THE CXCR7/CXCR4/CXCL12 AXIS IN HUMAN NEUROBLASTOMA: INVOLVEMENT IN MALIGNANT PROGRESSION

Le neuroblastome (NB) est la tumeur maligne solide extra-crânienne la plus fréquente chez le jeune enfant. L'évolution clinique est très hétérogène, et les NBs de haut risque échappent encore aux traitements les plus agressifs. Diverses études ont montré que les chimiokines et leurs récepteurs, particulièrement l'axe CXCR4/CXCL12, sont impliqués dans la progression tumorale. Dans le NB, l'expression de CXCR4 est corrélée à un pronostic défavorable. De récentes études ont identifié l'expression d'un autre récepteur, CXCR7, présentant une forte affinité pour le ligand CXCL12. Cependant, son implication potentielle dans l'agressivité des NBs reste encore inconnue. Notre étude a pour objectif d'analyser le rôle de CXCR7 dans le comportement malin du NB, et son influence sur la fonctionnalité de l'axe CXCR4/CXCL12. Les profils d'expression de CXCR7 et CXCL12 ont d'abord été évalués sur un large échantillonnage de tissus de NB, incluant des tissus de tumeurs primaires et de métastases, provenant de 156 patients. CXCL12 est fortement détecté dans les vaisseaux et le stroma des tumeurs. Contrairement à CXCR4, CXCR7 n'est que très faiblement exprimé par les tumeurs indifférenciées. Néanmoins, l'expression de CXCR7 augmente dans les tumeurs matures, et se trouve spécifiquement associée aux cellules neurales différentiées, telles que les cellules ganglionnaires. L'expression de CXCR7 est faiblement détectée dans un nombre réduit de lignées de NB, mais peut-être induite suite à des traitements avec des agents de différenciation in vitro. La surexpression de CXCR7, CXCR4 et une combinaison des deux récepteurs dans les lignées IGR-NB8 et SH-SY5Y a permis l'analyse de leur fonction respective. En réponse à leur ligand commun, chaque récepteur induit l'activation de la voie ERK 1/2, mais pas celle de la voie Akt. Contrairement à CXCR4, l'expression exogène de CXCR7 réduit fortement la prolifération des cellules de NB in vitro, et in vivo dans un modèle d'injection sous-cutanée de. souris immunodéprimées. CXCR7 altère également la migration des cellules induite par l'axe CXCR4/CXCL12. De plus, l'utilisation d'un modèle orthotopique murin a démontré que la croissance tumorale induite par CXCR4 peut être fortement retardée lorsque les deux récepteurs sont co-exprimés dans les cellules de NB. Aucune induction de métastases n'a pu être observée dans ce modèle. Cette étude a permis d'identifier un profil d'expression opposé et des rôles distincts pour CXCR7 et CXCR4 dans le NB. En effet, contrairement à CXCR4, CXCR7 présente des propriétés non tumorigéniques et peut être associé au processus de différenciation du NB. De plus, nos analyses suggèrent que CXCR7 peut réguler les mécanismes induits par CXCR4. Ces données ouvrent donc de nouvelles perspectives de recherche quant au rôle de l'axe CXCR7/CXCR4/CXCL12 dans la biologie des NBs. - Neuroblastoma (NB) is a typical childhood and heterogeneous neoplasm for which efficient targeted therapy for high-risk tumours is not yet identified. The chemokine CXCL12, and its receptors CXCR4 and CXCR7 have been involved in tumour progression and dissemination in various cancer models. In the context of NB, CXCR4 expression is associated to undifferentiated tumours and poor prognosis, while the role of CXCR7, the recently identified second CXCL12 receptor, has not yet been elucidated. In this report, CXCR7 and CXCL12 expression were evaluated using a tissue micro-array (TMA) including 156 primary and 56 metastatic NB tissues. CXCL12 was found to be highly associated to NB vascular and stromal structures. In opposite to the CXCR4 expression pattern, the neural-associated CXCR7 expression was extremely low in undifferentiated tumours, while its expression increased in maturated tissues and was specifically associated to the differentiated neural tumour cells. As determined by RT-PCR, CXCR7 expression was only found in a minority of NB cell lines. Moreover, its expression in two CXCR7-negative NB cell lines was further induce upon treatment with differentiation agents in vitro. The relative roles of the two CXCL12 receptors was further assessed by overexpressing individual CXCR7 or CXCR4 receptors, or a combination of both, in the IGR-NB8 and SH-SY5Y NB cell lines. In vitro functional analyses indicated that, in response to their common ligand, both receptors induced activation of ERK 1/2 cascade, but not Akt signaling pathway. CXCR7 strongly reduced in vitro growth, in contrast to CXCR4. Sub-cutaneous implantations of CXCR7-expressing NB cells showed that CXCR7 also drastically reduced in vivo growth. Moreover, CXCR7 impaired CXCR4-mediated chemotaxis, and altered CXCR4-mediated growth when CXCR4/CXCR7-expressing NB cells were engrafted orthotopically in mouse adrenal gland, a CXCL12-producing environment. In such model, CXCR7 alone, or in association with CXCR4, did not induce NB cell metastatic dissemination. In conclusion, the CXCL12 receptors, CXCR7 and CXCR4, revealed opposite expression patterns and distinct functional roles in NB. While CXCR4 favours NB growth and chemotaxis, CXCR7 elicits anti-tumorigenic properties and may be associated with NB differentiation. Importantly, CXCR7 may act as a negative modulator of CXCR4 signaling, further opening new research perspectives for the role of the global CXCR7/CXCR4/CXCL12 axis in NB.

Species differences in the response of liver drug-metabolizing enzymes to (S)-4-O-tolylsulfanyl-2-(4-trifluormethyl-phenoxy)-butyric acid (EMD 392949) in vivo and in vitro.

