Differential regulation of Na-K-ATPase isoform gene expression by T3 during rat brain development.

A fetal rat telencephalon organotypic cell culture system was found to reproduce the developmental pattern of Na-K-adenosinetriphosphatase (ATPase) gene expression observed in vivo [Am. J. Physiol. 258 (Cell Physiol. 27): C1062-C1069, 1990]. We have used this culture system to study the effects of triiodothyronine (T3; 0.003-30 nM) on mRNA abundance and basal transcription rates of Na-K-ATPase isoforms. Steady-state mRNA levels were low at culture day 6 (corresponding to the day of birth) but distinct for each isoform alpha 3 much greater than beta 1 = beta 2 greater than alpha 2 greater than alpha 1. At culture day 6, T3 did not modify mRNA abundance of any isoform. At culture day 12 (corresponding to day 7 postnatal), T3 increased the mRNA level of alpha 2 (4- to 7-fold), beta 2 (4- to 5-fold), alpha 1 (3- to 6-fold), and beta 1 (1.5-fold), whereas alpha 3 mRNA levels remained unchanged. Interestingly, the basal transcription rate for each isoform differed strikingly (alpha 2 greater than alpha 1 much greater than beta 1 = beta 2 greater than alpha 3) but remained stable throughout 12 days of culture and was not regulated by T3. Thus we observed an inverse relationship between rate of transcription and rate of mRNA accumulation for each alpha-isoform, suggesting that alpha 1- and alpha 2-mRNA are turning over rapidly whereas alpha 3-mRNA is turning over slowly. Our data indicate that one of the mechanisms by which T3 selectively controls Na-K-ATPase gene expression during brain development in vitro occurs at the posttranscriptional level.

Fas and Fas ligand in embryos and adult mice: ligand expression in several immune-privileged tissues and coexpression in adult tissues characterized by apoptotic cell turnover.

The cell surface receptor Fas (FasR, Apo-1, CD95) and its ligand (FasL) are mediators of apoptosis that have been shown to be implicated in the peripheral deletion of autoimmune cells, activation-induced T cell death, and one of the two major cytolytic pathways mediated by CD8+ cytolytic T cells. To gain further understanding of the Fas system., we have analyzed Fas and FasL expression during mouse development and in adult tissues. In developing mouse embryos, from 16.5 d onwards, Fas mRNA is detectable in distinct cell types of the developing sinus, thymus, lung, and liver, whereas FasL expression is restricted to submaxillary gland epithelial cells and the developing nervous system. Significant Fas and FasL expression were observed in several nonlymphoid cell types during embryogenesis, and generally Fas and FasL expression were not localized to characteristic sites of programmed cell death. In the adult mouse, RNase protection analysis revealed very wide expression of both Fas and FasL. Several tissues, including the thymus, lung, spleen, small intestine, large intestine, seminal vesicle, prostate, and uterus, clearly coexpress the two genes. Most tissues constitutively coexpressing Fas and FasL in the adult mouse are characterized by apoptotic cell turnover, and many of those expressing FasL are known to be immune privileged. It may be, therefore, that the Fas system is implicated in both the regulation of physiological cell turnover and the protection of particular tissues against potential lymphocyte-mediated damage.

Extracellular deposition of matrilin-2 controls the timing of the myogenic program during muscle regeneration.

Here, we identify a role for the matrilin-2 (Matn2) extracellular matrix protein in controlling the early stages of myogenic differentiation. We observed Matn2 deposition around proliferating, differentiating and fusing myoblasts in culture and during muscle regeneration in vivo. Silencing of Matn2 delayed the expression of the Cdk inhibitor p21 and of the myogenic genes Nfix, MyoD and Myog, explaining the retarded cell cycle exit and myoblast differentiation. Rescue of Matn2 expression restored differentiation and the expression of p21 and of the myogenic genes. TGF-β1 inhibited myogenic differentiation at least in part by repressing Matn2 expression, which inhibited the onset of a positive-feedback loop whereby Matn2 and Nfix activate the expression of one another and activate myoblast differentiation. In vivo, myoblast cell cycle arrest and muscle regeneration was delayed in Matn2(-/-) relative to wild-type mice. The expression levels of Trf3 and myogenic genes were robustly reduced in Matn2(-/-) fetal limbs and in differentiating primary myoblast cultures, establishing Matn2 as a key modulator of the regulatory cascade that initiates terminal myogenic differentiation. Our data thus identify Matn2 as a crucial component of a genetic switch that modulates the onset of tissue repair.

