Clonal acquisition of the Ly49A NK cell receptor is dependent on the trans-acting factor TCF-1.

Families of clonally expressed major histocompatibility complex (MHC) class I-specific receptors provide specificity to and regulate the function of natural killer (NK) cells. One of these receptors, mouse Ly49A, is expressed by 20% of NK cells and inhibits the killing of H-2D(d) but not D(b)-expressing target cells. Here, we show that the trans-acting factor TCF-1 binds to two sites in the Ly49A promoter and regulates its activity. Moreover, we find that TCF-1 determines the size of the Ly49A NK cell subset in vivo in a dosage-dependent manner. We propose that clonal Ly49A acquisition during NK cell development is regulated by TCF-1.

Differential expression of 240 kDa ConA-binding glycoprotein in vitro and in vivo detected by immunochemical methods.

The expression of the 240 ConA-binding glycoprotein (240 kDa), a marker of synaptic junctions isolated from the rat cerebellum, was studied by immunocytochemical techniques in forebrain and cerebellum from rat and chicken, and in chick dorsal root ganglia. Parallel studies were carried out either on tissue sections or in dissociated cell cultures. In all cases non neuronal cells were not immunostained. The tissue sections of cerebellum from rat and chick exhibited 240 kDa glycoprotein immunoreactivity, especially in the molecular layer, while the forebrain sections from rat and chick did not show any significant immunostaining. In contrast, in dissociated forebrain cell cultures, all neuronal cells expressed 240 kDa glycoprotein immunoreactivity, while glial cells remained totally unlabelled. In tissue sections of dorsal root ganglion (DRG), sensory neurons expressed the 240 kDa only after the embryonic day (E 10). A large number of small neurons in the dorsomedial part of DRG were immunostained with 240 kDa glycoprotein antiserum, whereas only a small number of neurons in the ventrolateral part of the ganglia displayed 240 kDa immunoreactivity. In dissociated DRG cells cultures (mixed or neuron-enriched DRG cell cultures) all the neuronal perikarya but not their processes were stained. These studies indicate that 240 kDa glycoprotein expression is completely modified in cultures of neurons of CNS or PNS since the antigen becomes synthetized in high amount by all cells independent of synapse formation. This demonstrates that the expression of 240 kDa is controlled by the cell environment.

Qualitative modeling identifies IL-11 as a novel regulator in maintaining self-renewal in human pluripotent stem cells.

Pluripotency in human embryonic stem cells (hESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) is regulated by three transcription factors-OCT3/4, SOX2, and NANOG. To fully exploit the therapeutic potential of these cells it is essential to have a good mechanistic understanding of the maintenance of self-renewal and pluripotency. In this study, we demonstrate a powerful systems biology approach in which we first expand literature-based network encompassing the core regulators of pluripotency by assessing the behavior of genes targeted by perturbation experiments. We focused our attention on highly regulated genes encoding cell surface and secreted proteins as these can be more easily manipulated by the use of inhibitors or recombinant proteins. Qualitative modeling based on combining boolean networks and in silico perturbation experiments were employed to identify novel pluripotency-regulating genes. We validated Interleukin-11 (IL-11) and demonstrate that this cytokine is a novel pluripotency-associated factor capable of supporting self-renewal in the absence of exogenously added bFGF in culture. To date, the various protocols for hESCs maintenance require supplementation with bFGF to activate the Activin/Nodal branch of the TGFβ signaling pathway. Additional evidence supporting our findings is that IL-11 belongs to the same protein family as LIF, which is known to be necessary for maintaining pluripotency in mouse but not in human ESCs. These cytokines operate through the same gp130 receptor which interacts with Janus kinases. Our finding might explain why mESCs are in a more naïve cell state compared to hESCs and how to convert primed hESCs back to the naïve state. Taken together, our integrative modeling approach has identified novel genes as putative candidates to be incorporated into the expansion of the current gene regulatory network responsible for inducing and maintaining pluripotency.

A developmental framework for endodermal differentiation and polarity.

The endodermis is a root cell layer common to higher plants and of fundamental importance for root function and nutrient uptake. The endodermis separates outer (peripheral) from inner (central) cell layers by virtue of its Casparian strips, precisely aligned bands of specialized wall material. Here we reveal that the membrane at the Casparian strip is a diffusional barrier between the central and peripheral regions of the plasma membrane and that it mediates attachment to the extracellular matrix. This membrane region thus functions like a tight junction in animal epithelia, although plants lack the molecular modules that establish tight junction in animals. We have also identified a pair of influx and efflux transporters that mark both central and peripheral domains of the plasma membrane. These transporters show opposite polar distributions already in meristems, but their localization becomes refined and restricted upon differentiation. This "central-peripheral" polarity coexists with the apical-basal polarity defined by PIN proteins within the same cells, but utilizes different polarity determinants. Central-peripheral polarity can be already observed in early embryogenesis, where it reveals a cellular polarity within the quiescent center precursor cell. A strict diffusion block between polar domains is common in animals, but had never been described in plants. Yet, its relevance to endodermal function is evident, as central and peripheral membranes of the endodermis face fundamentally different root compartments. Further analysis of endodermal transporter polarity and manipulation of its barrier function will greatly promote our understanding of plant nutrition and stress tolerance in roots.

