WNT Signaling in Drosophila Neuromuscular Junctions

The Wnt -Wingless (Wg) in Drosophila- signaling is an evolutionary conserved, fundamental signal transduction pathway in animals, having a crucial role in early developmental processes. In the adult animal the Wnt cascade is mainly shut off; aberrant activation leads to cancer. One physiological exception in the adult animal is the activation of Wnt signaling in the nervous system. In the present work, we investigated Wg signaling in the Drosophila neuromuscular junctions (NMJs). The fly NMJs closely resemble the glutamatergic synapses in the mammalian central nervous system and serves as a model system to investigate the mechanism of synapse formation and stability. We demonstrate that the trimeric G-protein Go has a fundamental role in the presynaptic cell in the NMJ. It is implicated in the presynaptic Wg pathway, acting downstream of the ligand Wg and its receptor Frizzled2 (Fz2). Furthermore, we prove that the presynaptic Wg-Fz2-Gαo pathway is essential for correct NMJ formation. The neuronal protein Ankyrin2 (Ank2) localizes to the NMJ and has so far been considered to be a static player in NMJ formation, linking the plasma membrane to the cytoskeleton. We identify Ank2 as a direct target of Gαo. The physical and genetic interaction of Gαo with Ank2 represents a novel branch of the presynaptic Wg pathway, regulating the microtubule cytoskeleton in NMJ formation, jointly with the previously established Futsch-dependent branch, which controls microtubule stability downstream of the kinase Sgg (the homolog of GSK3ß). We moreover demonstrate that the Gαo-Ankyrin interaction to regulate the cytoskeleton is conserved in mammalian neuronal cells. Our findings therefore provide a novel, universally valid regulation of the cytoskeleton in the nervous system. Aberrant inactivation of the neuronal Wnt pathway is believed to be involved in the pathogenesis of the Aß peptide in Alzheimer's disease (AD). We modeled AD in Drosophila by expressing Aß42 in the nervous system and in the eye. Neuronal expression drastically shortens the life span of the flies. We prove that this effect depends on the expression specifically in glutamatergic neurons. However, Aß42 does not induce any morphological changes in the NMJ; therefore this synapse is not suitable to study the mechanism of Aß42 induced neurotoxicity. We furthermore demonstrate that genetic activation of the Wnt pathway does not rescue the Aß42 induced phenotypes - in opposition to the dominating view in the field. These results advice caution when interpreting data on the potential interaction of Wnt signaling and AD in other models. -- La voie de signalisation Wnt (Wingless (Wg) chez la drosophile) est conservée dans l'évolution et fondamentale pour le développement des animaux. Cette signalisation est normalement inactive chez l'animal adulte; une activation anormale peut provoquer le cancer. Or, ceci n'est pas le cas dans le système nerveux des adultes. La présente thèse avait pour but d'analyser le rôle de la voie de signalisation Wingless dans la plaque motrice de Drosophila melanogaster. En effet, cette plaque ressemble fortement aux synapses glutaminergiques du système nerveux central des mammifères et procure ainsi un bon modèle pour l'étude des mécanismes impliqués dans la formation et la stabilisation des synapses. Nos résultats montrent que la protéine trimérique Go joue un rôle fondamental dans la fonction de la cellule présynaptique de la plaque motrice. Go est en effet impliqué dans la voie de signalisation Wg, opérant en aval du ligand Wg et de son récepteur Frizzled2. Nous avons pu démontrer que cette voie de signalisation Wg-Fz2-Gαo est essentielle pour le bon développement et le fonctionnement de la plaque motrice. Fait intéressant, nous avons montré que la protéine neuronale Ankyrin2 (Ank2), qui est connue pour jouer un rôle statique en liant la membrane plasmique au cytosquelette dans la plaque motrice, est une cible directe de Gαo. L'interaction physique et génétique entre Gαo et Ank2 constitue ainsi une bifurcation de la voie de signalisation présynaptique Wg. Cette voie régule le cytosquelette des microtubules en coopération avec la branche liée à la protéine Futsch. Cette protéine est l'homologue de la protéine liant les microtubules MAP1B des mammifères et contrôle la stabilité des microtubules opérant en aval de la kinase Sgg (l'homologue de GSK3ß). De plus, la régulation du cytosquelette par l'interaction entre Gαo et Ankyrin est conservée chez les mammifères. Dans leur ensemble, nos résultats ont permis d'identifier un nouveau mode de régulation du cytosquelette dans le système nerveux, probablement valable de manière universelle. La voie de signalisation Wnt est soupçonnée d'être impliquée dans la toxicité provoquée par le peptide Aß dans le cadre de la maladie d'Alzheimer. Nous avons tenté de modéliser la maladie chez la drosophile en exprimant Aß42 spécifiquement dans le cerveau. Cette expérience a montré que l'expression neuronale d'Aß42 réduit la durée de vie des mouches de manière significative par un mécanisme impliquant les cellules glutamatergiques. Par contre, aucune modification morphologique n'est provoquée par Aß42 dans les plaques motrices glutamatergiques. Ces résultats montrent que ce modèle de Drosophile n'est pas adéquat pour l'étude de la maladie d'Alzheimer. De plus, l'activation génétique de la voie de signalisation Wg n'a pas réussi à restaurer les phénotypes de survie ou ceux des yeux causés par Aß42. Ces résultats indiquent que l'implication de la voie de signalisation Wg dans la maladie d'Alzheimer doit être considérée avec prudence.