Les aquaporines 4 et 9 dans le système nerveux central : expression lors de la différenciation cellulaire et implication dans le métabolisme énergétique astrocytaire "in vitro"

RESUME : Les aquaporines (AQPs) sont des protéines membranaires perméables à l'eau (aquaporines strictes) et, pour certaines d'entre elles, également au glycérol (aquaglycéroporines). Ces protéines sont présentes dans les bactéries, les plantes et les différents organes des mammifères. Dans le cerveau, la moindre augmentation de volume hydrique peut avoir de graves conséquences sur son fonctionnement, d'où l'importance de la régulation de l'homéostasie de l'eau grâce aux AQPs. L'AQP4, une aquaporine stricte, est présente dans les astrocytes et est impliquée dans la formation et la résorption des oedèmes cérébraux. En revanche, l'AQP9 est une aquaglycéroporine, qui est localisée non seulement dans les astrocytes mais également dans les neurones catécholaminergiques. Bien que la distribution de l'AQP4 dans le cerveau soit clairement établie, la présence de l'AQP9 est toujours une donnée controversée et son rôle fonctionnel dans le système nerveux central n'est pas connu. Par ailleurs, aucune donnée n'existe sur l'expression des AQP4 et 9 lors de la différenciation de cellules souches neurales foetales (CSNf) en astrocytes ou en neurones catécholaminergiques. Dans la première partie de ce travail, un protocole a été mis au point permettant de différencier des CSNf de souris en astrocytes et neurones, dont des neurones catécholaminergiques. La caractérisation des cultures de CSNf et des cultures mixtes par immunofluorescence a permis de montrer que l'immunomarquage AQP9 est présent dans les CSNf et est conservé lors de leur différenciation en astrocytes ou en neurones catécholaminergiques. Les résultats obtenus ont mis en évidence une très bonne corrélation entre l'expression de la TH (tyrosine hydroxylase: enzyme limitante de la synthèse des catécholamines) et celle de l'AQP9 lors de la différenciation des CSNf en neurones catécholaminergiques. Par contre, l'immunomarquage AQP4 n'est pas présent dans les CSNf alors qu'il est observé dans les astrocytes. De plus, aucun immunomarquage AQP4 ou AQP9 n'a été observé dans les neurones NIAP2-positifs. Dans la deuxième partie de ce travail, l'expression des AQP4 et 9 a été quantifiée dans les CSNf ainsi que dans trois populations d'astrocytes présentant des propriétés métaboliques différentes. Ces trois populations astrocytaires sont issues de la différenciation des CSNf par le CNTF, le LIF ou le sérum de veau foetal. Les analyses par RTPCR quantitative et western blot ont montré une augmentation de l'expression de l'AQP9 et de l'AQP4 corrélée à l'acquisition de propriétés métaboliques spécifiques des astrocytes matures. Dans la dernière partie, la technique d'ARN interférents a permis d'étudier le rôle fonctionnel de l'AQP9 dans le modèle de culture pure d'astrocytes différenciés par le sérum. L'inhibition de l'expression d'AQP9 entraîne une diminution de la perméabilité au glycérol et une augmentation de l'utilisation de glucose, corrélée à une stimulation du métabolisme oxydatif astrocytaire. En revanche, 1a baisse d'expression d'AQP9 n'a aucun effet sur la glycolyse anaérobie ni sur la libération du lactate. En conclusion, dans ce modèle in vitro, seule l'AQP9 est exprimée dans les CSNf et les neurones catécholaminergiques alors que dans Ies astrocytes, à la fois l'AQP9 et l'AQP4 sont exprimées. Cette distribution est identique à celle observée in vivo et confirme la localisation spécifique de l'AQP9 dans les neurones catécholaminergiques. De plus, ces résultats montrent, pour la première fois, l'implication de l'AQP9 dans la perméabilité des astrocytes au glycérol et son implication dans le métabolisme énergétique astrocytaire. ABSTACT : Aquaporins (AQPs) are membrane proteins permeable to water (orthodoxes aquaporins) and some of them are also permeable to glycerol (aquaglyceroporins). These proteins are widely expressed in bacteria, plants and mammals. AQP water homeostasis regulation in brain is of primary importance as the brain volume cannot increase. AQP4, an orthodoxe aquaporin, is present in astrocytes and seems to be involved in edema formation and resorption. On the other hand, AQP9 is an aquaglyceroporin which is localised not only in astrocytes but also in catecholaminergic neurons. Although AQP4 distribution in brain is clearly established, the presence of AQP9 is still a discussed data and its functional role in the central nervous system is unknown. In addition, no data