Role of the V-ATPase in regulation of the vacuolar fission-fusion equilibrium.

Like numerous other eukaryotic organelles, the vacuole of the yeast Saccharomyces cerevisiae undergoes coordinated cycles of membrane fission and fusion in the course of the cell cycle and in adaptation to environmental conditions. Organelle fission and fusion processes must be balanced to ensure organelle integrity. Coordination of vacuole fission and fusion depends on the interactions of vacuolar SNARE proteins and the dynamin-like GTPase Vps1p. Here, we identify a novel factor that impinges on the fusion-fission equilibrium: the vacuolar H(+)-ATPase (V-ATPase) performs two distinct roles in vacuole fission and fusion. Fusion requires the physical presence of the membrane sector of the vacuolar H(+)-ATPase sector, but not its pump activity. Vacuole fission, in contrast, depends on proton translocation by the V-ATPase. Eliminating proton pumping by the V-ATPase either pharmacologically or by conditional or constitutive V-ATPase mutations blocked salt-induced vacuole fragmentation in vivo. In living cells, fission defects are epistatic to fusion defects. Therefore, mutants lacking the V-ATPase display large single vacuoles instead of multiple smaller vacuoles, the phenotype that is generally seen in mutants having defects only in vacuolar fusion. Its dual involvement in vacuole fission and fusion suggests the V-ATPase as a potential regulator of vacuolar morphology and membrane dynamics.

Lipoxygenase 2 and the early steps of jasmonic acid biosynthesis in "Arabidopsis thaliana"

Résumé Les oxylipines, telles que l'acide jasmonique (AJ ou jasmonate), jouent un rôle central en réponse à la blessure et à la pathogenèse. De nombreuses études ont montré l'importance de la voie canonique du jasmonate lors de la défense des plantes. De plus, un précurseur cyclopentenone de l'AJ, l'acide oxo-phyto-dienoic (OPDA), a été impliqué comme jouant le rôle d'une molécule signal lors de la défense contre certains pathogènes. En utilisant des mutants bloqués dans la biosynthèse de l'acide jasmonique (aos) ou dans sa perception (coi1-1), nous avons cherché à définir dans quelle mesure l'OPDA joue un rôle de signal induisant l'expression génétique en réponse à la blessure chez Arabidopsis. A l'aide de puces à ADN (microarray), nous avons montré que les transcriptomes d'aos et de coi1-1 sont très semblables après blessure, ce qui suggère que les produits d'AOS sont tous perçus via COI1. Pourtant, lorsqu'on analyse les métabolites présents chez ces mutants, une différence est visible, puisque aos n'accumule pas d'AJ, alors que coi1-1 en accumule encore rapidement après blessure. Nous avons étudié la possibilité qu'un mécanisme de régulation post-traductionnelle sur la voie de biosynthèse du jasmonate explique l'accumulation d'AJ chez coi1-1 après blessure. La lipoxygenase 2 (LOX2) est la première enzyme impliquée dans la biosynthèse de l'AJ et est donc une cible potentielle d'un tel mécanisme. Un indice sur la manière dont l'activité LOX pourrait être régulée vient du mutant fou2 (pour fatty acid oxygenation upregcilated 2) dans lequel l'activité LOX ainsi que le niveau d'AJ sont constitutivement élevés. Cette mutation implique un flux de cation dans la régulation de la production de l'AJ. De plus, il a été montré que plusieurs LOXs, dans des organismes autres que des plantes, peuvent lier le calcium. Nous montrons que l'activité LOX requiert l'addition de cations divalents pour être maximale in vitro, et que non seulement le calcium mais aussi le magnésium joue ce rôle. De plus, nous caractérisons un mutant récessif de LOX2 chez Arabidopsis (lox2-1). Ces plantes sont fertiles, et une analyse quantitative montre qu'elles accumulent toujours un peu d'AJ après blessure. Ceci suggère que LOX2 n'est pas la seule LOX impliquée dans la synthèse d'AJ. Aussi les plantes lox2-1 ne sont pas plus sensibles que les plantes de type sauvage lorsqu'elles sont infectées par la moisissure Botrytis cinerea ou lorsqu'elles sont exposées à un détritivore, néanmoins elles sont plus sensibles lorsqu'elles sont offertes en nourriture à un insecte herbivore. Les insectes et les plantes ont co-évolué conjointement, ainsi une plante ne contenant qu'un niveau réduit d'AJ favorise l'insecte. La disponibilité d'un mutant avec un niveau intermédiaire d'AJ va permettre de mieux comprendre pourquoi les plantes produisent autant de jasmonate. Abstract Oxylipins such as jasmonic acid (JA) play central roles in the wound response and during pathogenesis and many studies have confirmed the important role of the canonical jasmonate pathway in plant defense. Moreover, the cyclopentenone precursor of JA, oxo-phytodienoic acid (OPDA), is also thought to function as a signaling molecule in defense towards some pathogens. Its action was reported to depend on a different signal pathway to JA. By using mutants blocked in the biosynthesis (aos) or perception (coil-1) of JA, we investigated to which extend OPDA works as signaling molecule to trigger gene expression in the wound response of Arabidopsis. Using microarrays, we showed that aos and coil-1 transcriptome are similar in response to wounding, suggesting that products of AOS are all perceived by COI1. However, we found a difference between the two mutants at the metobolomic level, since aos is devoid of JA, but coil-1 can still rapidly accumulate JA upon wounding. We investigated the possibility that the post-translational activation of JA biosynthesis could explain the fast accumulation of JA in coil-1 plants upon wounding. Lipoxygenase (LOX) 2 is the first enzyme implicated in JA synthesis and was thus chosen as a potential target for posttranslational regulation. A clue as to how LOX activity might be regulated came from the fatty acid oxygenation upregulated 2 (foul) mutant in which LOX activity and JA levels are elevated. The foul mutant implicates cations flux in the regulation of JA production, and several LOXs in organisms other than plants have been shown to bind calcium. We showed that Arabidopsis LOX requires divalent cations for full activity in vitro, and that not only calcium but also magnesium can play this role. Moreover, a single recessive mutant of AtLOX2 was characterized. These plants are fully fertile. Quantitative oxylipin analysis showed that lox2-1 can still accumulate some JA after wounding, which suggests that LOX2 is not the only LOX involved in JA biosynthesis. lox2-1 plants do not show altered susceptibility to the fungus Botrytis cinerea or to a detritivore, however, they are more susceptible to an insect herbivore. The insect and plants are closely co-evolved and a reduced ability to synthesize JA favors the insect. The availability of a lox2-1 mutant with intermediate JA levels will further help understanding why plants produce elevated JA levels.

