Immunological and protective properties of novel malaria blood stage peptide antigens

ABSTRACT Malaria is a major worldwide public health problem, with transmission occurring throughout Africa, Asia, Oceania and Latin America. Over two billion people live in malarious areas of the world and it is estimated that 300-500 million cases and 1.5-2.7 million deaths occur annually. The increase in multi-drug resistant parasites and insecticide-resistant vectors has made the development of malaria vaccine a public health priority. The published genome offers tremendous opportunity for the identification of new antigens that can befast-tracked for vaccine development. We identified potential protein antigens present on the surface of asexual malaria blood stages through bioinformatics and published transcriptome and proteorné analysis. Amongst the proteins identified, we selected those that contain predicted a-helical coiled-coil regions, which are generally short and structurally stable as isolated fragments. Peptides were synthesized and used to immunize mice. Most peptides tested were immunogenic as demonstrated in ELISA assays, and induced antibodies of varying titres. In immunofluorescence assays, anti-sera from immunized mice reacted with native proteins expressed at different intraerythrocytic developmental stages of the parasite's cycle. In parallel in vitro ADCI functional studies, human antibodies affinity purified on some of these peptides inhibited parasite growth in association with monocytes in magnitudes similar to that seen in semiimmune African adults. Siudies using human immune sera taken from different malaria endemic regions, demonstrated that majority of peptides were recognized at high prevalence. 73 peptides were next tested in longitudinal studies in two cohorts separated in space and time in coastal Kenya. In these longitudinal analyses, antibody responses to peptides were sequentially examined in two cohorts of children at risk of clinical malaria in order to characterize the level of peptide recognition by age, and the role of anti-peptide antibodies in protection from clinical malaria. Ten peptides were associated ?with a significantly reduced odds ratio for an episode of clinical malaria in the first cohort of children and two of these peptides (LR146 and ÁS202.11) were associated with a significantly reduced odds ratio in both cohorts. This study has identified proteins PFB0145c and MAL6P1.37 among others as likely targets of protective antibodies. Our findings support further studies to systematically assess immunogenicity of peptides of interest in order to establish clear criteria for optimal design of potential vaccine constructs to be tested in clinical trials. RESUME La malaria est un problème de santé publique mondial principalement en Afrique, en Asie, en Océanie et en Amérique latine. Plus de 2 milliards de personnes vivent dans des régions endémiques et le nombre de cas par année est estimé entre 300 et 500 millions. 1.5 à 2.7 millions de décès surviennent annuellement dans ces zones. L'augmentation de la résistance aux médicaments et aux insecticides fait du développement d'un vaccin une priorité. Le séquençage complet du génome du parasite offre l'opportunité d'identifier de nouveaux antigènes qui peuvent rapidement mener au développement d'un vaccin. Des protéines antigéniques potentielles présentes à la surface des globules rouges infectés ont été identifiées par bioinformatique et par l'analyse du protéome et du transcriptome. Nous avons sélectionné, parmi ces protéines, celles contenant des motifs dits "a helical coiled-coil" qui sont généralement courts et structurellement stables. Ces régions ont été obtenues par synthèse peptidique et utilisées pour immuniser des souris. La plupart des peptides testés sont immunogéniques et induisent un titre variable d'anticorps déterminé par ELISA. Les résultats de tests d'immunofluorescence indiquent que les sera produits chez la souris reconnaissent les protéines natives exprimées aux différents stades de développement du parasite. En parallèle, des études d'ADCI in vitro montrent qué des anticorps humains purifiés à partir de ces peptides associés à des monocytes inhibent la croissance du parasite aussi bien que celle observée chez des adultes africains protégés. Des études d'antigénicité utilisant des sera de personnes protégées de différents âges vivant dans des régions endémiques montrent que la majorité des peptides sont reconnus avec une haute prévalence. 73 peptides ont été testés dans une étude longitudinale avec 2 cohortes de la côte du Kenya. Ces 2 groupes viennent de zones bien distinctes et les prélèvements n'ont pas été effectués pendant la même période. Dans cette étude, la réponse anticorps contre les peptides synthétiques a été testée dans les 2 cohortes d'enfants à risque de développer un épisode de malaria afin de caractériser le niveau de reconnaissance des peptides en fonction de l'âge et de déterminer le rôle des anticorps anti-peptides dans la protection contre la malaria. Parmi ces peptides, 10 sont associés à une réduction significative des risques de développer un épisode de malaria dans la première cohorte alors qu'un seul (LR146 et AS202.11) l'est dans les 2 cohortes. Cette étude a identifié, parmi d'autres, les protéines PFB0145c et MAL6P1.37 comme pouvant être la cible d'anticorps. Ces résultats sont en faveur de futures études qui évalueraient systématiquement l'immunogénicité des peptides d'intérêt dans le but d'établir des critères de sélection clairs pour le développement d'un vaccin. Résumé pour un large public La malaria est un problème de santé publique mondial principalement en Afrique, en Asie, en Océanie et en Amérique latine. Plus de 2 milliards de personnes vivent dans des régions endémiques et le nombre de cas par année est estimé entre 300 et 500 millions. 1.5 à 2.7 millions de décès surviennent annuellement dans ces zones. La résistance aux médicaments et aux insecticides augmente de plus en plus d'où la nécessité de développer un vaccin. Le séquençage complet du génome (ensemble des gènes) de P. falciparum a conduit au développement de nouvelles .études à large échelle dans le domaine des protéines du parasite (protéome) ; dans l'utilisation d'algorithmes, de techniques informatiques et statistiques pour l'analyse de données biologiques (bioinformatique) et dans les technologies de transcription et de profiles d'expression (transcriptome). Nous avons identifié, en utilisant les outils ci-dessus, des nouvelles protéines antigéniques qui sont présentes au stade sanguin de la malaria. Nous avons sélectionné, parmi ces protéines, celles contenant un motif dit "a-helical coiled-coil" qui sont des domaines impliqués dans un large éventail de fonctions biologiques. Des peptides représentant ces régions structurellement stables ont été synthétisés et utilisés pour immuniser des souris. La plupart des peptides testés sont immunogéniques et induisent un titre variable d'anticorps déterminé par ELISA. Les résultats de tests d'immunofluorescence indiquent que plusieurs sera de souris immunisées avec ces peptides reconnaissent les protéines natives exprimées à la surface des globules rouges infectés. En parallèle, des études d'ADCI in vitro montrent que des anticorps humains purifiés à partir de ces peptides en présence de monocytes inhibent la croissance du parasite de manière similaire à celle observée chez des adultes africains protégés. Des études d'antigénicité utilisant des sera de personnes immunes de différents âges (adultes et enfants) vivant dans des régions endémiques montrent que la majorité des peptides sont reconnus avec une haute prévalence. 73 peptides ont été testés dans des études épidémiologiques dans 2 villages côtiers du Kenya Ces 2 groupes vivent dans des zones bien distinctes et les prélèvements n'ont pas été effectués pendant la même période. Dans ces études, la réponse anticorps dirigée contre les peptides synthétiques a été testée en utilisant 467 échantillons sanguins d'enfants à risque de développer un épisode de malaria afin de caractériser le niveau de reconnaissance des peptides en fonction de l'âge et de déterminer le rôle des anticorps anti-peptides dans la protection contre la malaria cérébrale. Parmi ces peptides, 10 sont associés à une protection contre un épisode de malaria dans le premier village alors qu'un seul l'est dans les 2 villages. Ces résultats sont en faveur de futures études qui évalueraient systématiquement l'immunogénicité des peptides intéressants dans le but d'établir des critères de sélection clairs pour le développement d'un vaccin.

