An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome.

The human genome encodes the blueprint of life, but the function of the vast majority of its nearly three billion bases is unknown. The Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) project has systematically mapped regions of transcription, transcription factor association, chromatin structure and histone modification. These data enabled us to assign biochemical functions for 80% of the genome, in particular outside of the well-studied protein-coding regions. Many discovered candidate regulatory elements are physically associated with one another and with expressed genes, providing new insights into the mechanisms of gene regulation. The newly identified elements also show a statistical correspondence to sequence variants linked to human disease, and can thereby guide interpretation of this variation. Overall, the project provides new insights into the organization and regulation of our genes and genome, and is an expansive resource of functional annotations for biomedical research.

Persistent infection of arenaviruses : molecular mechanisms and pathogenesis

Arenaviruses are enveloped negative single strand RNA viruses that include a number of important human pathogens. The most prevalent human pathogen among the arenaviruses is the Old World arenavirus Lassa virus (LASV) which is endemic in West Africa from Senegal to Cameroon. LASV is the etiologic agent of a severe viral hemorrhagic fever named Lassa fever whose mortality rate can reach 30% in hospitalized patients. One of the hallmarks of fatal arenavirus infection in humans is the absence of an effective innate and adaptive immune response. In nature, arenaviruses are carried by rodents which represent the natural reservoirs as well as the vectors for transmission. In their natural rodent reservoir, arenaviruses have the ability to establish persistent infection without any overt signs and symptoms of pathology. We believe that the modulation of the host cell's innate immunity by arenaviruses is a key determinant for persistence in the natural host and for the pathogenesis in man. In this thesis, we studied the interaction of arenaviruses with two main branches of the host's innate anti-viral defense, the type I interferon (IFN) system and virus-induced mitochondrial apoptosis. The arenavirus nucleoprotein (NP) is responsible for the anti-IFN activity of arenaviruses. Specifically, NP blocks the activation and the nuclear translocation of the transcription factor interferon regulatory factor 3 (IRF3) which leads to type I IFN production. LASV and the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) NPs contain a 3'-5'exoribonuclease domain in the C terminal part that has been linked to the anti-IFN activity of NP. In the first project, we sought to identify cellular component(s) of the type I IFN induction pathway targeted by the viral NP. Our study revealed that LCMV NP prevents the activation of IRF3 by blocking phosphorylation of the transcription factor. We found that LCMV NP specifically targets the IRF-activating kinase IKKs, and this specific binding is conserved within the Arenaviridae. We could also demonstrate that LCMV NP associates with the kinase domain of IKKs involving NP's C-terminal region. Lastly, we showed that the binding of LCMV NP inhibits the kinase activity of IKKs. This study allowed the discovery of a new cellular interacting partner of arenavirus NP. This newly described association may play a role in the anti-IFN activity of arenaviruses but potentially also in other aspects of arenavirus infection. For the second project, we investigated the ability of arenaviruses to avoid and/or suppress mitochondrial apoptosis. As persistent viruses, arenaviruses evolved a "hit and stay" survival strategy where the apoptosis of the host cell would be deleterious. We found that LCMV does not induce mitochondrial apoptosis at any time during infection. Specifically, no caspase activity, no cytochrome c release from the mitochondria as well as no cleavage of poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) were detected during LCMV infection. Interestingly, we found that virus-induced mitochondrial apoptosis remains fully functional in LCMV infected cells, while the induction of type IIFN is blocked. Since both type IIFN production and virus- induced mitochondrial apoptosis critically depend on the pattern recognition receptor (PRR) RIG-I, we examined the role of RIG-I in apoptosis in LCMV infected cells. Notably, virus- induced mitochondrial apoptosis in LCMV infected cells was found to be independent of RIG- I and MDA5, but still depended on MAVS. Our study uncovered a novel mechanism by which arenaviruses alter the host cell's pro-apoptotic signaling pathway. This might represent a strategy arenaviruses developed to maintain this branch of the innate anti-viral defense in absence of type I IFN response. Taken together, these results allow a better understanding of the interaction of arenaviruses with the host cell's innate immunity, contributing to our knowledge about pathogenic properties of these important viruses. A better comprehension of arenavirus virulence may open new avenues for vaccine development and may suggest new antiviral targets for therapeutic intervention against arenavirus infections. - Les arenavirus sont des virus enveloppés à ARN simple brin qui comportent un grand nombre de pathogènes humains. Le pathogène humain le plus important parmi les arenavirus est le virus de Lassa qui est endémique en Afrique de l'Ouest, du Sénégal au Cameroun. Le virus de Lassa est l'agent étiologique d'une fièvre hémorragique sévère appelée fièvre de Lassa, et dont le taux de mortalité peut atteindre 30% chez les patients hospitalisés. L'une des caractéristiques principales des infections fatales à arenavirus chez l'Homme est l'absence de réponse immunitaire innée et adaptative. Dans la nature, les arenavirus sont hébergés par différentes espèces de rongeur, qui représentent à la fois les réservoirs naturels et les vecteurs de transmission des arenavirus. Dans leur hôte naturel, les arenavirus ont la capacité d'établir une infection persistante sans symptôme manifeste d'une quelconque pathologie. Nous pensons que la modulation de système immunitaire inné de la cellule hôte par les arenavirus est un paramètre clé pour la persistance au sein de l'hôte naturel, ainsi que pour la pathogenèse chez l'Homme. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'interaction des arenavirus avec deux branches essentielles de la défense antivirale innée de la cellule hôte, le système interféron (IFN) de type I et l'apoptose. La nucléoprotéine virale (NP) est responsable de l'activité anti-IFN des arenavirus. Plus spécifiquement, la NP bloque 1'activation et la translocation nucléaire du facteur de transcription IRF3 qui conduit à la production des IFNs de type I. La NP du virus de Lassa et celle du virus de la chorioméningite lymphocytaire (LCMV), l'arénavirus prototypique, possèdent dans leur extrémité C-terminale un domaine 3'-5' exoribonucléase qui a été associé à l'activité anti-IFN de ces protéines. Dans un premier projet, nous avons cherché à identifier des composants cellulaires de la cascade de signalisation induisant la production d'IFNs de type I qui pourraient être ciblés par la NP virale. Nos recherches ont révélé que la NP de LCMV empêche 1'activation d'IRF3 en bloquant la phosphorylation du facteur de transcription. Nous avons découvert que la NP de LCMV cible spécifiquement la kinase IKKe, et que cette interaction spécifique est conservée à travers la famille des Arenaviridae. Notre étude a aussi permis de démontrer que la NP de LCMV interagit avec le domaine kinase d'IKKe et que l'extrémité C-terminale de la NP est impliquée. Pour finir, nous avons pu établir que l'association avec la NP de LCMV inhibe l'activité kinase d'IKKe. Cette première étude présente la découverte d'un nouveau facteur cellulaire d'interaction avec la NP des arenavirus. Cette association pourrait jouer un rôle dans l'activité anti-IFN des arénavirus, mais aussi potentiellement dans d'autres aspects des infections à arénavirus. Pour le second projet, nous nous sommes intéressés à la capacité des arénavirus à éviter et/ou supprimer l'apoptose mitochondriale. En tant que virus persistants, les arénavirus ont évolué vers une stratégie de survie "hit and stay" pour laquelle l'apoptose de la cellule hôte serait néfaste. Nous avons observé qu'à aucun moment durant l'infection LCMV n'induit l'apoptose mitochondriale. Spécifiquement, aucune activité de caspase, aucune libération mitochondriale de cytochrome c ainsi qu'aucun clivage de la polymerase poly(ADP-ribose) (PARP) n'a été détecté pendant l'infection à LCMV. Il est intéressant de noter que l'apoptose mitochondriale induite par les virus reste parfaitement fonctionnelle dans les cellules infectées par LCMV, alors que l'induction de la réponse IFN de type I est bloquée dans les mêmes cellules. La production des IFNs de type I et l'apoptose mitochondriale induite par les virus dépendent toutes deux du récepteur de reconnaissance de motifs moléculaires RIG-I. Nous avons, par conséquent, investigué le rôle de RIG-I dans l'apoptose qui a lieu dans les cellules infectées par LCMV lorsqu'on les surinfecte avec un autre virus pro-apoptotique. En particulier, l'apoptose mitochondriale induite par les surinfections s'est révélée indépendante de RIG-I et MDA5, mais dépendante de MAVS dans les cellules précédemment infectées par LCMV. Notre étude démontre ainsi l'existence d'un nouveau mécanisme par lequel les arénavirus altèrent la cascade de signalisation pro-apoptotique de la cellule hôte. Il est possible que les arénavirus aient développé une stratégie permettant de maintenir fonctionnelle cette branche de la défense antivirale innée en l'absence de réponse IFN de type I. En conclusion, ces résultats nous amènent à mieux comprendre l'interaction des arénavirus avec l'immunité innée de la cellule hôte, ce qui contribue aussi à améliorer notre connaissance des propriétés pathogéniques de ces virus. Une meilleure compréhension des facteurs de virulence des arénavirus permet, d'une part, le développement de vaccins et peut, d'autre part, servir de base pour la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques utilisées dans le traitement des infections à arénavirus.

