Arabidopsis jasmonate signaling pathway.

Jasmonates control defense gene expression and male fertility in the model plant Arabidopsis thaliana. In both cases, the involvement of the jasmonate pathway is complex, involving large-scale transcriptional reprogramming. Additionally, jasmonate signaling is hard-wired into the auxin, ethylene, and salicylate signal networks, all of which are under intense investigation in Arabidopsis. In male fertility, jasmonic acid (JA) is the essential signal intervening both at the level of anther elongation and in pollen dehiscense. A number of genes potentially involved in jasmonate-dependent anther elongation have recently been discovered. In the case of defense, at least two jasmonates, JA and its precursor 12-oxo-phytodienoic acid (OPDA), are necessary for the fine-tuning of defense gene expression in response to various microbial pathogens and arthropod herbivores. However, only OPDA is required for full resistance to some insects and fungi. Other jasmonates probably affect yet more physiological responses. A series of breakthroughs have identified the SKP/CULLIN/F-BOX (SCF), CORONATINE INSENSITIVE (COI1) complex, acting together with the CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 9 (COP9) signalosome, as central regulatory components of jasmonate signaling in Arabidopsis. The studies, mostly involving mutational approaches, have paved the way for suppressor screens that are expected to further extend our knowledge of jasmonate signaling. When these and other new mutants affecting jasmonate signaling are characterized, new nodes will be added to the Arabidopsis Jasmonate Signaling Pathway Connections Map, and the lists of target genes regulated by jasmonates in Arabidopsis will be expanded.

Oral insecticidal activity of plant-associated pseudomonads.

Biocontrol pseudomonads are most known to protect plants from fungal diseases and to increase plant yield, while intriguing aspects on insecticidal activity have been discovered only recently. Here, we demonstrate that Fit toxin producing pseudomonads, in contrast to a naturally Fit-deficient strain, exhibit potent oral activity against larvae of Spodoptera littoralis, Heliothis virescens and Plutella xylostella, all major insect pests of agricultural crops. Spraying plant leaves with suspensions containing only 1000 Pseudomonas cells per ml was sufficient to kill 70-80% of Spodoptera and Heliothis larvae. Monitoring survival kinetics and bacterial titres in parallel, we demonstrate that Pseudomonas fluorescens CHA0 and Pseudomonas chlororaphis PCL1391, two bacteria harbouring the Fit gene cluster colonize and kill insects via oral infection. Using Fit mutants of CHA0 and PCL1391, we show that production of the Fit toxin contributes substantially to oral insecticidal activity. Furthermore, the global regulator GacA is required for full insecticidal activity. Our findings demonstrate the lethal oral activity of two root-colonizing pseudomonads so far known as potent antagonists of fungal plant pathogens. This adds insecticidal activity to the existing biocontrol repertoire of these bacteria and opens new perspectives for applications in crop pest control and in research on their ecological behaviour.

