Gene transfer of interleukin-18-binding protein attenuates cardiac allograft rejection.

Interleukin (IL) 18 is a potent pro-inflammatory Th1 cytokine that exerts pleiotropic effector functions in both innate and acquired immune responses. Increased IL-18 production during acute rejection has been reported in experimental heart transplantation models and in kidney transplant recipients. IL-18-binding protein (IL-18BP) binds IL-18 with high affinity and neutralizes its biologic activity. We have analyzed the efficacy of an adenoviral vector expressing an IL-18BP-Ig fusion protein in a rat model of heart transplantation. IL-18BP-Ig gene transfer into Fisher (F344) rat donor hearts resulted in prolonged graft survival in Lewis recipients (15.8 +/- 1.4 days vs. 10.3 +/- 2.5 and 10.1 +/- 2.1 days with control virus and buffer solution alone, respectively; P < 0.001). Immunohistochemical analysis revealed decreased intra-graft infiltrates of monocytes/macrophages, CD4(+), CD8alpha(+) and T-cell receptor alphabeta(+) cells after IL-18BP-Ig versus mock gene transfer (P < 0.05). Real-time reverse transcriptase polymerase chain reaction analysis showed decreased cytokine transcripts for the RANTES chemokine and transforming growth factor-beta after IL-18BP-Ig gene transfer (P < 0.05). IL-18BP-Ig gene transfer attenuates inflammatory cell infiltrates and prolongs cardiac allograft survival in rats. These results suggest a contributory role for IL-18 in acute rejection. Further studies aiming at defining the therapeutic potential of IL-18BP are warranted.

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.

The global posttranscriptional regulator RsmA modulates production of virulence determinants and N-acylhomoserine lactones in Pseudomonas aeruginosa.

Posttranscriptional control is known to contribute to the regulation of secondary metabolism and virulence determinants in certain gram-negative bacteria. Here we report the isolation of a Pseudomonas aeruginosa gene which encodes a global translational regulatory protein, RsmA (regulator of secondary metabolites). Overexpression of rsmA resulted in a substantial reduction in the levels of extracellular products, including protease, elastase, and staphylolytic (LasA protease) activity as well as the PA-IL lectin, hydrogen cyanide (HCN), and the phenazine pigment pyocyanin. While inactivation of rsmA in P. aeruginosa had only minor effects on the extracellular enzymes and the PA-IL lectin, the production of HCN and pyocyanin was enhanced during the exponential phase. The influence of RsmA on N-acylhomoserine lactone-mediated quorum sensing was determined by assaying the levels of N-(3-oxododecanoyl)homoserine lactone (3-oxo-C12-HSL) and N-butanoylhomoserine lactone (C4-HSL) produced by the rsmA mutant and the rsmA-overexpressing strain. RsmA exerted a negative effect on the synthesis of both 3-oxo-C12-HSL and C4-HSL, which was confirmed by using lasI and rhlI translational fusions. These data also highlighted the temporal expression control of the lasI gene, which was induced much earlier and to a higher level during the exponential growth phase in an rsmA mutant. To investigate whether RsmA modulates HCN production solely via quorum-sensing control, hcn translational fusions were employed to monitor the regulation of the cyanide biosynthesis genes (hcnABC). RsmA was shown to exert an additional negative effect on cyanogenesis posttranscriptionally by acting on a region surrounding the hcnA ribosome-binding site. This suggests that, in P. aeruginosa, RsmA functions as a pleiotropic posttranscriptional regulator of secondary metabolites directly and also indirectly by modulating the quorum-sensing circuitry.

