An external site controls closing of the epithelial Na+ channel ENaC.

Members of the ENaC/degenerin family of ion channels include the epithelial sodium channel (ENaC), acid-sensing ion channels (ASICs) and the nematode Caenorhabditis elegans degenerins. These channels are activated by a variety of stimuli such as ligands (ASICs) and mechanical forces (degenerins), or otherwise are constitutively active (ENaC). Despite their functional heterogeneity, these channels might share common basic mechanisms for gating. Mutations of a conserved residue in the extracellular loop, namely the 'degenerin site' activate all members of the ENaC/degenerin family. Chemical modification of a cysteine introduced in the degenerin site of rat ENaC (betaS518C) by the sulfhydryl reagents MTSET or MTSEA, results in a approximately 3-fold increase in the open probability. This effect is due to an 8-fold shortening of channel closed times and an increase in the number of long openings. In contrast to the intracellular gating domain in the N-terminus which is critical for channel opening, the intact extracellular degenerin site is necessary for normal channel closing, as illustrated by our observation that modification of betaS518C destabilises the channel closed state. The modification by the sulfhydryl reagents is state- and size-dependent consistent with a conformational change of the degenerin site during channel opening and closing. We propose that the intracellular and extracellular modulatory sites act on a common channel gate and control the activity of ENaC at the cell surface.

A propos de la position systématique des genres Nectogale et Chimarrogale (Mammalia, Insectivora)

The terminal segment of the intermediate hair in the semi-aquatic Chirmarrogale hantu and Bectigale elegans is investigated with a view to a taxonomic interpretation. Nectogale is characterized by especially fine hairs which strongly contrast with the distally thickened hairs of Chimarrogale. In spite of these differences, the hairs of both genera are characterized by a H-shaped profile. According to Vogel & Köpchen (1977), this criterion confirms the discussed membership to the Soricinae.

Mechanisms of spindle positioning during "Caenorhabditis elgans" asymmetric cell division

Résumé : Le positionnement correct du fuseau mitotique est crucial pour les divisions cellulaires asymétriques, car il gouverne le contrôle spatial de la division cellulaire et assure la ségrégation adéquate des déterminants cellulaires. Malgré leur importance, les mécanismes contrôlant le positionnement du fuseau mitotique sont encore mal compris. Chez l'embryon au stade une-cellule du nématode Caenorhabditis elegans, le fuseau mitotique est positionné de manière asymétrique durant l'anaphase grâce à l'action de générateurs de force situés au cortex cellulaire, et dont la nature était jusqu'alors indéterminée. Ces générateurs de force corticaux exercent une traction sur les microtubules astraux et sont dépendants de deux protéines Gα et de leurs protéines associées. Cette thèse traite de la nature de la machinerie responsable pour la génération des forces de tractions, ainsi que de son lien avec les protéines Gα et associées. Nous avons combiné des expériences de coupure par faisceau laser du fuseau mitotique avec le contrôle temporel de l'inactivation de gènes ou de l'exposition à des produits pharmacologiques. De cette manière, nous avons établi que la dynéine, un moteur se déplaçant vers l'extrémité négative des microtubules, ainsi que la dynamique des microtubules, sont toutes deux requises pour la génération efficace des forces de tractions. Nous avons démontré que les protéines Gα et leurs protéines associées GPR-1/2 et LIN-5 interagissent in vivo avec LIS-1, un composant du complexe de la dynéine. De plus, nous avons découvert que les protéines Gα, GPR-1/2 et LIN-5 promeuvent la présence du complexe de la dynéine au cortex cellulaire. Nos résultats suggèrent un mécanisme par lequel les protéines Gα permettent le recrutement cortical de GPR-1/2 et LIN-5, assurant ainsi la présence de la dynéine au cortex. Conjointement avec la dynamique des microtubules, ce mécanisme permet la génération des forces de tractions afin d'obtenir une division cellulaire correcte. Comme les mécanismes contrôlant le positionnement du fuseau mitotique et les divisions cellulaires asymétriques sont conservés au cours de l'évolution, nous espérons que les mécanismes élucidés par ce travail sont d'importance générale pour la génération de la diversité cellulaire durant le développement. De plus, ces mécanismes pourraient être applicables à d'autres divisions asymétriques, comme celle des cellules souches, dont le disfonctionnement peut entraîner la génération de cellules cancéreuses. Abstract : Proper spindle positioning is crucial for asymmetric cell division, because it controls spatial aspects of cell division and the correct inheritance of cell-fate determinants. However, the mechanisms governing spindle positioning remain incompletely understood. In the Caenorhabditis elegans one-cell stage embryo, the spindle becomes asymmetrically positioned during anaphase through the action of as-yet unidentified cortical force generators that pull on astral microtubules and that depend on two Gα proteins and associated proteins. This thesis addresses the nature of the force generation machinery and the link with the Gα and associated proteins. By performing spindle-severing experiments following temporally restricted gene inactivation and drug exposure, we established that microtubule dynamics and the minus-end directed motor dynein are both required for generating efficient pulling forces. We discovered that the Gα proteins and their associated proteins GPR-1/2 and LIN-5 interact in vivo with LIS-1, a component of the dynein complex. Moreover, we uncovered that LIN-5, GPR-1/2 and the Gα proteins promote the presence of the dynein complex at the cell cortex. Our findings suggest a mechanism by which the Gα proteins enable GPR-1/2 and LIN-5 recruitment to the cortex, thus ensuring the presence of cortical dynein. Together with microtubule dynamics, this allows pulling forces to be exerted and proper cell division to be achieved. Because the mechanisms of spindle positioning and asymmetric cell division are conserved across evolution, we expect the underlying mechanism uncovered here to be of broad significance for the generation of cell diversity during development. Moreover, this mechanism could be relevant for other asymmetric cell divisions, such as stem cell divisions, whose dysfunction may lead to the generation of cancer cells.

