Production of human secretory component with dimeric IgA binding capacity using viral expression systems.

The cDNA encoding the NH2-terminal 589 amino acids of the extracellular domain of the human polymeric immunoglobulin receptor was inserted into transfer vectors to generate recombinant baculo- and vaccinia viruses. Following infection of insect and mammalian cells, respectively, the resulting truncated protein corresponding to human secretory component (hSC) was secreted with high efficiency into serum-free culture medium. The Sf9 insect cell/baculovirus system yielded as much as 50 mg of hSC/liter of culture, while the mammalian cells/vaccinia virus system produced up to 10 mg of protein/liter. The M(r) of recombinant hSC varied depending on the cell line in which it was expressed (70,000 in Sf9 cells and 85-95,000 in CV-1, TK- 143B and HeLa). These variations in M(r) resulted from different glycosylation patterns, as evidenced by endoglycosidase digestion. Efficient single-step purification of the recombinant protein was achieved either by concanavalin A affinity chromatography or by Ni(2+)-chelate affinity chromatography, when a 6xHis tag was engineered to the carboxyl terminus of hSC. Recombinant hSC retained the capacity to specifically reassociate with dimeric IgA purified from hybridoma cells.

MAF1: a new target of mTORC1.

Yeast and mammalian MAF1 are both regulated by the TOR (target of rapamycin) pathway. However, the exact mechanisms of regulation diverge at TOR, with yeast Maf1 phosphorylated mainly by the TORC1 (TOR complex 1) substrate Sch9 kinase and mammalian MAF1 by mTORC1 (mammalian target of rapamycin complex 1) itself. Sch9 phosphorylation of yeast Maf1 regulates Maf1 localization, but it is less clear whether phosphorylation of human MAF1 regulates its localization. Replacement of phosphosites with alanine decreases Pol III (RNA polymerase III) transcription, but the effect is much more pronounced for human MAF1 than for the yeast protein. In both cases, Pol III repression can be further increased by rapamycin treatment or, in mammalian cells, serum starvation, suggesting that the TOR pathway controls another aspect of Pol III transcription that is closely linked to MAF1, as it depends on the presence of MAF1.

Heterotrimeric Go protein links Wnt-Frizzled signaling with ankyrins to regulate the neuronal microtubule cytoskeleton.

Drosophila neuromuscular junctions (NMJs) represent a powerful model system with which to study glutamatergic synapse formation and remodeling. Several proteins have been implicated in these processes, including components of canonical Wingless (Drosophila Wnt1) signaling and the giant isoforms of the membrane-cytoskeleton linker Ankyrin 2, but possible interconnections and cooperation between these proteins were unknown. Here, we demonstrate that the heterotrimeric G protein Go functions as a transducer of Wingless-Frizzled 2 signaling in the synapse. We identify Ankyrin 2 as a target of Go signaling required for NMJ formation. Moreover, the Go-ankyrin interaction is conserved in the mammalian neurite outgrowth pathway. Without ankyrins, a major switch in the Go-induced neuronal cytoskeleton program is observed, from microtubule-dependent neurite outgrowth to actin-dependent lamellopodial induction. These findings describe a novel mechanism regulating the microtubule cytoskeleton in the nervous system. Our work in Drosophila and mammalian cells suggests that this mechanism might be generally applicable in nervous system development and function.

The role of proteolytic processing and the stable signal peptide in expression of the Old World arenavirus envelope glycoprotein ectodomain.

Maturation of the arenavirus GP precursor (GPC) involves proteolytic processing by cellular signal peptidase and the proprotein convertase subtilisin kexin isozyme 1 (SKI-1)/site 1 protease (S1P), yielding a tripartite complex comprised of a stable signal peptide (SSP), the receptor-binding GP1, and the fusion-active transmembrane GP2. Here we investigated the roles of SKI-1/S1P processing and SSP in the biosynthesis of the recombinant GP ectodomains of lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) and Lassa virus (LASV). When expressed in mammalian cells, the LCMV and LASV GP ectodomains underwent processing by SKI-1/S1P, followed by dissociation of GP1 from GP2. The GP2 ectodomain spontaneously formed trimers as revealed by chemical cross-linking. The endogenous SSP, known to be crucial for maturation and transport of full-length arenavirus GPC was dispensable for processing and secretion of the soluble GP ectodomain, suggesting a specific role of SSP in the stable prefusion conformation and transport of full-length GPC.

FAM161A, associated with retinitis pigmentosa, is a component of the cilia-basal body complex and interacts with proteins involved in ciliopathies.