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

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

Use of fluorescent proteins to monitor the regulation of antifungal activity in root-associated Pseudomonas fluorescens CHA0

SUMMARY Roots of crop plants are the target of soil-borne pathogens, mainly fungi that cause considerable damage to plant health. By antagonizing these pathogens, some root-colonizing pseudomonads provide plants with efficient biological protection from disease. Pseudomonas fluorescens CHAO is a soil bacterium with the ability to suppress a considerable range of root diseases. A major characteristic conferring biocontrol capacity to this strain is the production of antifungal compounds, in particular 2,4-diacetyphloroglucinol (DAPG) and pyoluteorin (PLT). The regulation of the biosyntheses of these metabolites is complex and involves several regulatory systems responding to multiple environmental signals. In the present work, we have developed reporter systems based on green (GFP) and red fluorescent (DsRed) proteins to monitor regulation of antifungal gene expression in vitro and on plant roots. Stable and unstable GFP-based reporter fusions to the DAPG and PLT biosynthetic genes allowed us to demonstrate that P. fluorescens CHAO keeps the two antifungal compounds at a fine-tuned balance that can be affected by environmental signals. A GFP-based screening technique helped us to identify two novel regulators of balanced antibiotic production, i.e. MvaT and MvaV that are functionally and structurally related to the nucleoid-binding protein H-NS. They act in concert as global regulators of DAPG and PLT production and other biocontrol-related traits in P. fluorescens CHAO, and are essential for the bacterium's capacity to control a root disease caused by Pythium. The combined use of autofluorescent reporters, flow cytometry, and epifluorescence microscopy permitted us to visualize and quantify the expression of DAPG and PLT biosynthetic genes on roots. A GFP- and DsRed-based two-color approach was then developed to further improve the sensitivity of the flow cytometric quantitation method. The findings of this study shed more light on the complex regulatory mechanisms controlling antifungal activity of P. filuorescens in the rhizosphere. RESUME 4 e Les racines de plantes de culture sont la cible de divers pathogènes, principalement des champignons, qui nuisent gravement à la santé des plantes. Certains pseudomonades colonisant les racines peuvent avoir un effet antagoniste sur les pathogènes et protéger ainsi les plantes de manière efficace. Pseudomonas fluorescens CHAO est une bactérie du sol ayant la capacité de supprimer une gamme considérable de maladies racinaires. Une des caractéristiques principales conférant la capacité de biocontrôle à cette souche, est la production de composés antifongiques, en particulier le 2,4-diacétyphloroglucinol (DAPG) et la pyolutéorine (PLT). La régulation de la biosynthèse de ces métabolites est complexe et implique plusieurs systèmes régulateurs répondant à de multiples signaux environnementaux. Dans ce travail, nous avons développé des systèmes rapporteurs basés sur des protéines fluorescentes verte (GFP) et rouge (DsRed), afin d'étudier la régulation de l'expression des gènes d'antifongiques in vitro et sur les racines des plantes. Des fusions GFP stables et instables rapportrices de l'expression des gènes de biosynthèse du DAPG et de la PLT nous ont permis de démontrer que P. fluorescens CHAO gère les deux antifongiques dans une balance finement régulée pouvant être affectée par des signaux environnementaux. Une technique de criblage basée sur la GFP nous a permis d'identifier deux nouveaux régulateurs de la production d'antibiotiques, MvaT et MvaV, apparentés à la protéine H-NS liant l'ADN, Elles agissent de concert en tant que régulateurs globaux sur la production de DAPG et de PLT, ainsi que sur d'autres éléments relatifs au biocontrôle chez P. fluorescens CHAO. De plus, elles sont essentielles à la bactérie pour contrôler une maladie racinaire causée par Pythium. L'utilisation combinée de rapporteurs autofluorescents, de cytométrie de flux et de microscopie à épifluorescence nous a permis de visualiser et de quantifier l'expression des gènes de biosynthèse du DAPG et de la PLT sur les racines. Une approche utilisant simultanément la GFP et la DsRed a ensuite été développée afin d'améliorer la sensibilité de la méthode de quantification par cytométrie de flux. Les résultats de cette étude ont apporté plus de lumière sur les mécanismes régulateurs complexes contrôlant l'activité antifongique de P. fluorescens dans la rizosphère.