IRF4 and BATF are critical for CD8(+) T-cell function following infection with LCMV.

CD8(+) T-cell functions are critical for preventing chronic viral infections by eliminating infected cells. For healthy immune responses, beneficial destruction of infected cells must be balanced against immunopathology resulting from collateral damage to tissues. These processes are regulated by factors controlling CD8(+) T-cell function, which are still incompletely understood. Here, we show that the interferon regulatory factor 4 (IRF4) and its cooperating binding partner B-cell-activating transcription factor (BATF) are necessary for sustained CD8(+) T-cell effector function. Although Irf4(-/-) CD8(+) T cells were initially capable of proliferation, IRF4 deficiency resulted in limited CD8(+) T-cell responses after infection with the lymphocytic choriomeningitis virus. Consequently, Irf4(-/-) mice established chronic infections, but were protected from fatal immunopathology. Absence of BATF also resulted in reduced CD8(+) T-cell function, limited immunopathology, and promotion of viral persistence. These data identify the transcription factors IRF4 and BATF as major regulators of antiviral cytotoxic T-cell immunity.

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.

Foxm1 expression in prostate epithelial cells is essential for prostate carcinogenesis.

The treatment of advanced prostate cancer (PCa) remains a challenge. Identification of new molecular mechanisms that regulate PCa initiation and progression would provide targets for the development of new cancer treatments. The Foxm1 transcription factor is highly up-regulated in tumor cells, inflammatory cells, and cells of tumor microenvironment. However, its functions in different cell populations of PCa lesions are unknown. To determine the role of Foxm1 in tumor cells during PCa development, we generated two novel transgenic mouse models, one exhibiting Foxm1 gain-of-function and one exhibiting Foxm1 loss-of-function under control of the prostate epithelial-specific Probasin promoter. In the transgenic adenocarcinoma mouse prostate (TRAMP) model of PCa that uses SV40 large T antigen to induce PCa, loss of Foxm1 decreased tumor growth and metastasis. Decreased prostate tumorigenesis was associated with a decrease in tumor cell proliferation and the down-regulation of genes critical for cell proliferation and tumor metastasis, including Cdc25b, Cyclin B1, Plk-1, Lox, and Versican. In addition, tumor-associated angiogenesis was decreased, coinciding with reduced Vegf-A expression. The mRNA and protein levels of 11β-Hsd2, an enzyme playing an important role in tumor cell proliferation, were down-regulated in Foxm1-deficient PCa tumors in vivo and in Foxm1-depleted TRAMP C2 cells in vitro. Foxm1 bound to, and increased transcriptional activity of, the mouse 11β-Hsd2 promoter through the -892/-879 region, indicating that 11β-Hsd2 was a direct transcriptional target of Foxm1. Without TRAMP, overexpression of Foxm1 either alone or in combination with inhibition of a p19(ARF) tumor suppressor caused a robust epithelial hyperplasia, but was insufficient to induce progression from hyperplasia to PCa. Foxm1 expression in prostate epithelial cells is critical for prostate carcinogenesis, suggesting that inhibition of Foxm1 is a promising therapeutic approach for prostate cancer chemotherapy.