Rôle des microARNs dans le diabète

Découverts en 1993 dans Caenorhabditis elegans, les microARNs sont une nouvelle famille¦de molécules, simples brin d'ARN non-codant d'environ 20 nucléotides. Ce sont des régulateurs,¦capables d'inhiber l'expression de gènes dans les cellules eucaryotes. Ils jouent un rôle dans¦d'importants processus comme la prolifération cellulaire, l'apoptose, l'inflammation, et la¦différenciation tissulaire. C'est pour cela que des variations de la quantité de microARNs dans le¦corps humain peuvent engendrer diverses maladies comme le diabète, le cancer et différentes¦pathologies cardiovasculaires. Dans le futur, une meilleure compréhension des microARNs et de¦leurs mécanismes d'action pourrait aider à découvrir de nouveaux outils pour traiter ou prévenir¦certaines maladies. Les objectifs de ce travail étaient de faire une recherche de¦littérature sur les microARNs et leurs implications dans le diabète dans un premier temps, puis de¦poursuivre avec des manipulations de laboratoire pour mesurer l'activité et la fonction de¦microARNs dans la cellule bêta pancréatique dans le modèle de la gestation. La méthode utilisée¦pour l'étude bibliographique a été une recherche sur la base de données Pubmed. Pour les¦manipulations au laboratoire, deux microARNs ont été étudiés miR-325-5p et miR-874, afin¦d'évaluer l'impact de la surexpression ou le knock down de ces deux microARNs sur les fonctions¦de cellules bêta pancréatiques comme la prolifération et l'apoptose. Ces techniques étaient¦parfaitement au point dans le laboratoire d'accueil. En ce qui me concerne, ce travail m'a permis¦d'approfondir mes connaissances sur un sujet nouveau et de mettre un pied dans le milieu de la¦recherche fondamentale.

