In vivo quantification of neuro-glial metabolism and glial glutamate concentration using 1H-[13C] MRS at 14.1T.

Astrocytes have recently become a major center of interest in neurochemistry with the discoveries on their major role in brain energy metabolism. An interesting way to probe this glial contribution is given by in vivo (13) C NMR spectroscopy coupled with the infusion labeled glial-specific substrate, such as acetate. In this study, we infused alpha-chloralose anesthetized rats with [2-(13) C]acetate and followed the dynamics of the fractional enrichment (FE) in the positions C4 and C3 of glutamate and glutamine with high sensitivity, using (1) H-[(13) C] magnetic resonance spectroscopy (MRS) at 14.1T. Applying a two-compartment mathematical model to the measured time courses yielded a glial tricarboxylic acid (TCA) cycle rate (Vg ) of 0.27 ± 0.02 μmol/g/min and a glutamatergic neurotransmission rate (VNT ) of 0.15 ± 0.01 μmol/g/min. Glial oxidative ATP metabolism thus accounts for 38% of total oxidative metabolism measured by NMR. Pyruvate carboxylase (VPC ) was 0.09 ± 0.01 μmol/g/min, corresponding to 37% of the glial glutamine synthesis rate. The glial and neuronal transmitochondrial fluxes (Vx (g) and Vx (n) ) were of the same order of magnitude as the respective TCA cycle fluxes. In addition, we estimated a glial glutamate pool size of 0.6 ± 0.1 μmol/g. The effect of spectral data quality on the fluxes estimates was analyzed by Monte Carlo simulations. In this (13) C-acetate labeling study, we propose a refined two-compartment analysis of brain energy metabolism based on (13) C turnover curves of acetate, glutamate and glutamine measured with state of the art in vivo dynamic MRS at high magnetic field in rats, enabling a deeper understanding of the specific role of glial cells in brain oxidative metabolism. In addition, the robustness of the metabolic fluxes determination relative to MRS data quality was carefully studied.

Differential energetic response of brain vs. skeletal muscle upon glycemic variations in healthy humans.

The brain regulates all metabolic processes within the organism, and therefore, its energy supply is preserved even during fasting. However, the underlying mechanism is unknown. Here, it is shown, using (31)P-magnetic resonance spectroscopy that during short periods of hypoglycemia and hyperglycemia, the brain can rapidly increase its high-energy phosphate content, whereas there is no change in skeletal muscle. We investigated the key metabolites of high-energy phosphate metabolism as rapidly available energy stores by (31)P MRS in brain and skeletal muscle of 17 healthy men. Measurements were performed at baseline and during dextrose or insulin-induced hyperglycemia and hypoglycemia. During hyperglycemia, phosphocreatine (PCr) concentrations increased significantly in the brain (P = 0.013), while there was a similar trend in the hypopglycemic condition (P = 0.055). Skeletal muscle content remained constant in both conditions (P > 0.1). ANOVA analyses comparing changes from baseline to the respective glycemic plateau in brain (up to +15%) vs. muscle (up to -4%) revealed clear divergent effects in both conditions (P < 0.05). These effects were reflected by PCr/Pi ratio (P < 0.05). Total ATP concentrations revealed the observed divergency only during hyperglycemia (P = 0.018). These data suggest that the brain, in contrast to peripheral organs, can activate some specific mechanisms to modulate its energy status during variations in glucose supply. A disturbance of these mechanisms may have far-reaching implications for metabolic dysregulation associated with obesity or diabetes mellitus.

Synthesis and transport of creatine in the CNS: importance for cerebral functions.

J. Neurochem. (2010) 10.1111/j.1471-4159.2010.06935.x Abstract Apart of its well known function of 'energetic buffer' through the creatine/phosphocreatine/creatine kinase system allowing the regeneration of ATP, creatine has been recently suggested as a potential neuromodulator of even true neurotransmitter. Moreover, the recent discovery of primary creatine deficiency syndromes, due to deficiencies in l-arginine : glycine amidinotransferase or guanidinoacetate methyltransferase (the two enzymes allowing creatine synthesis) or in the creatine transporter, has shed new light on creatine synthesis, metabolism and transport, in particular in CNS which appears as the main tissue affected by these creatine deficiencies. Recent data suggest that creatine can cross blood-brain barrier but only with a poor efficiency, and that the brain must ensure parts of its needs in creatine by its own endogenous synthesis. Finally, the recent years have demonstrated the interest to use creatine as a neuroprotective agent in a growing number of neurodegenerative diseases, including Parkinson's and Huntington's diseases. This article aims at reviewing the latest data on creatine metabolism and transport in the brain, in relation to creatine deficiencies and to the potential use of creatine as neuroprotective molecule. Emphasis is also given to the importance of creatine for cerebral function.

Characterization and binding affinities of SmLANP: a new Schistosoma mansoni member of the ANP32 family of regulatory proteins.

