Design and analysis of ChIP-Seq experiments for nuclear factor I DNA-binding proteins

SUMMARY : Eukaryotic DNA interacts with the nuclear proteins using non-covalent ionic interactions. Proteins can recognize specific nucleotide sequences based on the sterical interactions with the DNA and these specific protein-DNA interactions are the basis for many nuclear processes, e.g. gene transcription, chromosomal replication, and recombination. New technology termed ChIP-Seq has been recently developed for the analysis of protein-DNA interactions on a whole genome scale and it is based on immunoprecipitation of chromatin and high-throughput DNA sequencing procedure. ChIP-Seq is a novel technique with a great potential to replace older techniques for mapping of protein-DNA interactions. In this thesis, we bring some new insights into the ChIP-Seq data analysis. First, we point out to some common and so far unknown artifacts of the method. Sequence tag distribution in the genome does not follow uniform distribution and we have found extreme hot-spots of tag accumulation over specific loci in the human and mouse genomes. These artifactual sequence tags accumulations will create false peaks in every ChIP-Seq dataset and we propose different filtering methods to reduce the number of false positives. Next, we propose random sampling as a powerful analytical tool in the ChIP-Seq data analysis that could be used to infer biological knowledge from the massive ChIP-Seq datasets. We created unbiased random sampling algorithm and we used this methodology to reveal some of the important biological properties of Nuclear Factor I DNA binding proteins. Finally, by analyzing the ChIP-Seq data in detail, we revealed that Nuclear Factor I transcription factors mainly act as activators of transcription, and that they are associated with specific chromatin modifications that are markers of open chromatin. We speculate that NFI factors only interact with the DNA wrapped around the nucleosome. We also found multiple loci that indicate possible chromatin barrier activity of NFI proteins, which could suggest the use of NFI binding sequences as chromatin insulators in biotechnology applications. RESUME : L'ADN des eucaryotes interagit avec les protéines nucléaires par des interactions noncovalentes ioniques. Les protéines peuvent reconnaître les séquences nucléotidiques spécifiques basées sur l'interaction stérique avec l'ADN, et des interactions spécifiques contrôlent de nombreux processus nucléaire, p.ex. transcription du gène, la réplication chromosomique, et la recombinaison. Une nouvelle technologie appelée ChIP-Seq a été récemment développée pour l'analyse des interactions protéine-ADN à l'échelle du génome entier et cette approche est basée sur l'immuno-précipitation de la chromatine et sur la procédure de séquençage de l'ADN à haut débit. La nouvelle approche ChIP-Seq a donc un fort potentiel pour remplacer les anciennes techniques de cartographie des interactions protéine-ADN. Dans cette thèse, nous apportons de nouvelles perspectives dans l'analyse des données ChIP-Seq. Tout d'abord, nous avons identifié des artefacts très communs associés à cette méthode qui étaient jusqu'à présent insoupçonnés. La distribution des séquences dans le génome ne suit pas une distribution uniforme et nous avons constaté des positions extrêmes d'accumulation de séquence à des régions spécifiques, des génomes humains et de la souris. Ces accumulations des séquences artéfactuelles créera de faux pics dans toutes les données ChIP-Seq, et nous proposons différentes méthodes de filtrage pour réduire le nombre de faux positifs. Ensuite, nous proposons un nouvel échantillonnage aléatoire comme un outil puissant d'analyse des données ChIP-Seq, ce qui pourraient augmenter l'acquisition de connaissances biologiques à partir des données ChIP-Seq. Nous avons créé un algorithme d'échantillonnage aléatoire et nous avons utilisé cette méthode pour révéler certaines des propriétés biologiques importantes de protéines liant à l'ADN nommés Facteur Nucléaire I (NFI). Enfin, en analysant en détail les données de ChIP-Seq pour la famille de facteurs de transcription nommés Facteur Nucléaire I, nous avons révélé que ces protéines agissent principalement comme des activateurs de transcription, et qu'elles sont associées à des modifications de la chromatine spécifiques qui sont des marqueurs de la chromatine ouverte. Nous pensons que lés facteurs NFI interagir uniquement avec l'ADN enroulé autour du nucléosome. Nous avons également constaté plusieurs régions génomiques qui indiquent une éventuelle activité de barrière chromatinienne des protéines NFI, ce qui pourrait suggérer l'utilisation de séquences de liaison NFI comme séquences isolatrices dans des applications de la biotechnologie.