Characterization of a MexAB-OprM efflux system necessary for productive metabolism of Pseudomonas azelaica HBP1 on 2-hydroxybiphenyl.

Pseudomonas azelaica HBP1 is one of the few bacteria known to completely mineralize the biocide and toxic compound 2-hydroxybiphenyl (2-HBP), but the mechanisms of its tolerance to the toxicity are unknown. By transposon mutant analysis and screening for absence of growth on water saturating concentrations of 2-HBP (2.7 mM) we preferentially found insertions in three genes with high homology to the mexA, mexB, and oprM efflux system. Mutants could grow at 2-HBP concentrations below 100 μM but at lower growth rates than the wild-type. Exposure of the wild-type to increasing 2-HBP concentrations resulted in acute cell growth arrest and loss of membrane potential, to which the cells adapt after a few hours. By using ethidium bromide (EB) as proxy we could show that the mutants are unable to expel EB effectively. Inclusion of a 2-HBP reporter plasmid revealed that the wild-type combines efflux with metabolism at all 2-HBP concentrations, whereas the mutants cannot remove the compound and arrest metabolism at concentrations above 24 μM. The analysis thus showed the importance of the MexAB-OprM system for productive metabolism of 2-HBP.

Identification and functional characterization of auxiliary enzymes of the β-oxidation in " Arabidopsis thaliana "

