Receptor binding and cell entry of Old World arenaviruses reveal novel aspects of virus-host interaction.

Ten years ago, the first cellular receptor for the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) and the highly pathogenic Lassa virus (LASV) was identified as alpha-dystroglycan (alpha-DG), a versatile receptor for proteins of the extracellular matrix (ECM). Biochemical analysis of the interaction of alpha-DG with arenaviruses and ECM proteins revealed a strikingly similar mechanism of receptor recognition that critically depends on specific sugar modification on alpha-DG involving a novel class of putative glycosyltransferase, the LARGE proteins. Interestingly, recent genome-wide detection and characterization of positive selection in human populations revealed evidence for positive selection of a locus within the LARGE gene in populations from Western Africa, where LASV is endemic. While most enveloped viruses that enter the host cell in a pH-dependent manner use clathrin-mediated endocytosis, recent studies revealed that the Old World arenaviruses LCMV and LASV enter the host cell predominantly via a novel and unusual endocytotic pathway independent of clathrin, caveolin, dynamin, and actin. Upon internalization, the virus is rapidly delivered to endosomes via an unusual route of vesicular trafficking that is largely independent of the small GTPases Rab5 and Rab7. Since infection of cells with LCMV and LASV depends on DG, this unusual endocytotic pathway could be related to normal cellular trafficking of the DG complex. Alternatively, engagement of arenavirus particles may target DG for an endocytotic pathway not normally used in uninfected cells thereby inducing an entry route specifically tailored to the pathogen's needs.

VPS35 mutations in Parkinson disease.

The identification of genetic causes for Mendelian disorders has been based on the collection of multi-incident families, linkage analysis, and sequencing of genes in candidate intervals. This study describes the application of next-generation sequencing technologies to a Swiss kindred presenting with autosomal-dominant, late-onset Parkinson disease (PD). The family has tremor-predominant dopa-responsive parkinsonism with a mean onset of 50.6 ± 7.3 years. Exome analysis suggests that an aspartic-acid-to-asparagine mutation within vacuolar protein sorting 35 (VPS35 c.1858G>A; p.Asp620Asn) is the genetic determinant of disease. VPS35 is a central component of the retromer cargo-recognition complex, is critical for endosome-trans-golgi trafficking and membrane-protein recycling, and is evolutionarily highly conserved. VPS35 c.1858G>A was found in all affected members of the Swiss kindred and in three more families and one patient with sporadic PD, but it was not observed in 3,309 controls. Further sequencing of familial affected probands revealed only one other missense variant, VPS35 c.946C>T; (p.Pro316Ser), in a pedigree with one unaffected and two affected carriers, and thus the pathogenicity of this mutation remains uncertain. Retromer-mediated sorting and transport is best characterized for acid hydrolase receptors. However, the complex has many types of cargo and is involved in a diverse array of biologic pathways from developmental Wnt signaling to lysosome biogenesis. Our study implicates disruption of VPS35 and retromer-mediated trans-membrane protein sorting, rescue, and recycling in the neurodegenerative process leading to PD.