MOLECULAR MECHANISMS OF A ROOT SYSTEM TO SOIL ADAPTATION

Contrairement aux animaux, les plantes sont des organismes sessiles qui ne possèdent pas de mécanismes de fuite quand les conditions environnementales ne sont plus optimales. Les plantes sont physiquement ancrées à l'endroit où elles ont germées et aux conditions environnementales qui parfois peuvent être extrêmes. Les possibilités d'acclimatation de différentes espèces, parfois même de groupes de plantes au sein d'une même espèce, peuvent varier mais repose sur une adaptation génétique de la plante. L'adaptation est un long processus qui repose sur l'apparition spontanée de mutations génétiques, leur mise à l'épreuve face aux conditions environnementales, et dans le cas où la mutation a un impact positif sur la survie dans cet habitat particulier, elle sera maintenue dans une population donnée de plantes. De telles populations, appelées écotypes, sont le matériel de départ pour la découverte de gènes qui induisent un bénéfice pour la plante dans un environnement donné. La plante la plus étudiée en biologie moléculaire est Arabidopsis thaliana, l'arabette des prés. Dans une étude précédente, les racines d'écotypes naturels d'Arabidopsis ont été comparées et un écotype, Uk-1, avait le système racinaire le plus particulier. Cet écotype possède des racines beaucoup plus courtes et plus ramifiées que tous les autres écotypes. Des analyses plus poussées ont montré qu'une seule mutation dans un gène était la cause de ce phénotype, le gène BREVIS RADIX (BRX), mot latin signifiant 'racine courte'. Bien que l'on connaisse le gène BRX, on connaît finalement peu de choses sur son importance adaptative. Dans cette étude, nous avons montré que la mutation dans le gène BRX rend la plante plus résistante aux sols acides. Dans l'optique de mieux comprendre cette valeur adaptative du mutant brx, nous avons analysé dans quels tissus le gène BRX jouait un rôle important. Nous avons pu mettre en évidence que BRX est important pour le développement du protophloème. Le protophloème est un élément du système vasculaire de la plante. En général, les plantes supérieures possèdent deux systèmes de transport à longue distance. L'un d'eux, appelé xylème, transporte l'eau et les nutriments absorbés du sol par les racines vers les feuilles. Les feuilles sont le siège du processus de photosynthèse au cours duquel sont produits des sucres qui devront être distribués partout dans les autres parties de la plante. Le tissu cellulaire chargé de livrer les produits de la photosynthèse, ainsi que les régulateurs de croissance, est le phloème. Ce dernier regroupe le métaphloème et le protophloème. Le protophloème est essentiel pour la livraison des sucres synthétisés ainsi que des signaux de croissance aux pointes des racines, centres organogéniques responsables de la production de nouvelles cellules durant la phase de croissance de la racine. La structure du protophloème peut être décrite comme des tubes continus, vides et résistants, faits de cellules spécialisées qui permettent un transport efficace et rapide. Nous avons montré que dans les mutants brx ces canaux de transports sont discontinus car certaines cellules n'ont pas terminé leur cycle de différenciation. Ces cellules obstruent le conduit ce qui fait que les sucres et les signaux de croissance, comme l'auxine, ne peuvent plus être transportés aux méristèmes. En conséquence, la prolifération de l'activité des méristèmes est compromise, ce qui explique les racines courtes. Au lieu d'être délivré aux méristèmes, l'auxine se concentre en amont des méristèmes où cela provoque l'apparition de nouvelles racines branchées et, très probablement, l'activation des pompes à protons. Sur des sols acides, la concentration en ion H+ est très élevée. Ces ions entrent dans les cellules de la racine par diffusion et perturbent notablement la croissance des racines et de la plante en général. Si les cellules de la racine possédaient des pompes à protons hyperactives, elles seraient capable d'évacuer le surplus d'ions H+ en dehors de la cellule, ce qui leur assurerait de meilleures chances de survie sur sols acides. De fait, le mutant brx est capable d'acidifier le milieu de culture dans lequel il est cultivé plus efficacement que la plante sauvage. Ce mutant est également capable de donner plus de progéniture sur ce type de milieu de croissance que les plantes sauvages. Finalement, nous avons trouvé d'autres mutants brx en milieu naturel poussant sur sols acides, ce qui suggère fortement que la mutation du gène BRX est une des causes de l'adaptation aux sols acides. -- Plants as sessile organisms have developed different mechanisms to cope with the complex environmental conditions in which they live. Adaptation is the process through which traits evolve by natural selection to functionally improve in a given environmental context. An adaptation to the environment is characterized by the genetic changes in the entire populations that have been fixed by natural selection over many generations. BREVIS RADIX (BRX) gene was found through natural Arabidopsis accessions screen and was characterized as a root growth regulator since loss-of-function mutants exhibit arrested post-embryonic primary root growth in addition to a more branched root system. Although brx loss-of-function causes a complete alteration in root architecture, BRX activity is only required in the root vasculature, in particular in protophloem cell file. Protophloem is a part of the phloem transport network and is responsible for delivery of photo-assimilates and growth regulators, coming from the shoot through mature phloem component - metaphloem, to the all plant primary meristems. In order to perform its function, protophloem is the first cell file to differentiate within the root meristem. During this process, protophloem cells undergo a partial programmed cell death, during which they build a thicker cell wall, degrade nucleus and tonoplast while plasma membrane stays functional. Interestingly, protophloem cells enter elongation process only after differentiation into sieve elements is completed. Here we show that brx mutants fail to differentiate protophloem cell file properly, a phenotype that can be distinguished by a presence of a "gap" cells, non-differentiated cells between two flanking differentiated cells. Discontinuity of protophloem differentiation in brx mutants is considered to be a consequence of local hyperactivity of CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3) signaling module. Interestingly, a CLE45 activity, most probably at the level of receptor binding, can be modulated by apoplastic pH. Altogether, our results imply that the activity of proton pumps, expressed in non-differentiated cells of protophloem, must be maintained under certain threshold, otherwise CLE45-BAM3 signaling pathway will be stimulated and in turn protophloem will not differentiate. Based on vacuolar morphology, a premature