Sociogenetics of fire ants

RÉSUMÉ GRAND PUBLIC La complexité des sociétés d'insectes (telles que les abeilles, les termites ou les fourmis) a depuis longtemps fasciné l'Homme. Depuis le débfit du XIXème siècle, de nombreux travaux observationnels, comportementaux et théoriques leur on été consacrés afin de mieux les décrire et comprendre. L'avènement de la biologie moléculaire à la fin du XXèrne siècle a offert de nouveaux outils scientifiques pour identifier et étudier les gènes et molécules impliqués dans le développement et le comportement des êtres vivants. Alors que la majorité de ces études s'est focalisée sur des organismes de laboratoire tel que la mouche ou les nématodes, l'utilisation de ces outils est restée marginale jusqu'à présent dans l'étude des sociétés d'insectes. Lors de ma thèse, j'ai développé des outils moléculaires permettant de déterminer le niveau d'activité de zo,ooo gènes chez la fourmi de feu, Solenopsis invicta, ainsi qu'une base de données et un portail en ligne regroupant les informations relatives à l'étude génétique des fourmis: Fourmidable. J'ai ensuite utilisé ces outils dans le cadre d'une étude comportementale chez la fourmis S. invicta. Dans les sociétés d'insectes, une hiérarchie peut déterminer le statut reproducteur des individus. Suite à la mort d'un dominant, les subordonnés entrent en compétition en vue d'améliorer leur statut. Un tel phénomène se produit au sein des colonies de S. invicta contenant une unique reine mère, des milliers d'ouvrières et des centaines de reines vierges ailées. A la mort de la reine mère, un grand nombre de reines vierges tentent de la remplacer en arrachant leurs ailes et en activant leurs organes reproducteurs plutôt que de partir en vol nuptial. Ces tentatives sont le plus souvent arrêtées par les ouvrières qui exécutent la plupart de ces reines sur la base de signaux olfactifs produits lors de l'activation des organes reproducteurs. Afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués, j'ai étudié l'activité de gènes au sein des reines au début de ce processus. J'ai ainsi déterminé que des gènes impliqués dans communication olfactive, le développement des organes reproducteurs et la métabolisation de l'hormone juvénile sont activês à ce moment là. La vitesse à laquelle les reines perdent leurs ailes ainsi que les niveaux d'expression de gènes sont ensuite liés à leur probabilité de survie. ABSTRACT : Honeybees, termites and ants occupy the "pinnacle of social evolution" with societies of a complexity that rivals our own. Humans have long been fascinated by social insects, but studying them has been mostly limited to observational and behavioral experiments. The advent of molecular biology first made it possible to investigate the molecular-genetic basis of development in model systems such as the fruit fly Drosophila melarcogaster or the roundworm Caenorhabditis elegans and subsequently their behavior. Molecular and genomic tools are now becoming available for the study of social insects as well. To permit genomic research on the fire ant, Solenopsis invicta, we developed a cDNA microarray that can simultaneously determine the expression levels of approximately 1oooo genes. These genes were assembled and bioinformatically annotated using custom pipelines. The obtained data formed the cornerstones for Fourmidable, a web portal centralizing sequence, gene annotation and gene expression data as well as laboratory protocols for research on ants. In many animals living in groups the reproductive status of individuals is determined by their social status. In species with social hierarchies, the death of dominant individuals typically upheaves the social hierarchy and provides an opportunity for subordinate individuals to improve their social status. Such a phenomenon occurs in the monogyne form of S. invicta, where colonies typically contain a single wingless reproductive queen, thousands of workers and hundreds of winged non-reproductive virgin queens. Upon the death of the mother queen, many virgin queens shed their wings and initiate reproductive development instead of departing on a mating flight. Workers progressively execute almost all of them over the following weeks. The workers base their collective decision on pheromonal cues associated with the onset of reproductive development of the virgin queens which occurs after orphaning. We used the aforementioned tools to determine that genes putatively involved in processes including olfactory signaling, reproductive development and Juvenile Hormone metabolism are differentially expressed at the onset of competition. Additionally, we found that queens that initiate reproductive development faster and, to a certain extent, shed their wings faster after orphaning are more likely to become replacement queens. These results provide candidate genes that are putatively linked to competition outcome. To determine the extent to which specific genes affect different aspects of life in ant colonies, functional tests such as gene activation and silencing will still be required. We conclude by discussing some of the challenges and opportunities for molecular-genetic research on ants. RÉSUMÉ Les sociétés d'abeilles, de termites et de fourmis sont d'une complexité proche de celle de la nôtre et ont depuis longtemps fasciné l'Homme. Cependant, leur étude était jusqu'à présent limitée aux observations et expériences comportementales. L'avènement de la biologie moléculaire a d'abord rendu possible l'étude moléculaire et génétique du développement d'organismes modèles tels que la mouche Drosophila melanogaster ou le nématode Caenorhabditis elegans, puis dans un second temps de leur comportement. De telles études deviennent désormais possibles pour les insectes sociaux. Nous avons développé une puce à ADN permettant de déterminer simultanément les niveaux d'expression de 1oooo gènes de la fourmi de feu, Solenopsís invicta. Ces gènes ont été séquencés puis assemblés et annotés à l'aide de pipelines que nous avons développés. En se basant sur les informations obtenues, nous avons créé un portail web, Fourmidable. Ce portail vise à centraliser toutes les informations de séquence, d'annotation et d'expression de gènes, ainsi que les protocoles de laboratoire utilisés pour la recherche sur les fourmis. Par la suite, nous avons utilisé les outils développés pour étudier un aspect particulier de S. invicta. Chez les animaux grégaires, une hiérarchie sociale peut déterminer le statut reproducteur des individus. Suite à la mort d'un individu dominant, les individus subordonnés peuvent entrer en compétition en vue d'améliorer leur statut. Un tel phénomène se produit au sein des colonies monogynes de S. invicta, qui contiennent habituellement une unique reine mère, des milliers d'ouvrières et des centaines de reines vierges ailées. Suite à la mort de la reine mère, dominante, un grand nombre de reines vierges, subordonnées, perdent leurs ailes et activent leurs organes reproducteurs au lieu de partir en vol nuptial. Au cours des semaines suivantes, les ouvrières exécutent la plupart de ces reines sur la base de signaux olfactifs produits lors de l'activation des organes reproducteurs. Afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués, nous avons étudié l'expression de gènes au début de cette compétition. Nous avons identifié 297 gènes différemment exprimés, dont l'annotation indique qu'ils seraient impliqués dans des processus biologiques dont la communication olfactive, le développement des organes reproducteurs et la métabolisation de l'hormone juvénile. Par la suite, nous avons déterminé que la vitesse à laquelle les reines perdent leurs ailes en début de compétition ainsi que les niveaux d'expression de gènes sont corrélés à la probabilité de survie des reines. Nous concluons en discutant des opportunités offertes par la recherche génétique sur les fourmis ainsi que les défis qu'elle devra surmonter.

