Expression analysis of the AtPHO1 gene family in Arabidopsis thaliana and the involvement of AtPHO1 in the regulation of stomatal movements

Résumé Le transfert du phosphate des racines vers les feuilles s'effectue par la voie du xylème. Il a été précédemment démontré que la protéine AtPHO1 était indispensable au transfert du phosphate dans les vaisseaux du xylème des racines chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Le séquençage et l'annotation du génome d'Arabidopsis ont permis d'identifier dix séquences présentant un niveau de similarité significatif avec le gène AtPHO1 et constituant une nouvelle famille de gène appelé la famille de AtPHO1. Basée sur une étude moléculaire et génétique, cette thèse apporte des éléments de réponse pour déterminer le rôle des membres de ia famille de AtPHO1 chez Arabidopsis, inconnue à ce jour. Dans un premier temps, une analyse bioinformatique des séquences protéiques des membres de la famille de AtPHO1 a révélé la présence dans leur région N-terminale d'un domaine nommé SPX. Ce dernier est conservé parmi de nombreuses protéines impliquées dans l'homéostasie du phosphate chez la levure, renforçant ainsi l'hypothèse que les membres de la famille de AtPHO1 auraient comme AtPHO1 un rôle dans l'équilibre du phosphate dans la plante. En parallèle, la localisation tissulaire de l'expression des gènes AtPHO dans Arabidopsis a été identifiée par l'analyse de plantes transgéniques exprimant le gène rapporteur uidA sous le contrôle des promoteurs respectifs des gènes AtPHO. Un profil d'expression de chaque gène AtPHO au cours du développement de la plante a été obtenu. Une expression prédominante au niveau des tissus vasculaires des racines, des feuilles, des tiges et des fleurs a été observée, suggérant que les gènes AtPHO pourraient avoir des fonctions redondantes au niveau du transfert de phosphate dans le cylindre vasculaire de ces différents organes. Toutefois, plusieurs régions promotrices des gènes AtPHO contrôlent également un profil d'expression GUS non-vasculaire, indiquant un rôle putatif des gènes AtPHO dans l'acquisition ou le recyclage de phosphate dans la plante. Dans un deuxième temps, l'analyse de l'expression des gènes AtPHO durant une carence en phosphate a établi que seule l'expression des gènes AtPHO1, AtPHO1; H1 et AtPHO1; H10 est régulée par cette carence. Une étude approfondie de leur expression en réponse à des traitements affectant l'homéostasie du phosphate dans la plante a ensuite démontré leur régulation par différentes voies de signalisation. Ensuite, une analyse détaillée de la régulation de l'expression du gène AtPHO1; H1O dans des feuilles d'Arabidopsis blessées ou déshydratées a révélé que ce gène constitue le premìer gène marqueur d'une nouvelle voie de signalisation induite par l'OPDA, pas par le JA et dépendante de la protéine COI1. Ces résultats démontrent pour la première fois que l'OPDA et le JA peuvent activer différents gènes via des voies de signalisation dépendantes de COI1. Enfin, cette thèse révèle l'identification d'un nouveau rôle de la protéine AtPHO1 dans la régulation de l'action de l'ABA au cours des processus de fermeture stomatique et de germination des graines chez Arabidopsis. Bien que les fonctions exactes des protéines AtPHO restent à être déterminées, ce travail de thèse