The spatio-temporal brain dynamics of processing and integrating sound localization cues in humans.

Interaural intensity and time differences (IID and ITD) are two binaural auditory cues for localizing sounds in space. This study investigated the spatio-temporal brain mechanisms for processing and integrating IID and ITD cues in humans. Auditory-evoked potentials were recorded, while subjects passively listened to noise bursts lateralized with IID, ITD or both cues simultaneously, as well as a more frequent centrally presented noise. In a separate psychophysical experiment, subjects actively discriminated lateralized from centrally presented stimuli. IID and ITD cues elicited different electric field topographies starting at approximately 75 ms post-stimulus onset, indicative of the engagement of distinct cortical networks. By contrast, no performance differences were observed between IID and ITD cues during the psychophysical experiment. Subjects did, however, respond significantly faster and more accurately when both cues were presented simultaneously. This performance facilitation exceeded predictions from probability summation, suggestive of interactions in neural processing of IID and ITD cues. Supra-additive neural response interactions as well as topographic modulations were indeed observed approximately 200 ms post-stimulus for the comparison of responses to the simultaneous presentation of both cues with the mean of those to separate IID and ITD cues. Source estimations revealed differential processing of IID and ITD cues initially within superior temporal cortices and also at later stages within temporo-parietal and inferior frontal cortices. Differences were principally in terms of hemispheric lateralization. The collective psychophysical and electrophysiological results support the hypothesis that IID and ITD cues are processed by distinct, but interacting, cortical networks that can in turn facilitate auditory localization.

Dynamical modeling and analysis of large cellular regulatory networks.

The dynamical analysis of large biological regulatory networks requires the development of scalable methods for mathematical modeling. Following the approach initially introduced by Thomas, we formalize the interactions between the components of a network in terms of discrete variables, functions, and parameters. Model simulations result in directed graphs, called state transition graphs. We are particularly interested in reachability properties and asymptotic behaviors, which correspond to terminal strongly connected components (or "attractors") in the state transition graph. A well-known problem is the exponential increase of the size of state transition graphs with the number of network components, in particular when using the biologically realistic asynchronous updating assumption. To address this problem, we have developed several complementary methods enabling the analysis of the behavior of large and complex logical models: (i) the definition of transition priority classes to simplify the dynamics; (ii) a model reduction method preserving essential dynamical properties, (iii) a novel algorithm to compact state transition graphs and directly generate compressed representations, emphasizing relevant transient and asymptotic dynamical properties. The power of an approach combining these different methods is demonstrated by applying them to a recent multilevel logical model for the network controlling CD4+ T helper cell response to antigen presentation and to a dozen cytokines. This model accounts for the differentiation of canonical Th1 and Th2 lymphocytes, as well as of inflammatory Th17 and regulatory T cells, along with many hybrid subtypes. All these methods have been implemented into the software GINsim, which enables the definition, the analysis, and the simulation of logical regulatory graphs.

Identification and analysis of functional elements in 1% of the human genome by the ENCODE pilot project.

We report the generation and analysis of functional data from multiple, diverse experiments performed on a targeted 1% of the human genome as part of the pilot phase of the ENCODE Project. These data have been further integrated and augmented by a number of evolutionary and computational analyses. Together, our results advance the collective knowledge about human genome function in several major areas. First, our studies provide convincing evidence that the genome is pervasively transcribed, such that the majority of its bases can be found in primary transcripts, including non-protein-coding transcripts, and those that extensively overlap one another. Second, systematic examination of transcriptional regulation has yielded new understanding about transcription start sites, including their relationship to specific regulatory sequences and features of chromatin accessibility and histone modification. Third, a more sophisticated view of chromatin structure has emerged, including its inter-relationship with DNA replication and transcriptional regulation. Finally, integration of these new sources of information, in particular with respect to mammalian evolution based on inter- and intra-species sequence comparisons, has yielded new mechanistic and evolutionary insights concerning the functional landscape of the human genome. Together, these studies are defining a path for pursuit of a more comprehensive characterization of human genome function.

