Morbillivirus glycoprotein expression induces ER stress, alters Ca2+ homeostasis and results in the release of vasostatin.

Although the pathology of Morbillivirus in the central nervous system (CNS) is well described, the molecular basis of neurodegenerative events still remains poorly understood. As a model to explore Morbillivirus-mediated CNS dysfunctions, we used canine distemper virus (CDV) that we inoculated into two different cell systems: a monkey cell line (Vero) and rat primary hippocampal neurons. Importantly, the recombinant CDV used in these studies not only efficiently infects both cell types but recapitulates the uncommon, non-cytolytic cell-to-cell spread mediated by virulent CDVs in brain of dogs. Here, we demonstrated that both CDV surface glycoproteins (F and H) markedly accumulated in the endoplasmic reticulum (ER). This accumulation triggered an ER stress, characterized by increased expression of the ER resident chaperon calnexin and the proapoptotic transcription factor CHOP/GADD 153. The expression of calreticulin (CRT), another ER resident chaperon critically involved in the response to misfolded proteins and in Ca(2+) homeostasis, was also upregulated. Transient expression of recombinant CDV F and H surface glycoproteins in Vero cells and primary hippocampal neurons further confirmed a correlation between their accumulation in the ER, CRT upregulation, ER stress and disruption of ER Ca(2+) homeostasis. Furthermore, CDV infection induced CRT fragmentation with re-localisation of a CRT amino-terminal fragment, also known as vasostatin, on the surface of infected and neighbouring non-infected cells. Altogether, these results suggest that ER stress, CRT fragmentation and re-localization on the cell surface may contribute to cytotoxic effects and ensuing cell dysfunctions triggered by Morbillivirus, a mechanism that might potentially be relevant for other neurotropic viruses.

Store-operated Ca2+ Entry Mediated by Orai1 and TRPC1 Participates to Insulin Secretion in Rat β-Cells.

Store-operated Ca(2+) channels (SOCs) are voltage-independent Ca(2+) channels activated upon depletion of the endoplasmic reticulum Ca(2+) stores. Early studies suggest the contribution of such channels to Ca(2+) homeostasis in insulin-secreting pancreatic β-cells. However, their composition and contribution to glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) remains unclear. In this study, endoplasmic reticulum Ca(2+) depletion triggered by acetylcholine (ACh) or thapsigargin stimulated the formation of a ternary complex composed of Orai1, TRPC1, and STIM1, the key proteins involved in the formation of SOCs. Ca(2+) imaging further revealed that Orai1 and TRPC1 are required to form functional SOCs and that these channels are activated by STIM1 in response to thapsigargin or ACh. Pharmacological SOCs inhibition or dominant negative blockade of Orai1 or TRPC1 using the specific pore mutants Orai1-E106D and TRPC1-F562A impaired GSIS in rat β-cells and fully blocked the potentiating effect of ACh on secretion. In contrast, pharmacological or dominant negative blockade of TRPC3 had no effect on extracellular Ca(2+) entry and GSIS. Finally, we observed that prolonged exposure to supraphysiological glucose concentration impaired SOCs function without altering the expression levels of STIM1, Orai1, and TRPC1. We conclude that Orai1 and TRPC1, which form SOCs regulated by STIM1, play a key role in the effect of ACh on GSIS, a process that may be impaired in type 2 diabetes.

Sorcin links pancreatic β cell lipotoxicity to ER Ca2+ stores.

NlmCategory="UNASSIGNED">Preserving β cell function during the development of obesity and insulin resistance would limit the worldwide epidemic of type 2 diabetes (T2DM). Endoplasmic reticulum (ER) calcium (Ca(2+)) depletion induced by saturated free fatty acids and cytokines causes β cell ER stress and apoptosis, but the molecular mechanisms behind these phenomena are still poorly understood. Here, we demonstrate that palmitate-induced sorcin (SRI) down-regulation, and subsequent increases in glucose-6-phosphatase catalytic subunit-2 (G6PC2) levels contribute to lipotoxicity. SRI is a calcium sensor protein involved in maintaining ER Ca(2+) by inhibiting ryanodine receptor activity and playing a role in terminating Ca(2+)-induced Ca(2+) release. G6PC2, a GWAS gene associated with fasting blood glucose, is a negative regulator of glucose-stimulated insulin secretion (GSIS). High fat feeding in mice and chronic exposure of human islets to palmitate decreases endogenous SRI expression while levels of G6PC2 mRNA increase. Sorcin null mice are glucose intolerant, with markedly impaired GSIS and increased expression of G6pc2. Under high fat diet, mice overexpressing SRI in the β cell display improved glucose tolerance, fasting blood glucose and GSIS, whereas G6PC2 levels are decreased and cytosolic and ER Ca(2+) are increased in transgenic islets. SRI may thus provide a target for intervention in T2DM.

Interleukin-33 safeguards neutrophils in sepsis.