LKB1 regulates polarity remodeling and adherens junction formation in the Drosophila eye.

The serine-threonine kinase LKB1 regulates cell polarity from Caenorhabditis elegans to man. Loss of lkb1 leads to a cancer predisposition, known as Peutz-Jeghers Syndrome. Biochemical analysis indicates that LKB1 can phosphorylate and activate a family of AMPK- like kinases, however, the precise contribution of these kinases to the establishment and maintenance of cell polarity is still unclear. Recent studies propose that LKB1 acts primarily through the AMP kinase to establish and/or maintain cell polarity. To determine whether this simple model of how LKB1 regulates cell polarity has relevance to complex tissues, we examined lkb1 mutants in the Drosophila eye. We show that adherens junctions expand and apical, junctional, and basolateral domains mix in lkb1 mutants. Surprisingly, we find LKB1 does not act primarily through AMPK to regulate cell polarity in the retina. Unlike lkb1 mutants, ampk retinas do not show elongated rhabdomeres or expansion of apical and junctional markers into the basolateral domain. In addition, nutrient deprivation does not reveal a more dramatic polarity phenotype in lkb1 photoreceptors. These data suggest that AMPK is not the primary target of LKB1 during eye development. Instead, we find that a number of other AMPK-like kinase, such as SIK, NUAK, Par-1, KP78a, and KP78b show phenotypes similar to weak lkb1 loss of function in the eye. These data suggest that in complex tissues, LKB1 acts on an array of targets to regulate cell polarity.

Non-random autosome segregation: a stepping stone for the evolution of sex chromosome complexes?

A new study in Caenorhabditis elegans shows that homologous autosomes segregate non-randomly with the sex chromosome in the heterogametic sex. Segregation occurs according to size, small autosomes segregating with, and large autosomes segregating away from the X-chromosome. Such sex-biased transmission of autosomes could facilitate the spread of sexually antagonistic alleles whose effects favor the fitness of one sex at the expense of the other. This may provide a first step toward the evolution of new sex determination systems.

Life-history evolution and the polyphenic regulation of somatic maintenance and survival.