suggère leur implication dans la propagation de différents signaux dans la plante via la modulation du potentiel membranaire et/ou l'affectation de la composition en ions des cellules comme le font de nombreux transporteurs ou régulateur du transport d'ions. Summary Phosphate is transferred from the roots to the shoot via the xylem. The requirement for AtPHO1 protein to transfer phosphate to the xylem vessels of the root has been previously demonstrated in Arabidopsis thaliana. The sequencing and the annotation of the Arabidopsis genome had allowed the identification of ten sequences that show a significant level of similarity with the AtPHO1 gene. These 10 genes, of unknown functions, constitute a new gene family called the AtPHO1 gene family. Based on a molecular and genetics study, this thesis reveals some information needed to understand the role of the AtPHO1 family members in the plant Arabidopsis. First, a bioinformatics study revealed that the AtPHO sequences contained, in the N-terminal hydrophilic region, a motif called SPX and conserved among multiple proteins involved in phosphate homeostasis in yeast. This finding reinforces the hypothesis that all AtPHO1 family members have, as AtPHO1, a role in phosphate homeostasis. In parallel, we identified the pattern of expression of AtPHO genes in Arabidopsis via analysis of transgenic plants expressing the uidA reporter gene under the control of respective AtPHO promoter regions. The results exhibit a predominant expression of AtPHO genes in vascular tissues of all organs of the plant, implying that these AtPHO genes could have redundant functions in the transfer of phosphate to the vascular cylinder of various organs. The GUS expression pattern for several AtPHO promoter regions was also detected in non-vascular tissue indicating a broad role of AtPHO genes in the acquisition or in the recycling of phosphate in the plant. In a second step, the analysis of the expression of AtPHO genes during phosphate starvation established that only the expression of the AtPHO1, AtPHO1; H1 and AtPHO1; H10 genes were regulated by Pi starvation. Interestingly, different signalling pathways appeared to regulate these three genes during various treatments affecting Pi homeostasis in the plant. The third chapter presents a detailed analysis of the signalling pathways regulating the expression of the AtPHO1; H10 gene in Arabidopsis leaves during wound and dehydrated stresses. Surprisingly, the expression of AtPHO1; H10 was found to be regulated by OPDA (the precursor of JA) but not by JA itself and via the COI1 protein (the central regulator of the JA signalling pathway). These results demonstrated for the first time that OPDA and JA could activate distinct genes via COI1-dependent pathways. Finally, this thesis presents the identification of a novel role of the AtPHO1 protein in the regulation of ABA action in Arabidopsis guard cells and during seed germination. Although the exact role and function of AtPHO1 still need to be determined, these last findings suggest that AtPHO1 and by extension other AtPHO proteins could mediate the propagation of various signals in the plant by modulating the membrane potential and/or by affecting cellular ion composition, as it is the case for many ion transporters or regulators of ion transport.