Characterization of cytoplasmic antiviral signaling pathways

Summary Multicellular organisms have evolved the immune system to protect from pathogen such as viruses, bacteria, fungi or parasites. Detection of invading pathogens by the host innate immune system is crucial for mounting protective responses and depends on the recognition of microbial components by specific receptors. The results presented in this manuscript focus on the signaling pathways involved in the detection of viral infection by the sensing of viral nucleic acids. First, we describe a new regulatory mechanism controlling RNA-sensing antiviral pathways. Our results indicate that TRIF and Cardif, the crucial adaptor proteins for endosomal and cytoplasmic RNA detection signaling pathway, are processed and inactivated by caspases. The second aspect investigated here involves a signaling pathway triggered upon cytosolic DNA sensing. The interferon inducible protein DAI was recently described as a DNA sensor able to induce the activation of IRFs and NF-κΒ transcription factors leading to type I interferon production. Here we identify two RIP homotypic interaction motifs (RHIMs) in DAI and demonstrate that they mediate the recruitment of RIP1 and RIP3 and the subsequent NF-κΒ activation. Moreover, we observed that the mouse cytomegalovirus RHIM- containing protein M45 has the potential to block this signaling cascade by interfering with the formation of the DAI-RIP1/3 signaling complex. Finally, we report the generation and the initial characterization of NLRX1-deficient mice. NLRX1 is a member of the NOD-like receptor family localized to the mitochondria. The function of NLRX1 is still controversial: one study proposed that NLRX1 acts as an inhibitor of the RIG-like receptor (RLR) antiviral pathway by binding the adaptor protein Cardif, whereas another report implicated NLRX1 in the generation of reactive oxygen species (ROS) and the amplification of NF-κΒ and JNK triggered by TNF-α, poly(I:C) or Shigella infection. Collectively, our results indicate that NLRX1-deficiency does not affect RLR signaling nor TNF-α induced responses. Proteomics analysis identified UQCRC2, a subunit of the complex III of the mitochondrial respiratory chain, as a NLRX1 binding partner. This observation might reveal a possible functional link between NLRX1 and mitochondrial respiration and/or ROS generation. Résumé Au cours de l'évolution, les organismes multicellulaires ont développé le système immunitaire afin de se protéger contre les pathogènes. Une étape cruciale pour le déclenchement des réponses protectrices est la reconnaissance par les cellules du système immunitaire de molécules propres aux microbes grâce à des récepteurs spécifiques. Les résultats présentés dans cette thèse décrivent des nouveaux aspects concernant les voies de signalisation impliquées dans la détection des virus. Le premier projet décrit un mécanisme de régulation des voies activées par la détection d'ARN virale. Nos résultats montrent que TRIF et Cardif, des protéines adaptatrices des voies déclenchées par la reconnaissance de ces acides nucléiques au niveau des endosomes et du cytoplasme, sont clivés et inactivés par les caspases. Le projet suivant de notre recherche concerne une voie de signalisation activée par la détection d'ADN au niveau du cytoplasme. La protéine DAI a été récemment décrite comme un senseur pour cet ADN capable d'activer les facteurs de transcription IRF et NF-κΒ et d'induire ainsi la production des interférons de type I. Ici on démontre que DAI interagit avec RIP1 et RIP3 par le biais de domaines appelés RHIM et que ce complexe est responsable de l'activation de NF-κΒ. On a aussi identifié une protéine du cytomégalovirus de la souris, M45, qui contient ce même domaine et on a pu démontrer qu'elle a la capacité d'interférer avec la formation du complexe entre DAI et RIP1/RIP3 bloquant ainsi l'activation de NF-κΒ. Enfin on décrit ici la génération de souris déficientes pour le gène qui code pour la protéine NLRX1. Cette protéine fait partie de la famille des récepteurs NOD et est localisée dans la mitochondrie. Une étude a suggéré que NLRX1 agit comme un inhibiteur des voies antivirales activées par les récepteurs du type RIG-I (RLR) en interagissant avec la protéine adaptatrice Cardif. Une autre étude propose par contre que NLRX1 participe à la production des dérivés réactifs de l'oxygène et contribue ainsi à augmenter l'activation de NF- κΒ et JNK induite par le TNF-α ou le poly(I:C). Nos résultats montrent que l'absence de NLRX1 ne modifie ni la voie de signalisation RLR ni les réponses induites par le TNF-α. Des analyses ultérieures ont permis d'identifier comme partenaire d'interaction de NLRX1 la protéine UQCRC2, une des sous-unités qui composent le complexe III de la chaîne respiratoire mitochondriale. Cette observation pourrait indiquer un lien fonctionnel entre NLRX1 et la respiration mitochondriale ou la production des dérivés réactifs de l'oxygène au niveau de cette organelle.

Sodium/hydrogen exchanger NHA2 is critical for insulin secretion in β-cells.