Retinitis pigmentosa (RP) is a retinal degenerative disease characterized by the progressive loss of photoreceptors. We have previously demonstrated that RP can be caused by recessive mutations in the human FAM161A gene, encoding a protein with unknown function that contains a conserved region shared only with a distant paralog, FAM161B. In this study, we show that FAM161A localizes at the base of the photoreceptor connecting cilium in human, mouse and rat. Furthermore, it is also present at the ciliary basal body in ciliated mammalian cells, both in native conditions and upon the expression of recombinant tagged proteins. Yeast two-hybrid analysis of binary interactions between FAM161A and an array of ciliary and ciliopathy-associated proteins reveals direct interaction with lebercilin, CEP290, OFD1 and SDCCAG8, all involved in hereditary retinal degeneration. These interactions are mediated by the C-terminal moiety of FAM161A, as demonstrated by pull-down experiments in cultured cell lines and in bovine retinal extracts. As other ciliary proteins, FAM161A can also interact with the microtubules and organize itself into microtubule-dependent intracellular networks. Moreover, small interfering RNA-mediated depletion of FAM161A transcripts in cultured cells causes the reduction in assembled primary cilia. Taken together, these data indicate that FAM161A-associated RP can be considered as a novel retinal ciliopathy and that its molecular pathogenesis may be related to other ciliopathies.

FAM161A, associated with autosomal recessive retinitis pigmentosa,localizes at the level of the photoreceptor cilium and interacts with proteins involved in ciliopathies

Purpose: We have previously demonstrated that mutations in the FAM161A gene, encoding a protein with unknown function and no similarities with other characterized sequences, cause autosomal recessive retinitis pigmentosa (RP). The purpose of this work is to investigate the functional role of FAM161A within the retina and its relationship with other proteins involved in RP. Methods: The subcellular localization of FAM161A in the retina was assessed by immunohistochemistry of retinal sections and dissociated photoreceptors from mice, which were stained using antibodies against FAM161A and antibodies against cilium markers. The function of FAM161A was further assessed in ciliated mammalian cell lines by expression of recombinant FAM161A with various fusion tags. The binary interaction between FAM161A and a collection of ciliary and ciliopathy-associated proteins was analyzed using a yeast two-hybrid assay. The results obtained with this technique were validated using independent protein-protein interaction assays (GST-pull downs, co-transfection and co-immunoprecipitation). Results: Native FAM161A localized at the connecting cilium of photoreceptor cells, as demonstrated by immunofluorescence in both dissociated photoreceptors and retinal sections of mice. More specifically, co-staining with markers for ciliary sub-structures (RPGRIP1L, Centrin, RP1, GT335) demonstrated that FAM161A decorated the basal body and the very apical part of the connecting cilium. Upon overexpression in ciliated cultured mammalian cells, FAM161A localized to the ciliary basal body. Yeast two-hybrid analysis of the binary interaction of FAM161A and an array of ciliary proteins revealed the direct interaction of FAM161A with three proteins of which the cognate genes are mutated in retinal ciliopathies. The confirmation of these interactions using different biochemical assays is currently in progress. Conclusions: FAM161A is a ciliary basal body protein of the photoreceptor connecting cilium, rendering the associated RP as a novel retinal ciliopathy. The confined expression of FAM161A in the retina and the direct interaction of FAM161A with other retinal ciliopathy-associated proteins may explain the retinal phenotype of this specific subset of mechanistically and phenotypically connected retinal disorders.

Glucose transporters in the 21st Century.

The ability to take up and metabolize glucose at the cellular level is a property shared by the vast majority of existing organisms. Most mammalian cells import glucose by a process of facilitative diffusion mediated by members of the Glut (SLC2A) family of membrane transport proteins. Fourteen Glut proteins are expressed in the human and they include transporters for substrates other than glucose, including fructose, myoinositol, and urate. The primary physiological substrates for at least half of the 14 Glut proteins are either uncertain or unknown. The well-established glucose transporter isoforms, Gluts 1-4, are known to have distinct regulatory and/or kinetic properties that reflect their specific roles in cellular and whole body glucose homeostasis. Separate review articles on many of the Glut proteins have recently appeared in this journal. Here, we provide a very brief summary of the known properties of the 14 Glut proteins and suggest some avenues of future investigation in this area.

A regulatory network for the efficient control of transgene expression.