exists on AQP4 or AQP9 expression during fetal neural stem cells (fNSC) differentiation into astrocytes or catecholaminergic neurons. In the first part of this work, a protocol was developed to differentiate mouse fNSC into astrocytes and neurons, with the aim to obtain catecholaminergic neurons. By immunefluorescence, we have shown that AQP9 is expressed in fNSC cultures and also in astrocytes and catecholaminergic neurons in mixt cultures. The results obtained highlighted a very good correlation between TH expression (tyrosin hydroxylase being a limiting enzyme of catecholamines synthesis) and AQP9 in fNSC and all along their differentiation into catecholaminergic neurons. On the other hand, AQP4 immunolabelling is not observed in fNSC whereas it is in astrocytes. Moreover, neitheir AQP4, nor AQP9 immunoreactivity was observed in MAP2-positive neurons. In the second part of this work, AQP4 and AQP9 expression was quantified in fNSC and in three populations of astrocytes presenting different metabolic properties. These three astrocyte populations result from fNSC differentiation by addition of CNTF, LIF or fetal calf serum. Quantitative RT-PCR and western blot analyses have shown an increase in both AQP4 and AQP9 expression, correlated with the acquisition of specific metabolic properties of mature astrocytes. In the last part, siRNA were used to study the functional role of AQP9 in the pure astrocyte culture model differentiated by addition of fetal calf serum. Inhibition of AQP9 expression leads to a decrease of glycerol uptake and to an increase of glucose uptake, correlated with a stimulation of the astrocyte oxydative metabolism. On the other hand, inhibition of AQP9 expression does not have any effect on anaerobic glycolysis nor on lactate release. In conclusion, in this in vitro model, only AQP9 is expressed in fNSC and in catecholaminergic neurons whereas in astrocytes, both AQP9 and AQP4 are expressed. This distribution is identical to that observed in vivo and confirms the specific AQP9 localization in catecholaminergic neurons. IVloreover, these results show, for the first time, that AQP9 is implicated in glycerol uptake and in astrocyte energetic metabolism. Résumé large public : Les aquaporines, des protéines localisées dans les membranes cellulaires sont, comme leur nom l'indique, des canaux à eau. Pendant longtemps, il a été considéré que l'eau diffusait librement dans et à travers les cellules; la caractérisation des AQPs a révolutionné la vision des scientifiques concernant les mouvements d'eau entre les différents compartiments infra et extracellulaires, et a d'ailleurs valu le Prix Nobel à Peter Agre en 1992. Certaines AQPs, dites "strictes", laissent passer uniquement l'eau et participent au contrôle du volume hydrique. Ce contrôle est particulièrement important pour le bon fonctionnement du cerveau en raison de la présence de la boîte crânienne qui limite les variations de volume. D'autres AQPs, les aquaglycéroporines, sont perméables non seulement à l'eau mais également à d'autres molécules comme le glycérol. Elles facilitent, par exemple, la sortie du glycérol des cellules graisseuses et sa capture par les cellules du foie afin de produire du glucose en période de jeûne. Le cerveau est principalement composé de deux types de cellules: les neurones et les cellules gliales, majoritairement des astrocytes. L'AQP4, une AQP stricte, est présente dans les astrocytes et joue un rôle dans la formation et la résorption des oedèmes cérébraux. L'AQP9, une aquaglycéroporine, est également présente dans les astrocytes et dans une population spécifique de neurones, les neurones catécholaminergiques, touchés dans la maladie de Parkinson. A ce jour, la présence de l'AQP9 dans le cerveau est une donnée controversée et son rôle fonctionnel est inconnu. Ce travail de thèse a permis de montrer que l'AQP9 est bien présente d'une part dans les cellules souches neurales foetales et d'autre ,part dans les astrocytes et neurones catécholaminergiques issus de leur différenciation. De plus, ces expériences ont mis en évidence un rôle de l'AQP9 dans l'entrée du glycérol dans les astrocytes, ce qui pourrait être bénéfique dans des conditions d'ischémie. Enfin, les .résultats de cette étude suggèrent également un rôle de l'AQP9 dans le métabolisme énergétique des astrocytes. L'ensemble de ces travaux démontre le rôle important de l'AQP9 dans le cerveau et ouvre de nouvelles perspectives quant aux rôles des AQPs dans des situations pathologiques telles que l'ischémie cérébrale ou encore la maladie de Parkinson.