Intraobserver and interobserver variability of ascending aorta diameter as assessed with ECG-gated MDCT: automatic versus manual measurements

Purpose: Recently morphometric measurements of the ascending aorta have been done with ECG-gated MDCT to help the development of future endovascular therapies (TCT) [1]. However, the variability of these measurements remains unknown. It will be interesting to know the impact of CAD (computer aided diagnosis) with automated segmentation of the vessel and automatic measurements of diameter on the management of ascending aorta aneurysms. Methods and Materials: Thirty patients referred for ECG-gated CT thoracic angiography (64-row CT scanner) were evaluated. Measurements of the maximum and minimum ascending aorta diameters were obtained automatically with a commercially available CAD and semi-manually by two observers separately. The CAD algorithms segment the iv-enhanced lumen of the ascending aorta into perpendicular planes along the centreline. The CAD then determines the largest and the smallest diameters. Both observers repeated the automatic measurements and the semimanual measurements during a different session at least one month after the first measurements. The Bland and Altman method was used to study the inter/intraobserver variability. A Wilcoxon signed-rank test was also used to analyse differences between observers. Results: Interobserver variability for semi-manual measurements between the first and second observers was between 1.2 to 1.0 mm for maximal and minimal diameter, respectively. Intraobserver variability of each observer ranged from 0.8 to 1.2 mm, the lowest variability being produced by the more experienced observer. CAD variability could be as low as 0.3 mm, showing that it can perform better than human observers. However, when used in nonoptimal conditions (streak artefacts from contrast in the superior vena cava or weak lumen enhancement), CAD has a variability that can be as high as 0.9 mm, reaching variability of semi-manual measurements. Furthermore, there were significant differences between both observers for maximal and minimal diameter measurements (p<0.001). There was also a significant difference between the first observer and CAD for maximal diameter measurements with the former underestimating the diameter compared to the latter (p<0.001). As for minimal diameters, they were higher when measured by the second observer than when measured by CAD (p<0.001). Neither the difference of mean minimal diameter between the first observer and CAD nor the difference of mean maximal diameter between the second observer and CAD was significant (p=0.20 and 0.06, respectively). Conclusion: CAD algorithms can lessen the variability of diameter measurements in the follow-up of ascending aorta aneurysms. Nevertheless, in non-optimal conditions, it may be necessary to correct manually the measurements. Improvements of the algorithms will help to avoid such a situation.

Assessment and analysis of mechanical allodynia-like behavior induced by spared nerve injury (SNI) in the mouse

Rrésumé: La première description dans une publication médicale des douleurs neuropathiques remonte à 1872, le Dr S.W. Mitchell les résumant ainsi [...]" la causalgie est la plus terrible des tortures qu'une lésion nerveuse puisse entraîner "[...]. Par définition, la douleur neuropathique est une douleur chronique faisant suite à une lésion ou dysfonction du système nerveux. Malgré les progrès faits dans la compréhension de ce syndrome, le détail des mécanismes impliqués nous échappe encore et son traitement reste insuffisant car moins de 50% des patients sont soulagés par les thérapies actuelles. Différents modèles expérimentaux ont été élaborés chez l'animal de laboratoire, en particulier des modèles de lésion de nerfs périphériques chez le rat, permettant des investigations tant moléculaires que fonctionnelles des mécanismes impliqués dans le développement de ces douleurs. En revanche, peu de modèles existent chez la souris, alors que cet animal, grâce à la transgénèse, est très fréquemment utilisé pour l'approche fonctionnelle ciblée sur un gène. Dans l'étude présentée ici, nous avons évalué chez la souris C57BL/6 l'adaptation d'un modèle neuropathique, proposé une nouvelle modalité de mesure de la sensibilité douloureuse adaptée à la souris et défini une méthode d'analyse performante des résultats. Ce modèle, dit de lésion avec épargne nerveuse (spared Werve injury, SNI), consiste en la lésion de deux des trois branches du nerf sciatique, soit les nerfs peronier commun et tibial. La troisième branche, le nerf sural est laissé intact et c'est dans le territoire cutané de ce dernier que la sensibilité douloureuse à des stimulations mécaniques est enregistrée. Des filaments calibrés de force croissante sont appliqués sur la surface de la patte impliquée et la fréquence relative de retrait de la patte a été modélisée mathématiquement et analysée par un modèle statistique intégrant tous les paramètres de l'expérience (mixed-effects model). Des variantes chirurgicales lésant séquentiellement les trois branches du nerf sciatique ainsi que la réponse en fonction du sexe de l'animal ont également été évaluées. La lésion SNI entraîne une hypersensibilité mécanique marquée comparativement aux souris avec chirurgie contrôle; cet effet est constant entre les animaux et persiste durant les quatre semaines de l'étude. De subtiles différences entre les variables, y compris une divergence de sensibilité mécanique entre les sexes, ont été démontrées. La nécessité de léser le nerf tibial pour le développement des symptômes a également été documentée par notre méthode d'évaluation et d'analyse. En conclusion, nous avons validé le modèle SNI chez la souris par l'apparition d'un symptôme reproductible et apparenté à l'allodynie mécanique décrite par les patients souffrant de douleurs neuropathiques. Nous avons développé des méthodes d'enregistrement et d'analyse de la sensibilité douloureuse sensibles qui permettent la mise en évidence de facteurs intrinsèques et extrinsèques de variation de la réponse. Le modèle SNI utilisé chez des souris génétiquement modifiées, de par sa précision et reproductibilité, pourra permettre la discrimination de facteurs génétiques et épigénétiques contribuant au développement et à la persistance de douleurs neuropathiques.