Abstract: The ß-oxidation is the universal pathway that allows living organisms to degrade fatty acids. leading to lipid homeostasis and carbon and energy recovery from the fatty acid molecules. This pathway is centred on four core enzymatic activities sufficient to degrade saturated fatty acids. Additional auxiliary enzymes of the ß-oxidation are necessary for the complete degradation of a larger array of molecules encompassing the unsaturated fatty acids. The main pathways of the ßoxidation of fatty acids have been investigated extensively and auxiliary enzymes are well-known in mammals and yeast. The comparison of the established ß-oxidation systems suggests that the activities that are required to proceed to the full degradation of unsaturated fatty acids are present regardless of the organism and rely on common active site templates. The precise identity of the plant enzymes was unknown. By homology searches in the genome of Arabidopsis thaliana, I identified genes. encoding for proteins that could be orthologous to the yeast or animal auxiliary enzymes Δ 3, Δ 2-enoyl-CoA isomerase, Δ 3,5, Δ 2,4 -dienoyl-CoA isomerase, and type 2 enoyl-CoA hydratase. I established that these genes are expressed in Arabidopsis and that their expression can be correlated to the expression of core ß-oxidation genes. Through the observation of chimeric fluorescent protein fusions, I demonstrated that the identified proteins are localized in the peroxisóme, the only organelle where the ß-oxidation occurs in plants. Enzymatic assays were performed with the partially purified enzymes to demonstrate that the identified enzymes can catalyze the same in vitro reactions as their non-plant orthologs. The activities in vivo of the plant enzymes were demonstrated by heterologous complementation of the corresponding yeast Saccharomyces cerevisiae mutants. The complementation was visualized using the artificial polyhydroxyalkanoate (PHA) production in yeast peroxisomes. The recombinant strains, expressing a Pseudomonas aeruginosa PHA synthase modified for a peroxisomal localization, produce this polymer that serves as a trap for the 3-hydroxyacyl-CoA intermediaries of the ßoxidation and that reflects qualitatively and quantitatively the array of molecules that are processed through the ß-oxidation. This complementation demonstrated the implication of the plant Δ 3, Δ 2-enoyl-CoA isomerases and Δ3,5, Δ2,4-dienoyl-CoA isomerase in the degradation of odd chain position unsaturated fatty acids. The presence of a monofunctional type 2 enoyl-CoA hydratase is a novel in eukaryotes. Downregulation of the corresponding gene expression in an Arabidopsis line, modified to produce PHA in the peroxisome, demonstrated thàt this enzyme participates in vivo to the conversion of the intermediate 3R-hydroxyacyl-CoA, generated by the metabolism of fatty acids with a cis (Z)-unsaturated bond on an even-numbered carbon, to the 2Eenoyl-CoA for further degradation through the core ß-oxidation cycle. Résumé: La ß-oxydation est une voie universelle de dégradation des acides gras qui permet aux organismes vivants d'assurer une homéostasie lipidique et de récupérer l'énergie et le carbone contenus dans les acides gras. Le coeur de cette voie est composé de quatre réactions enzymatiques suffisantes à la dégradation des acides gras saturés. La présence des enzymes auxiliaires de la ß-oxydation est nécessaire à la dégradation d'une gamme plus étendue de molécules comprenant les acides gras insaturés. Les voies principales de la ß-oxydation des acides gras ont été étudiées en détail et les enzymes auxiliaires sont déterminées chez les mammifères et la levure. La comparaison entre les systèmes de ß-oxydation connus suggère que les activités requises pour la dégradation complète des acides gras insaturés reposent sur la présence de site actifs similaires. L'identité précise des enzymes auxiliaires chez les plantes était inconnue. En cherchant par homologie dans le génome de la plante modèle Arabidopsis thaliana, j'ai identifié des gènes codant pour des protéines pouvant être orthologues aux enzymes auxiliaires Δ3 Δ2-enoyl-CoA isomérase, Δ 3,5 Δ 2,4-dienoyl-CoA isomérase et enoyl-CoA hydratase de type 2 d'origine fongique ou mammalienne. J'ai établi la corrélation de l'expression de ces gènes dans Arabidopsis avec celle de gènes des enzymes du coeur de la ß-oxydation. En observant des chimères de fusion avec des protéines fluorescentes, j'ai démontré que les protéines identifiées sont localisées dans le péroxysomes, le seul organelle où la ß-oxydation se déroule chez les plantes. Des essais enzymatiques ont été conduits avec ces enzymes partiellement purifiées pour démontrer que les enzymes identifiées sont capables de catalyser in vitro les mêmes réactions que leurs orthologues non végétaux. Les activités des enzymes végétales in vivo ont été .démontrées par complémentation hétérologue des mutants de délétion correspondants de levure Saccharomyces cerevisiae. La visualisation de la complémentation est rendue possible par la synthèse de polyhydroxyalcanoate (PHA) dans les péroxysomes de levure. Les souches recombinantes expriment la PHA synthase de Pseudomonas aeruginosa modifiée pour être localisée dans le péroxysome produisent ce polymère qui sert de piège pour les 3-hydroxyacylCoAs intermédiaires de la ß-oxydation et qui reflète qualitativement et quantitativement la gamme de molécules qui subit la ß-oxydation. Cette complémentation a permis de démontrer que les Δ3, Δ2-enoyl-CoA isomérases, et la Δ3.5, Δ2,4-dienoyl-CoA isomérase végétales sont impliquées dans la dégradation des acides gras insaturés en position impaire. L'enoyl-CoA hydratase de type 2 monofonctionelle est une enzyme nouvelle chez les eucaryotes. La sous-expression du gène correspondant dans une lignée d'Arabidopsis modifiée pour produite du PHA dans le péroxysome a permis de démontrer que cette enzyme participe in vivo à la dégradation des acides gras ayant une double liaison en conformation cis (Z) en position paire.

Members of the PHO1 gene family show limited functional redundancy in phosphate transfer to the shoot, and are regulated by phosphate deficiency via distinct pathways.

The PHO1 family comprises 11 members in Arabidopsis thaliana. In order to decipher the role of these genes in inorganic phosphate (Pi) transport and homeostasis, complementation of the pho1 mutant, deficient in loading Pi to the root xylem, was determined by the expression of the PHO1 homologous genes under the control of the PHO1 promoter. Only PHO1 and the homologue PHO1;H1 could complement pho1. The PHO1;H1 promoter was active in the vascular cylinder of roots and shoots. Expression of PHO1;H1 was very low in Pi-sufficient plants, but was strongly induced under Pi-deficient conditions. T-DNA knock-out mutants of PHO1;H1 neither showed growth defects nor alteration in Pi transport dynamics, or Pi content, compared with wild type. However, the double mutant pho1/pho1;h1 showed a strong reduction in growth and in the capacity to transfer Pi from the root to the shoot compared with pho1. Grafting experiments revealed that phenotypes associated with the pho1 and pho1/pho1;h1 mutants were linked to the lack of gene expression in the root. The increased expression of PHO1;H1 under Pi deficiency was largely controlled by the transcription factor PHR1 and was suppressed by the phosphate analogue phosphite, whereas the increase of PHO1 expression was independent of PHR1 and was not influenced by phosphite. Together, these data reveal that although transfer of Pi to the root xylem vessel is primarily mediated by PHO1, the homologue PHO1;H1 also contributes to Pi loading to the xylem, and that the two corresponding genes are regulated by Pi deficiency by distinct signal transduction pathways.

Highly diverse T cell recognition of a single Plasmodium berghei peptide presented by a series of mutant H-2Kd molecules.

We have tested 21 independent CTL clones for recognition of a single peptide derived from the Plasmodium berghei circumsporozoite protein in the context of 13 mutants of the murine MHC class I molecule H-2Kd. In this series of Kd mutants, amino acid residues located on the upper surface of the alpha-helices were individually substituted by alanine. Remarkably, most clones displayed individual recognition patterns on the Kd mutants. We had previously found that this series of CTL clones was likewise highly diverse in terms of both TCR primary structure and peptide fine specificity. Our data thus reinforce the concept that multiple T cell epitopes are available on the surface of a single peptide-MHC class I complex for recognition by specific TCR.