Cell-cell communication in the biocontrol strain Pseudomonas fluorescens CHA0

Summary Pseudomonas fluorescens CHAO is a soil bacterium which was isolated near Morens (Switzerland) and which protects plants from root-pathogenic fungi. This protection is due to extracellular secondary metabolites whose synthesis is regulated by the two-component system GacS/GacA in strain CHAO. Extracellular signals of bacterial origin activate this regulatory system. These signals are different from N-acyl-homoserine lactones, are extracted by dichloromethane and appear to have a low molecular weight. Preliminary evidence was obtained from a small molecule m/z 278 produced by strain CHAO. Similar signals capable of activating GacS/GacA-dependent regulation in strain CHAO were found in a large number of different Gram-negative bacteria. Once activated by signal(s), the sensor GacS is assumed to phosphorylate the response regulator GacA, which positively influences a regulatory cascade, resulting in the synthesis of secondary metabolites. This cascade includes three GacA-controlled small regulatory RNAs and two translational repressor proteins. The regulatory RNAs titrate the repressor proteins; this allows translation of target genes and the synthesis of exoenzymes and secondary metabolites such as antibiotics and hydrogen cyanide. A GFP-based sensor for signal detection was constructed in strain CHAO by fusing the gfp reporter gene to the rsmZ small RNA gene. CHAO mutants defective for signal production were isolated following transposon insertion mutagenesis. In one class of mutants obtained, the gacS gene was inactivated, indicating that GacS/GacA positively controls signal production. In a second class, the thiC gene required for thiamine (vitamin B1) biosynthesis was disrupted. Addition of excess (> 10E-6 M) thiamine to the medium restored signal production. By contrast, when the thiamine concentration was just sufficient to allow normal growth, no production of signal(s) was observed. The mechanism by which thiamine activates signal production remains to be elucidated. Résumé Pseudomonas fluorescens CHAO est une bactérie du sol, isolée près de Morens (Suisse), qui a la capacité de protéger les plantes contre des champignons pathogènes de la racine. Cette protection provient de métabolites secondaires excrétés par la bactérie, dont la synthèse est régulée par le système à deux composants GacS/GacA. Des signaux extracellulaires d'origine bactérienne activent ce système de régulation. Ces signaux, différents des N-acyl¬homosérines lactones, sont extraits par le dichlorométhane et semblent avoir une petite masse moléculaire. Une molécule (masse m/z 278) a été mise en évidence par des expériences préliminaires chez la souche CHAO. Des signaux similaires, capables d'activer la régulation dépendante de GacS/GacA chez la souche CHAO, ont été trouvés chez un grand nombre de bactéries à Gram négative. Une fois activé par le(s) signal(aux), le senseur GacS est supposé phosphoryler le régulateur de réponse GacA, qui influence positivement la cascade de régulation menant à la synthèse des métabolites secondaires. Cette cascade inclut trois petits ARNs régulateurs contrôlés par GacA et deux protéines répresseurs de la traduction. Les ARNs régulateurs titrent les protéines répresseurs, ce qui permet la traduction des gènes cibles et la synthèse d'exoenzymes et de métabolites secondaires tel les antibiotiques et le cyanure d'hydrogène. Un senseur basé sur la GFP pour la détection de signaux a été construit dans la souche CHAO en fusionnant le gène rapporteur gfp au gène de petit ARN rsmZ. Des mutants de CHAO déficients pour la production de signaux ont été isolés au moyen d'une mutagenèse par insertion de transposon. Chez une classe de mutants obtenus, le gène gacS a été inactivé, indiquant que GacS/GacA contrôle positivement la production de signaux. Dans une seconde classe, le gène thiC nécessaire à la biosynthèse de thiamine (vitamine B1) a été interrompu. L'addition en excès (> 10E-6 M) de thiamine au milieu restaure la production de signaux. A l'opposé, quand la concentration de thiamine est juste suffisante pour permettre une croissance normale, aucune production de signaux n'a été observée. Le mécanisme par lequel la thiamine active la production de signaux reste à élucider.