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.

Energetics of RecA-mediated recombination reactions. Without ATP hydrolysis RecA can mediate polar strand exchange but is unable to recycle.

We demonstrate that the step of DNA strand exchange during RecA-mediated recombination reaction can occur equally efficiently in the presence or absence of ATP hydrolysis. The polarity of strand exchange is the same when instead of ATP its non-hydrolyzable analog adenosine-5'-O-(3-thiotriphosphate) is used. We show that the ATP dependence of recombination reaction is limited to the post-exchange stages of the reactions. The low DNA affinity state of RecA protomers, induced after ATP hydrolysis, is necessary for the dissociation of RecA-DNA complexes at the end of the reaction. This dissociation of RecA from DNA is necessary for the release of recombinant DNA molecules from the complexes formed with RecA and for the recycling of RecA protomers for another round of the recombination reaction.

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.

L'exploitation des eaux souterraines en Syrie centrale : construction de diagnostics et politiques d'intervention

Syrian dry areas have been for several millennia a place of interaction between human populations and the environment. If environmental constraints and heterogeneity condition the human occupation and exploitation of resources, socio-political, economic and historical elements play a fundamental role. Since the late 1980s, Syrian dry areas are viewed as suffering a serious water crisis, due to groundwater overdraft. The Syrian administration and international development agencies believe that groundwater overexploitation is also leading to a decline of agricultural activities and to poverty increase. Action is thus required to address these problems.However, the overexploitation diagnosis needs to be reviewed. The overexploitation discourse appears in the context of Syria's opening to international organizations and to the market economy. It echoes the international discourse of "global water crisis". The diagnosis is based on national indicators recycling old Soviet data that has not been updated. In the post-Soviet era, the Syrian national water policy seems to abandon large surface water irrigation projects in favor of a strategy of water use rationalization and groundwater conservation in crisis regions, especially in the district of Salamieh.This groundwater conservation policy has a number of inconsistencies. It is justified for the administration and also probably for international donors, since it responds to an indisputable environmental emergency. However, efforts to conserve water are anecdotal or even counterproductive. The water conservation policy appears a posteriori as an extension of the national policy of food self-sufficiency. The dominant interpretation of overexploitation, and more generally of the water crisis, prevents any controversary approach of the status of resources and of the agricultural system in general and thus destroys any attempt to discuss alternatives with respect to groundwater management, allocation, and their inclusion in development programs.A revisited diagnosis of the situation needs to take into account spatial and temporal dimensions of the groundwater exploitation and to analyze the co-evolution of hydrogeological and agricultural systems. It should highlight the adjustments adopted to cope with environmental and economic variability, changes of water availability and regulatory measures enforcements. These elements play an important role for water availability and for the spatial, temporal, sectoral allocation of water resource. The groundwater exploitation in the last century has obviously had an impact on the environment, but the changes are not necessarily catastrophic.The current groundwater use in central Syria increases the uncertainty by reducing the ability of aquifers to buffer climatic changes. However, the climatic factor is not the only source of uncertainty. The high volatility of commodity prices, fuel, land and water, depending on the market but also on the will (and capacity) of the Syrian State to preserve social peace is a strong source of uncertainty. The research should consider the whole range of possibilities and propose alternatives that take into consideration the risks they imply for the water users, the political will to support or not the local access to water - thus involving a redefinition of the economic and social objectives - and finally the ability of international organizations to reconsider pre-established diagnoses.

Increased flow of fatty acids toward beta-oxidation in developing seeds of Arabidopsis deficient in diacylglycerol acyltransferase activity or synthesizing medium-chain-length fatty acids.

Synthesis of polyhydroxyalkanoates (PHAs) from intermediates of fatty acid beta-oxidation was used as a tool to study fatty acid degradation in developing seeds of Arabidopsis. Transgenic plants expressing a peroxisomal PHA synthase under the control of a napin promoter accumulated PHA in developing seeds to a final level of 0. 06 mg g(-1) dry weight. In plants co-expressing a plastidial acyl-acyl carrier protein thioesterase from Cuphea lanceolata and a peroxisomal PHA synthase, approximately 18-fold more PHA accumulated in developing seeds. The proportion of 3-hydroxydecanoic acid monomer in the PHA was strongly increased, indicating a large flow of capric acid toward beta-oxidation. Furthermore, expression of the peroxisomal PHA synthase in an Arabidopsis mutant deficient in the enzyme diacylglycerol acyltransferase resulted in a 10-fold increase in PHA accumulation in developing seeds. These data indicate that plants can respond to the inadequate incorporation of fatty acids into triacylglycerides by recycling the fatty acids via beta-oxidation and that a considerable flow toward beta-oxidation can occur even in a plant tissue primarily devoted to the accumulation of storage lipids.

Monte Carlo simulations of metasomatic enrichment in the lithosphere and implications for the source of alkaline basalts