The GENCODE pseudogene resource.

BACKGROUND: Pseudogenes have long been considered as nonfunctional genomic sequences. However, recent evidence suggests that many of them might have some form of biological activity, and the possibility of functionality has increased interest in their accurate annotation and integration with functional genomics data. RESULTS: As part of the GENCODE annotation of the human genome, we present the first genome-wide pseudogene assignment for protein-coding genes, based on both large-scale manual annotation and in silico pipelines. A key aspect of this coupled approach is that it allows us to identify pseudogenes in an unbiased fashion as well as untangle complex events through manual evaluation. We integrate the pseudogene annotations with the extensive ENCODE functional genomics information. In particular, we determine the expression level, transcription-factor and RNA polymerase II binding, and chromatin marks associated with each pseudogene. Based on their distribution, we develop simple statistical models for each type of activity, which we validate with large-scale RT-PCR-Seq experiments. Finally, we compare our pseudogenes with conservation and variation data from primate alignments and the 1000 Genomes project, producing lists of pseudogenes potentially under selection. CONCLUSIONS: At one extreme, some pseudogenes possess conventional characteristics of functionality; these may represent genes that have recently died. On the other hand, we find interesting patterns of partial activity, which may suggest that dead genes are being resurrected as functioning non-coding RNAs. The activity data of each pseudogene are stored in an associated resource, psiDR, which will be useful for the initial identification of potentially functional pseudogenes.

c-Myc controls the development of CD8alphaalpha TCRalphabeta intestinal intraepithelial lymphocytes from thymic precursors by regulating IL-15-dependent survival.

The murine gut epithelium contains a large population of thymus-derived intraepithelial lymphocytes (IELs), including both conventional CD4(+) and CD8alphabeta(+) T cells (expressing T-cell receptor alphabeta [TCRalphabeta]) and unconventional CD8alphaalpha(+) T cells (expressing either TCRalphabeta or TCRgammadelta). Whereas conventional IELs are widely accepted to arise from recirculation of activated CD4(+) and CD8alphabeta(+) T cells from the secondary lymphoid organs to the gut, the origin and developmental pathway of unconventional CD8alphaalpha IELs remain controversial. We show here that CD4-Cre-mediated inactivation of c-Myc, a broadly expressed transcription factor with a wide range of biologic activities, selectively impairs the development of CD8alphaalpha TCRalphabeta IELs. In the absence of c-Myc, CD4(-) CD8(-) TCRalphabeta(+) thymic precursors of CD8alphaalpha TCRalphabeta IELs are present but fail to develop on adoptive transfer in immunoincompetent hosts. Residual c-Myc-deficient CD8alphaalpha TCRalphabeta IEL display reduced proliferation and increased apoptosis, which correlate with significantly decreased expression of interleukin-15 receptor subunits and lower levels of the antiapoptotic protein Bcl-2. Transgenic overexpression of human BCL-2 resulted in a pronounced rescue of CD8alphaalpha TCRalphabeta IEL in c-Myc-deficient mice. Taken together, our data support a model in which c-Myc controls the development of CD8alphaalpha TCRalphabeta IELs from thymic precursors by regulating interleukin-15 receptor expression and consequently Bcl-2-dependent survival.