Copper filtration in pediatric digital X-ray imaging: its impact on image quality and dose.

The effect of copper (Cu) filtration on image quality and dose in different digital X-ray systems was investigated. Two computed radiography systems and one digital radiography detector were used. Three different polymethylmethacrylate blocks simulated the pediatric body. The effect of Cu filters of 0.1, 0.2, and 0.3 mm thickness on the entrance surface dose (ESD) and the corresponding effective doses (EDs) were measured at tube voltages of 60, 66, and 73 kV. Image quality was evaluated in a contrast-detail phantom with an automated analyzer software. Cu filters of 0.1, 0.2, and 0.3 mm thickness decreased the ESD by 25-32%, 32-39%, and 40-44%, respectively, the ranges depending on the respective tube voltages. There was no consistent decline in image quality due to increasing Cu filtration. The estimated ED of anterior-posterior (AP) chest projections was reduced by up to 23%. No relevant reduction in the ED was noted in AP radiographs of the abdomen and pelvis or in posterior-anterior radiographs of the chest. Cu filtration reduces the ESD, but generally does not reduce the effective dose. Cu filters can help protect radiosensitive superficial organs, such as the mammary glands in AP chest projections.

Survey on image quality and dose levels used in Europe for mammography.

Quality assurance programmes are becoming a common practice in the field of mammography. At the present time several recommendations exist and different test objects are used to optimize this radiological procedure. The goal of this study was to check if geographically distant centres using different quality control procedures were comparable when using a common objective way of assessing image quality. The results show that consensus still needs to be found among radiologists to reach a satisfactory level of harmony between patient doses and image quality in Europe.

Preparation and analysis of fetal liver extracts.

The aim of this work is to describe the techniques that have been used for preparation and analysis of whole fetal liver extracts destined for in utero transplantation. Nine fetal livers between 12 and 17 weeks of gestation were prepared: cell counts and assessment of the hematopoietic cell viability were performed on cell suspensions. Hepatocytes represented 40 to 80% of the whole cell population. The remaining cells were constituted by hematopoietic cells (mainly erythroblasts), as well as by endothelial cells. The latter expressed CD34 on their surface, interfering with the assessment of CD34+ hematopoietic cells by flow cytometry. Direct visual morphologic control using alkaline phosphatase anti-alkaline phosphatase techniques was needed to differentiate hematopoietic from extra-hematopoietic CD34+ cells. Between 3.0 and 34.6 x 10(6) CD34+ viable hematopoietic cells were collected per fetal liver. Adequate differentiation of these cells into burst-forming units erythroid (BFU-E), colony-forming units granulocyte-macrophage (CFU-GM), and colony-forming units granulocyte erythroid macrophage megakaryocyte (CFU-GEMM) has been shown for each sample in clonogeneic cultures. In conclusion, fetal liver is a potential source of hematopoietic stem cells. Their numeration, based on the presence of CD34, is hampered by the expression of this antigen on other cells contained in the liver cell extract, in particular endothelial cells.