Members of the leucine-rich repeat protein family are involved in diverse functions including protein phosphatase 2-inhibition, cell cycle regulation, gene regulation and signalling pathways. A novel Schistosoma mansoni gene, called SmLANP, presenting homology to various genes coding for proteins that belong to the super family of leucine-rich repeat proteins, was characterized here. SmLANP was 1184bp in length as determined from cDNA and genomic sequences and encoded a 296 amino acid open reading frame that spanning from 6 to 894bp. The predicted amino acid sequence had a calculated molecular weight of 32kDa. Analysis of the predicted sequence indicated the presence of 3 leucine-rich domains (LRR) located in the N-terminal region and an aspartic acid rich region in the C-terminal end. SmLANP transcript is expressed in all stages of the S. mansoni life cycle analyzed, exhibiting the highest expression level in males. The SmLANP protein was expressed in a GST expression system and antibodies raised in mice against the recombinant protein. By immunolocalization assay, using adult worms, it was shown that the protein is mainly present in the cell nucleus through the whole body and strongly expressed along the tegument cell body nuclei of adult worms. As members of this family are usually involved in protein-protein interaction, a yeast two hybrid assay was conducted to identify putative binding partners for SmLANP. Thirty-six possible partners were identified, and a protein ATP synthase subunit alpha was confirmed by pull down assays, as a binding partner of the SmLANP protein.

The β-sliding clamp directs the localization of HdaA to the replisome in Caulobacter crescentus.

The initiation of chromosome replication is tightly regulated in bacteria to ensure that it takes place only once per cell cycle. In many proteobacteria, this process requires the ATP-bound form of the DnaA protein. The regulatory inactivation of DnaA (RIDA) facilitates the conversion of DnaA-ATP into replication-inactive DnaA-ADP, thereby preventing overinitiation. Homologues of the HdaA protein, together with the β-clamp of the DNA polymerase (DnaN), are required for this process. Here, we used fluorescence resonance energy transfer experiments to demonstrate that HdaA interacts with DnaN in live Caulobacter crescentus cells. We show that a QFKLPL motif in the N-terminal region of HdaA is required for this interaction and that this motif is also needed to recruit HdaA to the subcellular location occupied by the replisome during DNA replication. An HdaA mutant protein that cannot colocalize or interact with DnaN can also not support the essential function of HdaA. These results suggest that the recruitment of HdaA to the replisome is needed during RIDA in C. crescentus, probably as a means to sense whether chromosome replication has initiated before DnaA becomes inactivated. In addition, we show that a conserved R145 residue located in the AAA+ domain of HdaA is also needed for the function of HdaA, although it does not affect the interaction of HdaA with DnaN in vivo. The AAA+ domain of HdaA may therefore be required during RIDA after the initial recruitment of HdaA to the replisome by DnaN.

Zebrafish Based Small Molecule Screening For Retinoblastoma Treatment.

2320 composés chimiques ont été screenés à l'aide d'une lignée transgénique de zébrafish. Cette lignée comportait un gène humain fortement exprimé très tôt dans le développement et la croissance de différentes tumeurs, dont celle du rétinoblastome. L'activation de ce gène induisait la mort des embryons de lâ lignée transgénique. Nous avons donc pu identifier des composés agissant sur l'effet létal de ce gène. Cette étude a permis d'isoler plusieurs composés dont 1 très intéressant, l'Amitriptyline. Ce composé induit une inhibition de la prolifération et une induction d'apoptose dans les cellules humaines de rétinoblastome mais également dans d'autres cellules cancéreuses dont les ostéosarcomes connus. L'ostéosarçome est connu pour faire partie des cancers secondaires dû au rétinoblastome dans la forme héréditaire notamment. Ce composé induit la survie des embryons et réduit également le niveau d'expression de la protéine humaine intégrée dans la lignée de poisson zèbre transgénique de 50%. Le niveau d'expression de ce gène est également réduit de 50 à 60% dans des cultures cellulaire de rétinoblastome humain. L'inhibition de la prolifération a été démontrée par la réduction d'ATP dans plusieurs lignées cellulaires lorsque celles-ci sont traitées avec ce composé. L'induction d'apoptose a été démontrée par induction 10 fois plus élevée des éléments pro-apoptotiques caspase-3 et caspase-7 ainsi que par l'augmentation 10 fois plus élevée d'un élément anti-apoptotique bcl-2. Ces résultats permettent de croire que ce composé pourrait être utilisé pour traiter le rétinoblastome humain. -- Background: Retinoblastoma is a rare malignant tumor. This disease is the most prevalent intraocular cancer in childhood with an incidence of 1 in 15,000 live births. Many therapies are available to treat retinoblastoma, but best treatments are individually selected according to cases. Cryotherapy, thermotherapy, laser therapy including brachytherapy, radiation therapy and chemotherapy are some examples. New drug and new treatments discovery is essential for cancer therapy including retinoblastoma. Purpose: A vertebrate model as zebrafish for retinoblastoma would provide many advantages especially to perform drug screening. The high number of fertilized eggs per mating, the rapidity of extra¬utero development, the available genetic manipulation, the easy manipulations under a microscope, the ability to dispense embryos in 96-well plates and the direct incubation of chemical compounds in fish water are some examples of the advantages. Therefore, we design a transgenic zebrafish carrying a human gene implicated in retinoblastoma development and maintenance. Results: With the small compounds screening, several compounds were isolated. One of these compounds, Amitriptyline demonstrated proliferation inhibition and apoptosis in human retinoblastoma cells, U20S osteosarcoma cells and MBA-231 breast cancer cells. Osteosarcoma is known as secondary cancer due to retinoblastoma. Amitriptyline induced survival in our zebrafish transgenic line and 50% reduction of the integrated gene expression. In retinoblastoma cultured cells, the expression of this gene was also reduced in a range of 50-60 %. Proliferation inhibition was demonstrated by ATP luminescence assay. Apoptosis was demonstrated by a 10-fold induction of caspase-3 and caspase-7, two pro-apoptotic elements and by a 10-fold reduction of bcl-2 anti-apoptotic element. Conclusion: The results suggest that Amitriptyline could be used to treat human retinoblastoma in the near future.