NHA2 is a sodium/hydrogen exchanger with unknown physiological function. Here we show that NHA2 is present in rodent and human β-cells, as well as β-cell lines. In vivo, two different strains of NHA2-deficient mice displayed a pathological glucose tolerance with impaired insulin secretion but normal peripheral insulin sensitivity. In vitro, islets of NHA2-deficient and heterozygous mice, NHA2-depleted Min6 cells, or islets treated with an NHA2 inhibitor exhibited reduced sulfonylurea- and secretagogue-induced insulin secretion. The secretory deficit could be rescued by overexpression of a wild-type, but not a functionally dead, NHA2 transporter. NHA2 deficiency did not affect insulin synthesis or maturation and had no impact on basal or glucose-induced intracellular Ca(2+) homeostasis in islets. Subcellular fractionation and imaging studies demonstrated that NHA2 resides in transferrin-positive endosomes and synaptic-like microvesicles but not in insulin-containing large dense core vesicles in β-cells. Loss of NHA2 inhibited clathrin-dependent, but not clathrin-independent, endocytosis in Min6 and primary β-cells, suggesting defective endo-exocytosis coupling as the underlying mechanism for the secretory deficit. Collectively, our in vitro and in vivo studies reveal the sodium/proton exchanger NHA2 as a critical player for insulin secretion in the β-cell. In addition, our study sheds light on the biological function of a member of this recently cloned family of transporters.

Altering α-dystroglycan receptor affinity of LCMV pseudotyped lentivirus yields unique cell and tissue tropism.

BACKGROUND: The envelope glycoprotein of lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) can efficiently pseudotype lentiviral vectors. Some strains of LCMV exploit high affinity interactions with α-dystroglycan (α-DG) to bind to cell surfaces and subsequently fuse in low pH endosomes. LCMV strains with low α-DG affinity utilize an unknown receptor and display unique tissue tropisms. We pseudotyped non-primate feline immunodeficiency virus (FIV) vectors using LCMV derived glycoproteins with high or low affinity to α-DG and evaluated their properties in vitro and in vivo. METHODS: We pseudotyped FIV with the LCMV WE54 strain envelope glycoprotein and also engineered a point mutation in the WE54 envelope glycoprotein (L260F) to diminish α-DG affinity and direct binding to alternate receptors. We hypothesized that this change would alter in vivo tissue tropism and enhance gene transfer to neonatal animals. RESULTS: In mice, hepatic α- and β-DG expression was greatest at the late gestational and neonatal time points. When displayed on the surface of the FIV lentivirus the WE54 L260F mutant glycoprotein bound weakly to immobilized α-DG. Additionally, LCMV WE54 pseudotyped FIV vector transduction was neutralized by pre-incubation with soluble α-DG, while the mutant glycoprotein pseudotyped vector was not. In vivo gene transfer in adult mice with either envelope yielded low transduction efficiencies in hepatocytes following intravenous delivery. In marked contrast, neonatal gene transfer with the LCMV envelopes, and notably with the FIV-L260F vector, conferred abundant liver and lower level cardiomyocyte transduction as detected by luciferase assays, bioluminescent imaging, and β-galactosidase staining. CONCLUSIONS: These results suggest that a developmentally regulated receptor for LCMV is expressed abundantly in neonatal mice. LCMV pseudotyped vectors may have applications for neonatal gene transfer. ABBREVIATIONS: Armstrong 53b (Arm53b); baculovirus Autographa californica GP64 (GP64); charge-coupled device (CCD); dystroglycan (DG); feline immunodeficiency virus (FIV); glycoprotein precursor (GP-C); firefly luciferase (Luc); lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV); nuclear targeted β-galactosidase (ntLacZ); optical density (OD); PBS/0.1% (w/v) Tween-20 (PBST); relative light units (RLU); Rous sarcoma virus (RSV); transducing units per milliliter (TU/ml); vesicular stomatitis virus (VSV-G); wheat germ agglutinin (WGA); 50% reduction in binding (C50).