Bacterial flagellin triggers cardiac innate immune responses and acute contractile dysfunction.

BACKGROUND: Myocardial contractile failure in septic shock may develop following direct interactions, within the heart itself, between molecular motifs released by pathogens and their specific receptors, notably those belonging to the toll-like receptor (TLR) family. Here, we determined the ability of bacterial flagellin, the ligand of mammalian TLR5, to trigger myocardial inflammation and contractile dysfunction. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: TLR5 expression was determined in H9c2 cardiac myoblasts, in primary rat cardiomyocytes, and in whole heart extracts from rodents and humans. The ability of flagellin to activate pro-inflammatory signaling pathways (NF-kappaB and MAP kinases) and the expression of inflammatory cytokines was investigated in H9c2 cells, and, in part, in primary cardiomyocytes, as well as in the mouse myocardium in vivo. The influence of flagellin on left ventricular function was evaluated in mice by a conductance pressure-volume catheter. Cardiomyocytes and intact myocardium disclosed significant TLR5 expression. In vitro, flagellin activated NF-kappaB, MAP kinases, and the transcription of inflammatory genes. In vivo, flagellin induced cardiac activation of NF-kappaB, expression of inflammatory cytokines (TNF alpha, IL-1 beta, IL-6, MIP-2 and MCP-1), and provoked a state of reversible myocardial dysfunction, characterized by cardiac dilation, reduced ejection fraction, and decreased end-systolic elastance. CONCLUSION/SIGNIFICANCE: These results are the first to indicate that flagellin has the ability to trigger cardiac innate immune responses and to acutely depress myocardial contractility.

Cell biological characterization of the malaria vaccine candidate trophozoite exported protein 1.

In a genome-wide screen for alpha-helical coiled coil motifs aiming at structurally defined vaccine candidates we identified PFF0165c. This protein is exported in the trophozoite stage and was named accordingly Trophozoite exported protein 1 (Tex1). In an extensive preclinical evaluation of its coiled coil peptides Tex1 was identified as promising novel malaria vaccine candidate providing the rational for a comprehensive cell biological characterization of Tex1. Antibodies generated against an intrinsically unstructured N-terminal region of Tex1 and against a coiled coil domain were used to investigate cytological localization, solubility and expression profile. Co-localization experiments revealed that Tex1 is exported across the parasitophorous vacuole membrane and located to Maurer's clefts. Change in location is accompanied by a change in solubility: from a soluble state within the parasite to a membrane-associated state after export to Maurer's clefts. No classical export motifs such as PEXEL, signal sequence/anchor or transmembrane domain was identified for Tex1.

Bacterial flagellin elicits widespread innate immune defense mechanisms, apoptotic signaling, and a sepsis-like systemic inflammatory response in mice.