GABA receptor subunits in human auditory cortex in normal and stroke cases.

GABA receptors are ubiquitous in the cerebral cortex and play a major role in shaping responses of cortical neurons. GABAA and GABAB receptor subunit expression was visualized by immunohistochemistry in human auditory areas from both hemispheres in 9 normal subjects (aged 43-85 years; time between death and fixation 6-24 hours) and in 4 stroke patients (aged 59-87 years; time between death and fixation 7-24 hours) and analyzed qualitatively for GABAA and semiquantitatively for GABAB receptor subunits. In normal brains, the primary auditory area (TC) and the surrounding areas TB and TA displayed distinct GABAA receptor subunit labeling with differences among cortical layers and areas. In postacute and chronic stroke we found a layer-selective downregulation of the alpha-2 subunit in the anatomically intact cerebral cortex of the intact and of the lesioned hemisphere, whereas the alpha-1, alpha-3 and beta-2/3 subunits maintained normal levels of expression. The GABAB receptors had a distinct laminar pattern in auditory areas and minor differences among areas. Unlike in other pathologies, there is no modulation of the GABAB receptor expression in subacute or chronic stroke.

Differential gene expression in response to mechanical wounding and insect feeding in Arabidopsis.

Wounding in multicellular eukaryotes results in marked changes in gene expression that contribute to tissue defense and repair. Using a cDNA microarray technique, we analyzed the timing, dynamics, and regulation of the expression of 150 genes in mechanically wounded leaves of Arabidopsis. Temporal accumulation of a group of transcripts was correlated with the appearance of oxylipin signals of the jasmonate family. Analysis of the coronatine-insensitive coi1-1 Arabidopsis mutant that is also insensitive to jasmonate allowed us to identify a large number of COI1-dependent and COI1-independent wound-inducible genes. Water stress was found to contribute to the regulation of an unexpectedly large fraction of these genes. Comparing the results of mechanical wounding with damage by feeding larvae of the cabbage butterfly (Pieris rapae) resulted in very different transcript profiles. One gene was specifically induced by insect feeding but not by wounding; moreover, there was a relative lack of water stress-induced gene expression during insect feeding. These results help reveal a feeding strategy of P. rapae that may minimize the activation of a subset of water stress-inducible, defense-related genes.

Cysteine-rich Domain 1 of CD40 Mediates Receptor Self-assembly.

The activation of CD40 on B cells, macrophages, and dendritic cells by its ligand CD154 (CD40L) is essential for the development of humoral and cellular immune responses. CD40L and other TNF superfamily ligands are noncovalent homotrimers, but the form under which CD40 exists in the absence of ligand remains to be elucidated. Here, we show that both cell surface-expressed and soluble CD40 self-assemble, most probably as noncovalent dimers. The cysteine-rich domain 1 (CRD1) of CD40 participated to dimerization and was also required for efficient receptor expression. Modelization of a CD40 dimer allowed the identification of lysine 29 in CRD1, whose mutation decreased CD40 self-interaction without affecting expression or response to ligand. When expressed alone, recombinant CD40-CRD1 bound CD40 with a KD of 0.6 μm. This molecule triggered expression of maturation markers on human dendritic cells and potentiated CD40L activity. These results suggest that CD40 self-assembly modulates signaling, possibly by maintaining the receptor in a quiescent state.

Elevated levels of MIC-1/GDF15 in the cerebrospinal fluid of patients are associated with glioblastoma and worse outcome.

For patients with brain tumors identification of diagnostic and prognostic markers in easy accessible biological material, such as plasma or cerebrospinal fluid (CSF), would greatly facilitate patient management. MIC-1/GDF15 (growth differentiation factor 15) is a secreted protein of the TGF-beta superfamily and emerged as a candidate marker exhibiting increasing mRNA expression during malignant progression of glioma. Determination of MIC-1/GDF15 protein levels by ELISA in the CSF of a cohort of 94 patients with intracranial tumors including gliomas, meningioma and metastasis revealed significantly increased concentrations in glioblastoma patients (median, 229 pg/ml) when compared with control cohort of patients treated for non-neoplastic diseases (median below limit of detection of 156 pg/ml, p < 0.0001, Mann-Whitney test). However, plasma MIC-1/GDF15 levels were not elevated in the matching plasma samples from these patients. Most interestingly, patients with glioblastoma and increased CSF MIC-1/GDF15 had a shorter survival (p = 0.007, log-rank test). In conclusion, MIC-1/GDF15 protein measured in the CSF may have diagnostic and prognostic value in patients with intracranial tumors.