Here we discuss life-history evolution from the perspective of adaptive phenotypic plasticity, with a focus on polyphenisms for somatic maintenance and survival. Polyphenisms are adaptive discrete alternative phenotypes that develop in response to changes in the environment. We suggest that dauer larval diapause and its associated adult phenotypes in the nematode (Caenorhabditis elegans), reproductive dormancy in the fruit fly (Drosophila melanogaster) and other insects, and the worker castes of the honey bee (Apis mellifera) are examples of what may be viewed as the polyphenic regulation of somatic maintenance and survival. In these and other cases, the same genotype can--depending upon its environment--express either of two alternative sets of life-history phenotypes that differ markedly with respect to somatic maintenance, survival ability, and thus life span. This plastic modulation of somatic maintenance and survival has traditionally been underappreciated by researchers working on aging and life history. We review the current evidence for such adaptive life-history switches and their molecular regulation and suggest that they are caused by temporally and/or spatially varying, stressful environments that impose diversifying selection, thereby favoring the evolution of plasticity of somatic maintenance and survival under strong regulatory control. By considering somatic maintenance and survivorship from the perspective of adaptive life-history switches, we may gain novel insights into the mechanisms and evolution of aging.

Epithelial sodium channel/degenerin family of ion channels: a variety of functions for a shared structure.

The recently discovered epithelial sodium channel (ENaC)/degenerin (DEG) gene family encodes sodium channels involved in various cell functions in metazoans. Subfamilies found in invertebrates or mammals are functionally distinct. The degenerins in Caenorhabditis elegans participate in mechanotransduction in neuronal cells, FaNaC in snails is a ligand-gated channel activated by neuropeptides, and the Drosophila subfamily is expressed in gonads and neurons. In mammals, ENaC mediates Na+ transport in epithelia and is essential for sodium homeostasis. The ASIC genes encode proton-gated cation channels in both the central and peripheral nervous system that could be involved in pain transduction. This review summarizes the physiological roles of the different channels belonging to this family, their biophysical and pharmacological characteristics, and the emerging knowledge of their molecular structure. Although functionally different, the ENaC/DEG family members share functional domains that are involved in the control of channel activity and in the formation of the pore. The functional heterogeneity among the members of the ENaC/DEG channel family provides a unique opportunity to address the molecular basis of basic channel functions such as activation by ligands, mechanotransduction, ionic selectivity, or block by pharmacological ligands.

Rapid and selective surveillance of Arabidopsis thaliana genome annotations with Centrifuge.

Centrifuge is a user-friendly system to simultaneously access Arabidopsis gene annotations and intra- and inter-organism sequence comparison data. The tool allows rapid retrieval of user-selected data for each annotated Arabidopsis gene providing, in any combination, data on the following features: predicted protein properties such as mass, pI, cellular location and transmembrane domains; SWISS-PROT annotations; Interpro domains; Gene Ontology records; verified transcription; BLAST matches to the proteomes of A.thaliana, Oryza sativa (rice), Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster and Homo sapiens. The tool lends itself particularly well to the rapid analysis of contigs or of tens or hundreds of genes identified by high-throughput gene expression experiments. In these cases, a summary table of principal predicted protein features for all genes is given followed by more detailed reports for each individual gene. Centrifuge can also be used for single gene analysis or in a word search mode. AVAILABILITY: http://centrifuge.unil.ch/ CONTACT: edward.farmer@unil.ch.