Introduction: Systemic inflammation in sepsis is initiated by interactions between pathogen molecular motifs and specific host receptors, especially toll-like receptors (TLRs). Flagellin is the main flagellar protein of motile microorganisms and is the ligand of TLR5. The distribution of TLR5 and the actions of flagellin at the systemic level have not been established. Therefore, we determined TLR5 expression and the ability of flagellin to trigger prototypical innate immune responses and apoptosis in major organs from mice. Methods: Male Balb/C mice (n = 80) were injected intravenously with 1-5 mu g recombinant Salmonella flagellin. Plasma and organ samples were obtained after 0.5 to 6 h, for molecular investigations. The expression of TLR5, the activation state of nuclear factor kappa B (NF kappa B) and mitogen-activated protein kinases (MAPKs) [extracellular related kinase (ERK) and c-jun-NH2 terminal kinase (JNK)], the production of cytokines [tumor necrosis alpha (TNF alpha), interleukin-1 beta (IL-1 beta), interleukin-6 (IL-6), macrophage inhibitory protein-2 (MIP-2) and soluble triggering receptor expressed on myeloid cells (TREM-1)], and the apoptotic cleavage of caspase-3 and its substrate Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) were determined in lung, liver, gut and kidney at different time-points. The time-course of plasma cytokines was evaluated up to 6 h after flagellin. Results: TLR5 mRNA and protein were constitutively expressed in all organs. In these organs, flagellin elicited a robust activation of NF kappa B and MAPKs, and induced significant production of the different cytokines evaluated, with slight interorgan variations. Plasma TNF alpha, IL-6 and MIP-2 disclosed a transient peak, whereas IL-1 beta and soluble TREM-1 steadily increased over 6 h. Flagellin also triggered a marked cleavage of caspase-3 and PARP in the intestine, pointing to its ability to promote significant apoptosis in this organ. Conclusions: Bacterial flagellin elicits prototypical innate immune responses in mice, leading to the release of multiple pro-inflammatory cytokines in the lung, small intestine, liver and kidney, and also activates apoptotic signalling in the gut. Therefore, this bacterial protein may represent a critical mediator of systemic inflammation and intestinal barrier failure in sepsis due to flagellated micro-organisms

MyHits: a new interactive resource for protein annotation and domain identification.

The MyHits web server (http://myhits.isb-sib.ch) is a new integrated service dedicated to the annotation of protein sequences and to the analysis of their domains and signatures. Guest users can use the system anonymously, with full access to (i) standard bioinformatics programs (e.g. PSI-BLAST, ClustalW, T-Coffee, Jalview); (ii) a large number of protein sequence databases, including standard (Swiss-Prot, TrEMBL) and locally developed databases (splice variants); (iii) databases of protein motifs (Prosite, Interpro); (iv) a precomputed list of matches ('hits') between the sequence and motif databases. All databases are updated on a weekly basis and the hit list is kept up to date incrementally. The MyHits server also includes a new collection of tools to generate graphical representations of pairwise and multiple sequence alignments including their annotated features. Free registration enables users to upload their own sequences and motifs to private databases. These are then made available through the same web interface and the same set of analytical tools. Registered users can manage their own sequences and annotations using only web tools and freeze their data in their private database for publication purposes.

Cell biological characterization of the malaria vaccine candidate trophozoite exported protein 1.

In a genome-wide screen for alpha-helical coiled coil motifs aiming at structurally defined vaccine candidates we identified PFF0165c. This protein is exported in the trophozoite stage and was named accordingly Trophozoite exported protein 1 (Tex1). In an extensive preclinical evaluation of its coiled coil peptides Tex1 was identified as promising novel malaria vaccine candidate providing the rational for a comprehensive cell biological characterization of Tex1. Antibodies generated against an intrinsically unstructured N-terminal region of Tex1 and against a coiled coil domain were used to investigate cytological localization, solubility and expression profile. Co-localization experiments revealed that Tex1 is exported across the parasitophorous vacuole membrane and located to Maurer's clefts. Change in location is accompanied by a change in solubility: from a soluble state within the parasite to a membrane-associated state after export to Maurer's clefts. No classical export motifs such as PEXEL, signal sequence/anchor or transmembrane domain was identified for Tex1.

Le mythe de la chute de Satan et la question du milieu d'origine de la Vie d'Adam et Ève

(Résumé de l'ouvrage) This collection of studies in honor of François Bovon highlights the rich diversity found within early expressions of Christianity as evidenced in ancient texts, traditions, symbols, and motifs. Old labels like 'apocrypha' or 'heresy' that for centuries have suppressed much of this evidence are removed, previous assumptions are questioned, and the old data are examined afresh along with the latest discoveries. The studies fall into six areas: ancient gospels, acts, early Christian movements, ancient interpretations, art, and manuscripts. Contributors include James Robinson, Helmut Koester, Harold Attridge, Karen King, and Jean-Daniel Kaestli.

MAMOT: hidden Markov modeling tool.