The contact region between three domains of the extracellular loop of ASIC1a is critical for channel function.

Acid-sensing ion channels are members of the epithelial Na(+) channel/degenerin family. They are neuronal nonvoltage-gated Na(+) channels that are activated by extracellular acidification. In this study, we investigated the role of a highly conserved region of the extracellular part of ASIC1a that forms the contact between the finger domain, the adjacent beta-ball, and the upper palm domain in ASIC1a. The finger domain contributes to the pH-dependent gating and is linked via this contact zone to the rest of the protein. We found that mutation to Cys of residues in this region led to decreased channel expression and current amplitudes. Exposure of the engineered Cys residues to Cd(2+) or to charged methane thiosulfonate sulfhydryl reagents further reduced current amplitudes. This current inhibition was not due to changes in acid-sensing ion channel pH dependence or unitary conductance and was likely due to a decrease of the probability of channel opening. For some mutants, the effect of sulfhydryl reagents depended on the pH of exposure in the range 7.4 to 6.8, suggesting that this zone undergoes conformational changes during inactivation. Our study identifies a region in ASIC1a whose integrity is required for normal channel function.

The dmf1/mid1 gene is essential for correct positioning of the division septum in fission yeast.

Little is known about the mechanisms that establish the position of the division plane in eukaryotic cells. Wild-type fission yeast cells divide by forming a septum in the middle of the cell at the end of mitosis. Dmf1 mutants complete mitosis and initiate septum formation, but the septa that form are positioned at random locations and angles in the cell, rather than in the middle. We have cloned the dmf1 gene as a suppressor of the cdc7-24 mutant. The dmf1 mutant is allelic with mid1. The gene encodes a novel protein containing a putative nuclear localization signal, and a carboxy-terminal PH domain. In wild-type cells, Dmf1p is nuclear during interphase, and relocates to form a medial ring at the cell cortex coincident with the onset of mitosis. This relocalization occurs before formation of the actin ring and is associated with increased phosphorylation of Dmf1p. The Dmf1p ring can be formed in the absence of an actin ring, but depends on some of the genes required for actin ring formation. When the septum is completed and the cells separate, Dmf1p staining is once again nuclear. These data implicate Dmf1p as an important element in assuring correct placement of the division septum in Schizosaccharomyces pombe cells.

Molecular genetic framework for protophloem formation.

The phloem performs essential systemic functions in tracheophytes, yet little is known about its molecular genetic specification. Here we show that application of the peptide ligand CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) specifically inhibits specification of protophloem in Arabidopsis roots by locking the sieve element precursor cell in its preceding developmental state. CLE45 treatment, as well as viable transgenic expression of a weak CLE45(G6T) variant, interferes not only with commitment to sieve element fate but also with the formative sieve element precursor cell division that creates protophloem and metaphloem cell files. However, the absence of this division appears to be a secondary effect of discontinuous sieve element files and subsequent systemically reduced auxin signaling in the root meristem. In the absence of the formative sieve element precursor cell division, metaphloem identity is seemingly adopted by the normally procambial cell file instead, pointing to possibly independent positional cues for metaphloem formation. The protophloem formation and differentiation defects in brevis radix (brx) and octopus (ops) mutants are similar to those observed in transgenic seedlings with increased CLE45 activity and can be rescued by loss of function of a putative CLE45 receptor, BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3). Conversely, a dominant gain-of-function ops allele or mild OPS dosage increase suppresses brx defects and confers CLE45 resistance. Thus, our data suggest that delicate quantitative interplay between the opposing activities of BAM3-mediated CLE45 signals and OPS-dependent signals determines cellular commitment to protophloem sieve element fate, with OPS acting as a positive, quantitative master regulator of phloem fate.

In vitro emergence of rifampicin resistance in Propionibacterium acnes and molecular characterization of mutations in the rpoB gene.

OBJECTIVES: Activity of rifampicin against Propionibacterium acnes biofilms was recently demonstrated, but rifampicin resistance has not yet been described in this organism. We investigated the in vitro emergence of rifampicin resistance in P. acnes and characterized its molecular background. METHODS: P. acnes ATCC 11827 was used (MIC 0.007 mg/L). The mutation rate was determined by inoculation of 10(9) cfu of P. acnes on rifampicin-containing agar plates incubated anaerobically for 7 days. Progressive emergence of resistance was studied by serial exposure to increasing concentrations of rifampicin in 72 h cycles using a low (10(6) cfu/mL) and high (10(8) cfu/mL) inoculum. The stability of resistance was determined after three subcultures of rifampicin-resistant isolates on rifampicin-free agar. For resistant mutants, the whole rpoB gene was amplified, sequenced and compared with a P. acnes reference sequence (NC006085). RESULTS: P. acnes growth was observed on rifampicin-containing plates with mutation rates of 2 ± 1 cfu  ×  10(-9) (4096× MIC) and 12 ± 5 cfu  ×  10(-9) (4 × MIC). High-level rifampicin resistance emerged progressively after 4 (high inoculum) and 13 (low inoculum) cycles. In rifampicin-resistant isolates, the MIC remained >32 mg/L after three subcultures. Mutations were detected in clusters I (amino acids 418-444) and II (amino acids 471-486) of the rpoB gene after sequence alignment with a Staphylococcus aureus reference sequence (CAA45512). The five following substitutions were found: His-437 → Tyr, Ser-442 → Leu, Leu-444 → Ser, Ile-483 → Val and Ser-485 → Leu. CONCLUSION: The rifampicin MIC increased from highly susceptible to highly resistant values. The resistance remained stable and was associated with mutations in the rpoB gene. To our knowledge, this is the first report of the emergence of rifampicin resistance in P. acnes.