Characterization of GLUT8 and GLUT9, two novel glucose transporter isoforms

Summary Prevalence of type 2 diabetes is increasing worldwide at alarming rates, probably secondarily to that of obesity. As type 2 diabetes is characterized by blood hyperglycemia, controlling glucose entry into tissues from the bloodstream is key to maintain glycemia within acceptable ranges. In this context, several glucose transporter isoforms have been cloned recently and some of them have appeared to play important regulatory roles. Better characterizing two of them (GLUT8 and GLUT9) was the purpose of my work. The first part of my work was focused on GLUT8, which is mainly expressed in the brain and is able to transport glucose with high affinity. GLUT8 is retained intracellularly at basal state depending on an N-terminal dileucine motif, thus implying that cell surface expression may be induced by extracellular triggers. In this regard, I was interested in better defining GLUT8 subcellular localization at basal state and in finding signals promoting its translocation, using an adenoviral vector expressing a myc epitope-tagged version of the transporter, thus allowing expression and detection of cell-surface GLUT8 in primary hippocampal neurons and PC 12 cells. This tool enabled me to found out that GLUT8 resides in a unique compartment different from lysosomes, endoplasmic reticulum, endosomes and the Golgi. In addition, absence of GLUT8 translocation following pharmacological activation of several signalling pathways suggests that GLUT8 does not ever translocate to the cell surface, but would rather fulfill its role in its unique intracellular compartment. The second part of my work was focused on GLUT9, which -contrarily to GLUT8 - is unable to transport glucose, but retains the ability to bind glucose-derived cross-linker molecules, thereby suggesting that it may be a glucose sensor rather than a true glucose transporter. The aim of the project was thus to define if GLUT9 triggers intracellular signals when activated. Therefore, adenoviral vectors expressing GLUTS were used to infect both ßpancreatic and liver-derived cell lines, as GLUTS is endogenously expressed in the liver. Comparison of gene expression between cells infected with the GLUTS-expressing adenovirus and cells infected with a GFP-expressing control adenovirus ended up in the identification of the transcription factor HNF4α as being upregulated in aGLUT9-dependent manner. Résumé La prévalence du diabète de type 2 augmente de façon alarmante dans le monde entier, probablement secondairement à celle de l'obésité. Le diabète de type 2 étant caractérisé par une glycémie sanguine élevée, l'entrée du glucose dans les tissus depuis la circulation sanguine constitue un point de contrôle important pour maintenir la glycémie à des valeurs acceptables. Dans ce contexte, plusieurs isoformes de transporteurs au glucose ont été clonées récemment et certaines d'entre elles sont apparues comme jouant d'importants rôles régulateurs. Mieux caractériser deux d'entre elles (GLUT8 et GLUT9) était le but de mon travail. La première partie de mon travail a été centrée sur GLUT8, qui est exprimé principalement dans le cerveau et qui peut transporter le glucose avec une haute affinité. GLUT8 est retenu intracellulairement à l'état basal de façon dépendante d'un motif dileucine N-terminal, ce qui implique que son expression à la surface cellulaire pourrait être induite par des stimuli extracellulaires. Dans cette optique, je me suis intéressé à mieux définir la localisation subcellulaire de GLUT8 à l'état basal et à trouver des signaux activant sa translocation, en utilisant comme outil un vecteur adénoviral exprimant une version marquée (tag myc) du transporteur, me permettant ainsi d'exprimer et de détecter GLUT8 à la surface cellulaire dans des neurones hippocampiques primaires et des cellules PC12. Cet outil m'a permis de montrer que GLUT8 réside dans un compartiment unique différent des lysosomes, du réticulum endoplasmique, des endosomes, ainsi que du Golgi. De plus, l'absence de translocation de GLUT8 à la suite de l'activation pharmacologique de plusieurs voies de signalisation suggère que GLUT8 ne transloque jamais à la membrane plasmique, mais jouerait plutôt un rôle au sein même de son compartiment intracellulaire unique. La seconde partie de mon travail a été centrée sur GLUT9, lequel -contrairement à GLUT8 -est incapable de transporter le glucose, mais conserve la capacité de se lier à des molécules dérivées du glucose, suggérant