Role of AP-1 family members in lymphomagenesis

Constitutive activation of the nuclear factor-KB (NF-KB) transcriptional pathway is the main characteristic of the activated B-cell-like (ABC) subtype of diffuse large B- cell lymphoma (DLBCL). This has been attributed to oncogenic mutations in the CARMA1, CD79A/B, MyD88 or RNF31 signaling proteins, which control NF-kB activation at different levels. Since several of these mutations lead to a state that mimics chronically antigen receptor-stimulated B-cells, and since the antigen receptor also triggers other transcription pathways, these might be important in ABC DLBCL malignancy too. In this study we analyzed whether abnormal expression and activity of members of the AP-1 transcription factor family could contribute to the pathogenesis of ABC DLBCL. Here, we identified activation of Jun as well as ATF members of the dimeric AP-1 transcription factor family, as a hallmark of ABC but not of germinal center B- cell-like (GCB) DLBCL cell lines. ABC DLBCL cell lines harbored an upregulated expression of c-Jun, JunB, JunD and ATF3 proteins. We could show that the upregulation of c-Jun, JunB and ATF3 was dependent on constitutive BCR and MyD88 signaling. Since AP-1 transcription factors need to dimerize to be active, Jun binding partners were investigated and we could demonstrate the presence of several ATF/Jun heterodimers (including c-Jun/ATF2, c-Jun/ATF3, c-Jun/ATF7, JunB/ATF2, JunB/ATF3, JunB/ATF7, JunD/ATF2, JunD/ATF3 and JunD/ATF7 heterodimers). The disruption of ATF/Jun heterodimers by A-Fos, a dominant negative form of Jun members, was toxic to ABC but not to GCB DLBCL cell lines. Finally, ATF3 immunohistochemistry on DLBCL patient samples revealed that samples classified as non-GCB had more intense and preferentially nuclear staining of ATF3, which could be of diagnostic relevance since the histological classification of the ABC and GCB DLBCL subtypes is difficult in clinical practice. In conclusion, we could show that ABC DLBCL are not only addicted to NF-KB signaling, but also to signaling by some members of the AP-1 transcription factor family. Thus, the AP-1 pathway might be a promising therapeutic target for the treatment of ABC DLBCL. Additionally, monitoring ATF3 levels could improve the diagnosis of ABC DLBCL by IHC. -- L'activation constitutive du facteur de transcription NF-KB est l'une des caractéristiques principales des lymphomes B du type ABC-DLBCL. Cette addiction est dépendante de mutations oncogéniques de CARMA1, CD79A/B, MyD88 et RNF31 qui contrôlent NF-KB à différents niveaux. Etant donné que la plupart de ces mutations mène à un état d'activation chronique du récepteur des cellules B (BCR) et que le BCR active d'autres voies de signalisation, d'autres facteurs de transcription pourraient être impliqués dans la lymphomagénèse des ABC-DLBCL. Dans cette étude, nous nous sommes demandé si les membres de la famille du facteur de transcription AP-1 contribuaient à la pathogénèse de ce type de lymphome. Dans des lignées cellulaires de lymphomes du type ABC-DLBCL en comparaison avec le type GCB-DLBCL, nous avons pu identifier une activation anormale de plusieurs membres de la famille Jun et ATF, deux sous-familles du facteur de transcription AP-1. Les lignées cellulaires dérivées de lymphomes du type ABC-DLBCL surexpriment les facteurs de transcription c-Jun, JunB, JunD et ATF3. Leur surexpression dépend de l'activation constitutive de la voie du BCR et de MyD88. Etant donné qu'AP-1 requiert la formation de dimères pour être actif, nous nous sommes intéressés aux partenaires d'interactions de c-Jun, JunB et JunD et avons pu montrer la formation de plusieurs hétérodimères Jun/ATF (incluant les hétérodimères c-Jun/ATF2, c-Jun/ATF3, c-Jun/ATF7, JunB/ATF2, JunB/ATF3, JunB/ATF7, JunD/ATF2, JunD/ATF3 et JunD/ATF7). Lorsque l'on empêche la formation de ces hétérodimères avec A-Fos, un dominant négatif des membres Jun, la survie des lignées cellulaires du type ABC-DLBCL est diminuée, tandis que les lignées cellulaires GCB-DLBCL ne sont pas affectées. Pour finir, des immunohistochimies (IHC) pour ATF3 sur des échantillons de patients classifiés comme GCB et non-GCB ont pu montrer une coloration d'ATF3 nucléaire et beaucoup plus intense que les échantillons du type GCB. Ainsi, ATF3 pourrait être potentiellement utile en clinique pour différencier le sous type non-GCB des GCB. En conclusion, nous avons pu montrer que les lymphomes du type ABC- DLBCL ne présentent pas uniquement une addiction à NF-KB, mais également de certains membres de la famille de facteur de transcription AP-1. Par conséquent, AP- 1 pourrait être une cible thérapeutique prometteuse pour le développement de futures stratégies. En outre, la détermination des niveaux d'ATF3 par IHC pourraient améliorer le diagnostic des patients du type ABC DLBCL.

SEPT4, a p53 target gene product, implicates p 53 in the regulation of exocytosis

Résumé : Le cancer, qui est responsable d'un quart des décès en Suisse, exhibe un état cellulaire désordonné, qui lui-même, est la conséquence d'un dérèglement des gènes. Le gène le plus fréquemment altéré, dans les cas de cancers humains, est p53. Ce gène encode un facteur de transcription, impliqué dans la régulation de nombreux gènes impliqués dans le cycle cellulaire, l'apoptose ou la différenciation. Notre laboratoire a récemment identifié seize nouveaux gènes, dont l'expression est régulée par p53, parmi lesquels sept4, su jet de cette thèse. La protéine 5EPT4 appartient à la famille des septines, qui est impliquée dans la cytokinèse. Dans ce travail, nous avons confirmé la régulation de l'expression de sept4 par p53 dans des tissus de souris, et étonnamment, seul un des deux promoteurs du gène sept4 est contrôlé par p53. En outre, l'approche immunohistologique nous a permis de supposer une implication de la protéine SEPT4 dans le mécanisme de l'exocytose. Cette hypothèse a été confirmée par l'interaction de SEPT4 avec la protéine syntaxine 1A, et par son activité inhibitrice sur la sécrétion stimulée. En élargissant l'étude de la protéine SEPT4, nous avons découvert que celle-ci avait comme partenaire fonctionnel, la protéine Pinl, une enzyme qui catalyse l'isomérisation cis-trans du lien peptidique précédant une proline. bans ce contexte, nous avons démontré que l'interaction entre ces deux protéines reposait sur le domaine WW de Pinl, un type de domaine reconnaissant les motifs phosphoséryl-prolyl et phosphothréonyl-prolyl. Ce dernier résultat nous a conduit à examiner la phosphorylation de 5EPT4. Nous avons démontré que la partie N-terminale de SEPT4 était phosphorylée par la kinase Cdk5. La co¬expression de Cdk5 et de SEPT4 stimule la dégradation de SEPT4, indépendamment de la voie du protéasome. Ainsi, l'ensemble de nos observations fournissent l'évidence de l'engagement de la protéine SEPT4 dans la régulation de l'exocytose, et soutiennent le rôle de p53 dans le contrôle de l'exocytose, via SEPT4, ce qui constituerait un nouveau rôle fonctionnel pour ce gardien du génome. Summary: Cancer, which is responsible for a quarter of the deaths in Switzerland, exhibits a disordered cellular state, which itself, is the consequence of an altered state of genes. The most frequently altered gene in human cancer is p53. This gene encodes a transcription factor, implicated in the regulation of numerous genes involved in cell cycle, apoptosis or differentiation. Our laboratory has recently identified sixteen new genes whose expression is regulated by p53, amongst them septin 4, which is the subject of this thesis. The SEPT4 protein belongs to the septin family which is implicated in cytokinesis. In the present work, we have confirmed the regulation of sept4 expression by p53 in mouse tissues, and surprisingly, only one of the two sept4 promoters is regulated by p53. In addition, the immunohistologic approach enabled us to suppose a role of SEPT4 in exocytosis. This assumption was confirmed by the interaction of SEPT4 with syntaxin 1A, and by its inhibiting activity on stimulated secretion. By widening the analysis of SEPT4, we identified Pin1 as an interacting protein. Pin1 is an enzyme which catalyzes the cis-trans isomerization of the peptide bond preceding a proline residue. In this context, we showed that the interaction between these two proteins depends on the WW domain of Pin 1. This domain has been shown to function as a phosphoserine- or phosphothreonine¬binding module. This last result prompted us to examine phosphorylation of SEPT4. We demonstrated that the N-terminal portion of SEPT4 was phosphorylated by the Cdk5 kinase. The co-expression of Cdk5 with 5EPT4 stimulates SEPT4 degradation, independently of the proteasome pathway. Thus, these observations provide evidence for the engagement of SEPT4 in the regulation of exocytosis, and supports the role of p53 in the control of exocytosis, via SEPT4, which constitutes a new functional role for this guardian of the genome.