Cytokines have a fundamental role in orchestrating innate immune responses to bacterial infections. Interleukin-33 (IL-33) is now shown to protect from sepsis by promoting neutrophil influx into the focus of infection

Etude des propriétés dynamiques de la sécrétion régulée des vésicules glutamatergiques des astrocytes

RESUME GRAND PUBLICLe cerveau est composé de différents types cellulaires, dont les neurones et les astrocytes. Faute de moyens pour les observer, les astrocytes sont très longtemps restés dans l'ombre alors que les neurones, bénéficiant des outils ad hoc pour être stimulés et étudiés, ont fait l'objet de toutes les attentions. Le développement de l'imagerie cellulaire et des outils fluorescents ont permis d'observer ces cellules non électriquement excitables et d'obtenir des informations qui laissent penser que ces cellules sont loin d'être passives et participent activement au fonctionnement cérébral. Cette participation au fonctionnement cérébral se fait en partie par le biais de la libération de substances neuro-actives (appellées gliotransmetteurs) que les astrocytes libèrent à proximité des synapses permettant ainsi de moduler le fonctionnement neuronal. Cette libération de gliotransmetteurs est principalement causée par l'activité neuronale que les astrocytes sont capables de sentir. Néanmoins, nous savons encore peu de chose sur les propriétés précises de la libération des gliotransmetteurs. Comprendre les propriétés spatio-temporelles de cette libération est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. En utilisant des outils fluorescents récemment développés et en combinant différentes techniques d'imagerie cellulaire, nous avons pu obtenir des informations très précises sur la libération de ces gliotransmetteurs par les astrocytes. Nous avons ainsi confirmé que cette libération était un processus très rapide et qu'elle était contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit une organisation complexe de la machinerie supportant la libération des gliotransmetteurs. Cette organisation complexe semble être à la base de la libération extrêmement rapide des gliotransmetteurs. Cette rapidité de libération et cette complexité structurelle semblent indiquer que les astrocytes sont des cellules particulièrement adaptées à une communication rapide et qu'elles peuvent, au même titre que les neurones dont elles seraient les partenaires légitimes, participer à la transmission et à l'intégration de l'information cérébrale.RESUMEDe petites vésicules, les « SLMVs » ou « Synaptic Like MicroVesicles », exprimant des transporteurs vésiculaires du glutamate (VGluTs) et libérant du glutamate par exocytose régulée, ont récemment été décrites dans les astrocytes en culture et in situ. Néanmoins, nous savons peu de chose sur les propriétés précises de la sécrétion de ces SLMVs. Contrairement aux neurones, le couplage stimulussécrétion des astrocytes n'est pas basé sur l'ouverture des canaux calciques membranaires mais nécessite l'intervention de seconds messagers et la libération du calcium par le reticulum endoplasmique (RE). Comprendre les propriétés spatio-temporelles de la sécrétion astrocytaire est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. Nous avons utilisé des outils fluorescents récemment développés pour étudier le recyclage des vésicules synaptiques glutamatergiques comme les colorants styryles et la pHluorin afin de pouvoir suivre la sécrétion des SLMVs à l'échelle de la cellule mais également à l'échelle des évènements. L'utilisation combinée de l'épifluorescence et de la fluorescence à onde évanescente nous a permis d'obtenir une résolution temporelle et spatiale sans précédent. Ainsi avons-nous confirmé que la sécrétion régulée des astrocytes était un processus très rapide (de l'ordre de quelques centaines de millisecondes). Nous avons découvert que cette sécrétion est contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit des compartiments cytosoliques délimités par le RE à proximité de la membrane plasmique et contenant les SLMVs. Cette organisation semble être à la base du couplage rapide entre l'activation des GPCRs et la sécrétion. L'existence de compartiments subcellulaires indépendants permettant de contenir les messagers intracellulaires et de limiter leur diffusion semble compenser de manière efficace la nonexcitabilité électrique des astrocytes. Par ailleurs, l'existence des différents pools de vésicules recrutés séquentiellement et fusionnant selon des modalités distinctes ainsi que l'existence de mécanismes permettant le renouvellement de ces pools lors de la stimulation suggèrent que les astrocytes peuvent faire face à une stimulation soutenue de leur sécrétion. Ces données suggèrent que la libération de gliotransmetteurs par exocytose régulée n'est pas seulement une propriété des astrocytes en culture mais bien le résultat d'une forte spécialisation de ces cellules pour la sécrétion. La rapidité de cette sécrétion donne aux astrocytes toutes les compétences pour pouvoir intervenir de manière active dans la transmission et l'intégration de l'information.ABSTRACTRecently, astrocytic synaptic like microvesicles (SLMVs), that express vesicular glutamate transporters (VGluTs) and are able to release glutamate by Ca2+-dependent regulated exocytosis, have been described both in tissue and in cultured astrocytes. Nevertheless, little is known about the specific properties of regulated secretion in astrocytes. Important differences may exist between astrocytic and neuronal exocytosis, starting from the fact that stimulus-secretion coupling in astrocytes is voltage independent, mediated by G-protein-coupled receptors and the release of Ca2+ from internal stores. Elucidating the spatiotemporal properties of astrocytic exo-endocytosis is, therefore, of primary importance for understanding the mode of communication of these cells and their role in brain signaling. We took advantage of fluorescent tools recently developed for studying recycling of glutamatergic vesicles at synapses like styryl dyes and pHluorin in order to follow exocytosis and endocytosis of SLMVs at the level of the entire cell or at the level of single event. We combined epifluorescence and total internal reflection fluorescence imaging to investigate, with unprecedented temporal and spatial resolution, the events underlying the stimulus-secretion in astrocytes. We confirmed that exo-endocytosis process in astrocytes proceeds with a time course on the millisecond time scale. We discovered that SLMVs exocytosis is controlled by local and fast Ca2+ elevations; indeed submicrometer cytosolic compartments delimited by endoplasmic reticulum (ER) tubuli reaching beneath the plasma membrane and containing SLMVs. Such complex organization seems to support the fast stimulus-secretion coupling reported here. Independent subcellular compartments formed by ER, SLMVs and plasma membrane containing intracellular messengers and limiting their diffusion seem to compensate efficiently the non-electrical excitability of astrocytes. Moreover, the existence of two pools of SLMVs which are sequentially recruited suggests a compensatory mechanisms allowing the refill of SLMVs and supporting exocytosis process over a wide range of multiple stimuli. These data suggest that regulated secretion is not only a feature of cultured astrocytes but results from a strong specialization of these cells. The rapidity of secretion demonstrates that astrocytes are able to actively participate in brain information transmission and processing.