BACKGROUND: Expression of heterologous genes in mammalian cells or organisms for therapeutic or experimental purposes often requires tight control of transgene expression. Specifically, the following criteria should be met: no background gene activity in the off-state, high gene expression in the on-state, regulated expression over an extended period, and multiple switching between on- and off-states. METHODS: Here, we describe a genetic switch system for controlled transgene transcription using chimeric repressor and activator proteins functioning in a novel regulatory network. In the off-state, the target transgene is actively silenced by a chimeric protein consisting of multimerized eukaryotic transcriptional repression domains fused to the DNA-binding tetracycline repressor. In the on-state, the inducer drug doxycycline affects both the derepression of the target gene promoter and activation by the GAL4-VP16 transactivator, which in turn is under the control of an autoregulatory feedback loop. RESULTS: The hallmark of this new system is the efficient transgene silencing in the off-state, as demonstrated by the tightly controlled expression of the highly cytotoxic diphtheria toxin A gene. Addition of the inducer drug allows robust activation of transgene expression. In stably transfected cells, this control is still observed after months of repeated cycling between the repressed and activated states of the target genes. CONCLUSIONS: This system permits tight long-term regulation when stably introduced into cell lines. The underlying principles of this network system should have general applications in biotechnology and gene therapy.

Genomic roles of the HCF transcriptional regulator in "Drosophila"