Identification of ectodysplasin target genes reveals the involvement of chemokines in hair development.

Ectodysplasin (Eda), a member of the tumor necrosis factor (Tnf) family, regulates skin appendage morphogenesis via its receptor Edar and transcription factor NF-κB. In humans, inactivating mutations in the Eda pathway components lead to hypohidrotic ectodermal dysplasia (HED), a syndrome characterized by sparse hair, tooth abnormalities, and defects in several cutaneous glands. A corresponding phenotype is observed in Eda-null mice, where failure in the initiation of the first wave of hair follicle development is a hallmark of HED pathogenesis. In an attempt to discover immediate target genes of the Eda/NF-κB pathway, we performed microarray profiling of genes differentially expressed in embryonic skin explants after a short exposure to recombinant Fc-Eda protein. Upregulated genes included components of the Wnt, fibroblast growth factor, transforming growth factor-β, Tnf, and epidermal growth factor families, indicating that Eda modulates multiple signaling pathways implicated in skin appendage development. Surprisingly, we identified two ligands of the chemokine receptor cxcR3, cxcl10 and cxcl11, as new hair-specific transcriptional targets of Eda. Deficiency in cxcR3 resulted in decreased primary hair follicle density but otherwise normal hair development, indicating that chemokine signaling influences the patterning of primary hair placodes only.