Pseudomonas aeruginosa virulence genes identified in a Dictyostelium host model.

The human pathogen Pseudomonas aeruginosa has been shown previously to use similar virulence factors when infecting mammalian hosts or Dictyostelium amoebae. Here we randomly mutagenized a clinical isolate of P. aeruginosa, and identified mutants with attenuated virulence towards Dictyostelium. These mutant strains also exhibited a strong decrease in virulence when infecting Drosophila and mice, confirming that P. aeruginosa makes use of similar virulence traits to confront these very different hosts. Further characterization of these bacterial mutants showed that TrpD is important for the induction of the quorum-sensing circuit, while PchH and PchI are involved in the induction of the type III secretion system. These results demonstrate the usefulness and the relevance of the Dictyostelium host model to identify and analyse new virulence genes in P. aeruginosa.

Molecular basis of interaction between Na,K-ATPase and FXYD proteins.

Résumé au large public Notre corps est constitué de différents types de cellules. La condition minimale ou primordiale pour la survie des cellules est d'avoir de l'énergie. Cette tâche est assumée en partie par une protéine qui se situe dans la membrane de chaque cellule. Nommé Na, K¬ATPase ou pompe à sodium, c'est une protéine pressente dans toutes les cellules chez les mammifères est composée de deux sous-unités, α et β. En transportant 3 ions de sodium hors de la cellule et 2 ions de potassium à l'intérieur de la cellule, elle transforme l'énergie chimique sous forme de l'ATP en énergie motrice, qui permet aux cellules par la suite d'échanger des matériaux entre l'espace intracellulaire et extracellulaire ainsi que d'ingérer des nutriments provenant de son environnement. Le manque de cette protéine chez la souris entraîne la mort de l'embryon. Des défauts fonctionnels de cette protéine sont responsables de plusieurs maladies humaines comme par exemple, un type de migraine. En dehors de sa fonction vitale, cette protéine est également engagée dans diverses activités physiologiques comme la contractilité musculaire, l'activité nerveuse et la régulation du volume sanguin. Vue l'importance de cette protéine, sa découverte par Jens C. Skou en 1957 a été honorée d'un Prix Noble de chimie quarante ans plus tard. Depuis lors, nous connaissons de mieux en mieux les mécanismes de fonctionnement de la Na, K-ATPase. Entre autre, sa régulation par une famille de protéines appelées protéines FXYD. Cette famille contient 7 membres (FXYD 1-7). L'un d'entre eux nommé FXYD 2 est lié à une maladie héréditaire connue sous le nom de hypomagnesemia. Nous disposons actuellement d'informations concernant les conséquences de la régulation par les protéines FXYD sur activité de la Na, K-ATPase, mais nous savons très peu sur le mode d'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans ce travail de thèse, nous avons réussi à localiser des zones d'interaction dans la sous- unité a de la Na, K-ATPase et dans FXYD 7. En même temps, nous avons déterminé un 3ème site de liaison spécifique au sodium de la Na, K-ATPase. Une partie de ce site se situe à l'intérieur d'un domaine protéique qui interagit avec les protéines FXYD. De plus, ce site a été démontré comme responsable d'un mécanisme de transport de la Na, K-ATPase caractérisé par un influx ionique. En conclusion, les résultats de ce travail de thèse fournissent de nouvelles preuves sur les régions d'interaction entre la Na, K-ATPase et les protéines FXYD. La détermination d'un 3ème site spécifique au sodium et sa relation avec un influx ionique offrent la possibilité 1) d'explorer les mécanismes avec lesquels les protéines FXYD régulent l'activité de la Na, ATPase et 2) de localiser un site à sodium qui est essentielle pour mieux comprendre l'organisation et le fonctionnement de la Na, K-ATPase. Résumé Les gradients de concentration de Na+ et de K+ à travers la membrane plasmatique des cellules animales sont cruciaux pour la survie et l'homéostasie de cellules. De plus, des fonctions cellulaires spécifiques telles que la reabsorption de Na dans le rein et le côlon, la contraction musculaire et l'excitabilité nerveuse dépendent de ces gradients. La Na, K¬ATPase