cell wall acidification in brx mutants stochastically prevents the protophloem differentiation. Only after protophloem differentiates, proton pumps can be activated in order to acidify apoplast and to support enucleated protophloem multifold elongation driven by surrounding cells growth. Finally, the protophloem differentiation failure would result in an auxin "traffic jam" in the upper parts of the root, created from the phloem-transported auxin that cannot be efficiently delivered to the meristem. Physiologically, auxin "leakage" from the plant vasculature network could have various consequences, since auxin is involved in the regulation of almost every aspect of plant growth and development. Thus, given that auxin stimulates lateral roots initiation and growth, this scenario explains more branched brx root system. Nevertheless, auxin is considered to activate plasma membrane proton pumps. Along with this, it has been shown that brx mutants acidify media much more than the wild type plants do, a trait that was proposed as an adaptive feature of naturally occurring brx null alleles in Arabidopsis populations found on acidic soils. Additionally, in our study we found that most of accessions originally collected from acidic sampling sites exhibit hypersensitivity to CLE45 treatment. This implies that adaptation of plants to acidic soil involves a positive selection pressure against upstream negative regulators of CLE45-BAM3 signaling, such as BRX. Perspective analysis of these accessions would provide more profound understanding of molecular mechanisms underlying plant adaptation to acidic soils. All these results are suggesting that targeting of the factors that affect protophloem differentiation is a good strategy of natural selection to change the root architecture and to develop an adaptation to a certain environment. -- Les plantes comme organismes sessiles ont développé différents mécanismes pour s'adapter aux conditions environnementales complexes dans lesquelles elles vivent. L'adaptation est le processus par lequel des traits vont évoluer via la sélection naturelle vers une amélioration fonctionnelle dans un contexte environnemental donné. Une adaptation à l'environnement est caractérisée par des changements génétiques dans des populations entières qui ont été fixés par la sélection naturelle sur plusieurs générations. Le gène BREVIS RADIX (BRX) a été identifié dans le crible d'une collection d'accessions naturelles d'Arabidopsis et a été caractérisé comme un régulateur de la croissance racinaire étant donné que le mutant perte-de-fonction montre une croissance racinaire primaire arrêtée au stade post-embryonnaire et présente de plus un système racinaire plus ramifié que la plante sauvage. Bien que le mutant perte-de-fonction brx cause une altération complète de l'architecture racinaire, l'activité de BRX n'est requise que dans la vascularisation racinaire, en particulier au niveau du protophloème. Le protophloème est un composant du réseau de transport du phloème et est responsable du transit des dérivés de la photosynthèse ainsi que des régulateurs de croissances, venant de la partie aérienne par le phloème mature (métaphloème) vers tous les méristèmes primaires de la plante. Pour pouvoir réaliser sa fonction, le protophloème est la première file de cellules à se différencier à l'intérieur du méristème de la racine. Pendant ce processus, les cellules du protophloème subissent une mort cellulaire programmée partielle durant laquelle elles épaississent leur paroi cellulaire, dégradent le noyau et le tonoplaste tandis que la membrane plasmique demeure fonctionnelle. De manière intéressante, les cellules du protophloème entament le processus d'allongement seulement après que la différenciation en tubes criblés soit complète. Ce travail montre que le mutant brx est incapable de mener à bien la différenciation de la file de cellules du protophloème, phénotype qui peut être visualisé par la présence de cellules 'trous', de cellules non différenciées entourées de deux cellules différenciées. La discontinuité de la différenciation du phloème dans le mutant brx est considérée comme la conséquence de l'hyperactivité localisée du module de signalisation CLA VA TA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3). De manière intéressante, l'activité de CLE45, très probablement au niveau de la liaison avec le récepteur, peut être modulé par le pH apoplastique. Pris ensemble, nos résultats impliquent que l'activité des pompes à protons, actives dans les cellules non différenciées du protophloème, doit être maintenue en dessous d'un certain seuil autrement la cascade de signalisation CLE45-BAM3 serait stimulée, en conséquence de quoi le protophloème ne pourrait se différencier. D'après la morphologie vacuolaire, une acidification prématurée de la paroi cellulaire dans le mutant brx empêche la différenciation du protophloème de manière stochastique. Une fois que le protophloème se différencie, les pompes à protons peuvent alors être activées afin d'acidifier l'apoplaste et ainsi faciliter l'allongement des cellules énuclées du protophloème, entraînées par la croissance des cellules environnantes. Finalement, la différenciation défectueuse du protophloème produit une accumulation d'auxine dans la partie supérieure de la racine car le phloème ne peut plus acheminer efficacement l'auxine au méristème. Physiologiquement, la 'fuite' d'auxine à partir du réseau vasculaire de la plante peut avoir des conséquences variées puisque l'auxine est impliquée dans la régulation de la majorité des aspects de la croissance et développement de la plante. Etant donné que l'auxine stimule l'initiation et développement des racines latérales, ce scénario pourrait expliquer le système racinaire plus ramifié du mutant brx. En plus, l'auxine est considérée comme un activateur des pompes à protons. Par ailleurs, nous avons montré que les mutants brx ont la capacité d'acidifier le milieu plus efficacement que les plantes sauvages, une caractéristique des populations sauvages <¥Arabidopsis poussant sur des sols acides et contenant les allèles délétés brx. De plus, dans nos résultats nous avons mis en évidence que la plupart des accessions collectées originellement sur des sites acidophiles montre une hypersensibilité au traitement par CLE45. Ceci implique que l'adaptation des plantes aux sols acides repose sur la pression de sélection positive à rencontre des régulateurs négatifs de CLE45- BAM3, situés en amont de la cascade, tel le produit du gène BRX. Les analyses de ces accessions pourraient aboutir à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires responsables de l'adaptation des plantes aux sols acides. Tous nos résultats suggèrent que le ciblage des facteurs affectant la différenciation du protophloème serait une stratégie gagnante dans la sélection naturelle pour changer l'architecture de la racine et ainsi s'adapter efficacement à un nouvel environnement.