Biochemical characterization of FANCD2 and FANCM in the Fanconi Anaemia pathway

Abstract : The maintenance of genome stability is a challenge for all living organisms. DNA is regularly subjected to chemical alterations by both endogenous and exogenous DNA damaging agents. If left unrepaired, these lesions will create mutations or lead to chromosomal instability. DNA crosslinking agents probably bring about the most toxic lesions. By linking covalently the two strands of DNA, crosslinking agents will impede essential cellular processes such as replication and transcription. Cells from Fanconi anaemia patients are extremely sensitive to these agents. Fanconi anaemia (FA) is a rare chromosomal instability disorder that leads to developmental defects, pancytopenia and cancer susceptibility. FA is a genetically heterogeneous disease with thirteen complementation groups identified. Proteins encoded by the FA genes work together in the FA pathway. Eight of these proteins form the FA core complex (FANC-A, B, C,E, F, G, L and -M), whose integrity is required to monoubiquitinate FANCD2 and FANCI in response to DNA damage. The hypersensitivity of FA cells to crosslinking agents, which perturb the progression of replication forks, has led to the hypothesis that FA proteins play a crucial role in the response to replication stress. However, at the molecular level, the functions of the FA pathway remain largely unknown. Our efforts were first focused on the characterization of FANCD2, "the key effector of the FA pathway". Using different substrates, we found that in vitro, purified hFANCD2 preferentially binds single strand DNA and double strand DNA extremities. Concomitantly, FANCM was identified as a new component of the FA core complex. Moreover FANCM was shown to have specific branch migration activities and probably a role as a "landing platform" on DNA for the other components of the core complex. By using FANCM mutants carrying deletions within the internal domain, we investigated the role of FANCM as a DNA anchor protein for the core complex. We observed that indeed, a specific part of the internal domain of FANCM interacts with components of the core complex. Finally, in collaboration with Weidong Wang's lab we characterized two new components of the FA pathway: FAAP10 and FAAP16. As a heterodimer these two proteins show affinity for dsDNA, and anneal complementary oligonucleotides in vitro. Moreover these proteins can associate with FANCM via a part of its internal domain. We find that FANCM, FAAP 10 and FAAP 16 can co-exist on the branch point of replication and recombination intermediates, and that FAAP10 and FAAP16 stimulate replication fork reversal by FANCM. These results suggest that FANCM may function as a landing platform for the core complex. After loading on DNA, the core complex can activate FANCD2 through monoubiquitination leading to its recruitment to the site of damage. Since ssDNA and double strand breaks are intermediates that are generated as a consequence of collapsed replication forks, FANCD2 by binding to ds DNA ends and ssDNA could protect such structures from the recombination repair machinery and prevent unscheduled recombination events. Alternatively, FANCD2 could avoid nucleases from gaining access to collapsed forks, preserving the DNA in state that can be used as a starting point for resumption of DNA synthesis. The overall comprehension of the FA pathway is far from been complete. Our results unravel new aspects of Fanconi Anaemia, which hopefully in the near future will address keys questions leading to a better understanding of the fascinating Fanconi Anaemia. Résumé : Le maintien de l'intégrité du génome est fondamentale chez tous les organismes vivants. L'ADN est constamment altéré par des composés aussi bien endogènes qu'exogènes. Si ces altérations ne sont pas réparées, elles peuvent conduire à l'apparition de mutations, ainsi qu'à une instabilité génomique accrue. Les lésions les plus sévères qui peuvent survenir sur l'ADN, sont les pontages inter caténaires. Des agents pontants en liant de façon covalente les deux brins d'ADN, vont empêcher le déroulement normal de processus cellulaires essentiels tels que la réplication ou la transcription. La compréhension des mécanismes permettant à la cellule de tolérer et réparer ces lésions est primordiale, notamment dans le cas des patients atteints de l'anémie de Fanconi qui présentent une très grande sensibilité à ces composés pontants. L'anémie de Fanconi est une maladie génétique rare appartenant à un groupe de pathologies associées à une grande instabilité chromosomique. Les patients atteints de l'anémie de Fanconi présentent des malformations du squelette, une pancytopénie et une forte propension à la survenue de cancer. L'anémie de Fanconi est génétiquement très hétérogène. À ce jour, 13 gènes codant pour 13 protéines FANC différentes ont été identifiés. Huit de ces protéines fonctionnent ensemble au sein d'un complexe (nommé le complexe FANC) ayant pour but de monoubiquitiner FANCD2 et FANCI en réponse à la formation de lésions sur l'ADN. L'extrême sensibilité des cellules de patients atteints de l'anémie de Fanconi à ces agents pontant l'ADN suggère l'implication des protéines FANC dans la réponse cellulaire suite à une stress réplicatif. Cependant, le rôle moléculaire exact de ces protéines demeure encore inconnu. Après purification, nous avons observé que FANCD2 était capable de lier l'ADN simple brin, ainsi que les extrémités d'ADN in vitro. Dans le même temps, FANCM fut identifié comme appartenant au complexe FANC. FANCM est décrit comme une translocase capable de promouvoir le déplacement de point de jonction dans des structures d'ADN spécifiques in vitro. De plus, en se liant à l'ADN, FANCM peut agir comme une plateforme pour les autres protéines FANC, leur permettant ainsi d'être adressées à l'ADN. En créant des protéines FANCM recombinantes ayant des délétions dans le domaine interne, nous avons pu observer que certaines protéines du complexe FANC se fixent à des sites spécifiques sur le domaine interne de FANCM. Enfin, au travers d'une collaboration, nous avons été amenés à caractériser deux nouvelles protéines appartenant au complexe FANC : FAAP 10 et FAAP16. Elles s'associent à FANCM par l'intermédiaire du domaine interne, et forment ainsi un hétérotrimére. La présence de FAAP10 et FAAP16 n'affecte pas la liaison de FANCM à l'ADN, mais semble potentialiser son activité de régression in vitro. FANCM semble donc fonctionner comme une plateforme pour les autres composants du complexe FANC. Ces derniers, une fois liés à l'ADN permettent la monoubiquitination de FANCD2 et son recrutement au site lésé de l'ADN. FANCD2 en se liant de façon préférentielle à l'ADN simple brin et aux extrémités d'ADN qui sont générés lors de l'arrêt et du démantèlement d'une fourche de réplication, pourrait protéger ces même fourches de réplication arrêtées, d'évènements de recombinaison aléatoires. Nos résultats apportent de nouveaux éléments concernant les mécanismes moléculaires de l'anémie de Fanconi. Enfin, l'étude de l'anémie de Fanconi permet aussi de mieux comprendre les mécanismes mis en place par la cellule pour tolérer des lésions survenant lors de la réplication.