Abstract : Transcriptional regulation is the result of a combination of positive and negative effectors, such as transcription factors, cofactors and chromatin modifiers. During my thesis project I studied chromatin association, and transcriptional and cell cycle regulatory functions of dHCF, the Drosophila homologue of the human protein HCF-1 (host cell factor-1). The human and Drosophila HCF proteins are synthesized as large polypeptides that are cleaved into two subunits (HCFN and HCFC), which remain associated with one another by non covalent interactions. Studies in mammalian cells over the past 20 years have been devoted to understanding the cellular functions of HCF-1 and have revealed that it is a key regulator of transcription and cell cycle regulation. In human cells, HCF-1 interacts with the histone methyltransferase Set1/Ash2 and MLL/Ash2 complexes and the histone deacetylase Sin3 complex, which are involved in transcriptional activation and repression, respectively. HCF-1 is also recruited to promoters to regulate G1 -to-S phase progression during the cell cycle by the activator transcription factors E2F1 and E2F3, and by the repressor transcription factor E2F4. HCF-1 protein structure and these interactions between HCP-1 and E2F transcriptional regulator proteins are also conserved in Drosophila. In this doctoral thesis, I use proliferating Drosophila SL2 cells to study both the genomic-binding sites of dHCF, using a combination of chromatin immunoprecipitation and ultra high throughput sequencing (ChIP-seq) analysis, and dHCF regulated genes, employing RNAi and microarray expression analysis. I show that dHCF is bound to over 7500 chromosomal sites in proliferating SL2 cells, and is located at +-200 bp relative to the transcriptional start sites of about 30% of Drosophila genes. There is also a direct relationship between dHCF promoter association and promoter- associated transcriptional activity. Thus, dHCF binding levels at promoters correlated directly with transcriptional activity. In contrast, expression studies showed that dHCF appears to be involved in both transcriptional activation and repression. Analysis of dHCF-binding sites identified nine dHCF-associated motifs, four of them linked dHCF to (i) two insulator proteins, GAGA and BEAF, (ii) the E-box motif, and (iii) a degenerated TATA-box. The dHCF-associated motifs allowed the organization of the dHCF-bound genes into five biological processes: differentiation, cell cycle and gene expression, regulation of endocytosis, and cellular localization. I further show that different mechanisms regulate dHCF association with chromatin. Despite that after dHCF cleavage the dHCFN and dHCFC subunits remain associated, the two subunits showed different affinities for chromatin and differential binding to a set of tested promoters, suggesting that dHCF could target specific promoters through each of the two subunits. Moreover, in addition to the interaction between dHCF and E2F transcription factors, the dHCF binding pattern is correlated with dE2F2 genomic 4 distribution. I show that dE2F factors are necessary for recruitment of dHCF to the promoter of a set of dHCF regulated genes. Therefore dHCF, as in mammals, is involved in regulation of G1 to S phase progression in collaboration with the dE2Fs transcription factors. In addition, gene expression arrays reveal that dHCF could indirectly regulate cell cycle progression by promoting expression of genes involved in gene expression and protein synthesis, and inhibiting expression of genes involved in cell-cell adhesion. Therefore, dHCF is an evolutionary conserved protein, which binds to many specific sites of the Drosophila genome via interaction with DNA of chromatin-binding proteins to regulate the expression of genes involved in many different cellular functions. Résumé : La regulation de la transcription est le résultat des effets positifs et négatifs des facteurs de transcription, cofacteurs et protéines effectrices qui modifient la chromatine. Pendant mon projet de thèse, j'ai étudié l'association a la chromatine, ainsi que la régulation de la transcription et du cycle cellulaire par dHCF, l'homologue chez la drosophile de la protéine humaine HCF-1 (host cell factor-1). Chez 1'humain et la V drosophile, les deux protéines HCF sont synthétisées sous la forme d'un long polypeptide, qui est ensuite coupé en deux sous-unités au centre de la protéine. Les deux sous-unités restent associées ensemble grâce a des interactions non-covalentes. Des études réalisées pendant les 20 dernières années ont permit d'établir que HCF-l et un facteur clé dans la régulation de la transcription et du cycle cellulaire. Dans les cellules humaines, HCF-1 active et réprime la transcription en interagissant avec des complexes de protéines qui activent la transcription en méthylant les histones (HMT), comme par Set1/Ash2 et MLL/Ash2, et d'autres complexes qui répriment la transcription et sont responsables de la déacétylation des histones (HDAC) comme la protéine Sin3. HCF-l est aussi recruté aux promoteurs par les activateurs de la transcription E2F l et E2F3a, et par le répresseur de la transcription E2F4 pour réguler la transition entre les phases G1 et S du cycle cellulaire. La structure de HCF-1 et les interactions entre HCF-l et les régulateurs de la transcription sont conservées chez la drosophile. Pendant ma these j'ai utilisé les cellules de la drosophile, SL2 en culture, pour étudier les endroits de liaisons de HCF-l à la chromatine, grâce a immunoprecipitation de la chromatine et du séquençage de l'ADN massif ainsi que les gènes régulés par dHCF 3 grâce a la technique de RNAi et des microarrays. Mes résultats on montré que dHCF se lie à environ 7565 endroits, et estimé a 1200 paire de bases autour des sites d'initiation de la transcription de 30% des gènes de la drosophile. J 'ai observe une relation entre dHCF et le niveau de la transcription. En effet, le niveau de liaison dHCF au promoteur corrèle avec l'activité de la transcription. Cependant, mes études d'expression ont montré que dHCF est implique dans le processus d'activation et mais aussi de répression de la transcription. L'analyse des séquences d'ADN liées par dHCF a révèle neuf motifs, quatre de ces motifs ont permis d'associer dl-ICF a deux protéines isolatrices GAGA et BEAF, au motif pour les E-boxes et a une TATA-box dégénérée. Les neuf motifs associes à dHCF ont permis d'associer les gènes lies par dHCF au promoteur a cinq processus biologiques: différentiation, cycle cellulaire, expression de gènes, régulation de l'endocytosis et la localisation cellulaire, J 'ai aussi montré qu'il y a plusieurs mécanismes qui régulent l'association de dHCF a la chromatine, malgré qu'après clivage, les deux sous-unites dHCFN and dHCFC, restent associées, elles montrent différentes affinités pour la chromatine et lient différemment un group de promoteurs, les résultats suggèrent que dHCF peut se lier aux promoteurs en utilisant chacune de ses sous-unitées. En plus de l'association de dHCF avec les facteurs de transcription dE2F s, la distribution de dHCF sur le génome corrèle avec celle du facteur de transcription dE2F2. J'ai aussi montré que les dE2Fs sont nécessaires pour le recrutement de dHCF aux promoteurs d'un sous-groupe de gènes régules par dHCF. Mes résultats ont aussi montré que chez la drosophile comme chez les humains, dl-ICF est implique dans la régulation de la progression de la phase G1 a la phase S du cycle cellulaire en collaboration avec dE2Fs. D'ailleurs, les arrays d'expression ont suggéré que dHCF pourrait réguler le cycle cellulaire de façon indirecte en activant l'expression de gènes impliqués dans l'expression génique et la synthèse de protéines, et en inhibant l'expression de gènes impliqués dans l'adhésion cellulaire. En conclusion, dHCF est une protéine, conservée dans l'évolution, qui se lie spécifiquement a beaucoup d'endroits du génome de Drosophile, grâce à l'interaction avec d'autres protéines, pour réguler l'expression des gènes impliqués dans plusieurs fonctions cellulaires.

Role of the ubiquitin system in regulating ion transport.