The role of the c-myc gene in pigment cell development and homeostasis

Résumé La dérégulation de c-Myc est un événement fréquent de la transformation cellulaire. Une régulation positive de cette oncoprotéine a été démontrée dans divers mélanomes cutanés primaires et métastatiques et est associée à un pronostic défavorable (Grover et al., 1996; Zhuang et al., 2008). c-Myc est considéré comme une molécule centrale impliquée dans plusieurs processus de l'homéostasie cellulaire. En raison de sa contribution importante dans la progression tumorale, la fonction de c-Myc a été étudiée intensément. Cependant nous connaissons peu le rôle de ce facteur de transcription dans l'embryogenèse et dans la spécification tissulaire. Un déficit total de c-Myc pendant l'embryogenèse conduit à la mort embryonnaire avant 10.5 jours de gestation. Cette mort est causée par de multiples imperfections du développement touchant la taille de l'embryon, le coeur, le péricarde, le tube neural et les cellules sanguines (Davis et al., 1993; Trumpp et al., 2001). Récemment, il a été montré que la plupart de ces anomalies sont secondaires et résultent d'une insuffisance du placenta dans les embryons c-myc-/- (Dubois et al., 2008). Sachant que c-Myc est important dans la maintenance des lignées de la crête neurale (Wei et al., 2007), nous nous sommes intéressés au rôle de c-Myc dans le développement des cellules pigmentaires et à leur homéostasie après la naissance. Un allèle floxé de c-myc (Trumpp et al., 2001) a été utilisé pour supprimer ce gène spécifiquement dans la lignée mélanocytaire à l'aide d'une souris transgénique Tyr::Cre (Delmas et al., 2003). L'ablation des deux allèles de c-myc dans les mélanocytes des souris c-myccKO conduit au phénotype de grisonnement des poils, observé directement après la naissance et associé à une diminution du nombre de mélanocytes dans le bulbe des follicules pileux. Les cellules pigmentaires restantes expriment les marqueurs mélanogéniques (Tyr, TRP-1, Dct and MITF) et semblent être fonctionnelles puisqu'elles peuvent produire et transférer la mélanine. De plus, la capacité de prolifération des mélanocytes déficients en c-Myc dans le bulbe des follicules pileux ne semble pas être affectée chez les nouveaux-nés. Les cellules souches mélanocytaires sont présentes, mais en nombre réduit, dans le bulge des follicules pileux à la fin de la morphogenèse chez les souris c-myccKO âgées de huit jours. Ces cellules sont maintenues sans changement durant le premier cycle pileux (vérifié à l'âge de trente jours), ce qui sous-entend que la fonction de c-Myc n'est pas nécessaire pour ce processus. Ceci explique pourquoi, en supposant que des cellules souches mélanocytaires fonctionnelles sont présentes dans la peau, nous n'observons pas de dilution de couleur de la robe liée à l'âge. Cependant, la présence de ces cellules souches mélanocytaires dans la peau c-myccKO ne suffit pas à assurer une quantité normale de mélanocytes différenciés dans le bulbe des follicules pileux. Cette population de cellules pigmentaires matures est sévèrement affectée par la suppression de c-Myc, ce qui contribue amplement au phénotype de grisonnement des poils. De plus, c-Myc paraît être important pour le développement des mélanocytes. Ainsi, le nombre de mélanoblastes diminue dans les embryons c-myccKO à partir du douzième jour de gestation. A treize jours de gestation, au stade où les mélanoblastes pénètrent dans l'épiderme et prolifèrent, les mélanoblastes déficients en c-Myc ne s'adaptent pas aux signaux de prolifération et se retrouvent en nombre réduit dans l'épiderme. Finalement, nous nous sommes intéressés, au rôle de N-Myc, un homologue proche de c-Myc, dans la lignée mélanocytaire. Nos expériences ont montré que. N-Myc était superflu pour le développement et l'homéostasie des mélanocytes, une seule copie du gène c-myc étant suffisante pour maintenir une pigmentation normale de la robe des souris c-mycc-myccKO/+~N_ myccKO/KO. Cependant, le rôle essentiel de N-Myc dans la maintenance des cellules mélanocytaires précurseurs apparaît lorsque c-Myc est absent, puisque la suppression simultanée des deux Myc résulte en une perte complète de la coloration de la robe. Ceci implique la présence d'un mécanisme compensatoire entre c- et N-Myc dans la lignée mélanocytaire, avec un rôle prédominant de c-Myc. Summary Deregulation of c-Myc is known to be a common event in cellular transformation. Upregulation of this oncoprotein was shown in a variety of primary and metastatic cutaneous melanomas and has been associated with a poor prognosis (Grover et al., 1996; Zhuang et al., 2008). c-myc is seen as a central molecule involved