Characterization of the molecular mechanisms of insulin exocytosis and of their adaptation to physiopathological conditions

Résumé large public Le glucose est une source d'énergie essentielle pour notre organisme, indispensable pour le bon fonctionnement des cellules de notre corps. Les cellules β du pancréas sont chargées de réguler l'utilisation du glucose et de maintenir la glycémie (taux de glucose dans le sang) à un niveau constant. Lorsque la glycémie augmente, ces dernières sécrètent l'insuline, une hormone favorisant l'absorption, l'utilisation et le stockage du glucose. Une sécrétion insuffisante d'insuline provoque une élévation anormale du taux de glucose dans le sang (hyperglycémie) et peut mener au développement du diabète sucré. L'insuline est sécrétée dans le sang par un mécanisme particulier appelé exocytose. Une meilleure compréhension de ce mécanisme est nécessaire dans l'espoir de trouver des nouvelles thérapies pour traiter les 170 millions de personnes atteintes de diabète sucré à travers le monde. L'implication de diverses protéines, comme les SNAREs ou Rabs a déjà été démontrée. Cependant leurs mécanismes d'action restent, à ce jour, peu compris. De plus, l'adaptation de la machinerie d'exocytose à des conditions physiopathologiques, comme l'hyperglycémie, est encore à élucider. Le but de mon travail de thèse a été de clarifier le rôle de deux protéines, Noc2 et Tomosyn, dans l'exocytose ; puis de déterminer les effets d'une exposition prolongée à un taux élevé de glucose sur l'ensemble des protéines de la machinerie d'exocytose. Noc2 est un partenaire potentiel de deux Rabs connues pour leur implication dans les dernières étapes de l'exocytose, Rab3 et Rab27. Grâce à l'étude de différents mutants de Noc2, j'ai montré que l'interaction avec Rab27 permet à la protéine de s'associer avec les organelles de la cellule β contenant l'insuline. De plus, en diminuant sélectivement l'expression de Noc2, j'ai déterminé l'importance de cette protéine pour le bon fonctionnement du processus d'exocytose et le relâchement de l'insuline. Quant à Tomosyn, une protéine interagissant avec les protéines SNAREs, j'ai démontré son importance dans la sécrétion d'insuline en diminuant de manière sélective son expression dans les cellules β. Ensuite, grâce à une combinaison d'approches moléculaires et de microscopie, j'ai mis en évidence le rôle de Tomosyn dans les dernières étapes de l'exocytose. Enfin, puisque la sécrétion d'insuline est diminuée lors d'une hyperglycémie prolongée, j'ai analysé l'adaptation de la machinerie d'exocytose à ces conditions. Ceci m'a permis de découvrir que l'expression de quatre protéines essentielles pour le processus d'exocytose, Noc2, Rab3, Rab27 et Granuphilin, est fortement diminuée lors d'une hyperglycémie chronique. L'ensemble de ces données met en évidence l'importance de Noc2 et Tomosyn dans la sécrétion d'insuline. L'inhibition, par un taux élevé de glucose, de l'expression de Noc2 et d'autres protéines indispensables pour l'exocytose suggère que ce phénomène pourrait contribuer au développement du diabète sucré. Résumé L'exocytose d'insuline, en réponse au glucose circulant dans le sang, est la fonction principale de la cellule β. Celle-ci permet de stabiliser le taux de glucose sanguin (glycémie). Le diabète de type 2 est caractérisé par une glycémie élevée due, principalement, à un défaut de sécrétion d'insuline en réponse au glucose. La compréhension des mécanismes qui contrôlent l'exocytose d'insuline est essentielle pour clarifier les causes du diabète sucré. Plusieurs composants impliqués dans ce processus ont été identifiés. Ceux-ci incluent les SNAREs Syntaxin-1, VAMP2 et SNAP25 et les GTPases Rab3 et Rab27 qui jouent un rôle dans les dernières étapes de l'exocytose. Pendant mon travail de thèse, j'ai étudié le rôle de Noc2, un des partenaires de Rab3 et Rab27, dans l'exocytose d'insuline. Nous avons déterminé que Noc2 s'associe aux granules de sécrétion d'insuline grâce à son interaction avec Rab27. La diminution de l'expression de Noc2 dans la lignée cellulaire β INS-1E, par ARN interférence, influence négativement la sécrétion d'insuline stimulée par différents sécrétagogues et prouve que cette protéine Noc2 est essentielle pour l'exocytose d'insuline. L'interaction avec Munc13, une protéine impliquée dans l'arrimage des vésicules, suggère que Noc2 participe au recrutement des granules d'insuline à la membrane plasmique. Ensuite, j'ai