Analysis of c-Myc function in mouse epidermis

Abstract The c-myc gene is one of the most frequently mutated oncogenes found in human tumors. c-Myc has been implicated in the regulation of various biological processes including cell cycle progression, cellular growth, differentiation, angiogenesis, immortalization and apoptosis. To assess the normal role of c-Myc in epithelial cell types in vitro and in vivo we have deleted the c-myc gene in keratinocytes and in the adult skin epidermis by conditional Cre/loxP mediated recombination. Similar to what we have previously shown in mouse embryonic fibroblasts acute elimination of c-Myc activity in cultured keratinocytes causes cells to cease proliferation and adapt a flat cell morphology. Mutant cells accumulate in a diploid Ki67neg stage, indicative of a quiescent Go stage. This demonstrates that c-Myc activity is essential to maintain keratinocytes in a productive cell cycle. In addition, mutant keratinocytes showed a defect in Ca2+ induced induction of the differentiation marker Keratin 1 suggesting a role for c-Myc during differentiation. To assess the in vivo role of c-Myc we used a tamoxifen inducible K5::CreERT transgene to delete the c-myc gene in the adult skin epidermis. Unexpectedly, despite strong c-Myc expression in the basal compartment it is not required for maintenance of the skin epidermis in the adult mouse. The epidermis appeared normal with respect to both proliferation and differentiation. In addition, no selection against c-Myc deficient epidermal cells occurred over many months, further confirming that c-Myc is dispensable for normal skin homeostasis. Even more surprising, TPA induced hyperproliferation also occurred in a c-Myc independent manner. Treatment of the skin with the mutagen DMBA prior to TPA is a classical way to induce papillomas by selecting for mutations that lead to dominant activation of the oncogene Ha-Ras. Most interestingly tumor formation was severely inhibited suggesting that tumor progression requires endogenous c-Myc. Further studies are required to address whether the role of c-Myc in the activation of telomerase or the Werner protein, or its role to induce angiogenesis is required for skin tumor progression, In conclusion, this work shows that while c-Myc is not required for maintenance or hyperplasia of mouse epidermis, it is essential for skin tumor progression in collaboration with Ras. Résumé Le gène c-myc est un des oncogènes les plus fréquemment mutés dans les tumeurs humaines. c-Myc est impliqué dans la régulation de processus biologiques variés, comme la progression du cycle cellulaire, la croissance cellulaire, la différenciation, l'angiogenèse, l'immortalisation et l'apoptose. Pour caractériser le rôle physiologique de c-Myc dans les cellules de type épithélial in vitro et in vivo, le gène c-myc a été délété dans des kératinocytes primaires et dans l'épiderme de peau de souris adultes par des recombinaisons conditionnelles (système Cre/loxP). De la même façon que dans les fibroblastes d'embryon de souris, l'élimination aiguë de l'activité de c-Myc dans les kératinocytes en culture primaire provoque l'arrêt de la prolifération des cellules et leur applatissement morphologique. Les cellules mutantes restent dans un stade diploïde Ki67neg, indiquant un stade quiescent Go. Cela démontre que l'activité de c-Myc est essentielle pour maintenir les kératinocytes dans le cycle cellulaire. De plus, les kératinocytes mutants montrent une déficience pour le marqueur de différenciation Kératine 1 au cours de la différenciation induite par le calcium, suggérant un rôle de c-Myc dans la différenciation cellulaire. Pour comprendre le rôle de c-Myc in vivo, le transgène K5::CreERT inductible par le tamoxifen a été utilisé pour déléter le gène c-inyc dans l'épiderme de souris adultes. Etonnemment, malgré une forte expression de c-Myc dans le compartiment basal de l'épiderme, ce gène n'est pas nécessaire pour la maintenance de l'épiderme de la peau chez la souris adulte. L'épiderme apparait normal avec une prolifération et une différenciation physiologique des cellules. De plus, il n'y a pas de sélection contre les cellules épidennales c-Myc déficientes après plusieurs mois, ce qui confirme que c-Myc n'est pas nécessaire pour l'homéostasie normale de la peau. Encore plus surprenant, une hyperprolifération est également induite par du TPA chez les souris mutantes, impliquant une voie de prolifération indépendante de c-Myc. Le traitement de la peau par le mutagène DMBA avant le traitement au TPA est une voie classique d'induction de papillomes, par sélection de mutations conduisant à l'activation de l'oncogène Ha-Ras. La formation des tumeurs est fortement inhibée chez les souris mutantes, suggérant que la progression des tumeurs nécessite la présence endogène de c-Myc. De nouvelles études sont nécessaires pour savoir si c-Myc a un rôle dans l'activation de la télomérase ou de la protéine de Werner, ou encore dans l'angiogénèse, qui sont nécessaires pour la progression tumorale. En conclusion, ce travail montre que même si c-Myc n'est pas nécessaire pour la maintenance ou l'hyperplasie de la peau de souris, il est essentiel pour la progression des tumeurs de la peau en collaboration avec Ras.

Effects of ploidy and sex-locus genotype on gene expression patterns in the fire ant Solenopsis invicta.

Males in many animal species differ greatly from females in morphology, physiology and behaviour. Ants, bees and wasps have a haplodiploid mechanism of sex determination whereby unfertilized eggs become males while fertilized eggs become females. However, many species also have a low frequency of diploid males, which are thought to develop from diploid eggs when individuals are homozygous at one or more sex determination loci. Diploid males are morphologically similar to haploids, though often larger and typically sterile. To determine how ploidy level and sex-locus genotype affect gene expression during development, we compared expression patterns between diploid males, haploid males and females (queens) at three developmental timepoints in Solenopsis invicta. In pupae, gene expression profiles of diploid males were very different from those of haploid males but nearly identical to those of queens. An unexpected shift in expression patterns emerged soon after adult eclosion, with diploid male patterns diverging from those of queens to resemble those of haploid males, a pattern retained in older adults. The finding that ploidy level effects on early gene expression override sex effects (including genes implicated in sperm production and pheromone production/perception) may explain diploid male sterility and lack of worker discrimination against them during development.