Ion channels and transporters play a critical role in ion and fluid homeostasis and thus in normal animal physiology and pathology. Tight regulation of these transmembrane proteins is therefore essential. In recent years, many studies have focused their attention on the role of the ubiquitin system in regulating ion channels and transporters, initialed by the discoveries of the role of this system in processing of Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator (CFTR), and in regulating endocytosis of the epithelial Na(+) channel (ENaC) by the Nedd4 family of ubiquitin ligases (mainly Nedd4-2). In this review, we discuss the role of the ubiquitin system in ER Associated Degradation (ERAD) of ion channels, and in the regulation of endocytosis and lysosomal sorting of ion channels and transporters, focusing primarily in mammalian cells. We also briefly discuss the role of ubiquitin like molecules (such as SUMO) in such regulation, for which much less is known so far.

Étude du mécanisme de transport des cations par la Na, K-ATPase et de son implication dans la migraine familiale hémiplégique de type 2

Résumé La Na,K-ATPase est une protéine transmembranaire, présente dans toutes les cellules de mammifères et indispensable à la viabilité cellulaire. Elle permet le maintien des gradients sodiques et potassiques à l'origine du potentiel membranaire en transportant 3 Na+ en dehors de la cellule contre 2 K+, grâce à l'énergie fournie par l'hydrolyse d'une molécule d'ATP. Le potentiel membranaire est indispensable au maintien de l'excitabilité cellulaire et à la transmission de l'influx nerveux. Il semblerait que la Na,K-ATPase soit liée à l'hypertension et à certains troubles neurologiques comme la Migraine Familiale Hémiplégique (1VIFH). La MFH est une forme de migraine avec aura, qui se caractérise par une hémiparésie. Cette forme de migraine est très rare. Elle se transmet génétiquement sur un mode autosomique dominant. Plusieurs mutations localisées dans le gène de la Na,K-ATPase ont été identifiées durant ces 3 dernières années. C'est la première fois qu'une maladie génétique est associée au gène de la Na,K-ATPase. La compréhension du fonctionnement de cette protéine peut donner des informations sur les mécanismes conduisant à ces pathologies. On sait que la fonction d'une protéine est liée à sa structure. L'étude de sa fonction nécessite donc l'étude de sa structure. Alors que la structure de la SERCA a été déterminée à haute résolution, par cristallographie, celle de la Na,K-ATPase ne l'est toujours pas. Mais ces 2 ATPases présentent une telle homologie qu'un modèle de la Na,K-ATPase a pu être élaboré à partir de la structure de la SERCA. Les objectifs de cette étude sont d'une part, de comprendre le contrôle de l'accessibilité du K+ extracellulaire àses sites de liaison. Pour cela, nous avons ciblé cette étude sur la 2ìème et la 31eme boucle extracellulaire, qui relient respectivement les segments transmembranaires (STM) 3-4 et 5-6. Le choix s'est porté sur ces 2 boucles car elles bordent le canal des cations formés des 4ième' Sième et 6'ème hélices. D'autre part, nous avons également essayer de comprendre les effets des mutations, liées à la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2 (MFH2), sur la fonctionnalité de la Na,K-ATPase. Alors que les STM et les domaines cytoplasmiques sont relativement proches entre la Na,KATPase et la SERCA, les boucles extracellulaires présentent des différences. Le modèle n'est donc pas une approche fiable pour déterminer la structure et la fonction des régions extracellulaires. Nous avons alors utilisé une approche fonctionnelle faisant appel à la mutation dirigée puis à l'étude de l'activité fonctionnelle de la Na,K ATPase par électrophysiologie sur des ovocytes de Xenopus. En conclusion, nous pouvons dire que la troisième boucle extracellulaire participerait à la structure de la voie d'entrée des cations et que la deuxième boucle extracellulaire semble impliquée dans le contrôle de l'accessibilité des ions K+àses sites de liaison. Concernant les mutations associées à la MFH2, nos résultats ont montré une forte diminution de l'activité fonctionnelle de la pompe Na,K, inférieure aux conditions physiologiques de fonctionnement, et pour une des mutations nous avons observés une diminution de l'affmité apparente au K+ externe. Nous poumons faire l'hypothèse que l'origine pathologique de la migraine est liée à une diminution de l'activité de la pompe à Na+. Summary The Na,K-ATPase is a transmembrane protein, present in all mammalian cells and is necessary for the viability of the cells. It maintains the gradients of Na+ and K+ involved in the membrane potential, by transporting 3Na+ out the cell, and 2K+ into the cell, using the energy providing from one ATP molecule hydrolysis. The membrane potential is necessary for the cell excitability and for the transmission of the nervous signal. Some evidence show that Na,K-ATPase is involved in hypertension and neurological disorders like the Familial Hemiplegic Migraine (FHM). La FHM is a rare form of migraine characterised by aura and hemiparesis and an autosomal dominant transmission. Several mutations linked to the Na,KATPase gene have been identified