Hidden Markov models (HMMs) are probabilistic models that are well adapted to many tasks in bioinformatics, for example, for predicting the occurrence of specific motifs in biological sequences. MAMOT is a command-line program for Unix-like operating systems, including MacOS X, that we developed to allow scientists to apply HMMs more easily in their research. One can define the architecture and initial parameters of the model in a text file and then use MAMOT for parameter optimization on example data, decoding (like predicting motif occurrence in sequences) and the production of stochastic sequences generated according to the probabilistic model. Two examples for which models are provided are coiled-coil domains in protein sequences and protein binding sites in DNA. A wealth of useful features include the use of pseudocounts, state tying and fixing of selected parameters in learning, and the inclusion of prior probabilities in decoding. AVAILABILITY: MAMOT is implemented in C++, and is distributed under the GNU General Public Licence (GPL). The software, documentation, and example model files can be found at http://bcf.isb-sib.ch/mamot

Quand l'évêque Athanase se prend pour l'évangéliste Luc (Lettre festale XXXIX sur le canon des Ecritures)

(Résumé de l'ouvrage) This collection of studies in honor of François Bovon highlights the rich diversity found within early expressions of Christianity as evidenced in ancient texts, traditions, symbols, and motifs. Old labels like 'apocrypha' or 'heresy' that for centuries have suppressed much of this evidence are removed, previous assumptions are questioned, and the old data are examined afresh along with the latest discoveries. The studies fall into six areas: ancient gospels, acts, early Christian movements, ancient interpretations, art, and manuscripts. Contributors include James Robinson, Helmut Koester, Harold Attridge, Karen King, and Jean-Daniel Kaestli.

Identification of small RNAs in Pseudomonas species

Summary: Bacterial small RNAs (sRNAs) are transcripts most of which have regulatory functions. Sequence and secondary structure elements enable numerous sRNAs to interact with mRNAs or with regulatory proteins resulting in diverse regulatory effects on virulence, iron storage, organization of cell envelope proteins or stress response. sRNAs having high affinity for RsmA-like RNA-binding proteins are important for posttranscriptional regulation in various Gram-negative bacteria. In Pseudomonas spp., the GacS/GacA two component system positively controls the production of such sRNAs. They titrate RsmA-like proteins and thus overcome translational repression due to these proteins. As a consequence, secondary metabolites can be produced that are implicated in the biocontrol capacity of P. fluorescens or in the virulence of P. aeruginosa. A genome-wide search carried out in P. aeruginosa PAO1 and in closely related Pseudomonas spp. resulted in the identification of 15 genes coding for sRNAs. Eight of these are novel, the remaining seven have previously been observed. Among them, the 1698 sRNA gene was expressed under GacA control, whereas the transcription of 1887 sRNA gene was transcribed under the control of the anaerobic regulator Anr in an oxygen-limited environment. Overexpression of 1698 sRNA in P. fluorescens strain CHAO did not affect the expression of the GacA-regulated hcnA gene (first gene of the operon coding for HCN synthase), indicating that 1698 sRNA is probably not part of the secondary metabolite regulation pathway. The expression of 1698 sRNA was positively regulated by RpoS in both P. aeruginosa PAO 1 and P. ,fluorescens CHAO and appeared to be modulated temporarily by oxidative stress conditions. However, the effect of 1698 sRNA on oxidative stress survival has not yet been established. Hfq protein interacted with 1698 sRNA in vitro and improved 1698 sRNA expression in vivo in P. aeruginosa. In P. fluorescens, GacA and Hfq were both required for expression of rpoS and GacA showed a positively control on the hfq expression; therefore, at least in this organism, GacA control of 1698 sRNA expression may act indirectly via Hfq and RpoS. Different methods were employed to find abase-pairing target for 1698 sRNA. In a proteomic analysis carried out in P. aeruginosa, positive regulation by 1698 sRNA was observed for Soda, the iron-associated superoxide dismutase, an enzyme involved in oxidative stress resistance. A sequence complementary with 1698 sRNA was predicted to be located in the 5' leader of soda mRNA. However, base-pairing between soda mRNA and 1698 sRNA remains to be proven. In conclusion, this work has revealed eight novel sRNAs and novel functions of two sRNAs in Pseudomonas spp. Résumé Les petits ARNs non-codants (sRNAs) produits par les bactéries sont des transcrits ayant pour la plupart des activités régulatrices importantes. Leurs séquences nucléotidiques ainsi que leurs structures secondaires permettent aux sRNAs d'interagir soit avec des RNA messagers (mRNAs), de sorte à modifier l'expression des protéines pour lesquelles ils codent, soit avec des protéines régulatrices liant des rnRNAs, ce qui a pour effet de modifier l'expression de ces mRNAs. Des sRNAs sont impliqués dans diverses voies de régulation, telles que celles qui régissent la virulence, le stockage du fer, l'organisation des protéines de l'enveloppe bactérienne ou la réponse au stress. Chez les Pseudomonas spp., le système à deux composantes GacS/GacA contrôle la production de métabolites secondaires. Ceux-ci sont engagés dans l'établissement du biocontrôle, chez P. fluorescens, ou. de la virulence, chez P. aeruginosa. La régulation génique dirigée par le système GacS/GacA fait intervenir les sRNAs du type RsmZ, capables de contrecarrer l'action au niveau traductionnel exercée par les protéines régulatrices du type RsmA. Une recherche au niveau du génome a été menée chez P. aeruginosa PAO1 de même que chez des espèces qui lui sont étroitement apparentées, débouchant sur la mise en évidence de 15 gènes codant pour des sRNAs. Parmi ceux-ci, huit ont été découverts pour la première fois et sept confirment des travaux publiés. L'expression du gène du sRNAs 1698 s'avère être régulée par GacA, vraisemblablement de manière indirecte. La transcription du gène du sRNA 1887 montre une dépendance envers Anr, régulateur de l'anaérobiose, et envers une carence en oxygène. La surexpression du sRNA 1698 chez P. fluorescens CHAO n'affecte pas l'expression de hcnA, un gène du régulon GacA, laissant supposer que le sRNA n'intervient pas dans la régulation des métabolites secondaires. Chez P. aeruginosa PAOI et chez P. fluorescens CHAO, RpoS, le facteur sigma du stress, est nécessaire à l'expression du sRNA 1698, et la concentration de ce dernier est modulée par des conditions de stress oxydatif. Toutefois, un effet du sRNA 1698 quant à la survie suite au stress oxydatif n'a pas été établi. Par ailleurs, l'interaction entre le sRNA 1698 et Hfq, la protéine chaperone de RNAs, in vitro ainsi qu'un rôle positif de Hfq pour l'expression du sRNA 1698 in vivo ont été démontrés chez P. aeruginosa. L'induction de l'expression par GacA de rpoS et de hfq a été confirmée chez P. fluorescens CHAO, suggérant que la régulation par GacA du sRNA 1698 pourrait se faire par l'intermédiaire de RpoS et Hfq. Diverses méthodes ont été employées pour identifier un transcrit qui puisse être apparié par le sRNA 1698. Une analyse de protéome chez P. aeruginosa montre que l'expression de Soda, la superoxyde dismutase associée au fer, est positivement régulée par le sRNA 1698. Soda est une enzyme impliquée dans la résistance au stress oxydatif. Une séquence de complémentarité avec le sRNA 1698 a bien été prédite sur le leader 5' du mRNA de soda. Cependant, l'appariement entre le sRNA et son transcrit cible est encore à prouver. En conclusion, ce travail a dévoilé huit nouveaux sRNAs et de nouvelles fonctions pour deux sRNAs chez les Pseudomonas.

