embryonic development, wound healing and angiogenesis. CYR61 has also been involved in cancer progression, however its role appears to be diverse and complex depending on the cancer type and stage. Its contribution to metastasis formation is still unclear. Previous findings reported by our laboratory demonstrated that CYR61 cooperates with avßs integrin to promote invasion and metastasis of cancers growing in a pre-irradiated microenvironment. In this work, we used an orthotopic model of breast cancer to show for the first time that silencing of CYR61 in breast cancer cells suppresses lung metastasis formation. Silencing of MDA-MB-231 reduced both local growth and lung metastasis formation of tumor cells implanted in a pre-irradiated mammary fat pad. CYR61 silencing in tumors growing in non-irradiated mammary fat pads did not impact primary tumor growth but decreased lung metastasis formation. The effect of CYR61 on spontaneous lung metastasis formation during natural cancer progression was further examined by using an experimental model of metastasis. Results from these experiments indicate that CYR61 is critically involved in promoting cancer cells entry into lung parenchyma rather than later steps of colonization. In vitro experiments showed that CYR61 promotes tumor cell spreading, migration and transendothelial migration. CYR61 also supported colony formation under anchorage-independent condition and promotes resistance to anoikis through the involvement of ß1 and ß3 integrin. These results indicate that CYR61 promotes lung metastasis of breast cancer by facilitating extravasation into lung parenchyma through enhanced motility, transendothelial migration and resistance to anoikis. - CYR61 (Cysteine-rich angiogenic inducer 61) est une protéine matricellulaire qui régule la prolifération, l'adhérence, la migration et la survie des cellules par son interaction avec différents types de récepteurs d'adhésion cellulaire de la famille des intégrine. Au niveau des tissus, CYR61 est impliquée dans la régulation du développement embryonnaire, de la cicatrisation et de l'angiogenèse. CYR61 a également été impliquée dans le cancer, mais son rôle semble être divers et complexe en fonction du type du cancer et de son stade. Son rôle dans la formation des métastases n'est pas encore clair. Des résultats antérieurs rapportés par notre laboratoire ont montré que CYR61 coopère avec l'intégrine avß5 pour favoriser l'invasion et la métastase de tumeurs se développant dans un micro-environnement pré-irradié. Dans ce travail, nous avons utilisé un modèle orthotopique de cancer du sein pour démontrer pour la première fois que l'extinction (silencing) du gène CYR61 dans le cancer du sein réduit la formation de métastases pulmonaires. L'extinction de CYR61 dans la lignée cellulaire de cancer du sein humain MDA-MB- 231 réduit à la fois la croissance local ainsi que la formation de métastases pulmonaires à partir de cellules implantés dans les coussinets adipeux mammaires pré-irradié. L'extinction de CYR61 dans des tumeurs grandissant dans les coussinets adipeux mammaires non irradiées n'a pas d'incidence sur la croissance tumorale primaire mais réduit la formation des métastases pulmonaires. Par la suite nous avons examiné l'effet de CYR61 sur la formation de métastases pulmonaires en utilisant un modèle expérimental de métastase. Les résultats de ces expériences indiquent que CYR61 est impliquée de manière cruciale dans les étapes précoces de la formation de métastases, plutôt que dans les étapes tardives de colonisation du poumon. Des expériences in vitro ont montré que CYR61 favorise l'étalement, la migration et la transmigration endothéliale des cellules tumorales. CYR61 favorise également la formation de colonies dans des conditions indépendante de l'ancrage et la résistance à l'anoïkis par l'engagement des intégrines ß1 et ß3. Ces résultats indiquent que CYR61 favorise les métastases pulmonaires du cancer du sein en facilitant l'extravasation dans le parenchyme pulmonaire grâce à la stimulation de la motilità, de la migration transmigration endothéliale et de la résistance à l'anoïkis.

ESRD caused by nephrolithiasis: prevalence, mechanisms, and prevention.