que ce pourrait être un senseur de glucose plutôt qu'un vrai transporteur. Le but du projet a donc été de définir si GLUT9 active des signaux intracellulaires quand il est lui-même activé. Pour ce faire, des vecteurs adénoviraux exprimant GLUT9 ont été utilisés pour infecter des lignées cellulaires dérivées de cellules ßpancréatiques et d'hépatocytes, GLUT9 étant exprimé de façon endogène dans le foie. La comparaison de l'expression des gènes entre des cellules infectées avec l'adénovirus exprimant GLUT9 et un adénovirus contrôle exprimant la GFP a permis d'identifier le facteur de transcription HNF4α comme étant régulé de façon GLUT9-dépendante. Résumé tout public Il existe deux types bien distincts de diabète. Le diabète de type 1 constitue environ 10 des cas de diabète et se déclare généralement à l'enfance. Il est caractérisé par une incapacité du pancréas à sécréter une hormone, l'insuline, qui régule la concentration sanguine du glucose (glycémie). Il en résulte une hyperglycémie sévère qui, si le patient n'est pas traité à l'insuline, conduit à de graves dommages à divers organes, ce qui peut mener à la cécité, à la perte des membres inférieurs, ainsi qu'à l'insuffisance rénale. Le diabète de type 2 se déclare plus tard dans la vie. Il n'est pas causé par une déficience en insuline, mais plutôt par une incapacité de l'insuline à agir sur ses tissus cibles. Le nombre de cas de diabète de type 2 augmente de façon dramatique, probablement à la suite de l'augmentation des cas d'obésité, le surpoids chronique étant le principal facteur de risque de diabète. Chez l'individu sain, le glucose sanguin est transporté dans différents organes (foie, muscles, tissu adipeux,...) où il est utilisé comme source d'énergie. Chez le patient diabétique, le captage de glucose est altéré, expliquant ainsi l'hyperglycémie. Il est ainsi crucial d'étudier les mécanismes permettant ce captage. Ainsi, des protéines permettant l'entrée de glucose dans la cellule depuis le milieu extracellulaire ont été découvertes depuis une vingtaine d'années. La plupart d'entre elles appartiennent à une sous-famille de protéines nommée GLUT (pour "GLUcose Transporters") dont cinq membres ont été caractérisés et nommés selon l'ordre de leur découverte (GLUT1-5). Néanmoins, la suppression de ces protéines chez la souris par des techniques moléculaires n'affecte pas totalement le captage de glucose, suggérant ainsi que des transporteurs de glucose encore inconnus pourraient exister. De telles protéines ont été isolées ces dernières années et nommées selon l'ordre de leur découverte (GLUT6-14). Durant mon travail de thèse, je me suis intéressé à deux d'entre elles, GLUT8 et GLUT9, qui ont été découvertes précédemment dans le laboratoire. GLUT8 est exprimé principalement dans le cerveau. La protéine n'est pas exprimée à la surface de la cellule, mais est retenue à l'intérieur. Des mécanismes complexes doivent donc exister pour déplacer le transporteur à la surface cellulaire, afin qu'il puisse permettre l'entrée du glucose dans la cellule. Mon travail a consisté d'une part à définir où se trouve le transporteur à l'intérieur de la cellule, et d'autre part à comprendre les mécanismes capables de déplacer GLUT8 vers la surface cellulaire, en utilisant des neurones exprimant une version marquée du transporteur, permettant ainsi sa détection par des méthodes biochimiques. Cela m'a permis de montrer que GLUT8 est localisé dans une partie de la cellule encore non décrite à ce jour et qu'il n'est jamais déplacé à la surface cellulaire, ce qui suggère que le transporteur doit jouer un rôle à l'intérieur de la cellule et non à sa surface. GLUT9 est exprimé dans le foie et dans les reins. Il ressemble beaucoup à GLUT8, mais ne transporte pas le glucose, ce qui suggère que ce pourrait être un récepteur au glucose plutôt qu'un transporteur à proprement parler. Le but de mon travail a été de tester cette hypothèse, en comparant des cellules du foie exprimant GLUT9 avec d'autres n'exprimant pas la protéine. Par des méthodes d'analyses moléculaires, j'ai pu montrer que la présence de GLUT9 dans les cellules du foie augmente l'expression de HNF4α, une protéine connue pour réguler la sécrétion d'insuline dans le pancréas ainsi que la production de glucose dans le foie. Des expériences complémentaires seront nécessaires afin de mieux comprendre par quels mécanismes GLUT9 influence l'expression de HNF4α dans le foie, ainsi que de définir l'importance de GLUT9 dans la régulation de la glycémie chez l'animal entier.