Induction of drug-metabolizing enzymes (DMEs) is highly species-specific and can lead to drug-drug interaction and toxicities. In this series of studies we tested the species specificity of the antidiabetic drug development candidate and mixed peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) alpha/gamma agonist (S)-4-O-tolylsulfanyl-2-(4-trifluormethyl-phenoxy)-butyric acid (EMD 392949, EMD) with regard to the induction of gene expression and activities of DMEs, their regulators, and typical PPAR target genes. EMD clearly induced PPARalpha target genes in rats in vivo and in rat hepatocytes but lacked significant induction of DMEs, except for cytochrome P450 (P450) 4A. CYP2C and CYP3A were consistently induced in livers of EMD-treated monkeys. Interestingly, classic rodent peroxisomal proliferation markers were induced in monkeys after 17 weeks but not after a 4-week treatment, a fact also observed in human hepatocytes after 72 h but not 24 h of EMD treatment. In human hepatocyte cultures, EMD showed similar gene expression profiles and induction of P450 activities as in monkeys, indicating that the monkey is predictive for human P450 induction by EMD. In addition, EMD induced a similar gene expression pattern as the PPARalpha agonist fenofibrate in primary rat and human hepatocyte cultures. In conclusion, these data showed an excellent correlation of in vivo data on DME gene expression and activity levels with results generated in hepatocyte monolayer cultures, enabling a solid estimation of human P450 induction. This study also clearly highlighted major differences between primates and rodents in the regulation of major inducible P450s, with evidence of CYP3A and CYP2C inducibility by PPARalpha agonists in monkeys and humans.

The molecular signature of the stroma response in prostate cancer-induced osteoblastic bone metastasis highlights expansion of hematopoietic and prostate epithelial stem cell niches.

The reciprocal interaction between cancer cells and the tissue-specific stroma is critical for primary and metastatic tumor growth progression. Prostate cancer cells colonize preferentially bone (osteotropism), where they alter the physiological balance between osteoblast-mediated bone formation and osteoclast-mediated bone resorption, and elicit prevalently an osteoblastic response (osteoinduction). The molecular cues provided by osteoblasts for the survival and growth of bone metastatic prostate cancer cells are largely unknown. We exploited the sufficient divergence between human and mouse RNA sequences together with redefinition of highly species-specific gene arrays by computer-aided and experimental exclusion of cross-hybridizing oligonucleotide probes. This strategy allowed the dissection of the stroma (mouse) from the cancer cell (human) transcriptome in bone metastasis xenograft models of human osteoinductive prostate cancer cells (VCaP and C4-2B). As a result, we generated the osteoblastic bone metastasis-associated stroma transcriptome (OB-BMST). Subtraction of genes shared by inflammation, wound healing and desmoplastic responses, and by the tissue type-independent stroma responses to a variety of non-osteotropic and osteotropic primary cancers generated a curated gene signature ("Core" OB-BMST) putatively representing the bone marrow/bone-specific stroma response to prostate cancer-induced, osteoblastic bone metastasis. The expression pattern of three representative Core OB-BMST genes (PTN, EPHA3 and FSCN1) seems to confirm the bone specificity of this response. A robust induction of genes involved in osteogenesis and angiogenesis dominates both the OB-BMST and Core OB-BMST. This translates in an amplification of hematopoietic and, remarkably, prostate epithelial stem cell niche components that may function as a self-reinforcing bone metastatic niche providing a growth support specific for osteoinductive prostate cancer cells. The induction of this combinatorial stem cell niche is a novel mechanism that may also explain cancer cell osteotropism and local interference with hematopoiesis (myelophthisis). Accordingly, these stem cell niche components may represent innovative therapeutic targets and/or serum biomarkers in osteoblastic bone metastasis.

The effect of standard and high-fluence corneal cross-linking (CXL) on cornea and limbus.

PURPOSE: When treating peripheral ectatic disease-like pellucid marginal degeneration (PMD), corneal cross-linking with UV-A and riboflavin (CXL) must be applied eccentrically to the periphery of the lower cornea, partly irradiating the corneal limbus. Here, we investigated the effect of standard and double-standard fluence corneal cross-linking with riboflavin and UV-A (CXL) on cornea and corneal limbus in the rabbit eye in vivo. METHODS: Epithelium-off CXL was performed in male New Zealand White rabbits with two irradiation diameters (7 mm central cornea, 13 mm cornea and limbus), using standard fluence (5.4 J/cm(2)) and double-standard fluence (10.8 J/cm(2)) settings. Controls were subjected to epithelial removal and riboflavin instillation, but were not irradiated with UV-A. Following CXL, animals were examined daily until complete closure of the epithelium, and at 7, 14, 21, and 28 days. Animals were killed and a corneoscleral button was excised and processed for light microscopy and immunohistochemistry. RESULTS: For both irradiation diameters and fluences tested, no signs of endothelial damage or limbal vessel thrombosis were observed, and time to re-epithelialization was similar to untreated controls. Histological and immunohistochemical analysis revealed no differences in the p63 putative stem cell marker expression pattern. CONCLUSIONS: Even when using fluence twice as high as the one used in current clinical CXL settings, circumferential UV-A irradiation of the corneal limbus does not alter the regenerative capacity of the limbal epithelial cells, and the expression pattern of the putative stem cell marker p63 remains unchanged. This suggests that eccentric CXL may be performed safely in PMD.

An HMG-box-containing T-cell factor required for thymocyte differentiation.

Two candidate genes for controlling thymocyte differentiation, T-cell factor-1 (Tcf-1) and lymphoid enhancer-binding factor (Lef-1), encode closely related DNA-binding HMG-box proteins. Their expression pattern is complex and largely overlapping during embryogenesis, yet restricted to lymphocytes postnatally. Here we generate two independent germline mutations in Tcf-1 and find that thymocyte development in (otherwise normal) mutant mice is blocked at the transition from the CD8+, immature single-positive to the CD4+/CD8+ double-positive stage. In contrast to wild-type mice, most of the immature single-positive cells in the mutants are not in the cell cycle and the number of immunocompetent T cells in peripheral lymphoid organs is reduced. We conclude that Tcf-1 controls an essential step in thymocyte differentiation.