analysé l'adaptation de la machinerie d'exocytose à des concentrations supraphysiologiques de glucose. Le niveau d'expression de Rab3 et Rab27 et de leurs effecteurs Granuphilin/S1p4 et Noc2 est fortement diminué par une exposition prolongée des cellules β à haut glucose. L'effet observé est en relation avec l'induction de l'expression de ICER, un facteur de transcription surexprimé dans des conditions d'hyperglycémie et également dans des modèles génétiques de diabète de type 2. La surexpression de ICER dans des cellules INS-1E diminue l'expression de Rab3, Rab27, Granuphilin/Slp4 et Noc2 et par conséquent l'exocytose d'insuline. Ainsi, l'induction de ICER, après une exposition prolongée à haut glucose, régule négativement l'expression de protéines essentielles pour l'exocytose et altère la sécrétion d'insuline. Ce mécanisme pourrait contribuer au dysfonctionnement de l'exocytose d'insuline dans le diabète de type 2. Dans la dernière partie de ma thèse, j'ai investigué le rôle de la protéine Tomosyn-1 dans la formation du complexe SNARE. Cette protéine a une forte affinité pour Syntaxin-1 et contient un domaine SNARE. Tomosyn-1 est concentrée dans les régions cellulaires enrichies en granules de sécrétion. La diminution sélective de l'expression de Tomosyn-1 induit une réduction de l'exocytose stimulée par différents sécrétagogues. Cet effet est dû à un défaut de fusion des granules avec la membrane plasmique. Ceci nous indique que Tomosyn-1 intervient dans une phase importante de la préparation des vésicules à la fusion, qui est nécessaire à l'exocytose. Abstract: Insulin exocytosis from pancreatic β-cells plays a central role in blood glucose homeostasis. Diabetes mellitus is a complex metabolic disorder characterized by secretory dysfunctions in pancreatic β-cells and release of amounts of insulin that are inappropriate to maintain blood glucose concentration within normal physiological ranges. To define the causes of β-cell failure a basic understanding of the molecular mechanisms that control insulin exocytosis is essential. Some of the molecular components involved in this process have been identified, including the SNARE proteins VAMP2, Syntaxin-1 and SNAP25 and the two GTPases, Rab3 and Rab27, that regulate the final steps of insulin secretion. I first investigated the role of Noc2, a potential Rab3 and Rab27 partner, in insulin secretion. I found that Noc2 associates with Rab27 and is recruited by this GTPase on insulin- containing granules. Silencing of the Noc2 gene by RNA interference led to a strong impairment in the capacity of the β-cell line INS-1E to respond to secretagogues, indicating that appropriate levels of the protein are essential for insulin exocytosis. I also showed that Noc2 interacts with Munc13, a protein that controls vesicle priming, suggesting a possible involvement of Noc2 in the recruitment of secretory granules at the plasma membrane. In the second part of my thesis, I investigated the adaptation of the molecular machinery of exocytosis to physiopathological conditions. I found that the expression of Rab3, Rab27 and of their effectors Granuphilin/Slp4 and Noc2 is dramatically decreased by chronic exposure of β-ce1ls to supraphysiological glucose levels. The observed glucotoxic effect is a consequence of the induction of ICER, a transcriptional repressor that is increased by prolonged hyperglycemia and in genetic models of type 2 diabetes. Overexpression of ICER reduced Granuphilin, Noc2, Rab3 and Rab27 levels and inhibited exocytosis. These results suggest that the presence of inappropriate levels of ICER diminishes the expression of a group of proteins essential for exocytosis and contributes to defective insulin release in type 2 diabetes. In the last part of my thesis, I focused my attention on the role of Tomosyn-1, a Syntaxin-1 binding protein possessing a SNARE-like motif, in the control of SNARE complex assembly. I found that Tomosyn-1 is concentrated in cellular compartments enriched in insulin-containing secretory granules. Silencing of Tomosyn-1 did not affect the number of secretory granules docked at the plasma membrane but decreased their release probability, resulting in a reduction in stimulus-induced insulin exocytosis. These findings suggest that Tomosyn-1 is involved in a post-docking event that prepares secretory granules for fusion and is necessary to sustain exocytosis in response to insulin secretagogues.