Vade-Mecum de Pédiatrie

Ce livre qui s'adresse aux médecins et étudiants en formation de pédiatrie, mais également aux médecins de famille installés en pratique privée, traite de manière synthétique (texte court, algorithme et références essentielles) les situations d'urgences médico- chirurgicales de l'enfant, les problématiques courantes de néonatologie ainsi que les motifs de consultation les plus habituels en pédiatrie et chirurgie pédiatrique générale. Les problématiques psycho-sociales sont également évoquées. Un index thérapeutique complète l'ouvrage.

Functional Characterization of a n NTPase Activity of the Hepatitis C Virus Nonstructural Protein 4B

Background: Nonstructural p rotein 4 B (NS4B) i s the m asterorganizer of hepatitis C virus (HCV) replication complexformation. It is a multispanning membrane protein that has beenreported to p ossess NTPase activity. This enzymatic functionhas been poorly studied so far and its role in the HCV life cycleis u nknown. T he present w ork-in-progress a ims at validatingand functionally c haracterizing this a ctivity a nd its r ole in t heviral life cycle.Methods: B ioinformatic analyses were performed to i dentifykey residues for site-directed mutagenesis, both in t he contextof s ubgenomic r eplicons a s well as recombinant v iruses.Mutants were investigated with respect to R NA replication andinfectious particle p roduction. In p arallel, expression andpurification of recombinant wild-type and mutant NS4B proteinsare being pursued to characterize enzymatic activity in vitro.Results: B ioinformatic a nalyses revealed t hat p redictedNTPase features are conserved only in H CV NS4B b ut n ot i nNS4B from other Flaviviridae f amily m embers. A laninesubstitutions were designed to target predicted key Walker A, Band C motifs. These substitutions affected RNA replication andinfectious virus production to v arying degrees. Optimization ofrecombinant protein production is i n progress both in b acterialas well as mammalian expression systems.Conclusions: These studies should yield new insights into thefunctions of this hitherto poorly characterized viral nonstructuralprotein and may reveal novel targets for antiviral intervention inthe future.

Bacterial flagellin elicits innate immune defenses and cardiac dysfunction in vivo