Bgee: integrating and comparing heterogeneous transcriptome data among species

Gene expression patterns are a key feature in understanding gene function, notably in development. Comparing gene expression patterns between animals is a major step in the study of gene function as well as of animal evolution. It also provides a link between genes and phenotypes. Thus we have developed Bgee, a database designed to compare expression patterns between animals, by implementing ontologies describing anatomies and developmental stages of species, and then designing homology relationships between anatomies and comparison criteria between developmental stages. To define homology relationships between anatomical features we have developed the software Homolonto, which uses a modified ontology alignment approach to propose homology relationships between ontologies. Bgee then uses these aligned ontologies, onto which heterogeneous expression data types are mapped. These already include microarrays and ESTs.

Microarray and RNAi Analysis of P450s in Anopheles gambiae Male and Female Steroidogenic Tissues: CYP307A1 Is Required for Ecdysteroid Synthesis.

In insects, the steroid hormone 20-hydroxyecdysone (20E) coordinates major developmental transitions. While the first and the final steps of 20E biosynthesis are characterized, the pathway from 7-dehydrocholesterol to 5β-ketodiol, commonly referred as the "black box", remains hypothetical and whether there are still unidentified enzymes is unknown. The black box would include some oxidative steps, which are believed to be mediated by P450 enzymes. To identify new enzyme(s) involved in steroid synthesis, we analyzed by small-scale microarray the expression of all the genes encoding P450 enzymes of the malaria mosquito Anopheles gambiae in active steroidogenic organs of adults, ovaries from blood-fed females and male reproductive tracts, compared to inactive steroidogenic organs, ovaries from non-blood-fed females. Some genes encoding P450 enzymes were specifically overexpressed in female ovaries after a blood-meal or in male reproductive tracts but only three genes were found to be overexpressed in active steroidogenic organs of both females and males: cyp307a1, cyp4g16 and cyp6n1. Among these genes, only cyp307a1 has an expression pattern similar to other mosquito steroidogenic genes. Moreover, loss-of-function by transient RNAi targeting cyp307a1 disrupted ecdysteroid production demonstrating that this gene is required for ecdysteroid biosynthesis in Anopheles gambiae.

Role of beta-1 integrin in tumor growth and dissemination

SUMMARY Cancer is one of the leading causes of disease-related mortality. In most cases, death is due to the spread of cells from the primary tumor to distant sites causing formation of metastases. To become tumorigenic, cells should acquire ability, including self-sufficiency in growth signals, insensitivity to anti-growth signals, resistance to apoptosis, sustained angiogenesis, limitless replicative potential and tissue invasion and metastasis. Tumor progression depends, in part on the relationship between tumor cells and host tissue stroma, characterized by changes of tumor cell adhesion to their microenvironment and activation of a variety of extracellular proteases that play a role in ECM degradation. integrins are adhesion proteins implicated in tumorigenesis. Their main function is to mediate cell adhesion to the ECM or to other cells and to create a link between the ECM and the cytoskeleton. Tumor cells like normal cells use integrins to attach to ECM, migrate into surrounding tissues and derive survival and growth signals. Integrin-dependent adhesion and migration are thought to play an important role in tumor dissemination. A strategy was designed to address the role of β1 integrin tumor growth and dissemination. Murine mammary carcinoma (TA3) cells were stably transfected with a soluble β1 integrin construct, which is anticipated to play a dominant negative role, being able to associate with different α-subunits expressed on the cell surface but unable to transduce signals to the nucleus. Results from studies based on soluble β1 integrin TA3 transfectants showed that 1) the integrin expression pattern at the cell surface changed with an induction of α2β1 and α5β1 heterodimers; 2) adhesion to collagens, especially collagen I was increased; 3) tumor dissemination after intrape-ritoneal injection in syngeneic mice was abolished and 4) local growth after orthotopic injection was maintained but delayed. Taken together, the data presented here suggest that β1 integrin plays a potentially important role in the regulation of tumor behavior. RESUME Le cancer est une des principales causes de mortalité suite à une maladie. Dans la plupart des cas, la mort est la conséquence de la dissémination de cellules, provenant de la tumeur primaire, dans des endroits distants et causant la formation de métastases. Afin de devenir cancéreuse, une cellule doit acquérir certaines capacités, telles qu'une auto-suffisance en facteurs de croissance, une insensibilité aux facteurs empêchant la croissance cellulaire, une résistance à l'apoptose, une angiogénèse soutenue, un potentiel de réplication illimité et une capacité à pénétrer dans les tissus et à former des colonies métastatiques. La progression d'une tumeur dépend, en partie, de la relation entre les cellules tumorales et les cellules tissulaires de l'hôte. Cette relation est caractérisée par des modifications des cellules tumorales quant à leur adhésion au microenvironnement et à l'activation de protéases qui permettent de dégrader la matrice extracellulaire. Les intégrines sont des protéines impliquées dans le développement tumoral. Leur fonction principale est de réguler l'adhésion des cellules à la matrice extracellulaire, ou à d'autres cellules, et de créer un lien entre cette matrice extracellulaire et le cytosquelette. Les cellules tumorales utilisent également les intégrines pour se lier à la matrice extracellulaire, pour migrer dans les tissus adjacents et pour induire des signaux de croissance et de survie. Ces événements d'adhésion et de migration, qui dépendent des intégrines, jouent un rôle primordial dans la dissémination des cellules cancéreuses. Une stratégie a été élaborée afin de définir le rôle de l'intégrine β1 durant la croissance et la dissémination des cellules tumorales. Des cellules provenant d'un carcinome de la glande mammaire (TA3) ont été transfectées de manière stable avec un vecteur contenant la séquence codante de la partie extracellulaire de l'intégrine β1. L'intégrine tronquée doit être capable de se lier aux sous-unités α exprimées à la surface de la cellule, mais doit être incapable de transmettre un signal à l'intérieur de la cellule. Les résultats obtenus avec les cellules TA3 transfectées contenant l'intégrine β1 soluble montrent que I) le répertoire d'expression des intégrines à la surface de la cellule a changé en faveur des hétérodimères α2β1 et α5β1; 2) l'adhésion aux collagènes, particulièrement au collagène de type I a augmenté; 3) la dissémination des cellules tumorales après une injection intrapéritonéale est empêchée; 4) la croissance tumorale après une injection orthotopique est conservée mais retardée. Ces résultats montrent que l'intégrine β1 joue un rôle primordial dans la régulation du comportement tumoral.