ou pompe à sodium est une protéine membranaire ubiquitaire. Elle crée et maintient ces gradients en utilisant l'énergie obtenu par l'hydrolyse de l'adénosine triphosphate. L'unité fonctionnelle minimale de cette protéine se compose d'une sous-unité catalytique α et d'une sous-unité régulatrice β. Récemment, il a été montré que des membres de la famille FXYD, sont des régulateurs tissu-spécifiques de la Na, K-ATPase qui influencent ses propriétés de transport. Cependant, on connaît peu de chose au sujet de la nature moléculaire de l'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans cette étude, nous fournissons, pour la première fois, l'évidence directe que des résidus du domaine transmembranaire (TM) 9 de la sous-unité α de la Na, K-ATPase sont impliqués dans l'interaction fonctionnelle et structurale avec les protéines FXYD. De plus nous avons identifié des régions dans le domaine transmembranaire de FXYD 7 qui sont importantes pour l'association stable avec la Na, K-ATPase et une série de résidus responsables des régulations fonctionnelles. Nous avons aussi montré les contributions fonctionnelles du TM 9 de la Na, K-ATPase à la translocation de Na + en déterminant un 3ème site spécifique au Na+. Ce site se situe probablement dans un espace entre TM 9, TM 6 et TM 5 de la sous-unité α de la pompe à sodium. De plus, nous avons constaté que le 3ème site de Na + est fonctionnellement lié à un courant entrant de la pompe sensible à l'ouabaïne et activé par le pH acide. En conclusion, ce travail donne de nouvelles perspectives de l'interaction structurale et fonctionnelle entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. En outre, les contributions fonctionnelles de TM 9 offrent de nouvelles possibilités pour explorer le mécanisme par lequel les protéines FXYD régulent les propriétés fonctionnelles de la Na, K-ATPase. La détermination du 3ème site au Na + fournit une compréhension avancée du site spécifique au Na + de la Na, K-ATPase et du mécanisme de transport de la Na, K-ATPase. Summary The Na+ and K+ gradients across the plasma membrane of animal cells are crucial for cell survival and homeostasis. Moreover, specific tissue functions such as Na+ reabsorption in kidney and colon, muscle contraction and nerve excitability depend on the maintenance of these gradients. Na, K-ATPase or sodium pump, an ubiquitous membrane protein, creates and maintains these gradients by using the energy from the hydrolysis of ATP. The minimal functional unit of this protein is composed of a catalytic α subunit and a regulatory β subunit. Recently, members of the FXYD family, have been reported to be tissue-specific regulators of Na, K-ATPase by influencing its transport properties. However, little is known about the molecular nature of the interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. In this study, we provide, for the first time, direct evidence that residues from the transmembrane (TM) domain 9 of the α subunit of Na, K-ATPase are implicated in the functional and structural interaction with FXYD proteins. Moreover, we have identified regions in the TM domain of FXYD 7 important for the stable association with Na, K-ATPase and a stretch of residues responsible for the functional regulations. We have further revealed the functional contributions of TM 9 of the Na, K-ATPase α subunit to the Na+ translocation by determining a 3rd Na+-specific cation binding site. This site is likely in a space between TM 9, TM 6 and TM 5 of the a subunit of the sodium pump. Moreover, we have found that the 3rd Na+ binding site is functionally linked to an acidic pH- activated ouabain-sensitive inward pump current. In conclusion, this work gives new insights into the structural and functional interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. Functional contributions of TM 9 offer new possibilities to explore the mechanism by which FXYD proteins regulate functional properties of Na, K-ATPase. The determination of the 3rd Na+ binding site provides an advanced understanding concerning the Na+ -specific binding site of Na, K-ATPase and the 3rd Na+ site related transport mechanism.

Analyse fonctionnelle et moléculaire d'un nouveau gène (VIT32) impliqué dans le mécanisme d'action de la vasopressine