during these 3 last years. It's the first genetic disorder associated with the Na,K-ATPase gene. Understand the function of this protein is important to elucidate the mechanisms implicated in these pathologies. The function of a protein is linked with its structure. Thus, to know the function of a protein, we need to know its structure. While the Ca-ATPase (SERCA) has been crystallised with a high resolution, the structure of the Na,K-ATPase is not known. Because of the great homology between these 2 ATPases, a model of the Na,K-ATPase was realised by comparing with the structure of the SERCA. The aim of this study is on one side, understand the control of the extracellular K+ accessibility to their binding sites. Because of theirs closed proximity with the cation pathway, located between the 4th, 5th and 6th helices, we have targeted this study on the 2nd and the 3rd extracellular loops linking respectively the transmembrane segment (TMS) 3 and 4, and the TMS 5 and 6. And on the other side, we have tried to understand the functional effects of mutations linked with the Familial Hemiplegic Migraine Type 2 (FHM2). In contrast with the transmembrane segments and the cytoplasmic domains, the extracellular loops show lots of difference between Na,K-ATPase and SERCA, the model is not a good approach to know the structure and the function of the extracellular loops. Thus, we have used a functional approach consisting in directed mutagenesis and the study of the functional activity of the Na,K-ATPase by electrophysiological techniques with Xenopus oocytes. In conclusion, we have demonstrated that the third extracellular loop could participate in the structure of the entry of the cations pathway and that the second extracellular loop could control the K+ accessibility to their binding sites. Concerning the mutations associated with the FHM2, our results showed a strong decrease in the functional activity of the Na,K-pump under physiological conditions and for one of mutations, induce a decrease in the apparent external K+ affinity. We could make the hypothesis that the pathogenesis of migraine is related to the decrease in Na,K-pump activity. Résumé au large publique De la même manière que l'assemblage des mots forme des phrases et que l'assemblage des phrases forme des histoires, l'assemblage des cellules forme des organes et l'ensemble des organes constitue les êtres vivants. La fonction d'une cellule dans le corps humain peut se rapprocher de celle d'une usine hydroélectrique. La matière première apportée est l'eau, l'usine électrique va ensuite convertir l'eau en énergie hydraulique pour fournir de l'électricité. Le fonctionnement de base d'une cellule suit le même processus. La cellule a besoin de matières premières (oxygène, nutriments, eau...) pour produire une énergie sous forme chimique, l'ATP. Cette énergie est utilisée par exemple pour contracter les muscles et permet donc à l'individu de se déplacer. Morphologiquement la cellule est une sorte de petit sac rempli de liquide (milieu intracellulaire) baignant elle-même dans le liquide (milieu extracellulaire) composant le corps humain (un adulte est constitué environ de 65 % d'eau). La composition du milieu intracellulaire est différente de celle du milieu extracellulaire. Cette différence doit être maintenue pour que l'organisme fonctionne correctement. Une des différences majeures est la quantité de sodium. En effet il y a beaucoup plus de sodium à l'extérieur qu'à l'intérieur de la cellule. Bien que l'intérieur de la cellule soit isolé de l'extérieur par une membrane, le sodium arrive à passer à travers cette membrane, ce qui a tendance à augmenter la quantité de sodium dans la cellule et donc à diminuer sa différence de concentration entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire. Mais dans les membranes, il existe des pompes qui tournent et dont le rôle est de rejeter le sodium de la cellule. Ces pompes sont des protéines connues sous le nom de pompe à sodium ou Na,K-ATPase. On lui attribue le nom de Na,K-ATPase car en réalité elle rejette du sodium (Na) et en échange elle fait entrer dans la cellule du potassium (K), et pour fonctionner elle a besoin d'énergie (ATP). Lorsque les pompes à sodium ne fonctionnent pas bien, cela peut conduire à des maladies. En effet la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2, est une migraine très rare qui se caractérise par l'apparition de la paralysie de la moitié d'un corps avant l'apparition du mal de tête. C'est une maladie génétique (altération qui modifie la fonction d'une protéine) qui touche la pompe à sodium située dans le cerveau. On a découvert que certaines altérations (mutations) empêchent les pompes à sodium de fonctionner correctement. On pense alors que le développement des migraines est en partie dû au fait que ces pompes fonctionnent moins bien. Il est important de bien connaître la fonction de ces pompes car cela permet de comprendre des mécanismes pouvant conduire à certaines maladies, comme les migraines. En biologie, la fonction d'une protéine est étudiée à travers sa structure. C'est pourquoi l'objectif de cette thèse a été d'étudier la structure de la Na,K-ATPase afin de mieux comprendre son mécanisme d'action.