Surface-sampling and analysis of TATP by swabbing and gas chromatography/mass spectrometry

The method of sample recovery for trace detection and identification of explosives plays a critical role in several criminal investigations. After bombing, there can be difficulties in sending big objects to a laboratory for analysis. Traces can also be searched for on large surfaces, on hands of suspects or on surfaces where the explosive was placed during preparatory phases (e.g. places where an IED was assembled, vehicles used for transportation, etc.). In this work, triacetone triperoxide (TATP) was synthesized from commercial precursors following reported methods. Several portions of about 6 mg of TATP were then spread on different surfaces (e.g. floors, tables, etc.) or used in handling tests. Three different swabbing systems were used: a commercial swab, pre-wetted with propan-2-ol (isopropanol) and water (7:3), dry paper swabs, and cotton swabs wetted with propan-2-ol. Paper and commercial swabs were also used to sample a metal plate, where a small charge of about 4 g of TATP was detonated. Swabs were sealed in small glass jars with screw caps and Parafilm® M and sent to the laboratory for analysis. Swabs were extracted and analysed several weeks later by gas chromatography/mass spectrometry. All the three systems gave positive results, but wetted swabs collected higher amounts of TATP. The developed procedure showed its suitability for use in real cases, allowing TATP detection in several simulations, including a situation in which people wash their hands after handling the explosive.

Automated quantitative histology reveals vascular morphodynamics during Arabidopsis hypocotyl secondary growth.

Among various advantages, their small size makes model organisms preferred subjects of investigation. Yet, even in model systems detailed analysis of numerous developmental processes at cellular level is severely hampered by their scale. For instance, secondary growth of Arabidopsis hypocotyls creates a radial pattern of highly specialized tissues that comprises several thousand cells starting from a few dozen. This dynamic process is difficult to follow because of its scale and because it can only be investigated invasively, precluding comprehensive understanding of the cell proliferation, differentiation, and patterning events involved. To overcome such limitation, we established an automated quantitative histology approach. We acquired hypocotyl cross-sections from tiled high-resolution images and extracted their information content using custom high-throughput image processing and segmentation. Coupled with automated cell type recognition through machine learning, we could establish a cellular resolution atlas that reveals vascular morphodynamics during secondary growth, for example equidistant phloem pole formation. DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.01567.001.