Résumé Les mécanismes de régulation de la réabsorption fine du sodium dans la partie distale (tube distal et tube collecteur) du néphron ont un rôle essentiel dans le maintien de l'homéostasie de la composition ionique et du volume des fluides extracellulaires. Ces mécanismes permettent le maintien de la pression sanguine. Dans la cellule principale du tube collecteur cortical (CCD), le taux de réabsorption de sodium dépend essentiellement de l'activité du canal épithélial à sodium (ENaC) à la membrane apicale et de la pompe sodium-potassium-adénosine-triphosphatase (Na+-K±ATPase) à la membrane basolatérale. L'activité de ces deux molécules de transport est en partie régulée par des hormones dont l'aldostérone, la vasopressine et l'insuline. Dans les cellules principales de CCD, la vasopressine régule le transport de sodium en deux étapes : une étape précoce dite « non-génomique » et une étape tardive dite « génotnique ». Durant l'étape précoce, la vasopressine régule l'expression de gènes, dont certains peuvent être impliqués dans le transport de sodium, comme ENaC et la Na+ -K+ATP ase. Le but de mon travail a été d'étudier l'implication d'une protéine appelée VIP32 (vasopressin induced protein : VIP) dans le transport de sodium. L'expression de VIP32 est augmentée par la vasopressine dans les cellules principales de CCD. Dans l'ovocyte de Xenopus laevis utilisé comme système d'expression hétérologue, nous avons montré que l'expression de VIP32 provoque la maturation méiotique de l'ovocyte par l'activation de la voie des MAPK (mitogen-activated protein kinase : MAPK) et du facteur de promotion méiotique (MPF). La co-expression d'ENaC et de VIP32 diminue l'activité d'ENaC de façon sélective, par l'activation de la voie des MAPK, sans affecter l'expression du canal à la surface membranaire. Nous avons également montré que la régulation de l'activité d'ENaC par la voie des MAPK est dépendante du mécanisme de régulation d'ENaC lié à un motif du canal appelé PY. Ce motif est impliqué dans le contrôle de la probabilité d'ouverture ainsi que l'expression à la surface membranaire d'ENaC. Dans les cellules principales, VIP32 par l'activation de la voie des MAPK peut être impliqué dans la régulation négative du transport transépithélial qui a lieu après plusieurs heures de traitement à la vasopressine. Le tube collecteur de reins normaux présente un taux basal significatif d'activité de la voie MAPK MEK1/2-ERK1/2. Dans la lignée mpkCCDc14 de cellules principales de CCD de souris, que nous avons utilisé pour cette partie du travail, nous avons montré la présence d'un taux basal d'activité d'ERK1/2 (pERK1/2). L'aldostérone et la vasopressine, connus pour stimuler le courant sodique transépithélial dans le CCD, ne changeaient pas le taux basal de pERK1/2. Le transport de sodium transépithélial basal, ou stimulé par l'aldostérone ou la vasopressine est diminué par l'effet de PD98059, un inhibiteur de MEK1/2 qui diminue parallèlement le taux de pERK1/2. Nous avons également montré dans des cellules non stimulées, ou stimulées par de l'aldostérone ou de la vasopressine, que l'activité de la Na+-K+ ATPase, mais pas celle d'ENaC est inhibée par des traitements avec différents inhibiteurs de MEK1/2. Par un marquage de la Na±-K+ATPase à la surface membranaire nous avons montré que la voie d'ERK1/2 contrôle l'activité intrinsèque de la Na+-K+ ATPase, plutôt que son expression à la surface membranaire. Ces données ont montré que l'activité de la Na+-K+ATPase et le transport transépithélial de sodium sont contrôlés par l'activité basal et constitutive de la voie d'ERK1/2. Summary The regulation of sodium reabsorption in the distal nephron (distal tubule and cortical collecting duct) in the kidney plays an essential role in the control of extracellular fluids composition and volume, and thereby blood pressure. In the principal cell of the collecting duct (CCD), the level of sodium reabsorption mainlly depends on the activity of both epithlial sodium channel (ENaC) and sodium-potassium-adenosine-triphosphatase (Na+-K+ATPase). The activity of these two transporters is regulated by hormones especially