One hypothesis for the origin of alkaline lavas erupted on oceanic islands and in intracontinental settings is that they represent the melts of amphibole-rich veins in the lithosphere (or melts of their dehydrated equivalents if metasomatized lithosphere is recycled into the convecting mantle). Amphibole-rich veins are interpreted as cumulates produced by crystallization of low-degree melts of the underlying asthenosphere as they ascend through the lithosphere. We present the results of trace-element modelling of the formation and melting of veins formed in this way with the goal of testing this hypothesis and for predicting how variability in the formation and subsequent melting of such cumulates (and adjacent cryptically and modally metasomatized lithospheric peridotite) would be manifested in magmas generated by such a process. Because the high-pressure phase equilibria of hydrous near-solidus melts of garnet lherzolite are poorly constrained and given the likely high variability of the hypothesized accumulation and remelting processes, we used Monte Carlo techniques to estimate how uncertainties in the model parameters (e.g. the compositions of the asthenospheric sources, their trace-element contents, and their degree of melting; the modal proportions of crystallizing phases, including accessory phases, as the asthenospheric partial melts ascend and crystallize in the lithosphere; the amount of metasomatism of the peridotitic country rock; the degree of melting of the cumulates and the amount of melt derived from the metasomatized country rock) propagate through the process and manifest themselves as variability in the trace-element contents and radiogenic isotopic ratios of model vein compositions and erupted alkaline magma compositions. We then compare the results of the models with amphibole observed in lithospheric veins and with oceanic and continental alkaline magmas. While the trace-element patterns of the near-solidus peridotite melts, the initial anhydrous cumulate assemblage (clinopyroxene +/- garnet +/- olivine +/- orthopyroxene), and the modelled coexisting liquids do not match the patterns observed in alkaline lavas, our calculations show that with further crystallization and the appearance of amphibole (and accessory minerals such as rutile, ilmenite, apatite, etc.) the calculated cumulate assemblages have trace-element patterns that closely match those observed in the veins and lavas. These calculated hydrous cumulate assemblages are highly enriched in incompatible trace elements and share many similarities with the trace-element patterns of alkaline basalts observed in oceanic or continental setting such as positive Nb/La, negative Ce/Pb, and similiar slopes of the rare earth elements. By varying the proportions of trapped liquid and thus simulating the cryptic and modal metasomatism observed in peridotite that surrounds these veins, we can model the variations in Ba/Nb, Ce/Pb, and Nb/U ratios that are observed in alkaline basalts. If the isotopic compositions of the initial low-degree peridotite melts are similar to the range observed in mid-ocean ridge basalt, our model calculations produce cumulates that would have isotopic compositions similar to those observed in most alkaline ocean island basalt (OIB) and continental magmas after similar to 0 center dot 15 Gyr. However, to produce alkaline basalts with HIMU isotopic compositions requires much longer residence times (i.e. 1-2 Gyr), consistent with subduction and recycling of metasomatized lithosphere through the mantle. such as a heterogeneous asthenosphere. These modelling results support the interpretation proposed by various researchers that amphibole-bearing veins represent cumulates formed during the differentiation of a volatile-bearing low-degree peridotite melt and that these cumulates are significant components of the sources of alkaline OIB and continental magmas. The results of the forward models provide the potential for detailed tests of this class of hypotheses for the origin of alkaline magmas worldwide and for interpreting major and minor aspects of the geochemical variability of these magmas.

Fast subplasma membrane Ca2+ transients control exo-endocytosis of synaptic-like microvesicles in astrocytes

Astrocytes are the most abundant glial cell type in the brain. Although not apposite for long-range rapid electrical communication, astrocytes share with neurons the capacity of chemical signaling via Ca(2+)-dependent transmitter exocytosis. Despite this recent finding, little is known about the specific properties of regulated secretion and vesicle recycling in astrocytes. Important differences may exist with the 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 Ca(2+) 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 here take advantage of fluorescent tools recently developed for studying recycling of glutamatergic vesicles at synapses (Voglmaier et al., 2006; Balaji and Ryan, 2007); we combine epifluorescence and total internal reflection fluorescence imaging to investigate with unprecedented temporal and spatial resolution, the stimulus-secretion coupling underlying exo-endocytosis of glutamatergic synaptic-like microvesicles (SLMVs) in astrocytes. Our main findings indicate that (1) exo-endocytosis in astrocytes proceeds with a time course on the millisecond time scale (tau(exocytosis) = 0.24 +/- 0.017 s; tau(endocytosis) = 0.26 +/- 0.03 s) and (2) exocytosis is controlled by local Ca(2+) microdomains. We identified submicrometer cytosolic compartments delimited by endoplasmic reticulum tubuli reaching beneath the plasma membrane and containing SLMVs at which fast (time-to-peak, approximately 50 ms) Ca(2+) events occurred in precise spatial-temporal correlation with exocytic fusion events. Overall, the above characteristics of transmitter exocytosis from astrocytes support a role of this process in fast synaptic modulation.

Autophagy promotes survival of retinal ganglion cells after optic nerve axotomy in mice.