Roles of transient guidepost neurons in corpus callosum formation and guidance

RESUMENeurones transitoires jouant un rôle de cibles intermédiaires dans le guidage des axones du corps calleuxLe guidage axonal est une étape clé permettant aux neurones d'établir des connexions synaptiques et de s'intégrer dans un réseau neural fonctionnel de manière spécifique. Des cellules-cibles intermédiaires appelées « guidepost » aident les axones à parcourir de longues distances dans le cerveau en leur fournissant des informations directionnelles tout au long de leur trajet. Il a été démontré que des sous-populations de cellules gliales au niveau de la ligne médiane guident les axones du corps calleux (CC) d'un hémisphère vers l'autre. Bien qu'il fût observé que le CC en développement contenait aussi des neurones, leur rôle était resté jusqu'alors inconnu.La publication de nos résultats a montré que pendant le développement embryonnaire, le CC contient des glies mais aussi un nombre considérable de neurones glutamatergiques et GABAergiques, nécessaires à la formation du corps calleux (Niquille et al., PLoS Biology, 2009). Dans ce travail, j'ai utilisé des techniques de morphologie et d'imagerie confocale 3D pour définir le cadre neuro-anatomique de notre modèle. De plus, à l'aide de transplantations sur tranches in vitro, de co-explants, d'expression de siRNA dans des cultures de neurones primaires et d'analyse in vivo sur des souris knock-out, nous avons démontré que les neurones du CC guident les axones callosaux en partie grâce à l'action attractive du facteur de guidage Sema3C sur son récepteur Npn- 1.Récemment, nous avons étudié l'origine, les aspects dynamiques de ces processus, ainsi que les mécanismes moléculaires impliqués dans la mise en place de ce faisceau axonal (Niquille et al., soumis). Tout d'abord, nous avons précisé l'origine et l'identité des neurones guidepost GABAergiques du CC par une étude approfondie de traçage génétique in vivo. J'ai identifié, dans le CC, deux populations distinctes de neurones GABAergiques venant des éminences ganglionnaires médiane (MGE) et caudale (CGE). J'ai ensuite étudié plus en détail les interactions dynamiques entre neurones et axones du corps calleux par microscopie confocale en temps réel. Puis nous avons défini le rôle de chaque sous-population neuronale dans le guidage des axones callosaux et de manière intéressante les neurones GABAergic dérivés de la MGE comme ceux de la CGE se sont révélés avoir une action attractive pour les axones callosaux dans des expériences de transplantation. Enfin, nous avons clarifié la base moléculaire de ces mécanismes de guidage par FACS sorting associé à un large criblage génétique de molécules d'intérêt par une technique très sensible de RT-PCR et ensuite ces résultats ont été validés par hybridation in situ.Nous avons également étudié si les neurones guidepost du CC étaient impliqués dans son agénésie (absence de CC), présente dans nombreux syndromes congénitaux chez 1 humain. Le gène homéotique Aristaless (Arx) contrôle la migration des neurones GABAergiques et sa mutation conduit à de nombreuses pathologies humaines, notamment la lissencéphalie liée à IX avec organes génitaux anormaux (XLAG) et agénésie du CC. Fait intéressant, nous avons constaté qu'ARX est exprimé dans toutes les populations GABAergiques guidepost du CC et que les embryons mutant pour Arx présentent une perte drastique de ces neurones accompagnée de défauts de navigation des axones (Niquille et al., en préparation). En outre, nous avons découvert que les souris déficientes pour le facteur de transcription ciliogenic RFX3 souffrent d'une agénésie du CC associé avec des défauts de mise en place de la ligne médiane et une désorganisation secondaire des neurones glutamatergiques guidepost (Benadiba et al., submitted). Ceci suggère fortement l'implication potentielle des deux types de neurones guidepost dans l'agénésie du CC chez l'humain.Ainsi, mon travail de thèse révèle de nouvelles fonctions pour ces neurones transitoires dans le guidage axonal et apporte de nouvelles perspectives sur les rôles respectifs des cellules neuronales et gliales dans ce processus.ABSTRACTRole of transient guidepost neurons in corpus callosum development and guidanceAxonal guidance is a key step that allows neurons to build specific synaptic connections and to specifically integrate in a functional neural network. Intermediate targets or guidepost cells act as critical elements that help to guide axons through long distance in the brain and provide information all along their travel. Subpopulations of midline glial cells have been shown to guide corpus callosum (CC) axons to the contralateral cerebral hemisphere. While neuronal cells are also present in the developing corpus callosum, their role still remains elusive.Our published results unravelled that, during embryonic development, the CC is populated in addition to astroglia by numerous glutamatergic and GABAergic guidepost neurons that are essential for the correct midline crossing of callosal axons (Niquille et al., PLoS Biology, 2009). In this work, I have combined morphological and 3D confocal imaging techniques to define the neuro- anatomical frame of our system. Moreover, with the use of in vitro transplantations in slices, co- explant experiments, siRNA manipulations on primary neuronal culture and in vivo analysis of knock-out mice we have been able to demonstrate that CC neurons direct callosal axon outgrowth, in part through the attractive action of Sema3C on its Npn-1 receptor.Recently, we have studied the origin, the dynamic aspects of these processes as well as the molecular mechanisms involved in the establishment of this axonal tract (Niquille et al., submitted). First, we have clarified the origin and the identity of the CC GABAergic guidepost neurons using extensive in vivo cell fate-mapping experiments. We identified two distinct GABAergic neuronal subpopulations, originating from the medial (MGE) and caudal (CGE) ganglionic eminences. I then studied in more details the dynamic interactions between CC neurons and callosal axons by confocal time-lapse video microscopy and I have also further characterized the role of each guidepost neuronal subpopulation in callosal guidance. Interestingly, MGE- and CGE-derived GABAergic neurons are both attractive for callosal axons in transplantation experiments. Finally, we have dissected the molecular basis of these guidance mechanisms by using FACS sorting combined with an extensive genetic screen for molecules of interest by a sensitive RT-PCR technique, as well as, in situ hybridization.I have also investigated whether CC guidepost neurons are involved in agenesis of the CC which occurs in numerous human congenital syndromes. Aristaless-related homeobox gene (Arx) regulates GABAergic neuron migration and its mutation leads to numerous human pathologies including X-linked lissencephaly with abnormal genitalia (XLAG) and severe CC agenesis. Interestingly, I found that ARX is expressed in all the guidepost GABAergic neuronal populations of the CC and that Arx-/- embryos exhibit a drastic loss of CC GABAergic interneurons accompanied by callosal axon navigation defects (Niquille et al, in preparation). In addition, we discovered that mice deficient for the ciliogenic transcription factor RFX3 suffer from CC agenesis associated with early midline patterning defects and a secondary disorganisation of guidepost glutamatergic neurons (Benadiba et al., submitted). This strongly points out the potential implication of both types of guidepost neurons in human CC agenesis.Taken together, my thesis work reveals novel functions for transient neurons in axonal guidance and brings new perspectives on the respective roles of neuronal and glial cells in these processes.

Relationship between estrogen receptor alpha location and gene induction reveals the importance of downstream sites and cofactors.

BACKGROUND: To understand cancer-related modifications to transcriptional programs requires detailed knowledge about the activation of signal-transduction pathways and gene expression programs. To investigate the mechanisms of target gene regulation by human estrogen receptor alpha (hERalpha), we combine extensive location and expression datasets with genomic sequence analysis. In particular, we study the influence of patterns of DNA occupancy by hERalpha on expression phenotypes. RESULTS: We find that strong ChIP-chip sites co-localize with strong hERalpha consensus sites and detect nucleotide bias near hERalpha sites. The localization of ChIP-chip sites relative to annotated genes shows that weak sites are enriched near transcription start sites, while stronger sites show no positional bias. Assessing the relationship between binding configurations and expression phenotypes, we find binding sites downstream of the transcription start site (TSS) to be equally good or better predictors of hERalpha-mediated expression as upstream sites. The study of FOX and SP1 cofactor sites near hERalpha ChIP sites shows that induced genes frequently have FOX or SP1 sites. Finally we integrate these multiple datasets to define a high confidence set of primary hERalpha target genes. CONCLUSION: Our results support the model of long-range interactions of hERalpha with the promoter-bound cofactor SP1 residing at the promoter of hERalpha target genes. FOX motifs co-occur with hERalpha motifs along responsive genes. Importantly we show that the spatial arrangement of sites near the start sites and within the full transcript is important in determining response to estrogen signaling.