aldosterone, vasopressin and insuline.In the principal cell of the CCD, vasopressin regulates sodium transport via a short-term effect and a late genomic effect. During the genomic effect vasopressin activates a complex network of vasopressin-dependent genes involved in the regulation of sodium transport as ENaC and Na+-K+ATPase. We were interested in the role of a recently identified vasopressin induced protein (VIP32) and its implication in the regulation of sodium transport in principal cell of the CCD. The Xenopus oocyte expression system revealed two functions : expressed alone VIP32 rapidly induces oocyte meiotic maturation through the activation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway and the meiotic promoting factor and when co-expressed with ENaC, V1P32 selectively dowrn-egulates channel activity, but not channel cell surface expression. We have shown that the ENaC downregulation mediated by the activation of the MAPK pathway is related to the PY motif of ENaC. This motif is implicated in ENaC cell surface expression and open probability regulation. In the kidney principal cell, VIP32 through the activation of MAPK pathway may be involved in the downregulation of transepithelial sodium transport observed within a few hours after vasopressin treatment. The collecting duct of normal kidney exhibits significant activity of the MEK1/2-ERK1/2 MAPK pathway. Using in vitro cultured mpkCCDc14 principal cells we have shown a significant basal level of ERK1/2 activity (pERK1/2). Aldosterone and vasopressin, known to upregulate sodium reabsorption in CCDs, did not change ERK1/2 activity. Basal and aldosterone- or vasopressin-stimulated sodium transport were downregulated by the MEK1/2 inhibitor PD98059 in parallel with a decrease in pERK1/2 in vitro. The activity of Na+-K+ATPase but not that of ENaC was inhibited by MEK1/2 inhibitors in both, unstimulated and aldosterone- or vasopressin-stimulated CCDs in vitro. Cell surface labelling showed that intrinsic activity rather than cell surface expression of Na+-K+ATPase was controlled by pERK1/2. Our data demonstrate that basal constitutive activity of ERK1/2 pathway controls Na+-K+ATPase activity and transepithelial sodium transport in the principal cell. Résumé tout public Les mécanismes de régulation de la réabsorption fine du sodium dans la partie distale du néphron (l'unité fonctionnelle du rein) ont un rôle essentiel dans le maintien de l'homéostasie de la composition et du volume des fluides extracellulaires. Ces mécanismes permettent de maintenir une pression sanguine effective. Dans les cellules principales du tube collecteur, une région spécifique du néphron distal, le transport de sodium dépend essentiellement de l'activité de deux transporteurs de sodium : le canal épithélial à sodium (ENaC) et la pompe sodium-potassium-adénosine-triphosphatase (Na+-K+ATPase). Afin de répondre aux besoins de l'organisme, l'activité de ces deux molécules de transport est en partie régulée par des hormones dont l'aldostérone, la vasopressine et l'insuline. Dans les cellules principales du tube collecteur, la vasopressine régule le transport de sodium en deux étapes : une étape rapide et une étape lente dite « génomique ». Durant l'étape lente, la vasopressine régule l'expression de gènes pouvant être impliqués dans le transport de sodium, dont notamment ceux d'ENaC et de la Na+-K+ATPase. Parmi les gènes dont l'expression est augmentée par la vasopressine, celui de VIP32 (vasopressin induced protein : VIP) fait l'objet de cette étude. Le but de mon travail a été d'étudier, dans un système d'expression hétérologue (l'ovocyte de Xenopus leavis), l'implication de VIP32 dans le transport de sodium. Nous avons montré que VIP32 est capable d'activer un mécanisme moléculaire en cascade appelé MAPK (mitogen-activated protein kinase : MAPK) et est aussi capable de diminuer l'activité d'ENaC. Parallèlement, dans une lignée de cellules principales de tube collecteur les mpkCCDc14, nous avons montré que le taux basal d'activité de la cascade MAPK est capable de réguler l'activité de la Na+-K+ATPase, tandis qu'il n'influence pas l'activité d'ENaC.