Autophagy is an essential recycling pathway implicated in neurodegeneration either as a pro-survival or a pro-death mechanism. Its role after axonal injury is still uncertain. Axotomy of the optic nerve is a classical model of neurodegeneration. It induces retinal ganglion cell death, a process also occurring in glaucoma and other optic neuropathies. We analyzed autophagy induction and cell survival following optic nerve transection (ONT) in mice. Our results demonstrate activation of autophagy shortly after axotomy with autophagosome formation, upregulation of the autophagy regulator Atg5 and apoptotic death of 50% of the retinal ganglion cells (RGCs) after 5 days. Genetic downregulation of autophagy using knockout mice for Atg4B (another regulator of autophagy) or with specific deletion of Atg5 in retinal ganglion cells, using the Atg5(flox/flox) mice reduces cell survival after ONT, whereas pharmacological induction of autophagy in vivo increases the number of surviving cells. In conclusion, our data support that autophagy has a cytoprotective role in RGCs after traumatic injury and may provide a new therapeutic strategy to ameliorate retinal diseases.

Ecologie industrielle de l'aluminium, flux de matières et d'énergie : réalités et enjeux du recyclage

Dans les dernières années du 20ème siècle, l'aluminium a fait l'objet de beaucoup de communications outrancières et divergentes cautionnées par des scientifiques et des organismes faisant autorité. En 1986, la société PECHINEY le décrète perpétuel tel le mouvement « L'aluminium est éternel. Il est recyclable indéfiniment sans que ses propriétés soient altérées », ce qui nous avait alors irrité. Peu de temps après, en 1990, une communication tout aussi outrancière et irritante d'une grande organisation environnementale, le World Wild Fund, décrète que « le recyclage de l'aluminium est la pire menace pour l'environnement. Il doit être abandonné ». C'est ensuite à partir de la fin des années 1990, l'explosion des publications relatives au développement durable, le bien mal nommé. Au développement, synonyme de croissance obligatoire, nous préférons société ou organisation humaine et à durable, mauvaise traduction de l'anglais « sustainable », nous préférons supportable : idéalement, nous aurions souhaité parler de société durable, mais, pour être compris de tous, nous nous sommes limités à parler dorénavant de développement supportable. Pour l'essentiel, ces publications reconnaissent les très graves défauts de la métallurgie extractive de l'aluminium à partir du minerai et aussi les mérites extraordinaires du recyclage de l'aluminium puisqu'il représente moins de 10% de la consommation d'énergie de la métallurgie extractive à partir du minerai (on verra que c'est aussi moins de 10% de la pollution et du capital). C'est précisément sur le recyclage que se fondent les campagnes de promotion de l'emballage boisson, en Suisse en particulier. Cependant, les données concernant le recyclage de l'aluminium publiées par l'industrie de l'aluminium reflètent seulement en partie ces mérites. Dans les années 1970, les taux de croissance de la production recyclée sont devenus plus élevés que ceux de la production électrolytique. Par contre, les taux de recyclage, établis à indicateur identique, sont unanimement tous médiocres comparativement à d'autres matériaux tels le cuivre et le fer. Composante de l'industrie de l'aluminium, le recyclage bénéficie d'une image favorable auprès du grand public, démontrant le succès des campagnes de communication. A l'inverse, à l'intérieur de l'industrie de l'aluminium, c'est une image dévalorisée. Les opinions émises par tous les acteurs, commerçants, techniciens, dirigeants, encore recueillies pendant ce travail, sont les suivantes : métier de chiffonnier, métier misérable, métier peu technique mais très difficile (un recycleur 15 d'aluminium n'a-t-il pas dit que son métier était un métier d'homme alors que celui du recycleur de cuivre était un jeu d'enfant). A notre avis ces opinions appartiennent à un passé révolu qu'elles retraduisent cependant fidèlement car le recyclage est aujourd'hui reconnu comme une contribution majeure au développement supportable de l'aluminium. C'est bien pour cette raison que, en 2000, l'industrie de l'aluminium mondiale a décidé d'abandonner le qualificatif « secondaire » jusque là utilisé pour désigner le métal recyclé. C'est en raison de toutes ces données discordantes et parfois contradictoires qu'a débuté ce travail encouragé par de nombreuses personnalités. Notre engagement a été incontestablement facilité par notre connaissance des savoirs indispensables (métallurgie, économie, statistiques) et surtout notre expérience acquise au cours d'une vie professionnelle menée à l'échelle mondiale dans (recherche et développement, production), pour (recherche, développement, marketing, stratégie) et autour (marketing, stratégie de produits connexes, les ferro-alliages, et concurrents, le fer) de l'industrie de l'aluminium. Notre objectif est de faire la vérité sur le recyclage de l'aluminium, un matériau qui a très largement contribué à faire le 20ème siècle, grâce à une revue critique embrassant tous les aspects de cette activité méconnue ; ainsi il n'y a pas d'histoire du recyclage de l'aluminium alors qu'il est plus que centenaire. Plus qu'une simple compilation, cette revue critique a été conduite comme une enquête scientifique, technique, économique, historique, socio-écologique faisant ressortir les faits principaux ayant marqué l'évolution du recyclage de l'aluminium. Elle conclut sur l'état réel du recyclage, qui se révèle globalement satisfaisant avec ses forces et ses faiblesses, et au-delà du recyclage sur l'adéquation de l'aluminium au développement supportable, adéquation largement insuffisante. C'est pourquoi, elle suggère les thèmes d'études intéressant tous ceux scientifiques, techniciens, historiens, économistes, juristes concernés par une industrie très représentative de notre monde en devenir, un monde où la place de l'aluminium dépendra de son aptitude à satisfaire les critères du développement supportable. ABSTRACT Owing to recycling, the aluminium industry's global energetic and environmental prints are much lower than its ore extractive metallurgy's ones. Likewise, recycling will allow the complete use of the expected avalanche of old scraps, consequently to the dramatic explosion of aluminium consumption since the 50's. The recycling state is characterized by: i) raw materials split in two groups :one, the new scrap, internal and prompt, proportional to semi-finished and finished products quantities, exhibits a fairly good and regular quality. The other, the old scrap, proportional to the finished products arrivïng at their end-of--life, about 22 years later on an average, exhibits a variable quality depending on the collect mode. ii) a poor recycling rate, near by that of steel. The aluminium industry generates too much new internal scrap and doesn't collect all the availa~e old scrap. About 50% of it is not recycled (when steel is recycling about 70% of the old scrap flow). iii) recycling techniques, all based on melting, are well handled in spite of aluminium atiiníty to oxygen and the practical impossibility to purify aluminium from any impurity. Sorting and first collect are critical issues before melting. iv) products and markets of recycled aluminium :New scraps have still been recycled in the production lines from where there are coming (closed loop). Old scraps, mainly those mixed, have been first recycled in different production lines (open loop) :steel deoxidation products followed during the 30's, with the development of the foundry alloys, by foundry pieces of which the main market is the automotive industry. During the 80's, the commercial development of the beverage can in North America has permitted the first old scrap recycling closed loop which is developing. v) an economy with low and erratic margins because the electrolytic aluminium quotation fixes scrap purchasing price and recycled aluminium selling price. vi) an industrial organisation historically based on the scrap group and the loop mode. New scrap is recycled either by the transformation industry itself or by the recycling industry, the remelter, old scrap by the refiner, the other component of the recycling industry. The big companies, the "majors" are often involved in the closed loop recycling and very seldom in the open loop one. To-day, aluminium industry's global energetic and environmental prints are too unbeara~ e and the sustainaЫe development criteria are not fully met. Critical issues for the aluminium industry are to better produce, to better consume and to better recycle in order to become a real sustainaЫe development industry. Specific issues to recycling are a very efficient recycling industry, a "sustainaЫe development" economy, a complete old scrap collect favouring the closed loop. Also, indirectly connected to the recycling, are a very efficient transformation industry generating much less new scrap and a finished products industry delivering only products fulfilling sustainaЫe development criteria.

Generation of cell polarity in plants links endocytosis, auxin distribution and cell fate decisions.