Phylogenetic analyses of C4 photosynthesis evolution in grasses: genetics of convergence and convergence of genes

Summary : During the evolutionary diversification of organisms, similar ecological constraints led to the recurrent appearances of the same traits (phenotypes) in distant lineages, a phenomenon called convergence. In most cases, the genetic origins of the convergent traits remain unknown, but recent studies traced the convergent phenotypes to recurrent alterations of the same gene or, in a few cases, to identical genetic changes. However, these cases remain anecdotal and there is a need for a study system that evolved several times independently and whose genetic determinism is well resolved and straightforward, such as C4 photosynthesis. This adaptation to warm environments, possibly driven by past atmospheric CO2 decreases, consists in a CO2-concentrating pump, created by numerous morphological and biochemical novelties. All genes encoding C4 enzymes already existed in C3 ancestors, and are supposed to have been recruited through gene duplication followed by neo-functionalization, to acquire the cell specific expression pattern and altered kinetic properties that characterize Ca-specific enzymes. These predictions have so far been tested only in species-poor and ecologically marginal C4 dicots. The monocots, and especially the grass family (Poaceae), the most important C4 family in terms of species number, ecological dominance and economical importance, have been largely under-considered as suitable study systems. This thesis aimed at understanding the evolution of the C4 trait in grasses at a molecular level and to use the genetics of C4 photosynthesis to infer the evolutionary history of the C4 phenotype and its driving selective pressures. A molecular phylogeny of grasses and affiliated monocots identified 17 to 18 independent acquisitions of the C4 pathway in the grass family. A relaxed molecular clock was used to date these events and the first C4 evolution was estimated in the Chloridoideae subfamily, between 32-25 million years ago, at a period when atmospheric CO2 abruptly declined. Likelihood models showed that after the COZ decline the probability of evolving the C4 pathway strongly increased, confirming low CO2 as a likely driver of C4 photosynthesis evolution. In order to depict the genetic changes linked to the numerous C4 origins, genes encoding phopshoenolpyruvate carboxylase (PEPC), the key-enzyme responsible for the initial fixation of atmospheric CO2 in the C4 pathway, were isolated from a large sample of C3 and C4 grasses. Phylogenetic analyses were used to reconstruct the evolutionary history of the PEPC multigene family and showed that the evolution of C4-specific PEPC had been driven by positive selection on 21 codons simultaneously in up to eight C4 lineages. These selective pressures led to numerous convergent genetic changes in many different C4 clades, highlighting the repeatability of some evolutionary processes, even at the molecular level. PEPC C4-adaptive changes were traced and used to show multiple appearances of the C, pathway in clades where species tree inferences were unable to differentiate multiple C4 appearances and a single appearance followed by C4 to C3 reversion. Further investigations of genes involved in some of the C4 subtypes only (genes encoding decarboxylating enzymes NADP-malic enzyme and phosphoenolpyruvate carboxykinase) showed that these C4-enzymes also evolved through strong positive selection and underwent parallel genetic changes during the different Ca origins. The adaptive changes on these subtype-specific C4 genes were used to retrace the history of the C4-subtypes phenotypes, which revealed that the evolution of C4-PEPC and C4-decarboxylating enzymes was in several cases disconnected, emphasizing the multiplicity of the C4 trait and the gradual acquisition of the features that create the CO2-pump. Finally, phylogenetic analyses of a gene encoding the Rubisco (the enzyme responsible for the fixation of CO2 into organic compounds in all photosynthetic organisms) showed that C4 evolution switched the selective pressures on this gene. Five codons were recurrently mutated to adapt the enzyme kinetics to the high CO2 concentrations of C4 photosynthetic cells. This knowledge could be used to introgress C4-like Rubisco in C3 crops, which could lead to an increased yield under predicted future high CO2 atmosphere. Globally, the phylogenetic framework adopted during this thesis demonstrated the widespread occurrence of genetic convergence on C4-related enzymes. The genetic traces of C4 photosynthesis evolution allowed reconstructing events that happened during the last 30 million years and proved the usefulness of studying genes directly responsible for phenotype variations when inferring evolutionary history of a given trait. Résumé Durant la diversification évolutive des organismes, des pressions écologiques similaires ont amené à l'apparition récurrente de certains traits (phénotypes) dans des lignées distantes, un phénomène appelé évolution convergente. Dans la plupart des cas, l'origine génétique des traits convergents reste inconnue mais des études récentes ont montré qu'ils étaient dus dans