GLUT8 subcellular localization and absence of translocation to the plasma membrane in PC12 cells and hippocampal neurons.

GLUT8 is a high-affinity glucose transporter present mostly in testes and a subset of brain neurons. At the cellular level, it is found in a poorly defined intracellular compartment in which it is retained by an N-terminal dileucine motif. Here we assessed GLUT8 colocalization with markers for different cellular compartments and searched for signals, which could trigger its cell surface expression. We showed that when expressed in PC12 cells, GLUT8 was located in a perinuclear compartment in which it showed partial colocalization with markers for the endoplasmic reticulum but not with markers for the trans-Golgi network, early endosomes, lysosomes, and synaptic-like vesicles. To evaluate its presence at the plasma membrane, we generated a recombinant adenovirus for the expression of GLUT8 containing an extracellular myc epitope. Cell surface expression was evaluated by immunofluorescence microscopy of transduced PC12 cells or primary hippocampal neurons exposed to different stimuli. Those included substances inducing depolarization, activation of protein kinase A and C, activation or inhibition of tyrosine kinase-linked signaling pathways, glucose deprivation, AMP-activated protein kinase stimulation, and osmotic shock. None of these stimuli-induced GLUT8 cell surface translocation. Furthermore, when GLUT8myc was cotransduced with a dominant-negative form of dynamin or GLUT8myc-expressing PC-12 cells or neurons were incubated with an anti-myc antibody, no evidence for constitutive recycling of the transporter through the cell surface could be obtained. Thus, in cells normally expressing it, GLUT8 was associated with a specific intracellular compartment in which it may play an as-yet-uncharacterized role.

Intracellular targeting of GLUT4 in transfected insulinoma cells: evidence for association with constitutively recycling vesicles distinct from synaptophysin and insulin vesicles.

In adipocytes and muscle cells, the GLUT4 glucose transporter isoform is present in intracellular vesicles which continuously recycle between an intracytoplasmic location and the plasma membrane. It is not clear whether the GLUT4-vesicles represent a specific kind of vesicle or resemble typical secretory granules or synaptic-like microvesicles. To approach this question, we expressed GLUT4 in the beta cell line RINm5F and determined its intracellular localization by subcellular fractionation and by immunofluorescence and immunoelectron microscopy. GLUT4 was not found in insulin granules but was associated with a subpopulation of smooth-surface vesicles present in the trans-Golgi region and in vesicular structures adjacent to the plasma membrane. In the trans-Golgi region, GLUT4 did not colocalize with synaptophysin or TGN38. Incubation of the cells with horseradish peroxidase (HRP) led to colocalization of HRP and GLUT4 in some endosomal structures adjacent to the plasma membrane and in occasional trans-Golgi region vesicles. When cells were incubated in the presence of Bafilomycin A, analysis by confocal microscopy revealed GLUT4 in numerous large spots present throughout the cytoplasm, many of which costained for TGN38 and synaptophysin. By immunoelectron microscopy, numerous endosomes were observed which stained strongly for GLUT4. Together our data demonstrate that ectopic expression of GLUT4 in insulinoma cells reveals the presence of a subset of vesicular structures distinct from synaptic-like vesicles and insulin secretory granules. Furthermore, they indicate that GLUT4 constitutively recycles between the plasma membrane and its intracellular location by an endocytic route also taken by TGN38 and synaptophysin.

Intracellular trafficking of interleukin-1 receptor I requires Tollip.

Interleukin-1 receptor (IL-1RI) is a master regulator of inflammation and innate immunity. When triggered by IL-1beta, IL-1RI aggregates with IL-1R-associated protein (IL-1RAcP) and forms a membrane proximal signalosome that potently activates downstream signaling cascades. IL-1beta also rapidly triggers endocytosis of IL-1RI. Although internalization of IL-1RI significantly impacts signaling, very little is known about trafficking of IL-1RI and therefore about precisely how endocytosis modulates the overall cellular response to IL-1beta. Upon internalization, activated receptors are often sorted through endosomes and delivered to lysosomes for degradation. This is a highly regulated process that requires ubiquitination of cargo proteins as well as protein-sorting complexes that specifically recognize ubiquitinated cargo. Here, we show that IL-1beta induces ubiquitination of IL-1RI and that via these attached ubiquitin groups, IL-1RI interacts with the ubiquitin-binding protein Tollip. By using an assay to follow trafficking of IL-1RI from the cell surface to late endosomes and lysosomes, we demonstrate that Tollip is required for sorting of IL-1RI at late endosomes. In Tollip-deficient cells and cells expressing only mutated Tollip (incapable of binding IL-1RI and ubiquitin), IL-1RI accumulates on late endosomes and is not efficiently degraded. Furthermore, we show that IL-1RI interacts with Tom1, an ubiquitin-, clathrin-, and Tollip-binding protein, and that Tom1 knockdown also results in the accumulation of IL-1RI at late endosomes. Our findings suggest that Tollip functions as an endosomal adaptor linking IL-1RI, via Tom1, to the endosomal degradation machinery.