Construction and analysis of a new conditional ferritin H knockout mouse strain/

Résumé Le fer joue un rôle important dans la plupart des fonctions biologiques mais sa présence excessive provoque la production de molécules réactives d'oxygène (ROS) qui peuvent contribuer à diverses maladies. La protéine de stockage du fer, la ferritine H, capte l'excès en fer et le stocke sous forme non-toxique, ce qui empêche des dommages potentiels. La délétion de la ferritine H dans des souris knock-out a été essayée antérieurement, mais ces souris mouraient au stade précoce du développement embryonnaire. Pour étudier l'importance du fer, et en particulier son stockage dans la ferritine, et pour pouvoir mieux comprendre les fonctions de la ferritine H, nous avons créé un modèle de souris knock-out conditionnelles de la ferritine H, selon le système classique de Cre-LoxP. Le premier exon et la région du promoteur du gène de la ferritine H ont été entourés de sites loxP. La mortalité embryonnaire provoquée par la délétion constitutive du gène de la ferritine H a été confirmée en croisant nos souris avec des souris exprimant nestin-Cre1. En croisant nos souris avec des souris transgéniques Mx-Cre, nous avons observé que l'induction de Cre par injection de polyI-polyC provoque la délétion presque complète de la ferritine H dans le foie (> 99%) et la rate (> 88%). Ces tissus ont également perdu une grande partie de leur réserve de fer. Cette observation apporte pour la première fois la preuve in vivo que la ferritine H est indispensable pour le stockage du fer, que les fonctions de la ferritine H et de la ferritine L ne sont pas équivalentes, et que la ferritine L ne peut pas assumer seule la fonction de stockage du fer. Dans le foie des souris knock-out, l'expression de l'ARN messager de l'hepcidine a été induite après 10 jours. En même temps, l'expression de l'ARN messager des gènes codant pour des protéines de l'absorption de fer (DMT1, ferroportin, Dcytb1 et hephaestin) a été réprimée mais dans le duodénum seulement. L'expression d'hepcidine est inversément corrélée avec celle des gènes liés à l'absorption de fer. Cette observation corrobore des études antérieures. Mais, en plus, elle montre également que cette répression se produit seulement dans l'intestin. Nous pouvons ainsi tirer la conclusion suivante : ou bien l'hepcidine a un récepteur spécifique dans le duodénum ou bien les gènes liés à l'absorption de fer dans le duodénum ont un facteur spécifique de transcription sensible à l'hepcidine. Aucune répression de DMT1 et de ferroportin n'a été observée dans les macrophages de la rate après l'induction d'hepcidine. La délétion de ferritine H a entraîné une augmentation du taux de mortalité des cellules hépatiques, ainsi que des altérations dans l'architecture normale du tissu de la rate. Vu par l'immunohistologie, le nombre de lymphocytes B et T était réduit dans la rate, tendant à démontrer que la ferritine H et l'homéostase du fer jouent un rôle dans l'immunité. En conclusion, le modèle de souris knock-out conditionnelles de la ferritine H nous fournit un outil précieux pour l'étude in vivo du rôle joué par la ferritine dans l'homéostase du fer, dans les dommages créés par les ROS, ainsi que dans l'apoptose et l'immunité. Summary Iron plays an important role in most biological functions. However, excess of iron results in production of reactive oxygen species (ROS) which could substantially contribute to pathology of various diseases. Ferritin H scavenges excess of iron and stores it in non-toxic form and potentially prevents the damage. Fenitin H targeting in mice has been attempted before, however, straight knockout was lethal in early embryonic stage. To study the role of iron and its storage protein ferritin and to further elucidate ferritin H functions, we aimed at creating a conditional ferritin H knockout mouse model by classical Cre-LoxP system. First exon along with promoter region of the ferritin H gene was foxed. Embryonic lethality of the constitutive ferritin H deletion was confirmed by crossing the foxed mice with mice expressing nestin Cre-1 as transgene. Almost complete deletion was observed in liver (> 99%) and spleen (>88%) upon induction of Cre by injecting polyI-polyC in Fth Lox/Lox; MxCre mice. These tissues also lost substantial fraction of their iron stores. This provides first in vivo evidence that ferritin H is required for iron storage, ferritin H and L functions are not redundant and that ferritin L cannot perform iron storage function alone. Hepcidin mRNA expression was induced after 10 days in the livers of deleted mice and, simultaneously, mRNA expression of iron absorption related genes (DMT 1, ferroportin, Dcytb1 and hephaestin) was repressed in duodenum only. Hepcidin expression is inversely correlated with that of duodenal iron absorption related genes. This is in agreement with previous studies. However, we also show that this repression happens only in intestine. This leads to the conclusion that either hepcidin has a specific receptor in duodenum or the iron absorption related genes have duodenum specific transcription factor that is responsive to hepcidin. No repression of DMT1 and ferroportin was observed in spleen macrophages upon hepcidin induction. Ferritin H deletion showed increased cell death in liver and disruption of normal architecture of spleen. B lymphocytes were reduced in spleen on immunohistology which point towards a role of ferritin H and iron homeostasis in immunity. In conclusion, ferritin H conditional knockout mouse model provides us with an invaluable tool to study the in vivo role of ferritin H in iron homeostasis, ROS mediated damage, apoptosis and immunity.