BACKGROUND: The contribution of nephrolithiasis-related end-stage renal disease (ESRD) to patients requiring renal replacement therapy has never been specifically evaluated. METHODS: Of the entire cohort of 1,391 consecutive patients who started maintenance dialysis therapy at our nephrology department between January 1989 and December 2000, a total of 45 patients (21 men) had renal stone disease as the cause of ESRD and constitute the study material. Type and cause of renal stone disease was determined in the 45 patients, as well as the change in prevalence of nephrolithiasis-related ESRD with time during this 12-year period. RESULTS: The overall proportion of nephrolithiasis-related ESRD was 3.2%. Infection (struvite) stones accounted for 42.2%; calcium stones, 26.7%; uric acid nephrolithiasis, 17.8%; and hereditary diseases (including primary hyperoxaluria type 1 and cystinuria), 13.3% of cases. Women were predominant among patients with infection and calcium stones, whereas men were predominant among patients with uric acid or hereditary stone disease. The proportion of patients with nephrolithiasis-related ESRD decreased from 4.7% in the triennial period 1989 to 1991 to 2.2% in the most recent period, 1998 to 2000 ( P = 0.07). This tendency to a decreasing prevalence mainly was caused by a rarefaction of infection and calcium stones with time, whereas frequencies of uric acid and hereditary stone disease remained essentially unchanged. CONCLUSION: Severe forms of nephrolithiasis remain an underestimated cause of potentially avoidable ESRD and need for renal replacement therapy. These findings highlight the crucial importance of accurate stone analysis and metabolic evaluation to provide early diagnosis and proper therapy for conditions that may lead to ESRD through recurrent stone formation and/or parenchymal crystal infiltration.

Factors favoring a degradation or an improvement in activities of daily living (ADL) performance among nursing home (NH) residents: A survival analysis.

Different factors influence ADL performance among nursing home (NH) residents in long term care. The aim was to investigate which factors were associated with a significant change of ADL performance in NH residents, and whether or not these factors were gender-specific. The design was a survival analysis. The 10,199 participants resided in ninety Swiss NHs. Their ADL performance had been assessed by the Resident Assessment Instrument Minimum Data Set (RAI-MDS) in the period from 1997 to 2007. Relevant change in ADL performance was defined as 2 levels of change on the ADL scale between two successive assessments. The occurrence of either an improvement or a degradation of the ADL status) was analyzed using the Cox proportional hazard model. The analysis included a total of 10,199 NH residents. Each resident received between 2 and 23 assessments. Poor balance, incontinence, impaired cognition, a low BMI, impaired vision, no daily contact with proxies, impaired hearing and the presence of depression were, by hierarchical order, significant risk factors for NH residents to experience a degradation of ADL performance. Residents, who were incontinent, cognitively impaired or had a high BMI were significantly less likely to improve their ADL abilities. Male residents with cancer were prone to see their ADL improve. The year of NH entry was significantly associated with either degradation or improvement of ADL performance. Measures aiming at improving balance and continence, promoting physical activity, providing appropriate nourishment and cognitive enhancement are important for ADL performance in NH residents.

TWEAK-FN14 signaling induces lysosomal degradation of a cIAP1-TRAF2 complex to sensitize tumor cells to TNFalpha.

Synthetic inhibitor of apoptosis (IAP) antagonists induce degradation of IAP proteins such as cellular IAP1 (cIAP1), activate nuclear factor kappaB (NF-kappaB) signaling, and sensitize cells to tumor necrosis factor alpha (TNFalpha). The physiological relevance of these discoveries to cIAP1 function remains undetermined. We show that upon ligand binding, the TNF superfamily receptor FN14 recruits a cIAP1-Tnf receptor-associated factor 2 (TRAF2) complex. Unlike IAP antagonists that cause rapid proteasomal degradation of cIAP1, signaling by FN14 promotes the lysosomal degradation of cIAP1-TRAF2 in a cIAP1-dependent manner. TNF-like weak inducer of apoptosis (TWEAK)/FN14 signaling nevertheless promotes the same noncanonical NF-kappaB signaling elicited by IAP antagonists and, in sensitive cells, the same autocrine TNFalpha-induced death occurs. TWEAK-induced loss of the cIAP1-TRAF2 complex sensitizes immortalized and minimally passaged tumor cells to TNFalpha-induced death, whereas primary cells remain resistant. Conversely, cIAP1-TRAF2 complex overexpression limits FN14 signaling and protects tumor cells from TWEAK-induced TNFalpha sensitization. Lysosomal degradation of cIAP1-TRAF2 by TWEAK/FN14 therefore critically alters the balance of life/death signals emanating from TNF-R1 in immortalized cells.