Living with an imperfect cell wall: compensation of femAB inactivation in Staphylococcus aureus.

BACKGROUND: Synthesis of the Staphylococcus aureus peptidoglycan pentaglycine interpeptide bridge is catalyzed by the nonribosomal peptidyl transferases FemX, FemA and FemB. Inactivation of the femAB operon reduces the interpeptide to a monoglycine, leading to a poorly crosslinked peptidoglycan. femAB mutants show a reduced growth rate and are hypersusceptible to virtually all antibiotics, including methicillin, making FemAB a potential target to restore beta-lactam susceptibility in methicillin-resistant S. aureus (MRSA). Cis-complementation with wild type femAB only restores synthesis of the pentaglycine interpeptide and methicillin resistance, but the growth rate remains low. This study characterizes the adaptations that ensured survival of the cells after femAB inactivation. RESULTS: In addition to slow growth, the cis-complemented femAB mutant showed temperature sensitivity and a higher methicillin resistance than the wild type. Transcriptional profiling paired with reporter metabolite analysis revealed multiple changes in the global transcriptome. A number of transporters for sugars, glycerol, and glycine betaine, some of which could serve as osmoprotectants, were upregulated. Striking differences were found in the transcription of several genes involved in nitrogen metabolism and the arginine-deiminase pathway, an alternative for ATP production. In addition, microarray data indicated enhanced expression of virulence factors that correlated with premature expression of the global regulators sae, sarA, and agr. CONCLUSION: Survival under conditions preventing normal cell wall formation triggered complex adaptations that incurred a fitness cost, showing the remarkable flexibility of S. aureus to circumvent cell wall damage. Potential FemAB inhibitors would have to be used in combination with other antibiotics to prevent selection of resistant survivors.