The generation and analysis of combined legless 1 and 2 knock-out mice

Summary The Wnt signaling pathway plays an important role during development and also for maintaining tissue homeostasis due to its function in proliferation, differentiation and cell fate decisions. Wnt ligands bind to Frizzled receptors and activate a signaling cascade that results in the stabilization of β-Catenin, a key component of the pathway. β-Catenin translocates to the nucleus, where, together with a transcription factor of the Tcf/Lef family, it activates the expression of target genes. Legless and Pygopus are two recently discovered essential components of the Wnt pathway in Drosophila, which may mediate the nuclear import and retention of beta-Catenin and/or contribute directly to the activation of Wnt target genes. To address the function of Legless in the mouse, we have generated compound constitutive and conditional knockout alleles of the two homologues legless 'I (bc1-9) and 2. We have induced the deletion of legless in self-renewing tissues such as the gastrointestinal tract, the mammary gland and the skin during adulthood and constitutively in the embryo. The present thesis focused on the consequences of the inactivation of legless in epithelial homeostasis as well as in a regeneration model and its comparison to pygopus. Deletion of neither legless nor pygopus in the adult small intestine resulted in any apparent anomaly, contrasting expectations from the phenotype caused by over-expression of Dickkopf, a Wnt inhibitor (Pinto et al., 2003). These observations indicate that canonical Wnt signaling might not be indispensable for normal gastrointestinal epithelium homeostasis, or that, in this context, Legless and Pygopus are not essential components of the Wnt pathway. However, the regeneration of the colonic epithelium after DSS induced damage was markedly impaired in legless, but not in pygopus deficient mice. Thus, unlike in Drosophila, deletion of mammalian legless and pygopus resulted in different phenotypes, suggesting that Legless might interact with as yet unidentified partners in addition to Pygopus. Resumé La voie de signalisation Wnt joue un rôle important au cours du développement ainsi que pour le maintien de l' homéostase tissulaire due à sa fonction durant la prolifération, la différentiation et les décisions sur l'avenir des cellules. Les ligands de Wnt se lient aux récepteurs Frizzled et activent une cascade de signalisation résultant en la stabilisation de β-Catenin, un composant central de cette voie. β-Catenin est transloquée dans le noyau ou, avec l'aide des facteurs de transcription de la famille Tcf/lef, elle active la transcription des gènes cibles. Legless et Pygopus sont deux composants récemment découverts et essentiels de la voie de signalisation Wnt chez la Drosophile qui pourraient être des médiateurs de l'import et de la rétention nucléaire de bêta-catenin et/ou contribuer directement a l'activation des gènes cibles. Afin de comprendre la fonction de Legless chez la souris, nous avons généré simultanément les allèles « knock-out » constitutifs et conditionnels des deux homologues legless 1 (bc1-9) et 2. Nous avons induit la délétion de legless dans des tissus capables de s'auto renouveler comme le tract gastro-intestinal, la glande mammaire et la peau chez l'adulte et nous avons supprimé constitutivement legless chez l'embryon. La présente thèse est concentrée sur les conséquences de l'inactivation de legless au cours de l' homéostase épithéliale ainsi que dans un modèle de régénération et sur sa comparaison avec pygopus. Ni la délétion de legless ni celle de pygopus dans l'intestin adulte n'ont résulté en quelque anomalie, contrastant nos attentes provenant des phénotypes causes par la surexpression de Dickkpof, un inhibiteur de Wnt (Pinto et al., 2003). Ces observations indiquent que la voie de signalisation Wnt/β-Catenin pourrait ne pas être indispensable à l' homéostase normale du tract gastro-intestinal, ou que, dans ce contexte, Legless et Pygopus ne sont pas des composants essentiels de la vole Wnt. Cependant, la régénération de l'épithélium du colon après induction de son endommagement au DSS fut dramatiquement diminuée chez legless mais pas chez les souris mutantes pour pygopus. Ainsi, a la différence de chez la Drosophile, la délétion de legless et pygopus chez les mammifères a résulté en des phénotypes différents, suggérant que Legless pourrait interagir avec d'autres partenaires, encore non identifies, que Pygopus.

Characterisation of "fou2", a constitutive wound-activated mutant and analysis of the proteome and leaf physiology in the region proximal to wounds in Arabidopsis