PIF3 is a repressor of chloroplast development.

The phytochrome-interacting factor PIF3 has been proposed to act as a positive regulator of chloroplast development. Here, we show that the pif3 mutant has a phenotype that is similar to the pif1 mutant, lacking the repressor of chloroplast development PIF1, and that a pif1pif3 double mutant has an additive phenotype in all respects. The pif mutants showed elevated protochlorophyllide levels in the dark, and etioplasts of pif mutants contained smaller prolamellar bodies and more prothylakoid membranes than corresponding wild-type seedlings, similar to previous reports of constitutive photomorphogenic mutants. Consistent with this observation, pif1, pif3, and pif1pif3 showed reduced hypocotyl elongation and increased cotyledon opening in the dark. Transfer of 4-d-old dark-grown seedlings to white light resulted in more chlorophyll synthesis in pif mutants over the first 2 h, and analysis of gene expression in dark-grown pif mutants indicated that key tetrapyrrole regulatory genes such as HEMA1 encoding the rate-limiting step in tetrapyrrole synthesis were already elevated 2 d after germination. Circadian regulation of HEMA1 in the dark also showed reduced amplitude and a shorter, variable period in the pif mutants, whereas expression of the core clock components TOC1, CCA1, and LHY was largely unaffected. Expression of both PIF1 and PIF3 was circadian regulated in dark-grown seedlings. PIF1 and PIF3 are proposed to be negative regulators that function to integrate light and circadian control in the regulation of chloroplast development.

Airway surface liquid volume regulation determines different airway phenotypes in liddle compared with betaENaC-overexpressing mice.

Studies in cystic fibrosis patients and mice overexpressing the epithelial Na(+) channel beta-subunit (betaENaC-Tg) suggest that raised airway Na(+) transport and airway surface liquid (ASL) depletion are central to the pathogenesis of cystic fibrosis lung disease. However, patients or mice with Liddle gain-of-function betaENaC mutations exhibit hypertension but no lung disease. To investigate this apparent paradox, we compared the airway phenotype (nasal versus tracheal) of Liddle with CFTR-null, betaENaC-Tg, and double mutant mice. In mouse nasal epithelium, the region that functionally mimics human airways, high levels of CFTR expression inhibited Liddle epithelial Nat channel (ENaC) hyperfunction. Conversely, in mouse trachea, low levels of CFTR failed to suppress Liddle ENaC hyperfunction. Indeed, Na(+) transport measured in Ussing chambers ("flooded" conditions) was raised in both Liddle and betaENaC-Tg mice. Because enhanced Na(+) transport did not correlate with lung disease in these mutant mice, measurements in tracheal cultures under physiologic "thin film" conditions and in vivo were performed. Regulation of ASL volume and ENaC-mediated Na(+) absorption were intact in Liddle but defective in betaENaC-Tg mice. We conclude that the capacity to regulate Na(+) transport and ASL volume, not absolute Na(+) transport rates in Ussing chambers, is the key physiologic function protecting airways from dehydration-induced lung disease.

Gene expression profiling in breast cancer: understanding the molecular basis of histologic grade to improve prognosis.