Dynamically polarized membrane proteins define different cell boundaries and have an important role in intercellular communication-a vital feature of multicellular development. Efflux carriers for the signalling molecule auxin from the PIN family are landmarks of cell polarity in plants and have a crucial involvement in auxin distribution-dependent development including embryo patterning, organogenesis and tropisms. Polar PIN localization determines the direction of intercellular auxin flow, yet the mechanisms generating PIN polarity remain unclear. Here we identify an endocytosis-dependent mechanism of PIN polarity generation and analyse its developmental implications. Real-time PIN tracking showed that after synthesis, PINs are initially delivered to the plasma membrane in a non-polar manner and their polarity is established by subsequent endocytic recycling. Interference with PIN endocytosis either by auxin or by manipulation of the Arabidopsis Rab5 GTPase pathway prevents PIN polarization. Failure of PIN polarization transiently alters asymmetric auxin distribution during embryogenesis and increases the local auxin response in apical embryo regions. This results in ectopic expression of auxin pathway-associated root-forming master regulators in embryonic leaves and promotes homeotic transformation of leaves to roots. Our results indicate a two-step mechanism for the generation of PIN polar localization and the essential role of endocytosis in this process. It also highlights the link between endocytosis-dependent polarity of individual cells and auxin distribution-dependent cell fate establishment for multicellular patterning.

The role of astroglia in neuroprotection.

Astrocytes are the main neural cell type responsible for the maintenance of brain homeostasis. They form highly organized anatomical domains that are interconnected into extensive networks. These features, along with the expression of a wide array of receptors, transporters, and ion channels, ideally position them to sense and dynamically modulate neuronal activity. Astrocytes cooperate with neurons on several levels, including neurotransmitter trafficking and recycling, ion homeostasis, energy metabolism, and defense against oxidative stress. The critical dependence of neurons upon their constant support confers astrocytes with intrinsic neuroprotective properties which are discussed here. Conversely, pathogenic stimuli may disturb astrocytic function, thus compromising neuronal functionality and viability. Using neuroinflammation, Alzheimer's disease, and hepatic encephalopathy as examples, we discuss how astrocytic defense mechanisms may be overwhelmed in pathological conditions, contributing to disease progression.

A Missense Mutation in PRPF6 Causes Impairment of pre-mRNA Splicing and Autosomal-Dominant Retinitis Pigmentosa.

Retinitis pigmentosa (RP) is an inherited form of retinal degeneration that leads to progressive visual-field constriction and blindness. Although the disease manifests only in the retina, mutations in ubiquitously expressed genes associated with the tri-snRNP complex of the spliceosome have been identified in patients with dominantly inherited RP. We screened for mutations in PRPF6 (NM_012469.3), a gene on chromosome 20q13.33 encoding an essential protein for tri-snRNP assembly and stability, in 188 unrelated patients with autosomal-dominant RP and identified a missense mutation, c.2185C>T (p.Arg729Trp). This change affected a residue that is conserved from humans to yeast and cosegregated with the disease in the family in which it was identified. Lymphoblasts derived from patients with this mutation showed abnormal localization of endogenous PRPF6 within the nucleus. Specifically, this protein accumulated in the Cajal bodies, indicating a possible impairment in the tri-snRNP assembly or recycling. Expression of GFP-tagged PRPF6 in HeLa cells showed that this phenomenon depended exclusively on the mutated form of the protein. Furthermore, analysis of endogenous transcripts in cells from patients revealed intron retention for pre-mRNA bearing specific splicing signals, according to the same pattern displayed by lymphoblasts with mutations in other PRPF genes. Our results identify PRPF6 as the sixth gene involved in pre-mRNA splicing and dominant RP, corroborating the hypothesis that deficiencies in the spliceosome play an important role in the molecular pathology of this disease.

Birth and adaptive evolution of a hominoid gene that supports high neurotransmitter flux.

The enzyme glutamate dehydrogenase (GDH) is important for recycling the chief excitatory neurotransmitter, glutamate, during neurotransmission. Human GDH exists in housekeeping and brain-specific isotypes encoded by the genes GLUD1 and GLUD2, respectively. Here we show that GLUD2 originated by retroposition from GLUD1 in the hominoid ancestor less than 23 million years ago. The amino acid changes responsible for the unique brain-specific properties of the enzyme derived from GLUD2 occurred during a period of positive selection after the duplication event.