Résumé : Les jasmonates (JA), une famille d'hor1none végétale, jouent un rôle central dans la réponse à la blessure, et aux attaques d'insectes et de pathogènes. Les JA sont principalement dérivés d'un acide gras, l'acide linolénique. L'addition par une lipoxygénase d'une molécule d'oxygène à l'acide linolénique initie la synthèse de JA. Cependant les mécanismes régulant l'activation de la biosynthèse de JA ne sont pas encore connus. C'est pour cette raison que dans ce travail, nous avons caractérisé chez Arabidopsis thaliana (l'Arabette des Dames) un mutant fou2 dont l'activité lipoxygénase est plus élevée que celle d'une plante sauvage. Les niveaux de JA sont constitutivement plus élevés et l'activation de la synthèse de JA après blessure est fortement plus induite chez fou2 que chez le type sauvage. En outre, fou2 est plus résistant au pathogène Botrytis cinerea et à la chenille Spodoptera littoralis. Afin de comprendre quel mécanisme chez fou2 génére ce phénotype, nous avons cloné le gène responsable du phénotype de fou2. Le mutant fou2 porte une mutation dans le gène d'un canal à deux pores transportant probablement du potassium, du lumen de la vacuole végétale vers le compartiment cytosolique. L'analyse du protéome de fou2 a permis d'identifier une expression plus élevée de sept protéines régulées par les JA ou le stress. La découverte de l'implication d'un canal dans le phénotype de fou2 renforce l'hypothèse que les flux de cations pourraient être impliqués dans les étapes précoces de la synthèse des JA. Nous avons également étudié le protéome et la physiologie d'une feuille blessée, Pour évaluer les changements d'expression protéique en réponse à la blessure et contrôlés par les JA, nous avons quantifié l'expression de 5937 protéines chez une plante d'Arabidopsis sauvage et chez un mutant incapable de synthétiser des JA. Parmi ces 5937 protéines, nous avons identifié 99 protéines régulées par la blessure chez le type sauvage. Nous avons observé pour 65% des protéines dont l'expression protéique changeait après blessure une bonne corrélation entre la quantité de transcrits et de protéines. Plusieurs enzymes de la voie des chorismates impliquées dans la biosynthèse des acides aminés phénoliques étaient induites par les JA après blessure. Une quantification des acides aminés a montré que les niveaux d'acides aminés phénoliques augmentaient significativement après blessure. La blessure induisait aussi des changements dans l'expression de protéines impliquées dans la réponse au stress et particulièrement au stress oxydatif. Nous avons quantifié l'état réduit et oxydé du glutathion, un tripeptide qui, sous sa forme réduite, est l'antioxydant majeur des cellules. Nous avons trouvé une quantité significativement plus élevée de glutathion oxydé chez le type sauvage blessé que chez la plante aus blessée. Ce résultat suggère que la génération d'un stress oxydatif et la proportion relative de glutathions réduits et oxydés sont contrôlés par les JA après blessure. Abstract : Plants possess a family of potent fatty acid-derived wound-response and developmental regulators: the jasmonates. These compounds are derived from the tri?unsaturated fatty acid a-linolenic-acid (18:3). Addition of an oxygen molecule to 18:3 by 13-lipoxygenases (13-LOX) initiates JA biosynthesis. Actually components regulating the activation of JA biosynthesis are poorly defined. Therefore we characterized in Arabidopsis thaliana the fatty acid Qxygenation upregulated 2 (fou2) mutant, which was previously isolated in a screen for mutants with an enhanced 13-LOX activity. As a consequence of this increased 13-LOX activity, JA levels in fou2 are higher than in wild type (WT) and wounding strongly increased JA biosynthesis compared to WT. fou2 was more resistant to the fungus Botrytis cinerea and the generalist caterpillar Spodaptera littomlis, The fou2 mutant carries a missense mutation in the Two Pore Channel 1 gene (TPCJ), which encodes a vacuolar cation channel transporting probably K* into the cytosol. Patchclamp analysis of fou2 vacuolar membranes showed faster time-dependent conductivity and activation of the mutated channel at lower membrane potentials than wild-type. Proteomic analysis of fou2 leaves identified increased levels of seven biotic stress- and JA- inducible proteins. The discovery of the implication of a channel in the fou2 phenotype strenghtens the hypothesis that cation fluxes might be implicated in early steps of JA synthesis. We further concentrated on the proteome and leaf physiology in the region proximal to wounds in Arabidopsis using the WT and the aos JA-biosynthesis deficient mutant in order to find JA- induced proteins changes. We used two successive proteomic methods to assess protein changes in response to wounding Arabidopsis leaves, two dimensional electrophoresis (2DE) and linear trap quadrupole ion-trap mass spectrometry. In total 5937 proteins were quantified. We identified 99 wound-regulated proteins in the WT. Most these proteins were also wound-regulated at the transcript level showing a good correlation between transcript and protein abundance. We identified several wound-regulated enzymes involved in amino acid biosynthesis and confirmed this result by amino acid quantification. Proteins involved in stress reponses were upregulated, particularly in redox species regulation. We found a significantly higher quantity of oxidized glutathione in wounded WT relative to wounded aos leaves. This result suggests that levels of reduced glutathione are controlled by JA after wounding.