certains cas à des changements répétés du même gène ou, dans de rares cas, à des changements génétiques identiques. Malgré tout, ces cas restent anecdotiques et il y a un réel besoin d'un système d'étude qui ait évolué indépendamment de nombreuses fois et dont le déterminisme génétique soit clairement identifié. La photosynthèse dite en Ça répond à ces critères. Cette adaptation aux environnements chauds, dont l'évolution a pu être encouragé par des baisses passées de la concentration atmosphérique en CO2, est constituée de nombreuses nouveautés morphologiques et biochimiques qui créent une pompe à CO2. La totalité des gènes codant les enzymes Ç4 étaient déjà présents dans les ancêtres C3. Leur recrutement pour la photosynthèse Ç4 est supposé s'être fait par le biais de duplications géniques suivies par une néo-fonctionnalisation pour leur conférer l'expression cellule-spécifique et les propriétés cinétiques qui caractérisent les enzymes C4. Ces prédictions n'ont jusqu'à présent été testées que dans des familles C4 contenant peu d'espèces et ayant un rôle écologique marginal. Les graminées (Poaceae), qui sont la famille C4 la plus importante, tant en termes de nombre d'espèces que de dominance écologique et d'importance économique, ont toujours été considérés comme un système d'étude peu adapté et ont fait le sujet de peu d'investigations évolutives. Le but de cette thèse était de comprendre l'évolution de la photosynthèse en C4 chez les graminées au niveau génétique et d'utiliser les gènes pour inférer l'évolution du phénotype C4 ainsi que les pressions de sélection responsables de son évolution. Une phylogénie moléculaire de la famille des graminées et des monocotylédones apparentés a identifié 17 à 18 acquisitions indépendantes de la photosynthèse chez les graminées. Grâce à une méthode d'horloge moléculaire relâchée, ces évènements ont été datés et la première apparition C4 a été estimée dans la sous-famille des Chloridoideae, il y a 32 à 25 millions d'années, à une période où les concentrations atmosphériques de CO2 ont décliné abruptement. Des modèles de maximum de vraisemblance ont montré qu'à la suite du déclin de CO2, la probabilité d'évoluer la photosynthèse C4 a fortement augmenté, confirmant ainsi qu'une faible concentration de CO2 est une cause potentielle de l'évolution de la photosynthèse C4. Afin d'identifier les mécanismes génétiques responsables des évolutions répétées de la photosynthèse C4, un segment des gènes codant pour la phosphoénolpyruvate carboxylase (PEPC), l'enzyme responsable de la fixation initiale du CO2 atmosphérique chez les plantes C4, ont été séquencés dans une centaine de graminées C3 et C4. Des analyses phylogénétiques ont permis de reconstituer l'histoire évolutive de la famille multigénique des PEPC et ont montré que l'évolution de PEPC spécifiques à la photosynthèse Ça a été causée par de la sélection positive agissant sur 21 codons, et ce simultanément dans huit lignées C4 différentes. Cette sélection positive a conduit à un grand nombre de changements génétiques convergents dans de nombreux clades différents, ce qui illustre la répétabilité de certains phénomènes évolutifs, et ce même au niveau génétique. Les changements sur la PEPC liés au C4 ont été utilisés pour confirmer des évolutions indépendantes du phénotype C4 dans des clades où l'arbre des espèces était incapable de différencier des apparitions indépendantes d'une seule apparition suivie par une réversion de C4 en C3. En considérant des gènes codant des protéines impliquées uniquement dans certains sous-types C4 (deux décarboxylases, l'enzyme malique à NADP et la phosphoénolpyruvate carboxykinase), des études ultérieures ont montré que ces enzymes C4 avaient elles-aussi évolué sous forte sélection positive et subi des changements génétiques parallèles lors des différentes origines de la photosynthèse C4. Les changements adaptatifs sur ces gènes liés seulement à certains sous-types C4 ont été utilisés pour retracer l'histoire des phénotypes de sous-types C4, ce qui a révélé que les caractères formant le trait C4 ont, dans certains cas, évolué de manière déconnectée. Ceci souligne la multiplicité du trait C4 et l'acquisition graduelle de composants participant à la pompe à CO2 qu'est la photosynthèse C4. Finalement, des analyses phylogénétiques des gènes codant pour la Rubisco (l'enzyme responsable de la fixation du CO2 en carbones organiques dans tous les organismes photosynthétiques) ont montré que l'évolution de la photosynthèse Ça a changé les pressions de sélection sur ce gène. Cinq codons ont été mutés de façon répétée afin d'adapter les propriétés cinétiques de la Rubisco aux fortes concentrations de CO2 présentes dans les cellules photosynthétiques des plantes C4. Globalement, l'approche phylogénétique adoptée durant cette thèse de doctorat a permis de démontré des phénomène fréquents de convergence génétique sur les enzymes liées à la photosynthèse C4. Les traces génétiques de l'évolution de la photosynthèse C4 ont permis de reconstituer des évènements qui se sont produits durant les derniers 30 millions d'années et ont prouvé l'utilité d'étudier des gènes directement responsables des variations phénotypiques pour inférer l'histoire évolutive d'un trait donné.