A positive FGFR3/FOXN1 feedback loop underlies benign skin keratosis versus squamous cell carcinoma formation in humans.

Seborrheic keratoses (SKs) are common, benign epithelial tumors of the skin that do not, or very rarely, progress into malignancy, for reasons that are not understood. We investigated this by gene expression profiling of human SKs and cutaneous squamous cell carcinomas (SCCs) and found that several genes previously connected with keratinocyte tumor development were similarly modulated in SKs and SCCs, whereas the expression of others differed by only a few fold. In contrast, the tyrosine kinase receptor FGF receptor-3 (FGFR3) and the transcription factor forkhead box N1 (FOXN1) were highly expressed in SKs, and close to undetectable in SCCs. We also showed that increased FGFR3 activity was sufficient to induce FOXN1 expression, counteract the inhibitory effect of EGFR signaling on FOXN1 expression and differentiation, and induce differentiation in a FOXN1-dependent manner. Knockdown of FOXN1 expression in primary human keratinocytes cooperated with oncogenic RAS in the induction of SCC-like tumors, whereas increased FOXN1 expression triggered the SCC cells to shift to a benign SK-like tumor phenotype, which included increased FGFR3 expression. Thus,we have uncovered a positive regulatory loop between FGFR3 and FOXN1 that underlies a benign versus malignant skin tumor phenotype.

Hypertension differentially affects the expression of the gap junction protein connexin43 in cardiac myocytes and aortic smooth muscle cells.

Electrical and mechanical coupling of myocytes in heart and of smooth muscle cells in the aortic wall is thought to be mediated by intercellular channels aggregated at gap junctions. Connexin43 (Cx43) is one of the predominant membrane proteins forming junctional channels in the cardiovascular system. This study was undertaken to assess its expression during experimental hypertension. Rats were made hypertensive by clipping one renal artery (two-kidney, one-clip renal hypertension) or by administering deoxycorticosterone and salt (DOCA-salt hypertension). After four weeks, rats from both models showed a similar increase in intra-arterial mean blood pressure, as well as in the thickness of both aorta and heart walls. Northern blot analysis showed that, compared to controls, hypertensive rats expressed twice more Cx43 in aorta, but not in heart. These results suggest that localized mechanical forces induced by hypertension are major tissue-specific regulators of Cx43 expression.

Release of macrophage migration inhibitory factor by neuroendocrine-differentiated LNCaP cells sustains the proliferation and survival of prostate cancer cells.

The acquisition of neuroendocrine (NE) characteristics by prostate cancer (PCa) cells is closely related to tumour progression and hormone resistance. The mechanisms by which NE cells influence PCa growth and progression are not fully understood. Macrophage migration inhibitory factor (MIF) is a pro-inflammatory cytokine involved in oncogenic processes, and MIF serum levels correlate with aggressiveness of PCa. Here, we investigated the regulation and the functional consequences of MIF expression during NE transdifferentiation of PCa cells. NE differentiation (NED) of LNCaP cells, initiated either by increasing intracellular levels of cAMP or by culturing cells in an androgen-depleted medium, was associated with markedly increased MIF release. Yet, intracellular MIF protein and mRNA levels and MIF gene promoter activity decreased during NED of LNCaP cells, suggesting that NED favours MIF release despite decreasing MIF synthesis. Adenoviral-mediated forced MIF expression in NE-differentiated LNCaP cells increased cell proliferation without affecting the expression of NE markers. Addition of exogenous recombinant MIF to LNCaP and PC-3 cells stimulated the AKT and ERK1/2 signalling pathways, the expression of genes involved in PCa, as well as proliferation and resistance to paclitaxel and thapsigargin-induced apoptosis. Altogether, these data provide evidence that increased MIF release during NED in PCa may facilitate cancer progression or recurrence, especially following androgen deprivation. Thus, MIF could represent an attractive target for PCa therapy.