Role of the epithelial sodium channel (ENaC) in the epidermal barrier function of the skin

Abstract In humans, the skin is the largest organ of the body, covering up to 2m2 and weighing up to 4kg in an average adult. Its function is to preserve the body from external insults and also to retain water inside. This barrier function termed epidermal permeability barrier (EPB) is localized in the functional part of the skin: the epidermis. For this, evolution has built a complex structure of cells and lipids sealing the surface, the stratum corneum. The formation of this structure is finely tuned since it is not only formed once at birth, but renewed all life long. This active process gives a high plasticity and reactivity to skin, but also leads to various pathologies. ENaC is a sodium channel extensively studied in organs like kidney and lung due to its importance in regulating sodium homeostasis and fluid volume. It is composed of three subunits α, ß and r which are forming sodium selective channel through the cell membrane. Its presence in the skin has been demonstrated, but little is known about its physiological role. Previous work has shown that αENaC knockout mice displayed an abnormal epidermis, suggesting a role in differentiation processes that might be implicated in the EPB. The principal aim of this thesis has been to study the consequences for EPB function in mice deficient for αENaC by molecular and physiological means and to investigate the underlying molecular mechanisms. Here, the barrier function of αENaC knockout pups is impaired. Apparently not immediately after birth (permeability test) but 24h later, when evident water loss differences appeared compared to wildtypes. Neither the structural proteins of the epithelium nor the tights junctions showed any obvious alterations. In contrary, stratum corneum lipid disorders are most likely responsible for the barrier defect, accompanied by an impairment of skin surface acidification. To analyze in details this EPB defect, several hypotheses have been proposed: reduced sensibility to calcium which is the key activator far epidermal formation, or modification of ENaC-mediated ion fluxes/currents inside the epidermis. The cellular localization of ENaC and the action in the skin of CAPl, a positive regulator of ENaC, have been also studied in details. In summary, this study clearly demonstrates that ENaC is a key player in the EPB maintenance, because αENaC knockout pups are not able to adapt to the new environment (ex utero) as efficiently as the wildtypes, most likely due to impaired of sodium handling inside the epidermis. Résumé Chez l'homme, la peau est le plus grand organe, couvrant presque 2m2 et pesant près de 4kg chez l'adulte. Sa fonction principale est de protéger l'organisme des agressions extérieures mais également de conserver l'eau à l'intérieur du corps. Cette fonction nommée barrière épithéliale est localisée dans la partie fonctionnelle de la peau : l'épiderme. A cette fin, l'évolution s'est dotée d'une structure complexe composée de cellules et de lipides recouvrant la surface, la couche cornée. Sa formation est finement régulée, car elle n'est pas seulement produite à la naissance mais constamment renouvelée tout au long de la vie, ce qui lui confère une grande plasticité mais ce qui est également la cause de nombreuses pathologies. ENaC est un canal sodique très étudié dans le rein et le poumon pour son importance dans la régulation de l'homéostasie sodique et la régulation du volume du milieu intérieur. Il est composé de 3 sous unités, α, ß et y qui forment un pore sélectif pour le sodium dans les membranes. Ce canal est présent dans la peau mais sa fonction n'y est pas connue. Des travaux précédents ont pu montrer que les souris dont le gène codant pour αENaC a été invalidé présentent un épiderme pathologique, suggérant un rôle dans la différentiation et pourrait même être impliqué dans la barrière épithéliale. Le but de cette thèse fut l'étude de la barrière dans ces souris knockouts avec des méthodes moléculaires et physiologiques et la caractérisation des mécanismes moléculaire impliqués. Dans ce travail, il a été montré que les souris mutantes présentaient un défaut de la barrière. Ce défaut n'est pas visible immédiatement à la naissance (test de perméabilité), mais 24h plus tard, lorsque les tests de perte d'eau transépithéliale montrent une différence évidente avec les animaux contrôles. Ni les protéines de structures ni les jonctions serrées de l'épiderme ne présentaient d'imperfections majeures. A l'inverse, les lipides de la couche cornée présentaient un problème de maturation (expliquant le phénotype de la barrière), certainement consécutif au défaut d'acidification à la surface de la peau que nous avons observé. D'autres mécanismes ont été explorées afin d'investiguer cette anomalie de la barrière, comme la réduction de sensibilité au calcium qui est le principal activateur de la formation de l'épiderme, ou la modification des flux d'ions entre les couches de l'épiderme. La localisation cellulaire d'ENaC, et l'action de son activateur CAPl ont également été étudiés en détails. En résumé, cette étude démontre clairement qu'ENaC est un acteur important dans la formation de la barrière épithéliale, car la peau des knockouts ne s'adapte pas aussi bien que celle des sauvages au nouvel environnement ex utero à cause de la fonction d'ENaC dans les mouvements de sodium au sein même de l'épiderme. Résumé tout public Chez l'homme, la peau est le plus grand organe, couvrant presque 2m2 et pesant près de 4kg chez l'adulte. Sa fonction principale est de protéger l'organisme des agressions extérieures mais également de conserver l'eau à l'intérieur du corps. Cette fonction nommée barrière épithéliale est localisée dans la partie fonctionnelle de la peau : l'épiderme. A cette fin, l'évolution s'est dotée d'une structure complexe composée de cellules et de lipides recouvrant la surface, la couche cornée. Sa formation est finement régulée, car elle n'est pas seulement produite à la naissance mais constamment renouvelée tout au long de la vie, ce qui lui confère une grande plasticité mais ce qui est également la cause de nombreuses maladies. ENaC est une protéine formant un canal qui permet le passage sélectif de l'ion sodium à travers la paroi des cellules. Il est très étudié dans le rein pour son importance dans la récupération du sel lors de la concentration de l'urine. Ce canal est présent dans la peau mais sa fonction n'y est pas connue. Des travaux précédents ont pu montrer que les souris où le gène codant pour αENaC a été invalidé présentent un épiderme pathologique, suggérant un rôle dans la peau et plus particulièrement la fonction de barrière de l'épiderme. Le but de cette thèse fut l'étude de la fonction de barrière dans ces souris mutantes, au niveau tissulaire et cellulaire. Dans ce travail, il a été montré que les souris mutantes présentaient une peau plus perméable que celle des animaux contrôles, grâce à une machine mesurant la perte d'eau à travers la peau. Ce défaut n'est visible que 24h après la naissance, mais nous avons pu montrer que les animaux mutants perdaient quasiment 2 fois plus d'eau que les contrôles. Au niveau moléculaire, nous avons pu montrer que ce défaut provenait d'un problème de maturation des lipides qui composent la barrière de la peau. Cette maturation est incomplète vraisemblablement à cause d'un défaut de mouvement des ions dans les couches les plus superficielles de l'épiderme, et cela à cause de l'absence du canal ENaC. En résumé, cette étude démontre clairement qu'ENaC est un acteur important dans la formation de la barrière épithéliale, car la peau des mutants ne s'adapte pas aussi bien que celle des sauvages au nouvel environnement ex utero à cause de la fonction d'ENaC dans les mouvements de sodium au sein même de l'épiderme.