in many aspects of cellular homeostasis. c-Myc function has been intensively studied mostly because of its significant contribution to tumour progression. However little is known on the role of this transcription factor in embryogenesis and tissue specification. Complete loss of c-Myc during embryogenesis results in embryonic death before E10.5 due to multiple developmental defects including embryonic size, heart, pericardium, neural tube and blood cells (Davis et al., 1993; Trumpp et al., 2001). Recently it was discovered that most of these abnormalities are secondary and results of placental insufficiency in c-Myc-/- embryos (Dubois et al., 2008). Here, we focused on the role of c-Myc in pigment cell development and homeostasis after birth, knowing that c-Myc is important in the maintenance of neural crest lineages (Wei et al., 2007). A floxed allele of c-Myc (Trumpp et al., 2001) was used to specifically delete this gene in the melanocyte lineage using Tyr::Cre transgenic mice (Delmas et al., 2003). Removal of both c-Myc alleles in melanocytes of c-MyccKO mouse led to the grey hair phenotype which is seen directly after birth and was associated with a decrease in the melanocyte number in the bulb of the hair follicle. The remaining population of pigment cells express melanogenic markers (Tyr, TRP-1, Dct and MITF) and seem functionally normal since they can produce and transfer melanin. Furthermore proliferation capacity of c-Myc deficient melanocytes in the bulb of hair follicle seems not to be affected in newborn animals. Melanocyte stem cells (MSCs) are present but reduced in numbers in the bulge of the hair follicle at the end of morphogenesis in 8 days old c-MyccKO mice. These cells are maintained through the first hair cycle (as verified at P30) without any further changes, suggesting that c-Myc function is not required for this process. This explains why we did not detect any agerelated coat color dilution, assuming a presence of functional MSCs in the skin. Importantly, presence of MSCs in c-MyccKO skin was not sufficient for assuring a normal number of differentiated melanocytes in the bulb of the hair follicle. This population of mature pigmented cells is severely affected upon c-myc deletion thus largely contributing to the grey hair phenotype. Moreover, c-Myc appears to be important for melanocyte development. Thus, melanoblast number is affected in c-MyccKO embryos day 12 of gestation onwards. At E13.5, when melanoblasts enter the epidermis and proliferate, c-myc deficient melanoblasts failed to adapt to proliferation signals and are therefore reduced in number in the epidermis. Finally, we addressed the role of N-Myc, a closest homologue of c-Myc, in the melanocyte lineage. In these experiments, N-Myc was dispensable for melanocyte development and homeostasis, and even one copy of the c-myc gene was sufficient to maintain normal coat color pigmentation in c-mycc-mycCKO/+ ,N-myccKO/KO mice. However the crucial role of N-Myc in maintenance of melanocyte precursor cells became apparent when c-myc is eliminated since simultaneous deletion of both Myc results in complete loss of coat color pigmentation. This suggests compensatory mechanisms between c- and N-Myc with a predominant role of c-Myc in melanocyte lineage.

Allele-specific silencing of mutant huntingtin in rodent brain and human stem cells.

Huntington's disease (HD) is an autosomal dominant neurodegenerative disorder resulting from polyglutamine expansion in the huntingtin (HTT) protein and for which there is no cure. Although suppression of both wild type and mutant HTT expression by RNA interference is a promising therapeutic strategy, a selective silencing of mutant HTT represents the safest approach preserving WT HTT expression and functions. We developed small hairpin RNAs (shRNAs) targeting single nucleotide polymorphisms (SNP) present in the HTT gene to selectively target the disease HTT isoform. Most of these shRNAs silenced, efficiently and selectively, mutant HTT in vitro. Lentiviral-mediated infection with the shRNAs led to selective degradation of mutant HTT mRNA and prevented the apparition of neuropathology in HD rat's striatum expressing mutant HTT containing the various SNPs. In transgenic BACHD mice, the mutant HTT allele was also silenced by this approach, further demonstrating the potential for allele-specific silencing. Finally, the allele-specific silencing of mutant HTT in human embryonic stem cells was accompanied by functional recovery of the vesicular transport of BDNF along microtubules. These findings provide evidence of the therapeutic potential of allele-specific RNA interference for HD.