In vivo characterization of the circadian clock output gene usp2

Life on earth is subject to the repeated change between day and night periods. All organisms that undergo these alterations have to anticipate consequently the adaptation of their physiology and possess an endogenous periodicity of about 24 hours called circadian rhythm from the Latin circa (about) and diem (day). At the molecular level, virtually all cells of an organism possess a molecular clock which drives rhythmic gene expression and output functions. Besides altered rhythmicity in constant conditions, impaired clock function causes pathophysiological conditions such as diabetes or hypertension. These data unveil a part of the mechanisms underlying the well-described epidemiology of shift work and highlight the function of clock-driven regulatory mechanisms. The post-translational modification of proteins by the ubiquitin polypeptide is a central mechanism to regulate their stability and activity and is capital for clock function. Similarly to the majority of biological processes, it is reversible. Deubiquitylation is carried out by a wide variety of about ninety deubiquitylating enzymes and their function remains poorly understood, especially in vivo. This class of proteolytic enzymes is parted into five families including the Ubiquitin-Specific Proteases (USP), which is the most important with about sixty members. Among them, the Ubiquitin-Specific Protease 2 (Usp2) gene encodes two protein isoforms, USP2-45 and USP2-69. The first is ubiquitously expressed under the control of the circadian clock and displays all features of core clock genes or its closest outputs effectors. Additionally, Usp2-45 was also found to be induced by the mineralocorticoid hormone aldosterone and thought to participate in Na+ reabsorption and blood pressure regulation by Epithelial Na+ Channel ENaC in the kidneys. During my thesis, I aimed to characterize the role of Usp2 in vivo with respect to these two areas, by taking advantage of a total constitutive knockout mouse model. In the first project I aimed to validate the role of USP2-45 in Na+ homeostasis and blood pressure regulation by the kidneys. I found no significant alterations of diurnal Na+ homeostasis and blood pressure in these mice, indicating that Usp2 does not play a substantial role in this process. In urine analyses, we found that our Usp2-KO mice are actually hypercalciuric. In a second project, I aimed to understand the causes of this phenotype. I found that the observed hypercalciuria results essentially from intestinal hyperabsorption. These data reveal a new role for Usp2 as an output effector of the circadian clock in dietary Ca2+ metabolism in the intestine.

Transcriptional response to cardiac injury in the zebrafish: systematic identification of genes with highly concordant activity across in vivo models.

BACKGROUND: Zebrafish is a clinically-relevant model of heart regeneration. Unlike mammals, it has a remarkable heart repair capacity after injury, and promises novel translational applications. Amputation and cryoinjury models are key research tools for understanding injury response and regeneration in vivo. An understanding of the transcriptional responses following injury is needed to identify key players of heart tissue repair, as well as potential targets for boosting this property in humans. RESULTS: We investigated amputation and cryoinjury in vivo models of heart damage in the zebrafish through unbiased, integrative analyses of independent molecular datasets. To detect genes with potential biological roles, we derived computational prediction models with microarray data from heart amputation experiments. We focused on a top-ranked set of genes highly activated in the early post-injury stage, whose activity was further verified in independent microarray datasets. Next, we performed independent validations of expression responses with qPCR in a cryoinjury model. Across in vivo models, the top candidates showed highly concordant responses at 1 and 3 days post-injury, which highlights the predictive power of our analysis strategies and the possible biological relevance of these genes. Top candidates are significantly involved in cell fate specification and differentiation, and include heart failure markers such as periostin, as well as potential new targets for heart regeneration. For example, ptgis and ca2 were overexpressed, while usp2a, a regulator of the p53 pathway, was down-regulated in our in vivo models. Interestingly, a high activity of ptgis and ca2 has been previously observed in failing hearts from rats and humans. CONCLUSIONS: We identified genes with potential critical roles in the response to cardiac damage in the zebrafish. Their transcriptional activities are reproducible in different in vivo models of cardiac injury.

Rôle de l'activation de c-Jun N-terminal kinase (JNK) dans un modèle de glaucome chez le rat et neuroprotection par inhibition de la voie de JNK