GLUT2 is a high affinity glucosamine transporter.

When expressed in Xenopus oocytes, GLUT1, 2 and 4 transport glucosamine with V(max) values that are three- to four-fold lower than for glucose. The K(m)s for glucosamine and glucose of GLUT1 and GLUT4 were similar. In contrast, GLUT2 had a much higher apparent affinity for glucosamine than for glucose (K(m)=0.8+/-0.1 mM vs. approximately 17-20 mM). Glucosamine transport by GLUT2 was confirmed in mammalian cells and, using hepatocytes from control or GLUT2-null mice, HgCl(2)-inhibitable glucosamine uptake by liver was shown to be exclusively through GLUT2. These data have implications for glucosamine effects on impaired glucose metabolism and for structure-function studies of transporter sugar binding sites.

IL-17F co-expression improves cell growth characteristics and enhances recombinant protein production during CHO cell line engineering.

The generation of a high productivity cell line is a critical step in the production of a therapeutic protein. Many innovative engineering strategies have been devised in order to maximize the expression rate of production cells for increased process efficiency. Less effort has focused on improvements to the cell line generation process, which is typically long and laborious when using mammalian cells. Based on unexpected findings when generating stable CHO cell lines expressing human IL-17F, we studied the benefit of expressing this protein during the establishment of production cell lines. We demonstrate that IL-17F expression enhances the rate of selection and overall number of selected cell lines as well as their transgene expression levels. We also show that this benefit is observed with different parental CHO cell lines and selection systems. Furthermore, IL-17F expression improves the efficiency of cell line subcloning processes. IL-17F can therefore be exploited in a standard manufacturing process to obtain higher productivity clones in a reduced time frame.