Comparative functional analysis of two fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1) mutations affecting the same residue (R254W and R254Q) in isolated hypogonadotropic hypogonadism (IHH).

FGFR1 mutations have been identified in both Kallmann syndrome and normosmic HH (nIHH). To date, few mutations in the FGFR1 gene have been structurally or functionally characterized in vitro to identify molecular mechanisms that contribute to the disease pathogenesis. We attempted to define the in vitro functionality of two FGFR1 mutants (R254W and R254Q), resulting from two different amino acid substitutions of the same residue, and to correlate the in vitro findings to the patient phenotypes. Two unrelated GnRH deficient probands were found to harbor mutations in FGFR1 (R254W and R254Q). Mutant signaling activity and expression levels were evaluated in vitro and compared to a wild type (WT) receptor. Signaling activity was determined by a FGF2/FGFR1 dependent transcription reporter assay. Receptor total expression levels were assessed by Western blot and cell surface expression was measured by a radiolabeled antibody binding assay. The R254W maximal receptor signaling capacity was reduced by 45% (p<0.01) while R254Q activity was not different from WT. However, both mutants displayed diminished total protein expression levels (40 and 30% reduction relative to WT, respectively), while protein maturation was unaffected. Accordingly, cell surface expression levels of the mutant receptors were also significantly reduced (35% p<0.01 and 15% p<0.05, respectively). The p.R254W and p.R254Q are both loss-of-function mutations as demonstrated by their reduced overall and cell surface expression levels suggesting a deleterious effect on receptor folding and stability. It appears that a tryptophan substitution at R254 is more disruptive to receptor structure than the more conserved glutamine substitution. No clear correlation between the severity of in vitro loss-of-function and phenotypic presentation could be assigned.

ppGpp controlled by the Gac/Rsm regulatory pathway sustains biocontrol activity in Pseudomonas fluorescens CHA0.

In Pseudomonas fluorescens CHA0 and other fluorescent pseudomonads, the Gac/Rsm signal transduction pathway is instrumental for secondary metabolism and biocontrol of root pathogens via the expression of regulatory small RNAs (sRNAs). Furthermore, in strain CHA0, an imbalance in the Krebs cycle can affect the strain's ability to produce extracellular secondary metabolites, including biocontrol factors. Here, we report the metabolome of wild-type CHA0, a gacA-negative mutant, which has lost Gac/Rsm activities, and a retS-negative mutant, which shows strongly enhanced Gac/Rsm-dependent activities. Capillary electrophoresis-based metabolomic profiling revealed that the gacA and retS mutations had opposite effects on the intracellular levels of a number of central metabolites, suggesting that the Gac/Rsm pathway regulates not only secondary metabolism but also primary metabolism in strain CHA0. Among the regulated metabolites identified, the alarmone guanosine tetraphosphate (ppGpp) was characterized in detail by the construction of relA (for ppGpp synthase) and spoT (for ppGpp synthase/hydrolase) deletion mutants. In a relA spoT double mutant, ppGpp synthesis was completely abolished, the expression of Rsm sRNAs was attenuated, and physiological functions such as antibiotic production, root colonization, and plant protection were markedly diminished. Thus, ppGpp appears to be essential for sustaining epiphytic fitness and biocontrol activity of strain CHA0.