RESUME : Dans ce travail effectué chez le rat adulte, l'excitotoxicité rétinienne est élicitée par injection intravitréenne de NMDA. Les lésions en résultant sont localisées dans la rétine interne. Elles prennent la forme de pycnoses dans la couche des cellules ganglionnaires (corps cellulaires des cellules ganglionnaires et amacrines déplacées) et dans la partie interne de la couche nucléaire interne (cellules amacrines). Cette localisation est liée à la présence de récepteurs au glutamate de type NMDA sur ces cellules. L'activation de ces récepteurs entraîne un influx calcique et l'activation de diverses enzymes (phospholipase A, calpaïnes, calmoduline, synthase d'oxyde nitrique). La signalisation se poursuit en aval en partie par les voies des Mitogen Activated Protein Kinase (MAPK) : ERK, p38, ]NK. Dans les expériences présentées, toutes trois sont activées après l'injection de NMDA. Dans les cascades de signalisation de JNK, trois kinases s'ancrent sur une protéine scaffold. Les MAPKKK phosphorylent MKK4 et MKK7, qui phosphorylent JNK. JNK a de nombreuses cibles nucléaires (dont le facteur de transcription c-Jun) et cytoplasmiques. La voie de JNK est bloquée par l'inhibiteur peptidique D-JNKI-1 en empêchant l'interaction de la kinase avec son substrat. L'inhibiteur est formé de 20 acides aminés du domaine de liaison JBD et de 10 acides aminés de la partie TAT du virus HIV. L'injection intravitréenne de D-JNKI-1 permet une diminution des taux de JNK et c-Jun phosphorylés dans les lysats de rétine. L'effet prépondérant est la restriction importante des altérations histologiques des couches internes de la rétine. L'évaluation par électrorétinogramme met en sus en évidence une sauvegarde de la fonction cellulaire. Ce travail a ainsi permis d'établir la protection morphologique et fonctionnelle des cellules de la rétine interne par inhibition spécifique de la voie de JNK lors d'excitotoxicité. SUMMARY Excitotoxicity in the retina associates with several pathologies like retinal ischemia, traumatic optic neuropathy and glaucoma. In this study, excitotoxicity is elicited by intravitreal NMDA injection in adult rats. Lesions localise in the inner retina. They present as pyknotic cells in the ganglion cell layer (ganglion cells and displaced amacrines) and the inner nuclear layer (amacrine cells). These cells express NMDA glutamate receptors. The receptor activation leads to a calcium flow into the cell and hence enzyme activation (phospholipase, calpains, calmodulin, nitric oxide synthase). The subsequent signaling pathways can involve the Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK): ERK, p38 end JNK. These were all activated in our experiments. The signaling cascade organises around several scaffold proteins. The various MAPKKK phosphorylate MKK4 and MKK7, which phosphorylate JNK. JNK targets are of nuclear (c-Jun transcription factor) or cytoplasmic localisation. The peptidic inhibitor D-JNKI-1, 20 amino acids from the JNK binding domain JBD coupled to 10 amino acids of the TAT transporter, disrupts the binding of JNK with its substrate. Intravitreal injection of the inhibitor lowers phosphorylated forms of JNK and c-Jun in retinal extracts. It protects strongly against histological lesions in the inner retina and allows functional rescue.

Species delimitation: A case study in a problematic ant taxon

Species delimitation has been invigorated as a discipline in systematics by an influx of new character sets, analytical methods, and conceptual advances. We use genetic data from 68 markers, combined with distributional, bioclimatic, and coloration information, to hypothesize boundaries of evolutionarily independent lineages (species) within the widespread and highly variable nominal fire ant species Solenopsis saevissima, a member of a species group containing invasive pests as well as species that are models for ecological and evolutionary research. Our integrated approach uses diverse methods of analysis to sequentially test whether populations meet specific operational criteria (contingent properties) for candidacy as morphologically cryptic species, including genetic clustering, monophyly, reproductive isolation, and occupation of distinctive niche space. We hypothesize that nominal S. saevissima comprises at least 4-6 previously unrecognized species, including several pairs whose parapatric distributions implicate the development of intrinsic premating or postmating barriers to gene flow. Our genetic data further suggest that regional genetic differentiation in S. saevissima has been influenced by hybridization with other nominal species occurring in sympatry or parapatry, including the quite distantly related Solenopsis geminata. The results of this study illustrate the importance of employing different classes of genetic data (coding and noncoding regions and nuclear and mitochondrial DNA [mtDNA] markers), different methods of genetic data analysis (tree-based and non-tree based methods), and different sources of data (genetic, morphological, and ecological data) to explicitly test various operational criteria for species boundaries in clades of recently diverged lineages, while warning against over reliance on any single data type (e.g., mtDNA sequence variation) when drawing inferences.

Experimental calcium oxalate crystal production and dissolution by selected wood rot fungi.

Twenty-six species of white-rotting Agaricomycotina fungi (Basidiomycota) were screened for their ability to produce calcium-oxalate (CaOx) crystals in vitro. Most were able to produce CaOx crystals in malt agar medium in the absence of additional calcium. In the same medium enriched with Ca2+, all the species produced CaOx crystals (weddellite or whewellite). Hyphae of four species (Ganoderma lucidum, Polyporus ciliatus, Pycnoporus cinnabarinus, and Trametes versicolor) were found coated with crystals (weddellite/whewellite). The production of CaOx crystals during the growth phase was confirmed by an investigation of the production kinetics for six of the species considered in the initial screening (Pleurotus citrinopileatus, Pleurotus eryngii, Pleurotus ostreatus, P. cinnabarinus, Trametes suaveolens, and T. versicolor). However, the crystals produced during the growth phase disappeared from the medium over time in four of the six species (P. citrinopileatus, P. eryngii, P. cinnabarinus, and T. suaveolens). For P. cinnabarinus, the disappearance of the crystals was correlated with a decrease in the total oxalate concentration measured in the medium from 0.65 μg mm−2 (at the maximum accumulation rate) to 0.30 μg mm−2. The decrease in the CaOx concentration was correlated with a change in mycelia morphology. The oxalate dissolution capability of all the species was also tested in a medium containing calcium oxalate as the sole source of carbon (modified Schlegel medium). Three species (Agaricus blazei, Pleurotus tuberregium, and P. ciliatus) presented a dissolution halo around the growth zone. This study shows that CaOx crystal production is a widespread phenomenon in white-rot fungi, and that an excess of Ca2+ can enhance CaOx crystal production. In addition, it shows that some white-rot fungal species are capable of dissolving CaOx crystals after growth has ceased. These results highlight a diversity of responses around the production or dissolution of calcium oxalate in white-rot fungi and reveal an unexpected potential importance of fungi on the oxalate cycle in the environment.