Analysis of antiviral immunity in primary and chronic infections

Several evidences in humans underscored the contribution of CD4 and CD8 T-cell responses in controlling viral and bacterial infections. However, CD4 and CD8 Τ cells have distinct and specific effector functions leading to a hierarchical importance in responding to different types of pathogens. In this context, the present work aimed to investigate distinct CD8 T-cell features potentially influencing T-cell efficacy against viral infection. To achieve this-objective, CD8 Τ cells derived from HIV-infected patients and healthy donors harbouring virus-specific immune responses or immunized with an HTV vaccine candidate were studied. In particular, we performed a comprehensive cross-sectional and longitudinal analysis to characterize the function, the phenotype and the functional avidity of HIV-specific CD8 Τ cells during acute (PHI) and chronic infection and, in particular, we investigated immunological parameters potentially associated with the functional avidity of HIV-specific CD8 Τ cells. In addition, we studied the expression pattern of co-inhibitory molecules and the influence of CD 160 on the functions of CD8 Τ cells in absence of chronic infections. From these analyses we observed that the functional avidity of HIV-specific CD8 T- cell responses was significantly lower in acute than in chronic infection, but was not different between chronic progressive and non-progressive patients. Functional avidity remained low after several years of antiretroviral therapy in PHI patients, but increased in patients experiencing a virus rebound following treatment interruption in association with a massive renewal of the global CD8 complementarity-determining region 3 of the TCR. The functional avidity was also directly associated to T-cell exhaustion. In individuals with no sign of HIV or Hepatitis A, Β or C virus infection, CD8 Τ cells expressed higher levels of co-inhibitory molecules than CD4 Τ cells and this was dependent on the stage of T-cell differentiation and activation. The expression of CD 160 impaired the proliferation capacity and IL-2 production of CD8 Τ cells and was reduced upon CD8 T-cell activation, entitling CD 160 as unique marker of CD8 T-cell exhaustion. The CD 160 blockade restored the proliferation capacity of virus-specific CD8 Τ cells providing a potential new target for immunotherapy. All together, these results expand our knowledge regarding the interplay between the immune system and the viruses. - De nombreuses études chez l'Homme ont mis en évidence la contribution des réponses cellulaires Τ CD4 et CD8 dans le contrôle des infections virales et bactériennes. En particulier, les lymphocytes Τ ont différentes fonctions effectrices spécifiques qui leur confèrent un rôle clé lors d'infections par différents pathogènes. Ce travail vise à étudier différentes caractéristiques des cellules Τ CD8 affectant l'efficacité des réponses cellulaires contre les virus. Pour atteindre cet objectif nous avons étudié les cellules Τ CD8 provenant de patients infectés par le VIH et de donneurs sains avec des réponses immunitaires naturelles ou vaccinales contre des virus. Nous avons effectué plusieurs analyses transversales et longitudinales des fonctions, du phénotype et de l'avidité fonctionnelle des lymphocytes Τ CD8 spécifiques au VIH au cours d'infections aiguës et chroniques; en particulier, nous avons étudié les paramètres immunologiques qui pourraient être associés à l'avidité fonctionnelle. De plus, nous avons investigué le profil d'expression des principales molécules co-inhibitrices et en particulier le rôle du CD 160 dans les fonctions des lymphocytes Τ CD8. Sur la base de ces analyses, nous avons constaté que l'avidité fonctionnelle des cellules Τ CD8 spécifiques au VIH était significativement plus faible lors infections aiguës que lors d'infections chroniques, mais n'était, par contre, pas différente entre les patients avec des infections chroniques progressives et non progressives. L'avidité fonctionnelle reste faible après plusieurs années de traitement antirétroviral, mais augmente chez les patients subissant un rebond viral, et donc exposés à des hautes virémies, suite à l'interruption du traitement. Cette augmentation d'avidité des lymphocytes Τ CD8, liée à un épuisement fonctionnel accru, était quantitativement directement associée à un renouvellement massif du TCR. Indépendamment de l'infection par le VIH, les cellules Τ CD8 expriment des niveaux plus élevés de molécules co-inhibitrices (PD-1, 2B4 et CD 160) par rapport aux cellules Τ CD4 et ceci dépend de leur stade de différenciation et d'activation. En particulier, CD 160 semble être un marqueur clé d'épuisement cellulaire des cellules Τ CD8, et donc une nouvelle cible potentielle pour l'immunothérapie, car a) son expression réduit la capacité proliférative et la production d'IL-2 b) CD 160 diminue suite à 1'activation et c) le blocage de CD 160 redonne la capacité proliférative aux cellules Τ CD8 spécifiques aux virus. - Le système immunitaire est un ensemble de cellules, tissus et organes indispensables pour limiter l'entrée des pathogènes à travers la peau et les muqueuses. Parmi les différentes cellules composant le système immunitaire, les cellules Τ CD4 et CD8 sont fondamentales pour le contrôle des infections virales et bactériennes. Les moyens pour combattre les différents pathogènes peuvent être cependant très variables. Les cellules Τ CD8, qui sont indispensables pour la lutte contre les virus, peuvent avoir différents niveaux de sensibilité; les cellules qui répondent à de faibles quantités d'antigène ont une forte sensibilité. Suite à une première infection virale, les cellules Τ CD8 ont une sensibilité plus faible que lors d'expositions répétées au même virus. En effet, la réexposition au pathogène induit une augmentation de sensibilité, grâce au recrutement et/ou à l'expansion de cellules Τ dotées d'une sensibilité plus élevée. Les cellules Τ CD8 avec une plus haute sensibilité semblent être caractérisées par une perte de fonctionnalité (épuisement fonctionnel associé à une haute expression de molécules dites inhibitrices). En absence d'infection, la fonction des molécules inhibitrices n'est pas encore clairement définie. Les cellules Τ CD8 montrent un niveau d'expression plus élevé de ces molécules par rapport aux cellules Τ CD4. Ceci dépend de l'état des cellules. Parmi ces molécules, le CD160 est associé à l'incapacité des cellules à proliférer et à produire de l'IL-2, une protéine importante pour la prolifération et la survie cellulaire. L'incapacité des cellules exprimant le CD 160 à proliférer en réponse à des virus peut être restaurée par le blocage fonctionnel du récepteur CD 160. Cette étude étoffe notre connaissance du rôle des cellules Τ CD8 ainsi que des conséquences induites par leur épuisement fonctionnel. Ces informations sont fondamentales pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques et vaccinales.

Autosomal Recessive Posterior Microphthalmos/Nanophthalmos is Caused by Loss-of-function Mutations in LOC646960, a Novel Gene Encoding a Trypsin-like Serine Protease