The Ciliogenic Transcription Factor RFX3 Regulates Early Midline Distribution of Guidepost Neurons Required for Corpus Callosum Development.

The corpus callosum (CC) is the major commissure that bridges the cerebral hemispheres. Agenesis of the CC is associated with human ciliopathies, but the origin of this default is unclear. Regulatory Factor X3 (RFX3) is a transcription factor involved in the control of ciliogenesis, and Rfx3-deficient mice show several hallmarks of ciliopathies including left-right asymmetry defects and hydrocephalus. Here we show that Rfx3-deficient mice suffer from CC agenesis associated with a marked disorganisation of guidepost neurons required for axon pathfinding across the midline. Using transplantation assays, we demonstrate that abnormalities of the mutant midline region are primarily responsible for the CC malformation. Conditional genetic inactivation shows that RFX3 is not required in guidepost cells for proper CC formation, but is required before E12.5 for proper patterning of the cortical septal boundary and hence accurate distribution of guidepost neurons at later stages. We observe focused but consistent ectopic expression of Fibroblast growth factor 8 (Fgf8) at the rostro commissural plate associated with a reduced ratio of GLIoma-associated oncogene family zinc finger 3 (GLI3) repressor to activator forms. We demonstrate on brain explant cultures that ectopic FGF8 reproduces the guidepost neuronal defects observed in Rfx3 mutants. This study unravels a crucial role of RFX3 during early brain development by indirectly regulating GLI3 activity, which leads to FGF8 upregulation and ultimately to disturbed distribution of guidepost neurons required for CC morphogenesis. Hence, the RFX3 mutant mouse model brings novel understandings of the mechanisms that underlie CC agenesis in ciliopathies.