Adenosine A1 receptor activation is arrhythmogenic in the developing heart through NADPH oxidase/ERK- and PLC/PKC-dependent mechanisms.

Whether adenosine, a crucial regulator of the developing cardiovascular system, can provoke arrhythmias in the embryonic/fetal heart remains controversial. Here, we aimed to establish a mechanistic basis of how an adenosinergic stimulation alters function of the developing heart. Spontaneously beating hearts or dissected atria and ventricle obtained from 4-day-old chick embryos were exposed to adenosine or specific agonists of the receptors A(1)AR (CCPA), A(2A)AR (CGS-21680) and A(3)AR (IB-MECA). Expression of the receptors was determined by quantitative PCR. The functional consequences of blockade of NADPH oxidase, extracellular signal-regulated kinase (ERK), phospholipase C (PLC), protein kinase C (PKC) and L-type calcium channel (LCC) in combination with adenosine or CCPA, were investigated in vitro by electrocardiography. Furthermore, the time-course of ERK phosphorylation was determined by western blotting. Expression of A(1)AR, A(2A)AR and A(2B)AR was higher in atria than in ventricle while A(3)AR was equally expressed. Adenosine (100μM) triggered transient atrial ectopy and second degree atrio-ventricular blocks (AVB) whereas CCPA induced mainly Mobitz type I AVB. Atrial rhythm and atrio-ventricular propagation fully recovered after 60min. These arrhythmias were prevented by the specific A(1)AR antagonist DPCPX. Adenosine and CCPA transiently increased ERK phosphorylation and induced arrhythmias in isolated atria but not in ventricle. By contrast, A(2A)AR and A(3)AR agonists had no effect. Interestingly, the proarrhythmic effect of A(1)AR stimulation was markedly reduced by inhibition of NADPH oxidase, ERK, PLC, PKC or LCC. Moreover, NADPH oxidase inhibition or antioxidant MPG prevented both A(1)AR-mediated arrhythmias and ERK phosphorylation. These results suggest that pacemaking and conduction disturbances are induced via A(1)AR through concomitant stimulation of NADPH oxidase and PLC, followed by downstream activation of ERK and PKC with LCC as possible target.

PPAR disruption: Cellular mechanisms and physiological consequences

Endocrine disruption is defined as the perturbation of the endocrine system, which includes disruption of nuclear hormone receptor signalling. Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) represent a family of nuclear receptors that has not yet been carefully studied with regards to endocrine disruption, despite the fact that PPARs are known to be important targets for xenobiotics. Here we report a first comprehensive approach aimed at defining the mechanistic basis of PPAR disruption focusing on one chemical, the plasticizer monethylhexyl phthalate (MEHP), but using a variety of methodologies and models. We used mammalian cells and a combination of biochemical and live cell imaging techniques to show that MEHP binds to PPAR gamma and selectively regulates interactions with coregulators. Micro-array experiments further showed that this selectivity is translated at the physiological level during adipocyte differentiation. In that context, MEHP functions as a selective PPAR modulator regulating only a subset of PPAR gamma target genes compared to the action of a full agonist. We also explored the action of MEHP on PPARs in an aquatic species, Xenopus laevis, as many xenobiotics are found in aquatic ecosystems. In adult males, micro-array data indicated that MEHP influences liver physiology, possibly through a cross-talk between PPARs and estrogen receptors (ER). In early Xenopus laevis embryos, we showed that PPAR beta/delta exogenous activation by an agonist or by MEHP affects development. Taken together our results widen the concept of endocrine disruption by pinpointing PPARs as key factors in that process.

Changes in nuclear 3,5,3'-triiodothyronine receptor expression in rat dorsal root ganglia and sciatic nerve during development: comparison with regeneration.

The action of the thyroid hormones on responsive cells in the peripheral nervous system requires the presence of nuclear triiodothyronine receptors (NT3R). These nuclear receptors, including both the alpha and beta subtypes of NT3R, were visualized by immunocytochemistry with the specific 2B3 monoclonal antibody. In the dorsal root ganglia (DRG) of rat embryos, NT3R immunoreactivity was first discretely revealed in a few neurons at embryonic day 14 (E14), then strongly expressed by all neurons at E17 and during the first postnatal week; all DRG neurons continued to possess clear NT3R immunostaining, which faded slightly with age. The peripheral glial cells in the DRG displayed a short-lived NT3R immunoreaction, starting at E17 and disappearing from the satellite and Schwann cells by postnatal days 3 and 7 respectively. In the developing sciatic nerve, Schwann cells also exhibited transient NT3R immunoreactivity restricted to a short period ranging from E17 to postnatal day 10; the NT3R immunostaining of the Schwann cells vanished proximodistally along the sciatic nerve, so that the Schwann cells rapidly became free of detectable NT3R immunostaining. However, after the transection or crushing of an adult sciatic nerve, the NT3R immunoreactivity reappeared in the Schwann cells adjacent to the lesion by 2 days, then along the distal segment in which the axons were degenerating, and finally disappeared by 45 days, when the regenerating axons were allowed to re-occupy the distal segment.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)