Résumé Les agents pathogènes responsables d'infection entraînent chez l'hôte deux types de réponses immunes, la première, non spécifique, dite immunité innée, la seconde, spécifique à l'agent concerné, dite immunité adaptative. L'immunité innée, qui représente la première ligne de défense contre les pathogènes, est liée à la reconnaissance par les cellules de l'hôte de structures moléculaires propres aux micro-organismes (« Pathogen-Associated Molecular Patterns », PAMPs), grâce à des récepteurs membranaires et cytoplasmiques (« Pattern Recognition Receptors », PRRs) identifiant de manière spécifique ces motifs moléculaires. Les récepteurs membranaires impliqués dans ce processus sont dénommés toll-like récepteurs, ou TLRS. Lorsqu'ils sont activés par leur ligand spécifique, ces récepteurs activent des voies de signalisation intracellulaires initiant la réponse inflammatoire non spécifique et visant à éradiquer l'agent pathogène. Les deux voies de signalisation impliquées dans ce processus sont la voie des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs) et celle du « Nuclear Factor kappaB » (NF-κB), dont l'activation entraîne in fine l'expression de protéines de l'inflammation dénommées cytokines, ainsi que certaines enzymes produisant divers autres médiateurs inflammatoires. Dans certaines situations, cette réponse immune peut être amplifiée de manière inadéquate, entraînant chez l'hôte une réaction inflammatoire systémique exagérée, appelée sepsis. Le sepsis peut se compliquer de dysfonctions d'organes multiples (sepsis sévère), et dans sa forme la plus grave, d'un collapsus cardiovasculaire, définissant le choc septique. La défaillance circulatoire du choc septique touche les vaisseaux sanguins d'une part, le coeur d'autre part, réalisant un tableau de «dysfonction cardiaque septique », dont on connaît mal les mécanismes pathogéniques. Les bactéries à Gram négatif peuvent déclencher de tels phénomènes, notamment en libérant de l'endotoxine, qui active les voies de l'immunité innée par son interaction avec un toll récepteur, le TLR4. Outre l'endotoxine, la plupart des bactéries à Gram négatif relâchent également dans leur environnement une protéine, la flagelline, qui est le constituant majeur du flagelle bactérien, organelle assurant la mobilité de ces micro-organismes. Des données récentes ont indiqué que la flagelline active, dans certaines cellules, les voies de l'immunité innée en se liant au récepteur TLRS. On ne connaît toutefois pas les conséquences de l'interaction flagelline-TLRS sur le développement de l'inflammation et des dysfonctions d'organes au cours du sepsis. Nous avons par conséquent élaboré le présent travail en formulant l'hypothèse que la flagelline pourrait déclencher une telle inflammation et représenter ainsi un médiateur potentiel de la dysfonction d'organes au cours du sepsis à Gram négatif, en nous intéressant plus particulièrement àl'inflammation et à la dysfonction cardiaque. Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié les effets de la flagelline sur l'activation du NF-κB et des MAPKs, et sur l'expression de cytokines inflammatoires au niveau du myocarde in vitro (cardiomyocytes en culture) et in vivo (injection de flagelline recombinante à des souris). Nous avons observé tout d'abord que le récepteur TLRS est fortement exprimé au niveau du myocarde. Nous avons ensuite démontré que la flagelline active la voie du NF-κB et des MAP kinases (p38 et JNK), stimule la production de cytokines et de chemokines inflammatoires in vitro et in vivo, et entraîne l'activation de polynucléaires neutrophiles dans le tissu cardiaque in vivo. Finalement, au plan fonctionnel, nous avons pu montrer que la flagelline entraîne une dilatation et une réduction aiguë de la contractilité du ventricule gauche chez la souris, reproduisant les caractéristiques de la dysfonction cardiaque septique. Dans la deuxième partie, nous avons déterminé la distribution du récepteur TLRS dans les autres organes majeurs de la souris (poumon, foie, intestin et rein}, et avons caractérisé dans ces organes l'effet de la flagelline sur l'activation du NF-κB et des MAPKs, l'expression de cytokines, et l'induction de l'apoptose. Nous avons démontré que le TLRS est exprimé de façon constitutive dans ces organes, et que l'injection de flagelline y déclenche les cascades de l'immunité innée et de processus apoptotiques. Finalement, nous avons également déterminé que la flagelline entraîne une augmentation significative de multiples cytokines dans le plasma une à six heures après son injection. En résumé, nos données démontrent que la flagelline bactérienne (a) entraîne une inflammation et une dysfonction importantes du myocarde et (b) active de manière très significative les mécanismes d'immunité innée dans les principaux organes et entraîne une réponse inflammatoire systémique. Par conséquent, la flagelline peut représenter un médiateur puissant de l'inflammation et de la dysfonction d'organes, notamment du coeur, au cours du choc septique déclenché par les bactéries à Gram négatif. Summary Pathogenic microorganisms trigger two kinds of immune responses in the host. The first one is immediate and non-specific and is termed innate immunity, whereas the second one, specifically targeted at the invading agent, is termed adaptative immunity. Innate immunity, which represents the first line of defense against invading pathogens, confers the host the ability to recognize molecular structures common to many microbial pathogens, ("Pathogen-Associated Molecular Patterns", PAMPs), through cytosolic or membrane-associated receptors ("Pattern Recognition Receptors", PRRs), the latter being represented by a family of receptors termed "toll-like receptors or TLRs". Once activated by the binding of their specific ligand, these receptors activate intracellular signaling pathways, which initiate the non-specific inflammatory response aimed at eradicating the pathogens. The two pathways implicated in this process are the mitogen-activated protein kinases (MAPK) and the nuclear factor kappa B (NF-κB) signaling pathways, whose activation elicit in fine the expression of inflammatory proteins termed cytokines, as well as various enzymes producing a wealth of additional inflammatory mediators. In some circumstances, the innate immune response can become amplified and dysregulated, triggering an overwhelming systemic inflammatory response in the host, identified as sepsis. Sepsis can be associated with multiple organ dysfunction (severe sepsis), and in its most severe form, with cardiovascular collapse, defming septic shock. The cardiovascular failure associated with septic shock affects blood vessels as well as the heart, resulting in a particular form of acute heart failure termed "septic cardiac dysfunction ", whose pathogenic mechanisms remain partly undefined. Gram-negative bacteria can initiate such phenomena, notably by releasing lipopolysaccharide (LPS), which activates innate immune signaling by interacting with its specific toll receptor, the TLR4. Besides LPS, most Gram-negative bacteria also release flagellin into their environment, which is the main structural protein of the bacterial flagellum, an appendage extending from the outer bacterial membrane, responsible for the motility of the microorganism. Recent data indicated that flagellin activate immune responses upon binding to its receptor, TLRS, in various cell types. However, the role of flagellin/TLRS interaction in the development of inflammation and organ dysfunction during sepsis is not known. Therefore, we designed the present work to address the hypothesis that flagellin might trigger such inflammatory responses and thus represent a potential mediator of organ dysfunction during Gram-negative sepsis, with a particular emphasis on cardiac inflammation and contractile dysfunction. In the first part of this work, we investigated the effects of flagellin on NF-κB and MAPK activation and the generation of pro-inflammatory mediators within the heart in vitro (cultured cardiomyocytes) and in vivo (injection of recombinant flagellin into mice). We first observed that TLRS protein is strongly expressed by the myocardium. We then demonstrated that flagellin activates NF-κB and MAP kinases (p38 and JNK), upregulates the transcription of pro-inflammatory cytokines and chemokines in vitro and in vivo, and stimulates the activation of polymorphonuclear neutrophils within the heart in vivo. Finally, we demonstrated that flagellin triggers acute cardiac dilation, and a significant reduction of left ventricular contractility, mimicking characteristics of clinical septic cardiac dysfunction. In the second part, we determined the TLRS distribution in other mice major organs (lung, liver, gut and kidney) and we characterized in these organs the effects of flagellin on NF-κB and MAPK activation, on the expression of pro-inflammatory çytokines, and on the induction of apoptosis. We demonstrated that TLRS protein is constitutively expressed and that flagellin activates prototypical innate immune responses and pro-apoptotic pathways in all these organs. Finally, we also observed that flagellin induces a significant increase of multiple cytokines in the plasma from 1 to 6 hours after its intravenous administration. Altogether, these data provide evidence that bacterial flagellin (a) triggers an important inflammatory response and an acute dysfunction of the myocardium, and (b) significantly activates the mechanisms of innate immunity in most major organs and elicits a systemic inflammatory response. In consequence, flagellin may represent a potent mediator of inflammation and multiple organ failure, notably cardiac dysfunction, during Gram-negative septic shock.