Sensing the environment : a role for the mouse olfactory subsystems

Summary : Four distinct olfactory subsystems compose the mouse olfactory system, the main olfactory epithelium (MOE), the septal organ of Masera (SO), the vomeronasal organ (VNO) and the Grueneberg ganglion (GG). They are implicated in the sensory modalities of the animal and they evolved to analyse and discriminate molecules carrying chemical messages, such as odorants and pheromones. In this thesis, the VNO, principally implicated in pheromonal communications as well as the GG, which had no function attributed until this work, were investigated from their morphology to their physiological functions, using an array of biochemical and physiological methods. First, the roles of a particular protein, the CNGA4 ion channel, were investigated in the VNO. In the MOE, CNGA4 is expressed as a modulatory channel subunit implicated in odour discrimination and adaptation. Interestingly, this calcium channel is the unique member of the cyclic nucleotide-gated (CNG) family to be expressed in the VNO and up to this work its functions remained unknown. Using a combination of transgenic and knockout mice, as well as histological and physiological approaches, we have characterized CNGA4 expression in the VNO. A strong expression in immature neurons was found as well as in the microvilli of mature neurons (putative site of chemodetection). Interestingly and confirming its dual localisation, the genetic invalidation of the CNGA4 channel has, as consequences, a strong impairment in vomeronasal maturation as well as deficit in pheromone sensing. Thus the CNGA4 channel appears to be a multifunctional protein in the mouse VNO playing essential role(s) in this organ. During the second part of the work, the morphology of the most recently described olfactory subsystem, the Grueneberg ganglion, was investigated in detail. Interestingly we found that glial cells and ciliated neurons compose this olfactory ganglion. This particular morphological aspect was similar to the olfactory AWC neurons from C. elegans which was used for further comparisons. Thus as for AWC neurons, we found that GG neurons are sensitive to temperature changes and are able to detect highly volatile molecules. Indeed, the presence of alarm pheromones (APs) secreted by stressed mice, elicit strong cellular responses, as well as a GG dependent behavioural changes. Investigations on the signaling elements present in GG neurons revealed that, as for AWC neurons, or pGC-D expressing neurons from the MOE, proteins participating in a cGMP pathway were found in GG neurons such as pGC-G and CNGA3 channels. These two proteins might be implicated in chemosensing as well as in thermosensing, two apparent properties of this organ. In this thesis, the multisensory modalities of two mouse olfactory subsystems were described and are related to a high degree of complexity required for the animal to sense its environment

Horizontal transfer of exosomal microRNAs transduce apoptotic signals between pancreatic beta-cells.

BACKGROUND: Diabetes mellitus is a common metabolic disorder characterized by dysfunction of insulin-secreting pancreatic beta-cells. MicroRNAs are important regulators of beta-cell activities. These non-coding RNAs have recently been discovered to exert their effects not only inside the cell producing them but, upon exosome-mediated transfer, also in other recipient cells. This novel communication mode remains unexplored in pancreatic beta-cells. In the present study, the microRNA content of exosomes released by beta-cells in physiological and physiopathological conditions was analyzed and the biological impact of their transfer to recipient cells investigated. RESULTS: Exosomes were isolated from the culture media of MIN6B1 and INS-1 derived 832/13 beta-cell lines and from mice, rat or human islets. Global profiling revealed that the microRNAs released in MIN6B1 exosomes do not simply reflect the content of the cells of origin. Indeed, while a subset of microRNAs was preferentially released in exosomes others were selectively retained in the cells. Moreover, exposure of MIN6B1 cells to inflammatory cytokines changed the release of several microRNAs. The dynamics of microRNA secretion and their potential transfer to recipient cells were next investigated. As a proof-of-concept, we demonstrate that if cel-miR-238, a C. Elegans microRNA not present in mammalian cells, is expressed in MIN6B1 cells a fraction of it is released in exosomes and is transferred to recipient beta-cells. Furthermore, incubation of untreated MIN6B1 or mice islet cells in the presence of microRNA-containing exosomes isolated from the culture media of cytokine-treated MIN6B1 cells triggers apoptosis of recipient cells. In contrast, exosomes originating from cells not exposed to cytokines have no impact on cell survival. Apoptosis induced by exosomes produced by cytokine-treated cells was prevented by down-regulation of the microRNA-mediating silencing protein Ago2 in recipient cells, suggesting that the effect is mediated by the non-coding RNAs. CONCLUSIONS: Taken together, our results suggest that beta-cells secrete microRNAs that can be transferred to neighboring beta-cells. Exposure of donor cells to pathophysiological conditions commonly associated with diabetes modifies the release of microRNAs and affects survival of recipient beta-cells. Our results support the concept that exosomal microRNAs transfer constitutes a novel cell-to-cell communication mechanism regulating the activity of pancreatic beta-cells.

Loss of function mutations in HARS cause a spectrum of inherited peripheral neuropathies.