Characterization of BMP signaling in breast development and tumorigenesis

Résumé L'influence des hormones reproductives sur le développement du cancer du sein a été établie au travers de nombreuse études épidémiologiques. Nous avons précédemment démontré que le gène Wnt-4 est un médiateur essentiel de la progestérone dans le développement lobulo-alvéolaire de l'épithélium mammaire. De plus, le rôle de la voie de signalisation Wnt dans la tumorigénèse de la glande mammaire mutine est largement établi. Pour comprendre sa fonction dans le cancer du sein, nous avons activée cette voie en surexprimant le gène Wnt-1 dans des cellules épithéliales primaires de sein, au moyen d'un rétrovirus. Ceci a conduit à la transformation oncogénique de ces cellules et à l'obtention d'un modèle de carcinogénèse du sein dénommé Wnt-1 HMEC. L'analyse de l'expression des gènes induits par la surexpression de Wnt-1 dans ces cellules, a permis d'identifier les gènes BMP4 et 7. Alors que des analyses de RT-PCR ont montré leur forte expression dans les cellules Wnt-1-HMECs, la présence d'une grande quantité de la protéine BMP7 a été constatée dans les tumeurs dérivées de ces cellules. L'importante phosphorylation des Smad 1, 5, S dans les Wnt-1 HMECs indique l'activation de la voie BMP, possiblement due à la stimulation ce celle-ci par BMP7. L'activation de la voie Wnt par la ß-Caténine, conduit à la transcription de BMP7, identifiant ainsi ce gène comme un gène cible de la voie canonique. La pertinence de nos observations a par ailleurs été confirmée par le fait que BMP7 est surexprimé dans les tumeurs de seins humains. Afin d'élucider la fonction de la voie BMP dans le sein, nous avons utilisé le modèle mutin. L'expression du gène BMP7 dans les souris transgéniques MMTV Wnt-1 s'est avérée élevée, démontrant qu'il est aussi un gène cible de la voie Wnt in-vivo. L'expression de l'ARN messager .codant pour la protéine BMP7 est induite lors du développement lobulo-alvéolaire, qui se fait sous l'influence de la progestérone et de Wnt-4. Ensemble, ces observations corroborent le fait qu'une stimulation avec de la progestérone suffit à induire la transcription du gène dans les 24h. Nos résultats coïncident d'autre part avec le fait que BMP7 est exprimé dans la couche myoépithéliale de l'épithélium où la voie Wnt est activée. L'analyse de souris reportrices de l'activité de la voie BMP, suggère une activation dans la couche luminale de l'épithélium durant tout le développement de la glande mammaire. Curieusement, cette même voie est active dans le mésenchyme lors de la mammogénèse embryonnaire. Finalement, nos analyses d'immunofluorescence démontrent la capacité de prolifération des cellules ayant activé BMP, ainsi que leur nette ségrégation d'avec les cellules exprimant le récepteur à la progestérone. Nos résultats démontrent que le gène BMP7 est un gène cible de la voie Wnt canonique dans le sein. Son expression dans la couche myoépitheliale est induite par Wnt-4, lui-même sécrété par les cellules luminales sensibles à la progestérone. La sécrétion de la protéine BMP7 conduit finalement à l'activation de la voie BMP dans les cellules négatives pour le récepteur à la progestérone. Abstract Epidemiological studies highlight the repetitive exposure to circulating progesterone as a major risk in the development of breast cancer. Work in our laboratory showed that Wnt-4 is an essential mediator of progesterone-driven side-branch formation, while Wnt signaling has long been established as strongly oncogenic in the mouse mammary gland. To address the role of Wnt in breast tumorigenesis we activated the pathway in primary human breast epithelial cells by means of refroviral Wnt-1 expression. This resulted in a Wnt1-induced breast carcinogenesis model, being referred to as Wnt-1-HMECs. Gene expression profiling revealed the Bone Morphogenetic Protein 4 and 7 (BMP4 and 7) a mong the most upregulated gene by ectopic Wnt-1 expression in primary HMECs. RT-PCR analysis confirmed elevated BMP4 and 7 mRNA levels in Wnt-1-infected HMECs, as well as strong BMP7 expression in the tumors derived from these cells. Smad 1, 5, 8 phosphorylation was high in Wnt-1HMECs whereas below detection limit in primary HMECs suggesting that the increased expression of BMP-7 results in activation of downstream signaling. Ectopic expressíon of a stabilized form of ßcatenin in primary HMECs resulted in increased transcription of BMP-7 suggesting that it is a target of canonical Wnt signaling. The clinical relevance of our observations was confirmed by the finding of BMP7 being upregulated in human breast tumor samples. To elucidate the role of BMP ligands in the breast in-vivo, we made use of the mouse model. Expression of the BMP7 gene was found to be increased in MMTV-Wnt-1 transgenic animals, suggesting that BMP7 may also be a Wnt 1 target gene in vivo. Expression of BMP7 was upregulated in mid-pregnancy which coincides with progesterone/Wnt induced side branching. BMP7 was induced within 24 hours by progesterone. Consistent with it being a target of canonical Wnt signaling, we demonstrated preferential expression of this ligand in the myoepithelial cells, the target cells of Wnt signals. In-vivo analysis of BMP signaling using a reporter mouse revealed the activation of the pathway in the luminal layer of the epithelium throughout postnatal development. Interestingly, during embryonic mammogenesis the pathway was found to be active in the mesenchyme. Immunofluorescence studies demonstrated that cells with BMP activity can proliferate. They also revealed a clear segregation between progesterone receptor positive cells and cells with active BMP signaling. Together our observations suggest that BMP-7 is a canonical Wnt signaling target both in HMECs and in the mouse mammary gland in-vivo. It is expressed in the myoepithelium possibly in response to Wnt-4, which is secreted by steroid receptor positive cells in response to progesterone. BMP-7 in turn may impinge on lumina) epithelial cells and activate BMP signaling in PR negative cells.