The role of CTCFL/BORIS in Meiosis

The complexity of mammalian genome organization demands a complex interplay of DNA and proteins to orchestrate proper gene regulation. CTCF, a highly conserved, ubiquitously expressed protein has been postulated as a primary organizer of genome architecture because of its roles in transcriptional activation/repression, insulation and imprinting. Diverse regulatory functions are exerted through genome wide binding via a central eleven zinc finger DNA binding domain and an array of diverse protein-protein interactions through N- and C- terminal domains. CTCFL has been identified as a paralog of CTCF expressed only in spermatogenic cells of the testis. CTCF and CTCFL have a highly homologous DNA-binding domain, while the flanking amino acid sequences exhibit no significant similarity. Genome- wide mapping of CTCF binding sites has been carried out in many cell types, but no data exist for CTCFL apart from a few identified loci. The lack of high quality antibodies prompted us to generate an endogenously flag-tagged CTCFL mouse model using BAC recombination. IHC staining using anti-flag antibodies confirmed CTCFL localization to type Β spermatogonia and preleptotene spermatocytes and a mutually exclusive pattern of expression with CTCF. ChIP followed by high-throughput sequencing identified 10,382 binding sites showing 70% overlap but representing only 20% of CTCF sites. Consensus sequence analysis identified a significantly longer binding motif with prominently less ambiguity of base calling at every position. The significant difference between CTCF and CTCFL genomic binding patterns proposes that their binding to DNA is differentially regulated. Analysis of CTCFL binding to methylated regions on a genome wide scale identified approximately 1,000 loci. Methylation-independent binding of CTCFL might be at least one of the mechanisms that ensures distinct binding patterns of CTCF and CTCFL since CTCF binding is methylation- sensitive. Co-localization of CTCF with cohesin has been well established and analysis of CTCFL and SMC3 overlap identified around 3,300 binding sites from which two related but distinct consensus sequence motifs were derived. Because virtually all data for cohesin binding originate from mitotically proliferating cells, the anticipated overlap is expected to be considerably higher in meiotic cells. Meiosis-specific cohesin subunit Rec8 is specific for spermatocytes and 6 out of the 12 identified binding sites are also bound by CTCFL. In conclusion, this was the first genome-wide mapping of CTCFL binding sites in spermatocytes, the only cell type where CTCF is not expressed. CTCFL has a unique binding site repertoire distinct from CTCF, binds to methylated sequences and shows a significant overlap with cohesin binding sites. Future efforts will be oriented towards deciphering the role CTCFL plays in conversion of chromatin structure and function from mitotic to meiotic chromosomes. - La complexité de l'organisation du génome des mammifères exige une interaction particulière entre ADN et protéines pour orchestrer une régulation appropriée de l'expression des gènes. CTCFL, une protéine ubiquitaire très conservée, serait le principal organisateur de l'architecture du génome de par son rôle dans l'activation / la répression de la transcription, la protection et la localisation des gènes. Diverses régulations sont opérées, d'une part au travers d'interactions à différents endroits du génome par le biais d'un domaine protéique central de liaison à l'ADN à onze doigts de zinc, et d'autre part par des interactions protéine-protéine variées au niveau de leur domaine N- et C-terminal. CTCFL a été identifié comme un paralogue de CTCF exprimé uniquement dans les cellules spermatiques du testicule. CTCFL et CTCF ont un domaine de liaison à l'ADN très homologue, tandis que les séquences d'acides aminés situées de part et d'autre de ce domaine ne présentent aucune similitude. Une cartographie générale des sites de liaison au CTCF a été réalisée pour de nombreux types cellulaires, mais il n'existe aucune donnée pour CTCFL à l'exception de l'identification de quelques loci. L'absence d'anticorps de bonne qualité nous a conduit à générer un modèle murin portant un CTCFL endogène taggué grâce à un procédé de recombinaison BAC. Une coloration IHC à l'aide d'anticorps anti-FLAG a confirmé la présence de CTCFL au niveau des spermatogonies de type Β et des spermatocytes au stade préleptotène, et une distribution mutuellement exclusive avec CTCF. Une méthode de Chromatine Immunoprecipitation (ChIP) suivie d'un séquençage à haut débit a permis d'identifier 10.382 sites de liaison montrant 70% d'homologie mais ne représentant que 20% des sites CTCF. L'analyse de la séquence consensus révèle un motif de fixation à l'ADN nettement plus long et qui comporte bien moins de bases aléatoires à chaque position nucléotidique. La différence significative entre les séquences génomiques des sites de liaison au CTCF et CTCFL suggère que leur fixation à l'ADN est régulée différemment. Appliquée à l'échelle du génome, l'étude de l'interaction de CTCFL avec des régions méthylées de l'ADN a permis d'identifier environ 1.000 loci. Contrairement à CTCFL, la liaison de CTCF dépend de l'état de méthylation de l'ADN ; cette modification épigénétique constitue donc au moins un des mécanismes de régulation expliquant une localisation de CTCF et CTCFL à des sites distincts du génome. La co- localisation de CTCF avec la cohésine étant établie, l'analyse de la superposition des séquences de CTCFL avec la sous-unité SMC3 identifie environ 3.300 sites de liaison parmi lesquels deux mêmes motifs consensus distincts par leur séquence sont mis en évidence. La presque quasi-totalité des données sur la cohésine ayant été établie à partir de cellules en prolifération mitotique, il est probable que la similitude au sein des séquences consensus soit encore plus grande dans le cas des cellules en méiose. La sous-unité Rec8 de la cohésine propre à l'état de méiose est spécifiquement exprimée dans les spermatocytes. Or 6 des 12 sites de liaison identifiés sont également utilisés par CTCFL. Pour conclure, ce travail constitue la première cartographie à l'échelle du génome des sites de liaison de CTCFL dans les spermatocytes, seul type cellulaire où CTCFL n'est pas exprimé. CTCFL possède un répertoire unique de sites de fixation à l'ADN distinct de CTCF, se lie à des séquences méthylées et présente un nombre important de sites de liaison communs avec la cohésine. Les perspectives futures sont d'élucider le rôle de CTCFL dans le remodelage de la structure de la chromatine et de définir sa fonction dans le processus de méiose.