Cross-talk between glutamate and potassium regulation at the astrocyte membrane

Astrocytes play a central role in the brain by regulating glutamate and extracellular potassium concentrations ([K+]0), both released by neurons into the extracellular space during neuronal activity. Glutamate uptake is driven by the inwardly directed sodium gradient across the astrocyte membrane and involves the influx of three sodium ions and one proton and the efflux of one K+ ion per glutamate molecule. The glutamate transport induced rise in intracellular sodium stimulates the Na+/K+-ATPase which leads to significant energetic costs in astrocytes. To evaluate how these two fundamental functions of astrocytes, namely glutamate transport and K+ buffering, which are directly associated with neuronal activity, coexist and if they influence each other, in this thesis work we examined different cellular parameters of astrocytes. We therefore investigated the impact of altered [K+]0 on glutamate transporter activity. To assess this question we measured intracellular sodium fluctuations in mouse primary cultured astrocytes using dynamic fluorescence imaging. We found that glutamate uptake was tightly modulated both in amplitude and kinetics by [K+]0. Elevated [K+]0 strongly decreased glutamate transporter activity, with significant consequences on the cells energy metabolism. To ultimately evaluate potential effects of [K+]0 and glutamate on the astrocyte mitochondrial energy production we extended these studies by investigating their impact on the cytosolic and mitochondrial pH. We found that both [K+],, and glutamate strongly influenced cytosolic and mitochondrial pH, but in opposite directions. The effect of a simultaneous application of K+ and glutamate, however, did not fit with the arithmetical sum of each individual effects, suggesting that an additional non¬linear process is involved. We also investigated the impact of [K+]0 and glutamate transport, respectively, on intracellular potassium concentrations ([K+]0 in cultured astrocytes by characterizing and applying a newly developed Insensitive fluorescent dye. We observed that [K+]i followed [K+]0 changes in a nearly proportional way and that glutamate superfusion caused a reversible, glutamate-concentration dependent drop of [K+],, Our study shows the powerful influence of [K+]u on glutamate capture. These findings have strong implications for our understanding of the tightly regulated interplay between astrocytes and neurons in situations where [K+]0 undergoes large activity-dependent fluctuations. However, depending on the extent of K+ versus glutamate extracellular rise, energy metabolism in astrocytes will be differently regulated. Moreover, the novel insights obtained during this thesis work help understanding some of the underlying processes that prevail in certain pathologies of central nervous system, such as epilepsy and stroke. These results will possibly provide a basis for the development of novel therapeutic strategies. -- Les astrocytes jouent un rôle central dans le cerveau en régulant les concentrations de potassium (K+) et de glutamate, qui sont relâchés par les neurones dans l'espace extracellulaire lorsque ceux- ci sont actifs. La capture par les astrocytes du glutamate est un processus secondairement actif qui implique l'influx d'ions sodium (Na+) et d'un proton, ainsi que l'efflux d'ions K+, ce processus entraîne un coût métabolique important. Nous avons évalué comment ces fonctions fondamentales des astrocytes, la régulation du glutamate et du K+ extracellulaire, qui sont directement associés à l'activité neuronale, coexistent et si elles interagissent, en examinant différents paramètres cellulaires. Dans ce projet de thèse nous avons évalué l'impact des modifications de la concentration de potassium extracellulaire ([K+],,) sur le transport du glutamate. Nous avons mesuré le transport du glutamate par le biais des fluctuations internes de Na+ grâce à un colorant fluorescent en utilisant de l'imagerie à fluorescence dynamique sur des cultures primaires d'astrocytes. Nous avons trouvé que la capture du glutamate était étroitement régulée par [K+]0 aussi bien dans son amplitude que dans sa cinétique. Par la suite, nous avons porté notre attention sur l'impact de [K+]0 et du glutamate sur le pH cytosolique et mitochondrial de l'astrocyte dans le but, in fine, d'évaluer les effets potentiels sur la production d'énergie par la mitochondrie. Nous avons trouvé qu'autant le K+ que le glutamate, de manière individuelle, influençaient fortement le pH, cependant dans des directions opposées. Leurs effets individuels, ne peuvent toutefois pas être additionnés ce qui suggère qu'un processus additionnel non-linéaire est impliqué. En appliquant une nouvelle approche pour suivre et quantifier la concentration intracellulaire de potassium ([K+]0 par imagerie à fluorescence, nous avons observé que [K+]i suivait les changements de [K+]0 de manière quasiment proportionnelle et que la superfusion de glutamate induisait un décroissement rapide et réversible de [K+]i, qui dépend de la concentration de glutamate. Notre étude démontre l'influence de [K+]0 sur la capture du glutamate. Ces résultats permettent d'améliorer notre compréhension de l'interaction entre astrocytes et neurones dans des situations où [K+]0 fluctue en fonction de l'activité neuronale. Cependant, en fonction de l'importance de l'augmentation extracellulaire du K+ versus le glutamate, le métabolisme énergétique des astrocytes va être régulé de manière différente. De plus, les informations nouvelles que nous avons obtenues durant ce travail de thèse nous aident à comprendre quelques- uns des processus sous-jacents qui prévalent dans certaines pathologies du système nerveux central, comme par exemple l'épilepsie ou l'accident vasculaire cérébral. Ces informations pourront être importantes à intégrer dans la cadre du développement de nouvelles stratégies thérapeutiques.