Inherited peripheral neuropathies are a genetically heterogeneous group of disorders characterized by distal muscle weakness and sensory loss. Mutations in genes encoding aminoacyl-tRNA synthetases have been implicated in peripheral neuropathies, suggesting that these tRNA charging enzymes are uniquely important for the peripheral nerve. Recently, a mutation in histidyl-tRNA synthetase (HARS) was identified in a single patient with a late-onset, sensory-predominant peripheral neuropathy; however, the genetic evidence was lacking, making the significance of the finding unclear. Here, we present clinical, genetic, and functional data that implicate HARS mutations in inherited peripheral neuropathies. The associated phenotypic spectrum is broad and encompasses axonal and demyelinating motor and sensory neuropathies, including four young patients presenting with pure motor axonal neuropathy. Genome-wide linkage studies in combination with whole-exome and conventional sequencing revealed four distinct and previously unreported heterozygous HARS mutations segregating with autosomal dominant peripheral neuropathy in four unrelated families (p.Thr132Ile, p.Pro134His, p.Asp175Glu and p.Asp364Tyr). All mutations cause a loss of function in yeast complementation assays, and p.Asp364Tyr is dominantly neurotoxic in a Caenorhabditis elegans model. This study demonstrates the role of HARS mutations in peripheral neuropathy and expands the genetic and clinical spectrum of aminoacyl-tRNA synthetase-related human disease.