The role of the δ-opioid receptor in skin homeostasis and wound healing

Au regard des agressions environnementales constantes que la peau doit endurer, l'équilibre fragile entre l'expression et la répression des gènes épidermiques, nécessaire à la différentiation et la prolifération des kératinocytes, pourrait facilement être perturbé en l'absence des mécanismes de stabilisation robustes. La présence d'un système neuroendocrinien local est donc importante afin de coordonner une réponse aux éventuelles irritations. En effet, l'expression de plusieurs neurohormones, des neurotransmetteurs et des neuropeptides, y compris des dérivés pro-opiomélanocortine comme la ß-endorphine et [Met5]-enképhaline, ainsi que l'expression du récepteur 8-opioïde (DOR) a été démontré dans la peau. Cependant, les mécanismes moléculaires par lesquels ils modulent la fonction des kératinocytes sont mal connus. Le présent travail démontre que la voie de signalisation DOR active spécifiquement la voie ERK 1/2 MAPK dans les lignées cellulaires de kératinocytes humains, inhibant la prolifération des cellules et entraîne une diminution de l'épaisseur épidermique dans un modèle organotypique de peau. De plus, l'expression de DOR retarde nettement l'induction de la kératine 10 (KRT 10) et la kératine 1 (KRT 1) dans une modèle 2D de différentiation in vitro, et supprime l'induction de KRT 10 dans un modèle organotypique de peau. Ceci est accompagné de la dérégulation de l'involucrine (IVL), la loricrine (LOR) et la fïlaggrin (FLG), résultant en une induction nettement réduite de leur expression lors de l'initiation de la différentiation in vitro. De plus, POU2F3 a été identifié comme un facteur de transcription régulant les gènes de différentiation des kératinocytes modulés par DOR. Il a été démontré que la régulation négative de POU2F3 via la voie DOR-ERK affecte les principaux aspects de la fonction des kératinocytes. Toutefois, il est évident que des facteurs supplémentaires influencent la fonctionnalité de la voie DOR elle-même. Le calcium et le contact cellule-cellule augmentent la quantité des récepteurs à la surface cellulaire des kératinocytes. Les kératinocytes dont les récepteurs sont internalisés ne répondent pas de la même manière que ceux possédant des récepteurs fonctionnels localisée à la membrane. Ce travail suggère que lors de signaux intrinsèques ou extrinsèques spécifiques, les kératinocytes sont capable de répondre via le système opioïdergique neuro-epidermique. Cette réponse doit être spatialement et temporairement contrôlée afin d'éviter un déséquilibre de l'homéostasie épidermique et un retard de cicatrisation. La compréhension de ce processus très complexe pourrait permettre à terme le développement de meilleurs traitements des affections cutanées pathologiques. En complément des études précédentes sur des souris DOR-défïcientes, ces données suggèrent que l'activation de DOR dans les kératinocytes humains influence la morphogenèse et l'homéostasie de l'épiderme, et pourrait jouer un rôle lors du processus de cicatrisation. - In view of the constant environmental assaults that the skin must endure, the delicate balance of an eloquent sequence of epidermal gene expression and repression, that is required for appropriate differentiation and proliferation of keratinocytes, might easily become derailed in the absence of robust stabilizing mechanisms. The presence of a local neuroendocrine system is thereby important to coordinate a response towards irritations. In fact, the expression of several neurohormones, neurotransmitters, and neuropeptides, including proopiomelanocortin derivatives, such as ß- endorphin and [Met5]-enkephalin has been shown in skin, as well as expression of the 6-opioid receptor (DOR). However, there is currently a lack of understanding of the molecular mechanisms by which their signalling modulates keratinocyte function. The present work demonstrates that DOR signalling specifically activates the ERK 1/2 MAPK pathway in human keratinocyte cell lines. This activation inhibits cell proliferation, resulting in decreased epidermal thickness in an organotypic skin model. Furthermore, DOR expression markedly delays induction of keratin intermediate filament Keratin 10 (KRT 10) and KRT 1 during in vitro differentiation, and abolishes the induction of KRT 10 in the organotypic skin model. This is accompanied by deregulation of involucrin (IVL), loricrin (LOR), and filaggrin (FLG), illustrated by a markedly reduced induction of their expression upon initiation of differentiation in vitro. Additionally, POU2F3 was identified as a transcription factor mediating the DOR induced regulation of keratinocyte differentiation related genes. It was revealed that DOR-mediated ERK-dependent downregulation of this factor affects key aspects of keratinocyte function. However, it is evident that additional triggers influence the functionality of the DOR itself. Calcium at concentrations above 0.1 mM and cell-cell contact both enhance the presence of receptor molecules on the keratinocytes cell surface. Keratinocytes with internalized receptor do not respond to DOR ligands in the same way as keratinocytes with a functional membrane localized receptor.