Defining secretion processes in astrocytes

During the last decade, evidence that release of chemical transmitters from astrocytes might modulate neuronal activity (the so-called "gliotransmission") occurs in situ has been extensively provided. Nevertheless, gliotransmission remains a highly debated topic because of the lack of direct morphological and functional evidence. Here we provided new information supporting gliotransmission, by i) deepen knowledge about specific properties of regulated secretion of glutamatergic SLMVs, and ii) investigating the involvement of astrocytes in the transmission of dopamine, a molecule whose interaction with astrocytes is likely to occur, but it's still not proven.¦VGLUT-expressing glutamatergic SLMVs have been previously identified both in situ and in vitro, but description of kinetics of release were still lacking. To elucidate this issue, we took advantage of fluorescent tools (styryl dyes and pHluorin) and adapted experimental paradigms and analysis methods previously developed to study exo-endocytosis and recycling of glutamatergic vesicles at synapses. Parallel use of EPIfluorescence and total internal reflection (TIRF) imaging allowed us to find that exo-endocytosis processes in astrocytes are extremely fast, with kinetics in the order of milliseconds, able to sustain and follow neuronal signalling at synapses. Also, exocytosis of SLMVs is under the control of fast, localized Ca2+ elevations in close proximity of SLMVs and endoplasmatic reticulum (ER) tubules, the intracellular calcium stores. Such complex organization supports the fast stimulus-secretion coupling we described; localized calcium elevations have been recently observed in astrocytes in situ, suggesting that these functional microdomains might be present in the intact tissue. In the second part of the work, we investigated whether astrocytes possess some of the benchmarks of brain dopaminergic cells. It's been known for years that astrocytes are able to metabolize monoamines by the enzymes MAO and COMT, but to date no clear information that glial cells are able to uptake and store monoamines have been provided. Here, we identified a whole apparatus for the storage, degradation and release of monoamines, at the ultrastructural level. Electron microscopy immunohistochemistry allowed us to visualize VMAT2- and dopamine-positive intracellular compartments within astrocytic processes, i.e. dense -core granules and cisterns. These organelles might be responsible for dopamine release and storage, respectively; interestingly, this intracellular distribution is reminiscent of VMAT2 expression in dendrites if neurons, where dopamine release is tonic and plays a role in the regulation of its a basal levels, suggesting that astrocytic VMAT2 is involved in the homeostasis of dopamine in healthy brains of adult mammals.¦Durant cette dernière décennie, de nombreux résultats sur le relâchement des transmetteurs par les astrocytes pouvant modulé l'activité synaptique (gliotransmission) ont été fournis. Néanmoins, la gliotransmission reste un processus encore très débattu, notamment à cause de l'absence de preuves directes, morphologique et fonctionnelle démontrant ce phénomène. Nous présentons dans nos travaux de nombreux résultats confortant l'hypothèse de la gliotransmission, dont i) une étude approfondie sur les propriétés spatiales et temporelles de la sécrétion régulée du glutamate dans les astrocytes, et ii) une étude sur la participation des astrocytes dans la transmission de la dopamine, une neuromodulateur dont l'interaction avec les astrocytes est fortement probable, mais qui n'a encore jamais été prouvée. L'expression des petites vésicules (SLMVs - Synaptic Like Micro Vesicles) glutamatergiques exprimant les transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUTs) dans les astrocytes a déjà été prouvé tant in situ qu'in vitro. Afin de mettre en évidence les propriétés précises de la sécrétion de ces organelles, nous avons adapté à nos études des méthodes expérimentales conçues pour observer les processus de exocytose et endocytose dans les neurones. Les résolutions spatiale et temporelle obtenues, grâce a l'utilisation en parallèle de l'épi fluorescence et de la fluorescence a onde évanescente (TIRF), nous ont permis de montrer que la sécrétion régulée dans les astrocytes est un processus extrêmement rapide (de l'ordre de la milliseconde) et qu'elle est capable de soutenir et de suivre la transmission de signaux entre neurones. Nous avons également découvert que cette sécrétion a lieu dans des compartiments subcellulaires particuliers où nous observons la présence du reticulum endoplasmique (ER) ainsi que des augmentations rapides de calcium. Cette organisation spatiale complexe pourrait être la base morphologique du couplage rapide entre le stimulus et la sécrétion. Par ailleurs, plusieurs études récentes in vivo semblent confirmer l'existence de ces compartiments. Depuis des années nous savons que les astrocytes sont capables de métaboliser les monoamines par les enzymes MAO et COMT. Nous avons donc fourni de nouvelles preuves concernant la présence d'un appareil de stockage dans les astrocytes participant à la dégradation et la libération de monoamines au niveau ultrastructurelle. Grâce à la microscopie électronique, nous avons découvert la présence de compartiments intracellulaires exprimant VMAT2 dans les processus astrocytaires, sous forme de granules et des citernes. Ces organelles pourraient donc être responsables à la fois du relâchement et du stockage de la dopamine. De manière surprenante, cette distribution intracellulaire est similaire aux dendrites des neurones exprimant VMAT2, où la dopamine est libérée de façon tonique permettant d'agir sur la régulation de ses niveaux de base. Ces résultats, suggèrent une certaine participation des VMAT2 présents dans les astrocytes dans le processus d'homéostase de la dopamine dans le cerveau.¦A de nombreuses reprises, dans des émissions scientifiques ou dans des films, il est avancé que les hommes n'utilisent que 10% du potentiel de leur cerveau. Cette légende provient probablement du fait que les premiers chercheurs ayant décrit les cellules du cerveau entre le XIXème et le XXeme siècle, ont montré que les neurones, les cellules les plus connues et étudiées de cet organe, ne représentent seulement que 10% de la totalité des cellules composant du cerveau. Parmi les 90% restantes, les astrocytes sont sans doute les plus nombreuses. Jusqu'au début des années 90, les astrocytes ont été plutôt considérés peu plus que du tissu conjonctif, ayant comme rôles principaux de maintenir certaines propriétés physiques du cerveau et de fournir un support métabolique (énergie, environnement propre) aux neurones. Grace à la découverte que les astrocytes ont la capacité de relâcher des substances neuro-actives, notamment le glutamate, le rôle des astrocytes dans le fonctionnement cérébral a été récemment reconsidérée.¦Le rôle du glutamate provenant des astrocytes et son impact sur la fonctionnalité des neurones n'a pas encore été totalement élucidé, malgré les nombreuses publications démontrant l'importance de ce phénomène en relation avec différentes fonctions cérébrales. Afin de mieux comprendre comment les astrocytes sont impliqués dans la transmission cérébrale, nous avons étudié les propriétés spatio-temporelles de cette libération grâce à l'utilisation des plusieurs marqueurs fluorescents combinée avec différentes techniques d'imagerie cellulaires. Nous avons découvert que la libération du glutamate par les astrocytes (un processus maintenant appelé "gliotransmission") était très rapide et contrôlée par des augmentations locales de calcium. Nous avons relié ces phénomènes à des domaines fonctionnels subcellulaires morphologiquement adaptés pour ce type de transmission. Plus récemment, nous avons concentré nos études sur un autre transmetteur très important dans le fonctionnement du cerveau : la dopamine. Nos résultats morphologiques semblent indiquer que les astrocytes ont la capacité d'interagir avec ce transmetteur, mais d'une manière différente comparée au glutamate, notamment en terme de rapidité de transmission. Ces résultats suggèrent que le astrocytes ont la capacité de modifier leurs caractéristiques et de s'adapter à leur environnement par rapport aux types de transmetteur avec lequel ils doivent interagir.