The role of the microRNAs in the age-associated oancreatic β-cell dysfunction

Le corps humain emploie le glucose comme source principale d'énergie. L'insuline, sécrétée par les cellules ß-pancreatiques situées dans les îlots de Langerhans, est l'hormone principale assurant un maintien constant du taux de glucose sanguin (glycémie). Les prédispositions génétiques, le manque d'activité physique et un régime déséquilibré peuvent entraîner une perte de sensibilité à l'insuline et des taux de glucose dans le sang élevé (hyperglycémie), une condition nommée diabète de type 2. Cette maladie est initiée par une sensibilité diminuée à l'insuline dans les tissus périphériques, entraînant une demande accrue en insuline. Cette pression continue finie par épuiser les cellules ß-pancreatiques, qui sécrètent alors des niveaux d'insuline insuffisant en trainant l'apparition du diabète. Le vieillissement est un facteur de risque important pour les maladies métaboliques dont le diabète de type 2 faits partis. En effet la majeure partie des diabétiques de type 2 ont plus de 45 ans. Il est connu que le vieillissement entraine une perte de sensibilité à l'insuline, une sécrétion altérée d'insuline, une baisse de réplication et une plus grande mort des ß-cellules pancréatiques. Le but de ma thèse était de mieux comprendre les mécanismes contribuante au dysfonctionnement des cellules ß- pancréatiques lors du vieillissement. Les travaux du « Human Genome Project » ont révélés que seulement 2% de notre génome code pour des protéines. Le reste non-codant fut alors désigné sous le nom de « ADN déchets ». Cependant, l'étude approfondie de cet ADN non-codant ces dernières deux décennies a démontré qu'une grande partie code pour des «MicroARNs », des ARNs courts (20-22 nucleotides) découverts en 1997 chez le vers C.elegans. Depuis lors ces molécules ont été intensivement étudiées, révélant un rôle crucial de ces molécules dans la fonction et la survie des cellules en conditions normales et pathologiques. Le but de cette thèse était d'étudier le rôle des microARNs dans le dysfonctionnement des cellules ß lors du vieillissement. Nos données suggèrent qu'ils peuvent jouer un rôle tantôt salutaire, tantôt nocif sur les cellules ß. Par exemple, certains microARNs réduisent la capacité des cellules ß à se multiplier ou réduisent leur survie, alors que d'autres protègent ces cellules contre la mort. Pour conclure, nous avons démontré les microARNs jouent un rôle important dans le dysfonctionnement des cellules ß lors du vieillissement. Ces nouvelles découvertes préparent le terrain pour la conception de futures stratégies visant à améliorer la résistance des cellules ß pancréatiques afin de trouver de nouveaux traitements du diabète de type 2. -- Le diabète de type 2 est une maladie métabolique due à la résistance à l'action de l'insuline des tissus cibles combinée à l'incapacité des cellules ß pancréatiques à sécréter les niveaux adéquats d'insuline. Le vieillissement est associé à un déclin global des fonctions de l'organisme incluant une diminution de la fonction et du renouvellement des cellules ß pancréatiques. Il constitue ainsi un risque majeur de développement des maladies métaboliques dont le diabète de type 2. Le but de cette thèse était d'étudier le rôle des microARNs (une classe d'ARN non- codants) dans le dysfonctionnement lié au vieillissement des cellules ß. L'analyse par microarray des niveaux d'expression des microARN dans les îlots pancréatiques de rats Wistar mâles âgés de 3 et 12 mois nous a permis d'identifier de nombreux changements d'expression de microARNs associés au vieillissement. Afin d'étudier les liens entre ces modifications et le déclin des cellules ß, les changements observés lors du vieillissement ont été reproduits spécifiquement dans une lignée cellulaire, dans des cellules ß primaires de jeune rats ou de donneurs humains sains. La diminution du miR-181a réduit la prolifération des cellules ß, tandis que la diminution du miR-130b ou l'augmentation du miR-383 protège contre l'apoptose induite par les cytokines. L'augmentation du miR-34a induit l'apoptose et inhibe la prolifération des cellules ß en réponse aux hormones Exendin-4 et prolactine et au facteur de croissance PDGF-AA. Cette perte de capacité réplicative est similaire à celle observée dans des cellules ß de rats âgés de 12 mois. Dans la littérature, la perte du récepteur au PDGF-r-a est associée à la diminution de la capacité proliférative des cellules ß observée lors du vieillissement. Nous avons pu démontrer que PDGF-r-a est une cible directe de miR- 34a, suggérant que l'effet néfaste de miR-34a sur la prolifération des cellules ß est, du moins en partie, lié à l'inhibition de l'expression de PDGF-r-a. L'expression de ce miR est aussi plus élevée dans le foie et le cerveau des animaux de 1 an et augmente avec l'âge dans les ilôts de donneurs non-diabétiques. Ces résultats suggèrent que miR-34a pourrait être non seulement impliqué dans l'affaiblissement des fonctions pancréatiques associé à l'âge, mais également jouer un rôle dans les tissus cibles de l'insuline et ainsi contribuer au vieillissement de l'organisme en général. Pour conclure, les travaux obtenus durant cette thèse suggèrent que des microARNs sont impliqués dans le dysfonctionnement des cellules ß pancréatiques durant le vieillissement. -- Type 2 diabetes is a metabolic disease characterized by impaired glucose tolerance, of the insulin sensitive tissues and insufficient insulin secretion from the pancreatic ß-cells to sustain the organism demand. Aging is a risk factor for the majority of the metabolic diseases including type 2 diabetes. With aging is observed a decline in all body function, due to decrease both in cell efficiency and renewal. The aim of this thesis was to investigate the potential role of microRNAs (short non- coding RNAs) in the pancreatic ß-cell dysfunction associated with aging. Microarray analysis of microRNA expression profile in pancreatic islets from 3 and 12 month old Wistar male rats revealed important changes in several microRNAs. To further study the link between those alterations and the decline of ß-cells, the changes observed in old rats were mimicked in immortalized ß-cell lines, primary young rat and human islets. Downregulation of miR-181a inhibited pancreatic ß-cell proliferation in response to proliferative drugs, whereas downregulation of miR-130b and upregulation of miR-383 protected pancreatic ß-cells from cytokine stimulated apoptosis. Interestingly, miR-34a augmented pancreatic ß-cell apoptosis and inhibited ß-cell proliferation in response to the proliferative chemicals Exendin-4, prolactin and PDGF-AA. This loss of replicative capacity is reminiscent of what we observed in pancreatic ß-cells isolated from 12 month old rats. We further observed a correlation between the inhibitory effect of miR-34a on pancreatic ß-cell proliferation and its direct interfering effect of this microRNA on PDGF-r-a, which was previously reported to be involved in the age-associated decline of pancreatic ß-cell proliferation. Interestingly miR-34a was upregulated in the liver and brain of 1 year old animals and positively correlated with age in pancreatic islets of normoglycemic human donors. These results suggest that miR-34a might be not only involved in the age-associated impairment of the pancreatic ß-cell functions, but also play a role in insulin target tissues and contribute to the aging phenotype on the organism level. To conclude, we have demonstrated that microRNAs are indeed involved in the age-associated pancreatic ß-cell dysfunction and they can play both beneficial and harmful roles in the context of pancreatic ß-cell aging.