Exploring the mechanisms regulating nutrient bioavailability and lipid metabolism through a nutrigenomics approach

SUMMARY Following the complete sequencing of the human genome, the field of nutrition has begun utilizing this vast quantity of information to comprehensively explore the interactions between diet and genes. This approach, coined nutrigenomics, aims to determine the influence of common dietary ingredients on the genome, and attempts to relate the resulting different phenotypes to differences in the cellular and/or genetic response of the biological system. However, complementary to defining the biological outcomes of dietary ingredients, we must also understand the influence of the multiple factors (such as the microbiota, bile, and function of transporters) that may contribute to the bioavailability, and ultimately bioefficacy, of these ingredients. The gastrointestinal tract (GIT) is the body's foremost tissue boundary, interacting with nutrients, exogenous compounds and microbiota, and whose condition is influenced by the complex interplay between these environmental factors and genetic elements. In order to understand GIT nutrient-gene interactions, our goal was to comprehensively elucidate the region-specific gene expression underlying intestinal functions. We found important regional differences in the expression of members of the ATP-binding cassette family of transporters in the mouse intestine, suggesting that absorption of dietary compounds may vary along the GIT. Furthermore, the influence of the microbiota on host gene expression indicated that this luminal factor predominantly influences immune function and water transport throughout the GIT; however, the identification of region-specific functions suggest distinct host-bacterial interactions along the GIT. Thus, these findings reinforce that to understand nutrient bioavailability and GIT function, one must consider the physiologically distinct regions of the gut. Nutritional molecules absorbed by the enterocytes of the GIT enter circulation and will be selectively absorbed and metabolised by tissues throughout the body; however, their bioefficacy in the body will depend on the unique and shared molecular mechanisms of the various tissues. Using a nutrigenomic approach, the biological responses of the liver and hippocampus of mice fed different long chain-polyunsaturated fatty acids diets revealed tissue-specific responses. Furthermore, we identified stearoyl-CoA desaturase as a hepatic target for arachidonic acid, suggesting a potentially novel molecular mechanism that may protect against diet-induced obesity. In summary, this work begins to unveil the fundamentally important role that nutrigenomics will play in unravelling the molecular mechanisms, and those exogenous factors capable of influencing these mechanisms, that regulate the bioefficacy of nutritional molecules. RÉSUMÉ Suite au séquençage complet du génome humain, le domaine de la nutrition a commencé à utiliser cette vaste quantité d'information pour explorer de manière globale les interactions entre la nourriture et les gènes. Cette approche, appelée « nutrigenomics », a pour but de déterminer l'influence d'ingrédients couramment utilisés dans l'alimentation sur le génome, et d'essayer de relier ces différents phénotypes, ainsi révélés, à des différences de réponses cellulaires et/ou génétiques. Cependant, en plus de définir les effets biologiques d'ingrédients alimentaires, il est important de comprendre l'influence des multiples facteurs (telle que la microflore, la bile et la fonction des transporteurs) pouvant contribuer à la bio- disponibilité et par conséquent à l'efficacité de ces ingrédients. Le tractus gastro-intestinal (TGI), qui est la première barrière vers les tissus, interagit avec les nutriments, les composés exogènes et la microflore. La fonction de cet organe est influencée par les interactions complexes entre les facteurs environnementaux et les éléments génétiques. Dans le but de comprendre les interactions entre les nutriments et les gènes au niveau du TGI, notre objectif a été de décrire de manière globale l'expression génique spécifique de chaque région de l'intestin définissant leurs fonctions. Nous avons trouvé d'importantes différences régionales dans l'expression des transporteurs de la famille des « ATP-binding cassette transporter » dans l'intestin de souris, suggérant que l'absorption des composés alimentaires puisse varier le long de l'intestin. De plus, l'étude des effets de la microflore sur l'expression des gènes hôtes a indiqué que ce facteur de la lumière intestinale influence surtout la fonction immunitaire et le transport de l'eau à travers l'intestin. Cependant, l'identification des fonctions spécifiques de chaque région suggère des interactions distinctes entre l'hôte et les bactéries le long de l'intestin. Ainsi, ces résultats renforcent l'idée que la compréhension de la bio-disponibilité des nutriments, et par conséquent la fonction du TGI, doit prendre en considération les différences régionales. Les molécules nutritionnelles transportées par les entérocytes jusqu'à la circulation sanguine, sont ensuite sélectivement absorbées et métabolisées par les différents tissus de l'organisme. Cependant, leur efficacité biologique dépendra du mécanisme commun ou spécifique de chaque tissu. En utilisant une approche « nutriogenomics », nous avons pu mettre en évidence les réponses biologiques spécifiques du foie et de l'hippocampe de souris nourris avec des régimes supplémentés avec différents acides gras poly-insaturés à chaîne longue. De plus, nous avons identifié la stearoyl-CoA desaturase comme une cible hépatique pour l'acide arachidonique, suggérant un nouveau mécanisme moléculaire pouvant potentiellement protéger contre le développement de l'obésité. En résumé, ce travail a permis de dévoiler le rôle fondamental qu'une approche telle que la « nutrigenomics » peut jouer dans le décryptage des mécanismes moléculaires et de leur régulation par des facteurs exogènes, qui ensemble vont contrôler l'efficacité biologique des nutriments.

Recurrent mutations in the CDKL5 gene: Genotype-phenotype relationships.

Mutations in the cyclin-dependent kinase-like 5 gene (CDKL5) have been described in epileptic encephalopathies in females with infantile spasms with features that overlap with Rett syndrome. With more than 80 reported patients, the phenotype of CDKL5-related encephalopathy is well-defined. The main features consist of seizures starting before 6 months of age, severe intellectual disability with absent speech and hand stereotypies and deceleration of head growth, which resembles Rett syndrome. However, some clinical discrepancies suggested the influence of genetics and/or environmental factors. No genotype-phenotype correlation has been defined and thus there is a need to examine individual mutations. In this study, we analyzed eight recurrent CDKL5 mutations to test whether the clinical phenotype of patients with the same mutation is similar and whether patients with specific CDKL5 mutations have a milder phenotype than those with other CDKL5 mutations. Patients bearing missense mutations in the ATP binding site such as the p.Ala40Val mutation typically walked unaided, had normocephaly, better hand use ability, and less frequent refractory epilepsy when compared to girls with other CDKL5 mutations. In contrast, patients with mutations in the kinase domain (such as p.Arg59X, p.Arg134X, p.Arg178Trp/Pro/Gln, or c.145 + 2T > C) and frameshift mutations in the C-terminal region (such as c.2635_2636delCT) had a more severe phenotype with infantile spasms, refractory epileptic encephalopathy, absolute microcephaly, and inability to walk. It is important for clinicians to have this information when such patients are diagnosed. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Gain-of-function mutations in PDR1, a regulator of antifungal drug resistance in Candida glabrata, control adherence to host cells.