Combining MAR elements and transposable vectors for more reliable transgene integration and expression

Integration without cytotoxic effects and long-term expression of a transgene constitutes a major challenge in gene therapy and biotechnology applications. In this context, transposons represent an attractive system for gene transfer because of their ability to promote efficient integration of a transgene in a variety of cell lines. However, the transgene integration can lead to insertional mutagenesis and/or unstable transgene expression by epigenetic modifications. These unwanted events may be limited by the use of chromatin control elements called MARs (matrix attachment regions). Indeed, the insertion of these DNA elements next to the transgene usually results in higher and more stable expression by maintaining transgene chromatin in an active configuration and preventing gene silencing. In this study, we tested if the inclusion of the MAR 1-68 in the piggyBac transposon system may lead to efficient and safer transgene integration and ensure reliable stable and long-term expression of a transgene. The MAR-containing transposon construct was tested in CHO cells, for biotechnology applications, and in mesoangioblast cells that can differentiate into muscle cells and are important candidates for potential stem cell therapies of myopathies. We showed that the addition of the MAR 1 -68 in the piggyBac transposon did not interfere with transposition, thereby maintaining high frequency of transgene integrations in these cells. Moreover, the MAR allowed higher transgene expression from fewer transposon integration events. We also found that enriched transgene-expressing cell populations could be obtained without the need of selection pressure. Since antibiotic-enforced selection protocols often result in a higher integrated copy number and mosaic expression patterns, this strategy could benefit many applications in which a low copy number of integrated transgenes and antibiotic-free conditions are desired. In addition, the intramuscular transplantation of mouse tibialis anterior muscles with mesoangioblasts containing the transposon led to widespread and sustained myofiber transgene expression after differentiation of these cells in vivo. These findings indicated that piggyBac vectors may provide a viable approach to achieve stable gene transfer in the context of Duchenne muscular dystrophy therapy. - L'intégration sans effets cytotoxiques et l'expression à long terme d'un transgène constituent un défi majeur en thérapie génique et en biotechnologie. Dans ce contexte, les transposons représentent un système attrayant pour le transfert de gènes en raison de leur capacité à promouvoir l'intégration efficace d'un transgène dans une variété de lignées cellulaires. Toutefois, l'intégration d'un transgène peut conduire à une mutagénèse insertionnelle et/ou à une expression instable due au silençage du transgène suite à des modifications épigénétiques. Ces événements indésirables de silençage génique peuvent être diminués par l'utilisation d'éléments de contrôle de la chromatine appelés MAR (matrix attachment region). En effet, l'insertion de ces éléments d'ADN à proximité du transgène se traduit généralement par une expression plus élevée et plus stable de celui-ci, en permettant le maintien d'une chromatine dans une configuration active autour du transgène et en empêchant l'inactivation du gène. Dans cette étude, nous avons testé si l'inclusion du MAR 1-68 dans le système transposon piggyBac peut améliorer l'efficacité d'intégration de façon sécuritaire et l'expression à long terme d'un transgène. Le transposon contenant l'élément MAR a été testé dans les cellules CHO, couramment utilisées en biotechnologie, et dans des cellules progénitrices appelées mésoangioblastes, qui peuvent se différencier en cellules musculaires, et qui constituent ainsi des candidats prometteurs pour la thérapie à partir de cellules souches de patients souffrant de myopathie. Nous avons montré que l'addition du MAR 1-68 dans le transposon piggyBac n'interfère pas avec la transposition et permet de maintenir une fréquence élevée d'intégration du transgène dans ces deux types cellulaires. De plus, il semble que cette association mène à une meilleure expression du transgène à partir de peu d'événements d'intégration du transposon. En outre, ces populations enrichies en cellules exprimant de façon stable le transgène ont pu être obtenues sans avoir recours à une pression de sélection. Etant donné que les protocoles de sélection basée sur l'utilisation d'antibiotiques conduisent souvent à un nombre plus élevé de copies intégrées et à la variégation de l'expression du transgène et qu'ils impliquent une longue culture in vitro, cette stratégie pourrait profiter à des applications pour lesquelles on souhaite un faible nombre de copies intégrées et/ou l'utilisation d'antibiotiques n'est pas souhaitable. De plus, la transplantation intramusculaire de mésoangioblastes contenant le transposon dans le muscle tibial antérieur de souris a conduit, après la différentiation de ces cellules in vivo, à une expression constante et étendue du transgène dans les myofibres. Ces résultats indiquent que les vecteurs piggyBac pourraient fournir une approche viable pour assurer un transfert de gènes stables dans le contexte d'un traitement de la dystrophic musculaire de Duchenne.