Purpose: Posterior microphthalmos (MCOP)/nanophthalmos (NNO) is a developmental anomaly characterized by extreme hyperopia due to short axial length. The population of the Faroe Islands shows a high prevalence of an autosomal recessive form (arMCOP). The gene mutated in arMCOP is not yet known.Methods: Genetic mapping by linkage analysis using microsatellite and single nucleotide polymorphisms, mutation analysis by PCR and sequencing, molecular modellingResults: Having refined the position of the disease locus (MCOP6) in an interval of 250 kb in chromosome 2q37.1 in Faroese families, we detected 3 mutations in a novel gene, LOC646960: Patients of 10 different Faroese families were either homozygous (n=22) for c.926G>C (p.Trp309Ser) or compound heterozygous (n=6) for c.926G>C and c.526C>G (p.Arg176Gly), whereas a homozygous 1 bp duplication (c.1066dupC) was identified in patients with arNNO from a Tunisian family. In two unrelated patients with MCOP, no LOC646960 mutation was found. LOC646960 is expressed in the human adult retina and RPE. The expression of the mouse homologue in the eye can be first detected at E17 and is highest in adults. The predicted protein is a 603 amino acid long secreted trypsin-like serine peptidase. c.1066dupC should result in a functional null allele. Molecular modelling of the p.Trp309Ser mutant suggests that both affinity and reactivity of the enzyme towards in vivo substrates are substantially reduced.Conclusions: Postnatal growth of the eye is important for proper development of the refractive components (emmetropization), and is mainly due to elongation of the posterior segment from 10-11 mm at birth to 15-16 mm at the age of 13 years. Optical defocus leads to changes in axial length by moving the retina towards the image plane. arMCOP may theoretically be explained, in line with the expression pattern of LOC646960, by a postnatal growth retardation of the posterior segment.

Sarcomeric M-band alterations as a marker for human dilated cardiomyopathy

Purpose: The M-band is an important cytoskeletal structure in the centre of the sarcomere, believed to cross-link the thick filament lattice. Its main components are three closely related modular proteins from the myomesin gene family: Myomesin, M-protein and myomesin-3. Each muscle is characterized by its unique M-band protein composition, depending on the contractile parameters of a particular fiber. To investigate the role of the M-band in one of the most relevant and clinically increasing cardiac diseases, we analyzed the expression of myomesin proteins in dilated cardiomyopathy (DCM).Methods: In a previous study we analyzed mouse models suffering from DCM, demonstrating that the embryonic heart specific EH-myomesin splicing isoform was up-regulated directly corresponding to the degree of cardiac dysfunction and ventricular dilation. Based on this study, human ventricular and atrial samples (n=32) were obtained during heart surgery after informed consent and approval by an institutional review board. Patients were aged 30-70 years and suffered from dilated cardiomyopathy (DCM;n=13), Hypertrophic Cardiomyopathy (HCM;n=10) or served as controls (n=9). Patients suffering from DCM or HCM were in endstage heart-failure (NYHA III-IV) and either underwent heart transplantation or Left Ventricular Assist Device (LVAD) implantation. Heart samples from patients who underwent valve surgery or congenital heart surgery served as controls. Heart Samples were analyzed using RT-PCR, Western blot, and immunofluorescence.Results: By investigating the expression pattern of myomesins, we found that DCM is accompanied by specific M-band alterations, which were more pronounced in ventricular samples compared to the atrium. Changes in the amounts of different myomesins during DCM occurred in a cell-specific manner, leading to a higher heterogeneity of the cytoskeleton in cardiomyocytes through the myocardial wall with some cells switching completely to an embryonic phenotype.Conclusions: Here we present that the embryonic heart specific EH-myomesin isoform is up-regulated in human DCM. The alterations of the M-band protein composition might be part of a general adaptation of the sarcomeric cytoskeleton to unfavorable working conditions in the failing heart and may modify the mechanical properties of the cardiomyocytes. We suggest that the upregulation of EH-myomesin might play a pivotal role in DCM and might support classical imagingas a novel sarcomeric marker for this disease.