BACKGROUND: Histologic grade in breast cancer provides clinically important prognostic information. However, 30%-60% of tumors are classified as histologic grade 2. This grade is associated with an intermediate risk of recurrence and is thus not informative for clinical decision making. We examined whether histologic grade was associated with gene expression profiles of breast cancers and whether such profiles could be used to improve histologic grading. METHODS: We analyzed microarray data from 189 invasive breast carcinomas and from three published gene expression datasets from breast carcinomas. We identified differentially expressed genes in a training set of 64 estrogen receptor (ER)-positive tumor samples by comparing expression profiles between histologic grade 3 tumors and histologic grade 1 tumors and used the expression of these genes to define the gene expression grade index. Data from 597 independent tumors were used to evaluate the association between relapse-free survival and the gene expression grade index in a Kaplan-Meier analysis. All statistical tests were two-sided. RESULTS: We identified 97 genes in our training set that were associated with histologic grade; most of these genes were involved in cell cycle regulation and proliferation. In validation datasets, the gene expression grade index was strongly associated with histologic grade 1 and 3 status; however, among histologic grade 2 tumors, the index spanned the values for histologic grade 1-3 tumors. Among patients with histologic grade 2 tumors, a high gene expression grade index was associated with a higher risk of recurrence than a low gene expression grade index (hazard ratio = 3.61, 95% confidence interval = 2.25 to 5.78; P < .001, log-rank test). CONCLUSIONS: Gene expression grade index appeared to reclassify patients with histologic grade 2 tumors into two groups with high versus low risks of recurrence. This approach may improve the accuracy of tumor grading and thus its prognostic value.

The N-terminal DNA-binding 'zinc finger' of the oestrogen and glucocorticoid receptors determines target gene specificity.

Steroid hormone receptors activate specific gene transcription by binding as hormone-receptor complexes to short DNA enhancer-like elements termed hormone response elements (HREs). We have shown previously that a highly conserved 66 amino acid region of the oestrogen (ER) and glucocorticoid (GR) receptors, which corresponds to part of the receptor DNA binding domain (region C) is responsible for determining the specificity of target gene activation. This region contains two sub-regions (CI and CII) analogous to the 'zinc-fingers' of the transcription factor TFIIIA. We show here that CI and CII appear to be separate domains both involved in DNA binding. Furthermore, using chimaeric ERs in which either the first (N-terminal) (CI) or second (CII) 'zinc finger' region has been exchanged with that of the GR, indicates that it is the first 'zinc finger' which largely determines target gene specificity. We suggest that receptor recognition of the HRE is analogous to that of the helix-turn-helix DNA binding motif in that the receptor binds to DNA as a dimer with the first 'zinc finger' lying in the major groove recognizing one half of the palindromic HRE, and that protein-DNA interaction is stabilized through non-specific DNA binding and dimer interactions contributed by the second 'zinc finger'.

Gene expression profiling of isolated tumour cells from anaplastic large cell lymphomas: insights into its cellular origin, pathogenesis and relation to Hodgkin lymphoma.

Anaplastic large cell lymphoma (ALCL) is a main type of T-cell lymphomas and comprises three distinct entities: systemic anaplastic lymphoma kinase (ALK) positive, systemic ALK(-) and cutaneous ALK(-) ALCL (cALCL). Little is known about their pathogenesis and their cellular origin, and morphological and immunophenotypical overlap exists between ALK(-) ALCL and classical Hodgkin lymphoma (cHL). We conducted gene expression profiling of microdissected lymphoma cells of five ALK(+) and four ALK(-) systemic ALCL, seven cALCL and sixteen cHL, and of eight subsets of normal T and NK cells. The analysis supports a derivation of ALCL from activated T cells, but the lymphoma cells acquired a gene expression pattern hampering an assignment to a CD4(+), CD8(+) or CD30(+) T-cell origin. Indeed, ALCL display a down-modulation of many T-cell characteristic molecules. All ALCL types show significant expression of NFkappaB target genes and upregulation of genes involved in oncogenesis (e.g. EZH2). Surprisingly, few genes are differentially expressed between systemic and cALCL despite their different clinical behaviour, and between ALK(-) ALCL and cHL despite their different cellular origin. ALK(+) ALCL are characterized by expression of genes regulated by pathways constitutively activated by ALK. This study provides multiple novel insights into the molecular biology and pathogenesis of ALCL.

Light-induced retinal degeneration correlates with changes in iron metabolism gene expression, ferritin level, and aging.