Clostridium difficile toxin-induced inflammation and intestinal injury are mediated by the inflammasome.

BACKGROUND & AIMS: Clostridium difficile-associated disease (CDAD) is the leading cause of nosocomial diarrhea in the United States. C difficile toxins TcdA and TcdB breach the intestinal barrier and trigger mucosal inflammation and intestinal damage. The inflammasome is an intracellular danger sensor of the innate immune system. In the present study, we hypothesize that TcdA and TcdB trigger inflammasome-dependent interleukin (IL)-1beta production, which contributes to the pathogenesis of CDAD. METHODS: Macrophages exposed to TcdA and TcdB were assessed for IL-1beta production, an indication of inflammasome activation. Macrophages deficient in components of the inflammasome were also assessed. Truncated/mutated forms of TcdB were assessed for their ability to activate the inflammasome. The role of inflammasome signaling in vivo was assessed in ASC-deficient and IL-1 receptor antagonist-treated mice. RESULTS: TcdA and TcdB triggered inflammasome activation and IL-1beta secretion in macrophages and human mucosal biopsy specimens. Deletion of Nlrp3 decreased, whereas deletion of ASC completely abolished, toxin-induced IL-1beta release. TcdB-induced IL-1beta release required recognition of the full-length toxin but not its enzymatic function. In vivo, deletion of ASC significantly reduced toxin-induced inflammation and damage, an effect that was mimicked by pretreatment with the IL-1 receptor antagonist anakinra. CONCLUSIONS: TcdA and TcdB trigger IL-1beta release by activating an ASC-containing inflammasome, a response that contributes to toxin-induced inflammation and damage in vivo. Pretreating mice with the IL-1 receptor antagonist anakinra afforded the same level of protection that was observed in ASC-/- mice. These data suggest that targeting inflammasome or IL-1beta signaling may represent new therapeutic targets in the treatment of CDAD.

Polarized cell growth in Arabidopsis requires endosomal recycling mediated by GBF1-related ARF exchange factors.

Polarized tip growth is a fundamental cellular process in many eukaryotic organisms, mediating growth of neuronal axons and dendrites or fungal hyphae. In plants, pollen and root hairs are cellular model systems for analysing tip growth. Cell growth depends on membrane traffic. The regulation of this membrane traffic is largely unknown for tip-growing cells, in contrast to cells exhibiting intercalary growth. Here we show that in Arabidopsis, GBF1-related exchange factors for the ARF GTPases (ARF GEFs) GNOM and GNL2 play essential roles in polar tip growth of root hairs and pollen, respectively. When expressed from the same promoter, GNL2 (in contrast to the early-secretory ARF GEF GNL1) is able to replace GNOM in polar recycling of the auxin efflux regulator PIN1 from endosomes to the basal plasma membrane in non-tip growing cells. Thus, polar recycling facilitates polar tip growth, and GNL2 seems to have evolved to meet the specific requirement of fast-growing pollen in higher plants.

Characterization of Tollip in the Interleulkin-1 Receptor/Toll Like Receptors signaling pathways