Characterization of the hcnABC gene cluster encoding hydrogen cyanide synthase and anaerobic regulation by ANR in the strictly aerobic biocontrol agent Pseudomonas fluorescens CHA0.

The secondary metabolite hydrogen cyanide (HCN) is produced by Pseudomonas fluorescens from glycine, essentially under microaerophilic conditions. The genetic basis of HCN synthesis in P. fluorescens CHA0 was investigated. The contiguous structural genes hcnABC encoding HCN synthase were expressed from the T7 promoter in Escherichia coli, resulting in HCN production in this bacterium. Analysis of the nucleotide sequence of the hcnABC genes showed that each HCN synthase subunit was similar to known enzymes involved in hydrogen transfer, i.e., to formate dehydrogenase (for HcnA) or amino acid oxidases (for HcnB and HcnC). These similarities and the presence of flavin adenine dinucleotide- or NAD(P)-binding motifs in HcnB and HcnC suggest that HCN synthase may act as a dehydrogenase in the reaction leading from glycine to HCN and CO2. The hcnA promoter was mapped by primer extension; the -40 sequence (TTGGC ... ATCAA) resembled the consensus FNR (fumarate and nitrate reductase regulator) binding sequence (TTGAT ... ATCAA). The gene encoding the FNR-like protein ANR (anaerobic regulator) was cloned from P. fluorescens CHA0 and sequenced. ANR of strain CHA0 was most similar to ANR of P. aeruginosa and CydR of Azotobacter vinelandii. An anr mutant of P. fluorescens (CHA21) produced little HCN and was unable to express an hcnA-lacZ translational fusion, whereas in wild-type strain CHA0, microaerophilic conditions strongly favored the expression of the hcnA-lacZ fusion. Mutant CHA21 as well as an hcn deletion mutant were impaired in their capacity to suppress black root rot of tobacco, a disease caused by Thielaviopsis basicola, under gnotobiotic conditions. This effect was most pronounced in water-saturated artificial soil, where the anr mutant had lost about 30% of disease suppression ability, compared with wild-type strain CHA0. These results show that the anaerobic regulator ANR is required for cyanide synthesis in the strictly aerobic strain CHA0 and suggest that ANR-mediated cyanogenesis contributes to the suppression of black root rot.