Characterization of PHO1 and PHO1;H1 gene function in Arabidopsis thaliana

Summary Phosphorus is one of the major macronutrients required for plant growth and development. Plant roots acquire phosphorus as inorganic phosphate (Pi), which is further distributed to the shoot, via the transpiration stream and root pressure, where Pi is imported again into cells. PHO1 in Arabidopsis has been identified as a protein involved in the loading of Pi into the root xylem. PHO1 does not have any homology to described Pi transporters including the Pht1 family of H+/ Pi cotransporters. PHO1 bears two domains, SPX and EXS domains, previously identified in Saccharomyces cerevisiae proteins involved in Pi transport and/or sensing, or in sorting proteins to endomembranes. Phylogenetic analysis of the PHO1 gene family revealed the presence of three clusters, with PHO1 and PHO1;H1 forming one cluster. The biological significance behind this cluster was demonstrated by the complementation of the pho1 mutant with only PHO1 and PHO1;H1, of all the PHO1 family members, when expressed under the PHO1 promoter. PHO1 has been shown to be expressed mostly in the root vascular cylinder and at low level in the shoot. PHO1;H1 had a different expression pattern, being expressed in both root and shoot vascular cylinder to the same level, with the levels in leaves increasing with the leaf maturity, suggesting additional role of PHO1;H1 in the Pi mobilization in leaves. In order to further explore the role of PHO1, Pi dynamics was studied on plants expressing PHO1 at different levels compared to the wild type: PHO1 overexpressors, PHO1 underexpressors and the pho1 mutant. Overexpression of the PHO1 protein in the shoot vascular tissue was shown to lead to increased Pi efflux out of the leaf cells and Pi accumulation in the shoot xylem apoplast compared to wild type, confirming the hypothesized role of PHO1 in xylem loading with Pi. The overexpression of PHO1 in the shoot was responsible far both changed Pi dynamic and stunted growth of PHO1 overexpressors, as shown by grafting experiments between wild type and PHO1 overexpressor. We found a ca. 2 fold decrease of shoot phosphorus and a 5-10 fold decrease in vacuolar Pi content in the PHO1 underexpressors and the pho1 null mutant compared to wild type, consistent with the role of PHO1 in the transfer of Pi from the root to the shoot. Shoot Pi deficiency results in a poor growth of the pho1 mutant. Grafting experiments between pho1 and wild type confirmed that both Pi deficiency and stunt growth of the pho1 mutant were dependent on the pho1 root, further supporting the importance of PHO1 in the root xylem loading with Pi. The pho1 mutant and the PHO1 underexpressors accumulated 8-15 fold more Pi in the root relative to wild type. In contrast to the pho1 mutant, the growth of PHO1 underexpressors was not impaired by the low shoat Pi content. This finding suggests that either PHO1 protein or root Pi concentration is important in Pi signaling and development of Pi deficiency symptoms leading to reduced growth. Résumé Le phosphore est l'un des nutriments essentiels à la croissance et au développement des plantes. Les racines absorbent le phosphore sous forme de phosphate inorganique (Pi) qui est dirigé, par la transpiration et la pression de la racine, vers les feuilles où le phosphate est acquis par les cellules. La protéine PHO1 a été démontrée indispensable au chargement du Pi dans le xylème des racines d'Arabidopsis. PHO1 ne démontre pas d'homologie aux transporteurs de Pi connus, incluant la famille Pht1 de cotransporteurs H+/Pi qui ont comme fonction le transport du phosphate à l'intérieur de la cellule. PHO1 contient deux domaines, SPX et EXS, aussi présents dans des protéines de Saccharomyces cerevisiae impliquées dans le transport ou la perception du phosphate, ou dans la localisation des protéines vers différentes membranes. Le génome d'Arabidopsis contient onze gènes homologues à PHO1. Neuf de ces homologues sont répartis en trois groupes. PHO1 et PHO1;H1 forment un de ces groupes. Nos travaux ont démontré que seuls PHO1;H1 et PHO1, sous contrôle du promoteur PHO1, peuvent complémenter le mutant pho1. PHO1 est exprimé principalement dans le cylindre vasculaire de la racine et faiblement dans la partie aérienne. Le degré d'expression de PHO1;H1 est similaire dans le cylindre vasculaire de la racine et des feuilles. Ceci suggère que PHO1;H1 est aussi impliqué dans la mobilisation du Pi dans les feuilles, en plus de son rôle dans le transfert du Pi dans le xylème des racines. Afin de mieux explorer le rôle de PHO1, la dynamique du phosphate a été observée dans trois lignées de plantes transgéniques: un sur-expresseur de PHO1, un sous-expresseur de PHO1 et le mutant pho1. La sur-expression de PHO1 dans le tissue vasculaire des feuilles a provoqué l'efflux du Pi vers l'espace apoplastic du xylème, ce qui confirme le rôle de PHO1 dans le chargement du Pi dans le xylème. La sur-expressìon de PHO1 dans la rosette est responsable d'un changement de la dynamique du Pi et de la diminution de la croissance, ce qui fut démontré par une expérience de greffe de la rosette du sur-expresseur de PHO1 sur les racines du sauvage. On a observé pour le sous-expresseur de PHO1 et le mutant pho1 une diminution du phosphore d'environ 2 fais au niveau des feuilles, et une diminution de 5-10 fois du Pi dans les vacuoles des feuilles, par rapport au sauvage. Ceci confirme le rôle proposé de PHO1 dans le transfert du Pi des racines aux feuilles. La carence de Pi chez pho1 implique une diminution de la taille de la rosette. Pour expliquer ce phénotype une autre expérience de greffe démontra que la cause de ce changement provenait des racines. Ceci renforce l'hypothèse de l'importance du rôle de PHO1 dans le xylème de la racine pour le chargement du Pi. Le mutant phot et le sous-expresseur de PHO1 accumulent 8-15 fois plus de Pi dans leurs racines comparé au sauvage. Cependant, contrairement au phot mutant, le sous-expresseur de PHO1 avait une croissance comparable au sauvage malgré le niveau bas du Pi dans les feuilles. Ceci suggère que la taille de la rosette lors d'une carence en Pi chez Arabidopsis serait la conséquence d'un changement de concentration de Pi dans les racines ou d'une influence de la protéine PHO1.

Transcript profiling suggests that differential metabolic adaptation of mice to a high fat diet is associated with changes in liver to muscle lipid fluxes.

Genetically homogenous C57Bl/6 mice display differential metabolic adaptation when fed a high fat diet for 9 months. Most become obese and diabetic, but a significant fraction remains lean and diabetic or lean and non-diabetic. Here, we performed microarray analysis of "metabolic" transcripts expressed in liver and hindlimb muscles to evaluate: (i) whether expressed transcript patterns could indicate changes in metabolic pathways associated with the different phenotypes, (ii) how these changes differed from the early metabolic adaptation to short term high fat feeding, and (iii) whether gene classifiers could be established that were characteristic of each metabolic phenotype. Our data indicate that obesity/diabetes was associated with preserved hepatic lipogenic gene expression and increased plasma levels of very low density lipoprotein and, in muscle, with an increase in lipoprotein lipase gene expression. This suggests increased muscle fatty acid uptake, which may favor insulin resistance. In contrast, the lean mice showed a strong reduction in the expression of hepatic lipogenic genes, in particular of Scd-1, a gene linked to sensitivity to diet-induced obesity; the lean and non-diabetic mice presented an additional increased expression of eNos in liver. After 1 week of high fat feeding the liver gene expression pattern was distinct from that seen at 9 months in any of the three mouse groups, thus indicating progressive establishment of the different phenotypes. Strikingly, development of the obese phenotype involved re-expression of Scd-1 and other lipogenic genes. Finally, gene classifiers could be established that were characteristic of each metabolic phenotype. Together, these data suggest that epigenetic mechanisms influence gene expression patterns and metabolic fates.

The winged-helix transcription factor Trident is expressed in actively dividing lymphocytes.

We recently identified the winged-helix transcription factor Trident and described its expression pattern in synchronized fibroblasts. We have now studied Trident expression in cell lines, differentiating thymocytes and in lymphocytes derived from peripheral blood. During T cell differentiation, expression peaked in the actively dividing immature single positive cells. In peripheral blood lymphocytes, expression of Trident mRNA was absent, but could be induced upon stimulation with mitogens in vitro. These observations imply a function for Trident in dividing lymphocytes.