SUMMARY IL-1R and TLRs are key players in innate immunity and inflammation. Tollip was identified as a component of IL-1RI, TLR2 and TLR4 signaling complexes that activate NF-κB and MAP kinase pathways. Tollip was previously shown as a negative regulator of NF-κB and MAP Kinase activation. We have characterized the role of Tollip in IL-R/TLRs induced signaling by the analysis of the Tollip deficient mice. We showed that NF-κB and MAPK (p38, JNK, or ERK1/2) signaling appeared normal in Tollip deficient cells following stimulation with IL-1β, lipopolysaccharide (LPS), and other TLR ligands. Also IL-1β and TLRs ligands induced activation of immune cells was indistinguishable from wild-type cells. Strikingly, in Tollip deficient mice the production of the inflammatory cytokines, IL-6 or TNF-α was significantly reduced relative to control mice after treatment with physiological doses of IL-1β or LPS, whereas no difference was observed at high doses of stimulation with LPS or in LPS induced septic shock. Therefore, Tollip could be critical for regulation of optimal responses to IL-1β and LPS, in addition to its role as negative regulator of the signaling. We also studied the role of Tollip as an endocytic adaptor for IL-1R endocytosis. We could show that Il-1R is ubiquitinated after IL-1β stimulation, and that Tollip's CUE domain binds IL-1RI in an ubiquitin-dependent manner. We followed IL-1R internalization and Tollip localization by confocal microscopy. Consistent with a role for Tollip in sorting of ubiquitinated IL-1RI, a significant amount of Tollip was also localized at the late endosomal compartment. We could show that Tollip is required for efficient lysosomal targeting of ubiquitinated IL-1R1, In the absence of Tollip or in Tollip deficient cells reconstituted with a Tollip mutant (defective in ubiquitin binding) IL-1RI accumulates in enlarged late endosomes. In addition, Tollip was shown to interact with, another endocytic adapter, Toml, and both interact with IL-1RI. In conclusion, we showed that Tollip is required for IL-1β and LPS signaling for cytokine production. In addition we showed and that Tollip has a role as an endocytic adapter, necessary for efficient trafficking and lysosomal degradation of IL-1RI. Resumé Le récepteur à l'interleukine-1 (IL-1R) et les récepteurs "Toll-like" (TLRs) sont des acteurs cruciaux de la réponse immunitaire innée et de l'inflammation. La proteine Tollip a été identifiée comme étant un élément des complexes de signalisation, induits par les récepteurs IL-1RI, TLR-2 et TLR-4, qui mènent à l'activation de la voie des MAP kinases et de NF-κB. Dans de précédentes études, il a été montré que Tollip pouvait inhiber ces deux voies de signalisation. Nous avons voulu caractériser plus précisément le rôle de Tollip dans l'activation des voies de signalisation mitées par IL-1R/TLRs en utilisant une lignée murine déficiente pour la protéine Tollip. Ainsi, en absence de Tollip, les cascades d'activation de NF-κB et MAPK (p38, JNK, or ERK1/2) ne semblent pas affectées après stimulation avec IL-1β, lipopolysaccharide (LPS) ou d' autres ligands des TLR. La réponse des cellules du système immunitaire induite par la stimulation avec IL-1β et les ligands des TLR est également comparable entre les souris sauvages et les souris deficientes pour Tollip. Par contre, dans cette lignée murine, la production de cytokines proinflammatoires IL-6 et TNFα induite par la stimulation à dose physiologique de IL-1β or LPS, est réduite. Cependant, lors de stimulation à plus hautes doses de LPS ou pendant un choc septique induit par de LPS, cette réduction n'est pas observée. Ces résultats montrent que Tollip pourrait avoir un rôle déterminant dans l'activation optimale en réponse à l' IL-1β et au LPS qui s'ajoute à sa fonction inhibitrice des mêmes voies de signalisation. Nous avons aussi étudié le rôle de Tollip comme molécule adaptatatrice du mécanisme endocytique d'internalisation de l' IL-1RI. Ainsi, l' IL-1R est ubiquitiné après stimulation par l' IL-1β , permettant à Tollip de se lier au récepteur. Cette interaction est réalisée entre le domaine CUE de Tollip et l'IL-1R via l'ubiquitine. L'internalisation et la localisation intracellulaire de l'IL-1RI et de Tollip ont été observés par microscopie confocale. En accord avec le rôle de Tollip dans le triage et la recirculation des IL-1R ubiquitiné, une quantité importante de Tollip été détectée dans l' endosome tardif. Nous avons pu démontrer que Tollip était nécessaire pour diriger efficacement ubiquitiné vers les lysosomes. Dans des cellules déficientes pour Tollip, ou reconstituées avec un mutant de Tollip (MF/AA) incapable de lier l'ubiquitine, IL-1RI s'accumule dans des vesicules anormales de l'endosome tardif. Dans ce travail, nous avons pu confirmer et préciser la fonction de la protéine Tollip dans l' activation de la production de cytokines induites par l' IL-1p and le LPS lors de l'inflammation et découvrir son rôle d'adaptateur dans l' internalisation et l'endocytose de l' IL-1RI.