Analyse des modifications de la chromatine impliquées dans l'effet barrière de CTF1 aux télomères humains

Eukaryotic genomes are compartmentalized in different structural domains that can affect positively or negatively gene expression. These regions of euchromatin and heterochromatin are characterized by distinct histones marks which can facilitate or repress gene transcription. The chromatin environment represents thus one of the main problems to control gene expression in biotechnological applications or gene therapy, since its expression is affected by the chromatin neighboring its locus of insertion. Some chromatin regions like telomeres are composed of constitutive heterochromatin which leads to the telomeric position effect (TPE) that silences genes adjacent to the telomere. TPE is known to spread by the selfrecruitment of the SIR histone deacetylase complex from the telomere in S.cerevisiae, but the histone marks that are associated to telomeric chromatin in mammalian cells remain mostly unknown. The transcription factor CTF1 has shown antisilencing properties in mammalian cells and also a boundary activity against TPE in yeast cells when fused to the yeast Gal4 DNA binding domain. In the work presented here, we describe a dual-reporter system to assess the boundary activity of proteins such as CTF1 at human telomeres. When located between the two reporter genes, CTF1 shields the telomere distal gene from TPE, while the telomereproximal gene remains silenced by telomeric heterochromatin. The boundary activity of CTF1 is shown to act regardless its function of transcriptional activator, by opposition to the transcriptional activator VP16 which activates indifferently both transgenes. Moreover, this study shows that CTF1 boundary activity is linked to its H3 binding function, as expected from a chromatin remodeler. ChIP experiments showed that histone deacetylation is the main histone modification involved in gene silencing at mammalian cell telomeres. Distinctly to yeast cells, the histone deacetylation signal in human cells extented over a short range along the chromosome. CTF1 may help to block this propagation and therefore to restore histones acetylation level on telomere protected locus. Surprisingly, other histone marks such as trimethyl-H3K9 or trimethyl-H4K20 were found on telomere protected locus, while in another clone, unsilencing of telomere distal transgene was associated with recruitment of the histone variant H2A.Z. Thus, I conclude that CTF1 displays a chromatin boundary function which is independent of its transcriptional activity and therefore exhibit features required for use as chromatin insulator in biotechnological applications. RESUME Les génomes eucaryotes sont compartementalisés en domaines structurels qui peuvent affecter positivement ou négativement l'expression des gènes avoisinants. Ces régions dites d'euchromatine ou d'hétérochromatine sont caractérisées par des modifications posttraductionnelles des histones qui peuvent faciliter ou au contraire inhiber la transcription des gènes qui s'y trouvent. Ainsi, isoler un gène de son environnement chromatinien est problème fréquent lorsqu'il s'agit de contrôler son expression dans le cadre d'applications en biotechnologie ou encore en thérapie génique. Certaines régions de chromatine telles que les télomères sont composées d'hétérochromatine constitutive qui mène au silençage des gènes avoisinants. Cet effet de position télomérique (TPE) est connu dans la levure S.cerevisiae comme se propageant par auto-recrutement du complexe de déacétylation d'histone SIR, alors que peu de modifications de chromatine ont pu être associées à ce phénomène dans les cellules de mammifères. Le facteur de transcription CTF1 a montré des propriétés d'anti-silençage dans les cellules de mammifères, ainsi qu'une activité barrière contre le silençage télomérique dans les cellules de levures lorsqu'il est fusionné au domaine de liaison à l'ADN de la protéine de levure Gal4. Dans le travail présenté ci-après est décrit un système à deux gènes rapporteurs permettant de mesurer l'activité barrière de protéines telles que CTF1 aux télomères humains, et les modifications de chromatine qui y sont associées. Lorsque CTF1 est placé entre les deux gènes rapporteurs, le gène distant du télomère est protégé du silençage qui lui est associé, alors que le gène proche du télomère reste soumis à ce silençage induit par l'hétérochromatine télomérique. L'activité barrière de CTF1 est montrée ici comme agissant indépendamment de son activité transcriptionnelle, par opposition à l'activateur transcriptionnel VP16 qui active indifféremment les deux transgènes. En outre, cette étude appuie l'hypothèse stipulant que CTF1 agisse comme remodeleur chromatinien puisqu'elle démontre que son activité barrière est directement dépendante de son activité de liaison avec l'histone H3. De plus, des expériences d'immuno-précipitation de la chromatine démontrent que la déacétylation des histones est le majeur phénomène intervenant dans le silençage télomérique. Par opposition à la levure, ce signal de déacétylation ne se propage dans les cellules humaines que sur une courte distance le long du chromosome. CTF1 agit ainsi en bloquant cette propagation et en restaurant le niveau d'acétylation des histones sur le locus protégé du télomère. De manière surprenante et inattendue, d'autres modifications d'histones telles que 4 les H3K9 et H4K20 triméthylées sont aussi observées à ce locus, tandis le recrutement du variant H2A.Z peut aussi être suffisant à restaurer l'expression du gène distant du télomère. En terme de cette analyse, CTF1 exhibe ainsi une fonction de barrière chromatinienne qui exclue une activité transcriptionnelle non désirée - propriété qui est requise dans l'établissement des isolateurs visant à permettre le contrôle d'un transgène dans le cadre d'applications en biotechnologies.

Peroxisome proliferator activated receptor-γ and the ubiquitin-proteasome system in colorectal cancer.

Peroxisome proliferator activated receptor-γ (PPARγ), a transcription factor of the nuclear receptor superfamily plays a significant role in colorectal cancer pathogenesis. In most experimental systems PPARγ activation has tumor suppressing effects in the colon. PPARγ is regulated at multiple levels by the ubiquitin-proteasome system (UPS). At a first level, UPS regulates PPARγ transcription. This regulation involves both PPARγ transcription specific factors and the general transcription machinery. At a second level UPS regulates PPARγ and its co-factors themselves, as PPARγ and many co-factors are proteasome substrates. At a third level of regulation, transduction pathways working in parallel but also having interrelations with PPARγ are regulated by the UPS, creating a network of regulation in the colorectal carcinogenesis-related pathways that are under UPS control. Activation of PPARγ transcription by direct pharmacologic activators and by stabilization of its molecule by proteasome inhibitors could be strategies to be exploited in colorectal cancer treatment.