The fou2 mutation in the major vacuolar cation channel TPC1 confers tolerance to inhibitory luminal calcium.

The SV channel encoded by the TPC1 gene represents a Ca(2+)- and voltage-dependent vacuolar cation channel. Point mutation D454N within TPC1, named fou2 for fatty acid oxygenation upregulated 2, results in increased synthesis of the stress hormone jasmonate. As wounding causes Ca2+ signals and cytosolic Ca2+ is required for SV channel function, we here studied the Ca(2+)-dependent properties of this major vacuolar cation channel with Arabidopsis thaliana mesophyll vacuoles. In patch clamp measurements, wild-type and fou2 SV channels did not exhibit differences in cytosolic Ca2+ sensitivity and Ca2+ impermeability. K+ fluxes through wild-type TPC1 were reduced or even completely faded away when vacuolar Ca2+ reached the 0.1-mm level. The fou2 protein under these conditions, however, remained active. Thus, D454N seems to be part of a luminal Ca2+ recognition site. Thereby the SV channel mutant gains tolerance towards elevated luminal Ca2+. A three-fold higher vacuolar Ca/K ratio in the fou2 mutant relative to wild-type plants seems to indicate that fou2 can accumulate higher levels of vacuolar Ca(2+) before SV channel activity vanishes and K(+) homeostasis is impaired. In response to wounding fou2 plants might thus elicit strong vacuole-derived cytosolic Ca2+ signals resulting in overproduction of jasmonate.

Recombinant " Physcomitrella patens " as a sensitive tool to study heat sensing and heat-shock signal transduction in plants