Candida glabrata is an emerging opportunistic pathogen that is known to develop resistance to azole drugs due to increased drug efflux. The mechanism consists of CgPDR1-mediated upregulation of ATP-binding cassette transporters. A range of gain-of-function (GOF) mutations in CgPDR1 have been found to lead not only to azole resistance but also to enhanced virulence. This implicates CgPDR1 in the regulation of the interaction of C. glabrata with the host. To identify specific CgPDR1-regulated steps of the host-pathogen interaction, we investigated in this work the interaction of selected CgPDR1 GOF mutants with murine bone marrow-derived macrophages and human acute monocytic leukemia cell line (THP-1)-derived macrophages, as well as different epithelial cell lines. GOF mutations in CgPDR1 did not influence survival and replication within macrophages following phagocytosis but led to decreased adherence to and uptake by macrophages. This may allow evasion from the host's innate cellular immune response. The interaction with epithelial cells revealed an opposite trend, suggesting that GOF mutations in CgPDR1 may favor epithelial colonization of the host by C. glabrata through increased adherence to epithelial cell layers. These data reveal that GOF mutations in CgPDR1 modulate the interaction with host cells in ways that may contribute to increased virulence.

Spontaneous NA+ transients in individual mitochondria of intact astrocytes.

Mitochondria in intact cells maintain low Na(+) levels despite the large electrochemical gradient favoring cation influx into the matrix. In addition, they display individual spontaneous transient depolarizations. The authors report here that individual mitochondria in living astrocytes exhibit spontaneous increases in their Na(+) concentration (Na(mit)(+) spiking), as measured using the mitochondrial probe CoroNa Red. In a field of view with approximately 30 astrocytes, up to 1,400 transients per minute were typically detected under resting conditions. Na(mit)(+) spiking was also observed in neurons, but was scarce in two nonneural cell types tested. Astrocytic Na(mit)(+) spikes averaged 12.2 +/- 0.8 s in duration and 35.5 +/- 3.2 mM in amplitude and coincided with brief mitochondrial depolarizations; they were impaired by mitochondrial depolarization and ruthenium red pointing to the involvement of a cation uniporter. Na(mit)(+) spiking activity was significantly inhibited by mitochondrial Na(+)/H(+) exchanger inhibition and sensitive to cellular pH and Na(+) concentration. Ca(2+) played a permissive role on Na(mit)(+) spiking activity. Finally, the authors present evidence suggesting that Na(mit)(+) spiking frequency was correlated with cellular ATP levels. This study shows that, under physiological conditions, individual mitochondria in living astrocytes exhibit fast Na(+) exchange across their inner membrane, which reveals a new form of highly dynamic and localized functional regulation.

The ATPase activity of RecA is needed to push the DNA strand exchange through heterologous regions.

The role of ATP hydrolysis during the RecA-mediated recombination reaction is addressed in this paper. Recent studies indicated that the RecA-promoted DNA strand exchange between completely homologous double- and single-stranded DNA can be very efficient in the absence of ATP hydrolysis. In this work we demonstrate that the energy derived from the ATP hydrolysis is strictly needed to drive the DNA strand exchange through the regions where the interacting DNA molecules are not in a homologous register. Therefore, in addition to the role of the ATP hydrolysis in promoting the dissociation of RecA from the products of the recombination reaction, as described earlier, ATP hydrolysis also plays a crucial role in the actual process of strand exchange, provided that the lack of homologous register obstructs the process of branch migration.

Probing the different chaperone activities of the bacterial HSP70-HSP40 system using a thermolabile luciferase substrate.

During mild heat-stress, a native thermolabile polypeptide may partially unfold and transiently expose water-avoiding hydrophobic segments that readily tend to associate into a stable misfolded species, rich in intra-molecular non-native beta-sheet structures. When the concentration of the heat-unfolded intermediates is elevated, the exposed hydrophobic segments tend to associate with other molecules into large stable insoluble complexes, also called "aggregates." In mammalian cells, stress- and mutation-induced protein misfolding and aggregation may cause degenerative diseases and aging. Young cells, however, effectively counteract toxic protein misfolding with a potent network of molecular chaperones that bind hydrophobic surfaces and actively unfold otherwise stable misfolded and aggregated polypeptides. Here, we followed the behavior of a purified, initially mostly native thermolabile luciferase mutant, in the presence or absence of the Escherichia coli DnaK-DnaJ-GrpE chaperones and/or of ATP, at 22 °C or under mild heat-stress. We concomitantly measured luciferase enzymatic activity, Thioflavin-T fluorescence, and light-scattering to assess the effects of temperature and chaperones on the formation, respectively, of native, unfolded, misfolded, and/or of aggregated species. During mild heat-denaturation, DnaK-DnaJ-GrpE+ATP best maintained, although transiently, high luciferase activity and best prevented heat-induced misfolding and aggregation. In contrast, the ATP-less DnaK and DnaJ did not maintain optimal luciferase activity and were less effective at preventing luciferase misfolding and aggregation. We present a model accounting for the experimental data, where native, unfolded, misfolded, and aggregated species spontaneously inter-convert, and in which DnaK-DnaJ-GrpE+ATP specifically convert stable misfolded species into unstable unfolded intermediates.