Single loci with major effects in fire ants : the effects of the complementary sex-determining locus and the green beard supergene on gene expression

Etant données la complexité et la redondance des réseaux de gènes influençant de nombreux phénotypes, l'étude des rares cas d'un locus unique ayant des effets importants sur de nombreux phénotypes peut fournir des informations cruciales sur l'évolution des traits complexes. Nous avons séquencé le génome de la fourmi de feu Solenopsis invicta pour étudier comment l'expression des gènes détermine les effets majeurs et étendus de deux loci uniques sur le phénotype. Le premier locus concerne la détermination du sexe par le modèle des allèles complémentaires. Ce locus est connu pour déterminer le sexe chez tous les hyménoptères mais n'a été caractérisé que chez les abeilles. Les hétérozygotes pour ce locus se développent en reines diploïdes (ou ouvrières stériles) alors que les homozygotes se développent en mâles diploïdes incapables de produire du sperme et les hémizygotes en mâles haploïdes fertiles. Nous avons comparé l'expression des gènes entre les reines et les deux types de mâles au stade pupe, ainsi que 1 et 11 jours après l'émergence. Nous avons trouvé un changement prononcé de l'expression des gènes chez les mâles diploïdes, passant de très proche de celle des reines au stade pupe à identique aux mâles haploïdes 11 jours après l'émergence. Cela signifie que les mâles diploïdes sont condamnés à être stériles parce que les effets après émergence du locus de détermination du sexe ne per¬mettent pas d'effacer les effets de la ploïdie sur l'expression des gènes pendant le stade pupe, quand la spermatogénèse prend place. Le second locus aux effets majeurs que nous avons étudié est le supergène dit "green beard", qui consiste en 616 gènes couvrant 55% d'un chromosome (13 Mb) et est caractérisé par une absence de recombinaison entre les deux variants du supergène : "Social B" et "Social b" (SB et Sb). Au travers de l'effet "green beard", par lequel les ouvrières avec le supergène Sb discriminent favorablement les reines qui partagent ce supergène de façon perceptible, le génotype des reines fondatrices au niveau de ce supergène détermine l'organisation de la colonie : soit elle contient une seule reine SB/SB, soit plusieurs reines SB/Sb. Nous avons montré que le chromosome Sb a évolué comme le chromosome Y, accumulant probablement des allèles favorables dans des colonies avec plusieurs reines mais défavorables dans des colonies avec une seule reine (cf. gènes sexuellement antagonistes), ainsi que des transposons et des séquences répéti¬tives. Nous avons également montré que le polymorphisme du supergène cause de grandes différences d'expression chez les ouvrières et particulièrement les reines mais pas chez les mâles. Pour comprendre comment le polymorphisme du supergène chez les reines peut affecter l'organisation de la colonie, nous avons comparé l'expression entre les génotypes SB/SB et SB/Sb chez des reines vierges (1 et 11 jours) et des reines matures. Nous avons montré que les reines SB/SB sur-régulent des gènes impliqués dans la reproduction, expli-quant pourquoi elle grandissent plus rapidement et peuvent fonder des colonies de façon indépendante, tandis que les reines SB/Sb (qui ne peuvent fonder une nouvelle colonie) sur-régulent des gènes de signalement chimique qui affectent l'organisation des colonies par l'effet "green beard". - Given the complexity and redundancy of the gene networks that underlie many pheno- types, the study of rare cases of a single locus having major effects on many phenotypes can give powerful insights into the evolution of complex traits. We sequenced the genome of Solenopsis invicta fire ants to study how gene expression mediates the widespread major effects of two single loci on phenotype. The first is the complementary sex-determining locus, which is known to exist in most Hymenoptera despite being characterized only for honeybees. Heterozygotes at this locus become diploid queens (or sterile workers), homozy¬gotes become aspermic diploid males, and hemizygotes become fertile haploid males. We compared gene expression between queens and both types of males in pupae and 1 and 11 days after eclosion. We found a pronounced shift in gene expression in diploid males, from being nearly identical to queens as pupae to identical to haploid males 11 days after eclosion. This means that diploid males are condemned to sterility because the overriding effects of the sex locus after eclosion cannot undo the ploidy effects on expression during the pupal stage, when spermatogenesis must be completed. The second locus with major ef¬fects that we studied was the so-called "green beard" supergene, which consists of 616 genes encompassing 55% of one chromosome (13 Mb), without recombination between the two variants "Social B" and "Social b" (SB and Sb) supergene. Through the green beard effect, i.e. workers with the Sb supergene discriminating in favor of queens who perceptibly share this supergene, the founding queen's genotype at the supergene determines colony organi¬zation: either headed by a single SB/SB queen or many SB/Sb queens. We show that the Sb chromosome evolved like a Y-chromosome, probably accumulating alleles beneficial in multi-queen colonies but disadvantageous in single-queen colonies (cf. sexually antagonistic genes), as well as transposons and repetitive sequences. We also show that the polymor¬phism of the supergene causes widespread expression differences in workers and especially queens but not in males. To understand how the polymorphism at the supergene in queen can transform colony organization, we compared the expression between SB/SB and SB/Sb virgin queens (1 and 11 days) and mother queens. We show that SB/SB queens up-regulate genes involved in reproduction, explaining why they mature faster and can found colonies independently, while SB/Sb queens (which cannot found colonies) up-regulate chemical signaling genes that can transform colonies through the green beard effect.