SUMMARY When exposed to heat stress, plants display a particular set of cellular and molecular responses, such as chaperones expression, which are highly conserved in all organisms. In chapter 1, I studied the ability of heat shock genes to become transiently and abundantly induced under various temperature regimes. To this aim, I designed a highly sensitive heat-shock dependent conditional gene expression system in the moss Physcomitrella patens, using the soybean heatinducible promoter (hsp17.3B). Heat-induced expression of various reporter genes was over three orders of magnitude, in tight correlation with the intensity and duration of the heat treatments. By performing repeated heating/cooling cycles, a massive accumulation of recombinant proteins was obtained. Interestingly, the hsp17.3B promoter was also activated by specific organic chemicals. Thus, in chapter 2, I took advantage of the extreme sensitivity of this promoter to small temperature variations to further address the role of various natural and organic chemicals and develop a plant based-bioassay that can serve as an early warning indicator of toxicity by pollutants and heavy metals. A screen of several organic pollutants from textile and paper industry showed that chlorophenols as well as sulfonated anthraquinones elicited a heat shock like response at noninducing temperatures. Their effects were synergistically amplified by mild elevated temperatures. In contrast to standard methods of pollutant detection, this plant-based biosensor allowed to monitor early stress-responses, in correlation with long-term toxic effect, and to attribute effective toxicity thresholds for pollutants, in a context of varying environmental cues. In chapter 3, I deepened the study of the primary mechanism by which plants sense mild temperature variations and trigger a cellular signal leading to the heat shock response. In addition to the above described heat-inducible reporter line, I generated a P. patens transgenic line to measure, in vivo, variations of cytosolic calcium during heat treatment, and another line to monitor the role of protein unfolding in heat-shock sensing and signalling. The heat shock signalling pathway was found to be triggered by the plasma membrane, where temperature up shift specifically induced the transient opening of a putative high afimity calcium channel. The calcium influx triggered a signalling cascade leading to the activation of the heat shock genes, independently on the presence of misfolded proteins in the cytoplasm. These results strongly suggest that changes in the fluidity of the plasma membrane are the primary trigger of the heatshocksignalling pathway in plants. The present thesis contributes to the understanding of the basic mechanism by which plants perceive and respond to heat and chemical stresses. This may contribute to developing appropriate better strategies to enhance plant productivity under the increasingly stressful environment of global warming. RÉSUME Les plantes exposées à des températures élevées déclenchent rapidement des réponses cellulaires qui conduisent à l'induction de gènes codant pour les heat shock proteins (HSPs). En fonction de la durée d'exposition et de la vitesse à laquelle la température augmente, les HSPs sont fortement et transitoirement induites. Dans le premier chapitre, cette caractéristique aété utilisée pour développer un système inductible d'expression de gènes dans la mousse Physcomitrella patens. En utilisant plusieurs gènes rapporteurs, j'ai montré que le promoteur du gène hsp17.3B du Soja est activé d'une manière. homogène dans tous les tissus de la mousse proportionnellement à l'intensité du heat shock physiologique appliqué. Un très fort taux de protéines recombinantes peut ainsi être produit en réalisant plusieurs cycles induction/recovery. De plus, ce promoteur peut également être activé par des composés organiques, tels que les composés anti-inflammatoires, ce qui constitue une bonne alternative à l'induction par la chaleur. Les HSPs sont induites pour remédier aux dommages cellulaires qui surviennent. Étant donné que le promoteur hsp17.3B est très sensible à des petites augmentations de température ainsi qu'à des composés chimiques, j'ai utilisé les lignées développées dans le chapitre 1 pour identifier des polluants qui déclenchent une réaction de défense impliquant les HSPs. Après un criblage de plusieurs composés, les chlorophénols et les antraquinones sulfonés ont été identifiés comme étant activateurs du promoteur de stress. La détection de leurs effets a été réalisée seulement après quelques heures d'exposition et corrèle parfaitement avec les effets toxiques détectés après de longues périodes d'exposition. Les produits identifiés montrent aussi un effet synergique avec la température, ce qui fait du biosensor développé dans ce chapitre un bon outil pour révéler les effets réels des polluants dans un environnement où les stress chimiques sont combinés aux stress abiotiques. Le troisième chapitre est consacré à l'étude des mécanismes précoces qui permettent aux plantes de percevoir la chaleur et ainsi de déclencher une cascade de signalisation spécifique qui aboutit à l'induction des gènes HSPs. J'ai généré deux nouvelles lignées afin de mesurer en temps réel les changements de concentrations du calcium cytosolique ainsi que l'état de dénaturation des protéines au cours du heat shock. Quand la fluidité de la membrane augmente après élévation de la température, elle semble induire l'ouverture d'un canal qui permet de faire entrer le calcium dans les cellules. Ce dernier initie une cascade de signalisation qui finit par activer la transcription des gènes HSPs indépendamment de la dénaturation de protéines cytoplasmiques. Les résultats présentés dans ce chapitre montrent que la perception de la chaleur se fait essentiellement au niveau de la membrane plasmique qui joue un rôle majeur dans la régulation des gènes HSPs. L'élucidation des mécanismes par lesquels les plantes perçoivent les signaux environnementaux est d'une grande utilité pour le développement de nouvelles stratégies afin d'améliorer la productivité des plantes soumises à des conditions extrêmes. La présente thèse contribue à décortiquer la voie de signalisation impliquée dans la réponse à la chaleur.

Clara cells drive eosinophil accumulation in allergic asthma.

Development of allergic asthma is a complex process involving immune, neuronal and tissue cells. In the lung, Clara cells represent a major part of the "immunomodulatory barrier" of the airway epithelium. To understand the contribution of these cells to the inflammatory outcome of asthma, disease development was assessed using an adjuvant-free ovalbumin model. Mice were sensitised with subcutaneous injections of 10 μg endotoxin-free ovalbumin in conjunction with naphthalene-induced Clara cell depletion. Clara epithelial cell depletion in the lung strongly reduced eosinophil influx, which correlated with decreased eotaxin levels and, moreover, diminished the T-helper cell type 2 inflammatory response, including interleukin (IL)-4, IL-5 and IL-13. In contrast, airway hyperresponsiveness was increased. Further investigation revealed Clara cells as the principal source of eotaxin in the lung. These findings are the first to show that Clara airway epithelial cells substantially contribute to the infiltration of eotaxin-responsive CCR3+ immune cells and augment the allergic immune response in the lung. The present study identifies Clara cells as a potential therapeutic target in inflammatory lung diseases such as allergic asthma.