The role of the vacuolar H+ - ATPase in membrane fusion

RésuméLa H+-ATPase vacuolaire (V-ATPase) est un complexe enzymatique composé de deux secteurs multimériques (VQ et Vi) dont l'association dans la cellule est réversible. Le secteur intramembranaire de la V-ATPase (V0) interagit physiquement avec des protéines SNARE et stimule la fusion homotypique des vacuoles de la levure (lysosomes), la sécrétion de neurotransmetteurs et d'insuline, la fusion entre phagosome et lysosome ainsi que la sécrétion des corps multivésiculaires par un mécanisme inconnu. Dans cette étude j'ai identifié des résidues d'acides amines situés dans des sous-unités de V0 impliqués dans le mécanisme de fusion des vacuoles mais non essentiels pour l'acidification vacuolaire par la V-ATPase. j'ai utilisé un protocole de mutagenèse aléatoire pour produire des libraries de mutants des sous unités de V0. Ces libraries ont été analysées in vivo afin d'identifier des alleles qui permettent la translocation des protons mais produisent une vacuole fragmentée, phénotype indiquant un défaut dans la fusion membranaire. Les vacuoles des mutants ont été isolées et caractéisées en utilisant une grande variété d'outils biochimiques pour déterminer précisément l'impact des différentes mutations sur l'accomplissement d'événements clés du processus de fusion.J'ai identifié des mutations associées à des défauts spécifiques de la fusion dans plusieurs sous-unités de V0. Dans les protéolipides c, c' et c" ces mutations se concentrent dans la partie cytosolique des domaines transmembranaires. Elles renforcent les associations entre les secteurs de la V-ATPase et entre V0 et les SNAREs. Dans la fusion vacuolaire ces mutations permettent la formation de complexes SNAREs en trans mais inhibent l'induction de la fusion. Par contre, la deletion de la sous- unité d influence les étapes de la fusion qui précèdent la formation des complexes trans-SNAREs. Mes résultats démontrent que V0 joue des rôles différents dans plusieurs étapes de la fusion et que ces fonctions sont liées au système des SNAREs. Ils différencient génétiquement les activités de V0 dans la translocation des protons et dans la fusion et identifient de nombreux résidus importants pour la fusion vacuolaire. De plus, compte tenu de la grande conservation de sequence des protéolipides chez les eukaryotes les mutations identifiées dans cette l'étude apportent de nouvelles informations pour analyser la fonction de V0 dans des organismes multicellulaires pour lesquels la function catalytique de la V-ATPase est essentielle à la survie.Résumé pour le large publicLe transport de protéines et de membranes est important pour maintenir la fonction des organelles dans la cellule. Il s'excerce au niveau des vesicules. La fusion membranaire est un processus élémentaire de ce transport. Pour fusionner deux membranes, il faut la coordination de deux activités: le rapprochement et la déstabiiization des deux membranes. La collaboration d'un ensemble de proteins conservés chez les eukaryotes, est nécessaire pour catalyser ces activités. Les proteins SNAREs sont les protagonistes principaux dans la fusion membranaire. Néanmoins, d'autres protéines, comme des Rab-GTPases et des chaperonnes, sont nécessaires pour permettre ce phénomène de fusion. Toutes ces protéines sont temporairement associées avec les SNAREs et leur fonction dans la fusion membranaire est souvent directement liée à leur activité dans cette association. Le secteur transmembranaire V0 de la V-ATPase rnteragit avec des SNAREs et est essentiel pour la fusion dans une variété de systèmes modèles comme la mouche, la souris et la levure. Le secteur V0 est composé de six protéines différentes. Avec te secteur Va, qui réside dans le cytosol, il forme la V-ATPase dont la fonction principale est l'acidification des organelles par translocation des protons à travers la membrane par un mécanisme ressemblant à celui d'une pompe. V0joue un role dans la fusion membranaire, indépendamment de son activité catalytique liée au pompage des protons, et ce rôle est encore largement méconnu à ce jour. Le but de ma thèse était de mieux comprendre l'implication de V0 dans ce contexte.Pour étudier des activités liées à la V-ATPase, la levure est un excellent modèle d'étude car elle survie à une inactivation de l'enzyme alors que le meme traitement serait léthal pour des organismes multicellulaires. Dans ma thèse j'ai utilisé la fusion homotypique de la vacuole de levure comme système modèle pour étudier le rôle de V0 dans la fusion. J'ai muté des gènes qui encodent des sous- unités de V0 et les ai introduit dans des souches privées des gènes respectifs. Dans les librairies de souches portant différentes versions de ces gènes j'ai cherché des clones exprimant une V-ATPase intacte et fonctionnelle mais qui possèdent une vacuole fragmentée. Le plus souvent, une vacuole fragmentée indique un défaut dans la fusion vacuolaire. Dans les trois types de protéolipides qui composent un cylindre dans le secteur V0, j'ai trouvé des clones avec une vacuole fragmentée. Après avoir isolé les mutations responsable de ce type de morphologie vacuolaire, j'ai isolé les vacuoles de ces clones pour étudier leur activités dans différentes étapes de la fusion vacuolaire. Les résultats de ces analyses mettent en évidence une implication de V0 dans plusieurs étapes de la fusion vacuolaire. Certaines mutations sélectionnées dans mon étude inhibent une étape précoce de la fusion qui inclue la dissociation des complexes SNARE, tandis que d'autres mutations inhibent une étape tardive du processus de fusion qui inclue la transmission d'une force disruptive dans la membrane.AbstractThe membrane-integral V0 sector of the vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) interacts with SNARE proteins. V0 stimulates fusion between yeast vacuoles (lysosomes) (Peters et al., 2001b), secretion of neurotransmitters and insulin (Hiesinger et al., 2005a, Sun-Wada et al., 2006a), phagosome-lysosome fusion (Peri and Nusslein-Volhard, 2008) and secretion of multivesicular bodies (Liegeois et al., 2006b) by a yet unknown mechanism. In my thesis, I identified sites in V0 subunits that are involved in yeast vacuole fusion but dispensable for the proton pumping by the V-ATPase. I randomly mutagenized V0 subunits and screened in vivo for mutant alleles that support proton pumping but cause fragmented vacuoles, a phenotype indicative of a fusion defect. Mutant vacuoles were isolated and analyzed in a cell-free system, allowing assay of key events in fusion, such as trans-SNARE pairing, lipid transition and fusion pore opening (Reese et al., 2005b).Mutants with selective fusion defects were found in several V0 subunits. In the proteolipids c, c' and c", critical mutations are concentated in the cytosolic half of the transmembrane domains. These mutations rendered the V-ATPase holoenzyme more stable and modulated V0-SNARE associations. In vacuole fusion critical proteolipid mutations permitted trans-SNARE pairing but impeded the induction of lipid flow between the membranes. Deletion of subunit d, by contrast, influenced early stages of fusion that precede trans-SNARE pairing. My results show that V0 acts in several steps of the fusion process and that its function is intimately connected to the SNARE system. They genetically separate the proton pump and fusion activities of V0 and identify numerous critical residues. Given the high sequence conservation of proteolipids in eukaryotic life, the identified mutations may be helpful in analyzing the fusion function of V0 also in mammalian cells, where V- ATPase pump function is essential for survival.