Defining molecular components of symbiotic phosphate uptake in rice

Phosphate (Pi) acquisition of crops via arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis acquires increasing importance due to the limited rock Pi reserves and the demand for environmentally sustainable agriculture. However, the symbiotic Pi uptake machinery has not been characterized in any monocotyledonous plant species. Among these, rice is the primary staple food for more than half of the human population and thus central for future food security. However, the relevance of the AM symbiosis for rice Pi nutrition is presently unclear. Here, we show that 70% of the overall Pi acquired by rice is delivered via the symbiotic route. To better understand this pathway we combined genetic, molecular and physiological approaches to determine the specific functions of the two rice Pi transporters, PT11 and PT13, which are expressed only during AM symbiosis. The PT11 lineage of proteins is present in mono- and dicotyledons whereas PT13, while found across the Poaceae, is absent from dicotyledons. Surprisingly, mutations in either PT11 or PT13 affected fungal colonization and arbuscule formation demonstrating that both genes are essential for AM symbiosis between rice and Glomus intra.rad.ices. Importantly, for symbiotic Pi uptake, only PT11 is necessary and sufficient. We found that mycorrhizal rice, remarkably, received almost all Pi via the symbiotic route. Such dominating mycorrhizal Pi uptake was found in plants grown under controlled conditions as well as in field soils, suggesting that the AM symbiosis is relevant for the Pi nutrition of field grown rice. Development of smaller arbuscules in PT11 mutants suggested that symbiotic Pi signaling is required for fungal nourishment by the plant. However, co-culture of mutant with wild type nurse plants did not restore normal arbuscule size in mutant roots, indicating that other factors than malnutrition accounted for the altered arbuscule phenotype. Surprisingly, the loss of PT13 did not affect symbiotic Pi uptake although it impacted arbuscule morphology, suggesting that PT13 is involved in signaling during arbuscule development. However, induction of PT13 was not only monitored in arbusculated cells but also in inner cortex cells of non-inoculated roots of plants grown under high Pi fertilization conditions. According to preliminary observations, PT13 localized at the tonoplast in arbusculated and non-arbusculated cells, suggesting that it might be involved in transporting Pi into the vacuole, possibly for maintaining cellular Pi homeostasis. The further investigation showed that fungal colonization level was significantly affected in the crown roots of two ptlS mutant alleles, but not in large lateral roots, implying the possible role of PT13 for maintaining Pi homeostasis in the crown roots. - L'acquisition de phosphate (Pi) par les plantes cultivées s'effectue grâce à une symbiose mycorhizienne arbasculaire (AM). L'étude de cette symbiose devient fondamentale puisque d'une part, les réserves en phosphate minéral sont limitées, et, d'autre part, la demande pour une agriculture écologiquement soutenable se renforce. La machinerie d'absorption symbiotique du phosphate n'est cependant pas encore élucidée chez les plantes monocotylédones. Parmi celles-ci, le riz occupe une place primordiale. Aliment de base pour plus de la moitié de la population mondiale, il revêt de ce fait une dimension essentielle en termes de sécurité alimentaire. Pourtant, l'importance de la symbiose AM chez le riz dans le processus d'acquisition du phosphate n'est, encore de nos jours, que peu comprise. Dans cette étude, nous montrons que 70% du phosphate acquis par le riz est mis à disposition de la plante grâce à la symbiose AM. Afin de mieux comprendre ce mécanisme, nous avons employé des approches physiologiques et génétiques nous permettant de déterminer les fonctions spécifiques de deux transporteurs de Pi, PT11 et PT13, présents chez le riz et exprimés uniquement durant la symbiose AM. La famille de gènes à laquelle appartient PT11 est présente chez les monocotylédones ainsi que chez les dicotylédones tandis que PT13, bien que retrouvé au sein des Poaceae, est absent chez les dicotylédones. Etonnamment, des versions mutées de PT11 ou de PT13 affectent la colonisation par le champignon endo-mycorhizien ainsi que la formation d'arbuscules, démontrant l'importance de ces deux gènes dans la symbiose AM entre le riz et Glomus intraradices. Il est à noter que seul PT11 se révèle nécessaire et suffisant pour l'apport de Pi grâce à la symbiose. Nous avons observé que la presque totalité du phosphate dont dispose le riz lors d'une symbiose AM provient du champignon. De telles proportions ont été observées tant chez des plantes cultivées en conditions contrôlées que chez des plantes cultivées dans les champs. Cela suggère l'importance de la symbiose AM dans le processus d'acquisition du Pi chez le riz cultivé à l'extérieur. Le développement d'arbuscules plus petits chez le mutant PT11 tend à montrer qu'une voie signalétique impliquant le Pi symbiotique est nécessaire pour l'entretien du champignon par la plante. Toutefois, une co-culture du mutant avec des plantes sauvages ne permet pas de restaurer des arbuscules de taille normale dans les racines du mutant. Ce résultat indique le rôle de facteurs autres que la malnutrition aboutissant à la formation d'arbuscules altérés. Si la perte de PT13 n'affecte pas l'acquisition de phosphate symbiotique, la morphologie de l'arbuscule est, quant à elle, modifiée. Ceci suggère un rôle de PT13 durant le développement de l'arbuscule. Or, l'induction de PT13 est non seulement détectée dans des cellules contenant des arbuscules mais également dans des cellules du cortex, ceci chez des plantes cultivées sans champignon mais dans des conditions de fortes concentrations en engrais phosphaté. En accord avec des observations précédentes, PT13 est localisé au niveau du tonoplaste des cellules contenant ou non des arbuscules. Ceci suggère que PT13 pourrait être impliqué dans le transport du Pi vers la vacuole, éventuellement pour maintenir une certaine homéostasie du phosphate. Dans cette étude, nous démontrons également que le niveau de colonisation par le champignon est affecté de manière significative dans les racines principales des deux allèles du mutants ptl3, mais pas dans les grosses racines latérales. Cela impliquerait un rôle possible de PT13 dans le maintien de l'homéostasie du phosphate dans les racines principales. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC Le phosphate (Pi), l'un des éléments minéraux essentiel au développement des plantes, se trouve généralement en faible quantité dans le sol, limitant ainsi la croissance des plantes. Le rendement de la production agricole dépend dès lors de l'addition d'engrais contenant du phosphate inorganique (Pi), obtenu à partir de ressources minières riches en phosphate. Or, ces ressources devraient être épuisées d'ici la fin du siècle. Les racines des plantes possèdent des transporteurs de phosphate efficaces leur permettant d'acquérir rapidement le Pi présent dans le sol. Comme le Pi s'avère immobile dans le sol, l'absorption rapide par les racines crée des zones pauvres en Pi autour des systèmes racinaires. Pour surmonter cet obstacle, les plantes ont développé une symbiose avec des champignons endomycorhiziens, la symbiose mycorhizienne arbusculaire (AM). Cette association leur donne accès à d'autres ressources en phosphate puisque le mycélium de ces champignons se développe sur une surface 100 fois supérieure à celle des racines. Cela augmente considérablement la surface de nutrition, dépassant ainsi la zone appauvrie en Pi. Le phosphate, transporté grâce au champignon jusqu'à l'intérieur des racines, est fourni à la plante par le biais de structures établies à l'intérieur des cellules végétales, appelées arbuscules. De leur côté, les plantes possèdent des transporteurs spécifiques afin de recevoir le Pi fourni par les champignons. A l'heure actuelle, la machinerie nécessaire à cette absorption a été uniquement décrite chez des plantes dicotylédones. Or, comprendre l'apport de phosphate par les champignons mycorhiziens s'avère particulièrement pertinent dans le cas des espèces monocotylédones cultivées telles que les céréales. Ces dernières constituent en effet la majeure partie de l'alimentation humaine. Parmi les céréales, le riz demeure l'aliment de base de la population mondiale, d'où son importance en terme de sécurité alimentaire. Durant mon travail de thèse, j'ai identifié et caractérisé le transporteur du riz impliqué dans l'apport de phosphate par ce type de symbiose AM. J'ai également démontré que le riz, lorsqu'il vit en symbiose, bénéficie de la presque totalité du Pi transporté par le champignon. Environ 40% de la production globale de riz est cultivée dans des conditions permettant la symbiose avec des mycorhizes arbusculaires. Les variétés de riz adaptées à ces conditions aérobiques deviennent des alternatives favorables aux cultivars actuels nécessitant une forte irrigation. Elles se révèlent en effet plus tolérantes aux pénuries d'eau et permettent l'utilisation de pratiques agricoles moins intensives. Les données présentées dans cette étude enrichissent nos connaissances concernant l'absorption du phosphate chez le riz grâce à la symbiose AM. Ces connaissances peuvent s'avérer décisives pour le développement de cultivars du riz plus adaptés à une agriculture écologiquement soutenable.