The NLRP3 inflammasome is differentially activated by pneumolysin variants and contributes to host defense in pneumococcal pneumonia.

Streptococcus pneumoniae is a leading cause of pneumonia, meningitis, and sepsis. Pneumococci can be divided into >90 serotypes that show differences in the pathogenicity and invasiveness. We tested the hypotheses that the innate immune inflammasome pathway is involved in fighting pneumococcal pneumonia and that some invasive pneumococcal types are not recognized by this pathway. We show that human and murine mononuclear cells responded to S. pneumoniae expressing hemolytic pneumolysin by producing IL-1β. This IL-1β production depended on the NOD-like receptor family, pyrin domain containing 3 (NLRP3) inflammasome. Some serotype 1, serotype 8, and serotype 7F bacteria, which have previously been associated with increased invasiveness and with production of toxins with reduced hemolytic activity, or bacterial mutants lacking pneumolysin did not stimulate notable IL-1β production. We further found that NLRP3 was beneficial for mice during pneumonia caused by pneumococci expressing hemolytic pneumolysin and was involved in cytokine production and maintenance of the pulmonary microvascular barrier. Overall, the inflammasome pathway is protective in pneumonia caused by pneumococci expressing hemolytic toxin but is not activated by clinically important pneumococcal sequence types causing invasive disease. The study indicates that a virulence factor polymorphism may substantially affect the recognition of bacteria by the innate immune system.

The histone-interacting domain of nuclear factor I activates simian virus 40 DNA replication in vivo.

Efficient initiation of SV40 DNA replication requires transcription factors that bind auxiliary sequences flanking the minimally required origin. To evaluate the possibility that transcription factors may activate SV40 replication by acting on the chromatin structure of the origin, we used an in vivo replication system in which we targeted GAL4 fusion proteins to the minimally required origin. We found that the proline-rich transcriptional activation domain of nuclear factor I (NF-I), which has been previously shown to interact with histone H3, specifically activates replication. Evaluation of a series of deletion and point mutants of NF-I indicates that the H3-binding domain and the replication activity coincide perfectly. Assays with other transcription factors, such as Sp1, confirmed the correlation between the interaction with H3 and the activation of replication. These findings imply that transcription factors such as NF-I can activate SV40 replication via direct interaction with chromatin components, thereby contributing to the relief of nucleosomal repression at the SV40 origin.

Characterisation of the putative effector interaction site of the regulatory HbpR protein from Pseudomonas azelaica by site-directed mutagenesis.

Bacterial transcription activators of the XylR/DmpR subfamily exert their expression control via σ(54)-dependent RNA polymerase upon stimulation by a chemical effector, typically an aromatic compound. Where the chemical effector interacts with the transcription regulator protein to achieve activation is still largely unknown. Here we focus on the HbpR protein from Pseudomonas azelaica, which is a member of the XylR/DmpR subfamily and responds to biaromatic effectors such as 2-hydroxybiphenyl. We use protein structure modeling to predict folding of the effector recognition domain of HbpR and molecular docking to identify the region where 2-hydroxybiphenyl may interact with HbpR. A large number of site-directed HbpR mutants of residues in- and outside the predicted interaction area was created and their potential to induce reporter gene expression in Escherichia coli from the cognate P(C) promoter upon activation with 2-hydroxybiphenyl was studied. Mutant proteins were purified to study their conformation. Critical residues for effector stimulation indeed grouped near the predicted area, some of which are conserved among XylR/DmpR subfamily members in spite of displaying different effector specificities. This suggests that they are important for the process of effector activation, but not necessarily for effector specificity recognition.