Notch signaling in the immune system.

The Notch signaling pathway regulates many aspects of embryonic development, as well as differentiation processes and tissue homeostasis in multiple adult organ systems. Disregulation of Notch signaling is associated with several human disorders, including cancer. In the last decade, it became evident that Notch signaling plays important roles within the hematopoietic and immune systems. Notch plays an essential role in the development of embryonic hematopoietic stem cells and influences multiple lineage decisions of developing lymphoid and myeloid cells. Moreover, recent evidence suggests that Notch is an important modulator of T cell-mediated immune responses. In this review, we discuss Notch signaling in hematopoiesis, lymphocyte development, and function as well as in T cell acute lymphoblastic leukemia.

Cardiac hypertrophy, low blood pressure, and low aldosterone levels in mice devoid of the three circadian PAR bZip transcription factors DBP, HLF, and TEF.

The cardiovascular system is under the control of the circadian clock, and disturbed circadian rhythms can induce cardiovascular pathologies. This cyclic regulation is probably brought about by the circadian expression of genes encoding enzymes and regulators involved in cardiovascular functions. We have previously shown that the rhythmic transcription of output genes is, in part, regulated by the clock-controlled PAR bZip transcription factors DBP (albumin D-element Binding Protein), HLF (Hepatic Leukemia Factor), and TEF (Thyrotroph Embryonic Factor). The simultaneous deletion of all three PAR bZip transcription factors leads to increased morbidity and shortened life span. Here, we demonstrate that Dbp/Tef/Hlf triple knockout mice develop cardiac hypertrophy and left ventricular dysfunction associated with a low blood pressure. These dysfunctions are exacerbated by an abnormal response to this low blood pressure characterized by low aldosterone levels. The phenotype of PAR bZip knockout mice highlights the importance of circadian regulators in the modulation of cardiovascular functions.

Ultrastructural evidence of exosome secretion by progenitor cells in adult mouse myocardium and adult human cardiospheres.

The demonstration of beneficial effects of cell therapy despite the persistence of only few transplanted cells in vivo suggests secreted factors may be the active component of this treatment. This so-called paracrine hypothesis is supported by observations that culture media conditioned by progenitor cells contain growth factors that mediate proangiogenic and cytoprotective effects. Cardiac progenitor cells in semi-suspension culture form spherical clusters (cardiospheres) that deliver paracrine signals to neighboring cells. A key component of paracrine secretion is exosomes, membrane vesicles that are stored intracellularly in endosomal compartments and are secreted when these structures fuse with the cell plasma membrane. Exosomes have been identified as the active component of proangiogenic effects of bone marrow CD34(+) stem cells in mice and the regenerative effects of embryonic mesenchymal stem cells in infarcted hearts in pigs and mice. Here, we provide electron microscopic evidence of exosome secretion by progenitor cells in mouse myocardium and human cardiospheres. Exosomes are emerging as an attractive vector of paracrine signals delivered by progenitor cells. They can be stored as an "off-the-shelf" product. As such, exosomes have the potential for circumventing many of the limitations of viable cells for therapeutic applications in regenerative medicine.

Microtubule-associated protein 1a is involved in the early development of the rat spinal cord.

The expression of microtubule-associated protein 1a (MAP1a) in the developing rat spinal cord was studied using the monoclonal antibody BW6. Immunoblots of microtubule preparations revealed the presence of MAP1a in spinal cord tissue of rats aged embryonal day 16 and postnatal day 0. The spinal cord matrix layer, between embryonal days 12-17, displayed a pattern of MAP1a-positive processes, horizontally oriented in between the membrane limitans interna and externa. The mantle layer stained intensely for MAP1a between embryonal day 12 and postnatal day 2. MAP1a was found in neuronal cell bodies, axons and dendrites, located mainly in the ventral and intermediate mantle layer. In the marginal layer, MAP1a-positive axons could be observed between embryonal days 14-18. During further development, the intensity of the MAP1a staining in the spinal columns gradually decreased. These expression patterns indicate an involvement of MAP1a in the proliferation and differentiation of neuroblasts, and the maturation of the long spinal fiber systems, i.e. early events in spinal cord development