PURPOSE: Retinal degeneration is associated with iron accumulation in several rodent models in which iron-regulating proteins are impaired. Oxidative stress is catalyzed by unbound iron. METHODS: The role of the heavy chain of ferritin, which sequesters iron, in regulating the thickness of the photoreceptor nuclear layer in the 4- and 16-month-old wild-type H ferritin (HFt(+/+)) and heterozygous H ferritin (HFt(+/-)) mice was investigated, before and 12 days after exposure to 13,000-lux light for 24 hours. The regulation of gene expression of the various proteins involved in iron homeostasis, such as transferrin, transferrin receptor, hephaestin, ferroportin, iron regulatory proteins 1 and 2, hepcidin, ceruloplasmin, and heme-oxygenase 1, was analyzed by quantitative (q)RT-PCR during exposure (2, 12, and 24 hours) and 24 hours after 1 day of exposure in the 4-month-old HFt(+/+) and HFt(+/-) mouse retinas. RESULTS: Retinal degeneration in the 4-month-old HFt(+/-) mice was more extensive than in the HFt(+/+) mice. Yet, it was more extensive in both of the 16-month-old mouse groups, revealing the combined effect of age and excessive light. Injury caused by excessive light modified the temporal gene expression of iron-regulating proteins similarly in the HFt(+/-) and HFt(+/+) mice. CONCLUSIONS: Loss of one allele of H ferritin appears to increase light-induced degeneration. This study highlighted that oxidative stress related to light-induced injury is associated with major changes in gene expression of iron metabolism proteins.

Characterization of the fasting-induced adipose factor FIAF, a novel peroxisome proliferator-activated receptor target gene.

Fasting is associated with significant changes in nutrient metabolism, many of which are governed by transcription factors that regulate the expression of rate-limiting enzymes. One factor that plays an important role in the metabolic response to fasting is the peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARalpha). To gain more insight into the role of PPARalpha during fasting, and into the regulation of metabolism during fasting in general, a search for unknown PPARalpha target genes was performed. Using subtractive hybridization (SABRE) comparing liver mRNA from wild-type and PPARalpha null mice, we isolated a novel PPARalpha target gene, encoding the secreted protein FIAF (for fasting induced adipose factor), that belongs to the family of fibrinogen/angiopoietin-like proteins. FIAF is predominantly expressed in adipose tissue and is strongly up-regulated by fasting in white adipose tissue and liver. Moreover, FIAF mRNA is decreased in white adipose tissue of PPARgamma +/- mice. FIAF protein can be detected in various tissues and in blood plasma, suggesting that FIAF has an endocrine function. Its plasma abundance is increased by fasting and decreased by chronic high fat feeding. The data suggest that FIAF represents a novel endocrine signal involved in the regulation of metabolism, especially under fasting conditions.

Two waves of recombinase gene expression in developing thymocytes.

During T cell development in the thymus, T cell receptor (TCR) alpha, beta, gamma, and delta genes are rearranged and expressed. TCR rearrangement strictly depends upon the coordinate activity of two recombinase activating genes, Rag-1 and Rag-2. In this study we have followed the expression of these genes at different stages of intrathymic development. The results indicate that there are two periods of high Rag-1 and Rag-2 mRNA expression. The first wave peaks early at the CD25+CD4-CD8-CD3- stage of development and coincides with the initial appearance of transcripts derived from fully rearranged TCR beta, gamma, and delta genes, whereas the second wave occurs later at the CD4+CD8+ stage coincident with full-length TCR alpha mRNA expression. Active downregulation of Rag-1 and Rag-2 mRNA expression appears to occur in vivo between the two peaks of recombinase activity. This phenomenon can be mimicked in vitro in response to artificial stimuli such as phorbol myristate acetate and calcium ionophore. Collectively our data suggest that recombinase expression is actively regulated during early thymus development independently of cell surface expression of a mature heterodimeric TCR protein complex.