The integrin antagonist cilengitide activates alphaVbeta3, disrupts VE-cadherin localization at cell junctions and enhances permeability in endothelial cells.

Cilengitide is a high-affinity cyclic pentapeptdic alphaV integrin antagonist previously reported to suppress angiogenesis by inducing anoikis of endothelial cells adhering through alphaVbeta3/alphaVbeta5 integrins. Angiogenic endothelial cells express multiple integrins, in particular those of the beta1 family, and little is known on the effect of cilengitide on endothelial cells expressing alphaVbeta3 but adhering through beta1 integrins. Through morphological, biochemical, pharmacological and functional approaches we investigated the effect of cilengitide on alphaVbeta3-expressing human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) cultured on the beta1 ligands fibronectin and collagen I. We show that cilengitide activated cell surface alphaVbeta3, stimulated phosphorylation of FAK (Y(397) and Y(576/577)), Src (S(418)) and VE-cadherin (Y(658) and Y(731)), redistributed alphaVbeta3 at the cell periphery, caused disappearance of VE-cadherin from cellular junctions, increased the permeability of HUVEC monolayers and detached HUVEC adhering on low-density beta1 integrin ligands. Pharmacological inhibition of Src kinase activity fully prevented cilengitide-induced phosphorylation of Src, FAK and VE-cadherin, and redistribution of alphaVbeta3 and VE-cadherin and partially prevented increased permeability, but did not prevent HUVEC detachment from low-density matrices. Taken together, these observations reveal a previously unreported effect of cilengitide on endothelial cells namely its ability to elicit signaling events disrupting VE-cadherin localization at cellular contacts and to increase endothelial monolayer permeability. These effects are potentially relevant to the clinical use of cilengitide as anticancer agent.

Caveolin-1 opens endothelial cell junctions by targeting catenins.

AIMS: A fundamental phenomenon in inflammation is the loss of endothelial barrier function, in which the opening of endothelial cell junctions plays a central role. However, the molecular mechanisms that ultimately open the cell junctions are largely unknown.¦METHODS AND RESULTS: Impedance spectroscopy, biochemistry, and morphology were used to investigate the role of caveolin-1 in the regulation of thrombin-induced opening of cell junctions in cultured human and mouse endothelial cells. Here, we demonstrate that the vascular endothelial (VE) cadherin/catenin complex targets caveolin-1 to endothelial cell junctions. Association of caveolin-1 with VE-cadherin/catenin complexes is essential for the barrier function decrease in response to the pro-inflammatory mediator thrombin, which causes a reorganization of the complex in a rope ladder-like pattern accompanied by a loss of junction-associated actin filaments. Mechanistically, we show that in response to thrombin stimulation the protease-activated receptor 1 (PAR-1) causes phosphorylation of caveolin-1, which increasingly associates with β- and γ-catenin. Consequently, the association of β- and γ-catenin with VE-cadherin is weakened, thus allowing junction reorganization and a decrease in barrier function. Thrombin-induced opening of cell junctions is lost in caveolin-1-knockout endothelial cells and after expression of a Y/F-caveolin-1 mutant but is completely reconstituted after expression of wild-type caveolin-1.¦CONCLUSION: Our results highlight the pivotal role of caveolin-1 in VE-cadherin-mediated cell adhesion via catenins and, in turn, in barrier function regulation.

Lake dwellers occupation gap in Lake Geneva (France-Switzerland) possibly explained by an earthquake-mass movement-tsunami event during Early Bronze Age

High-resolution seismic and sediment core data from the 'Grand Lac' basin of Lake Geneva reveal traces of repeated slope instabilities with one main slide-evolved mass-flow (minimum volume 0.13 km3) that originated from the northern lateral slope of the lake near the city of Lausanne. Radiocarbon dating of organic remains sampled from the top of the main deposit gives an age interval of 1865-1608 BC. This date coincides with the age interval for a mass movement event described in the 'Petit Lac' basin of Lake Geneva (1872-1622 BC). Because multiple mass movements took place at the same time in different parts of the lake, we consider the most likely trigger mechanism to be a strong earthquake (Mw 6) that occurred in the period between 1872 and 1608 BC. Based on numerical simulations, we show the major deposit near Lausanne would have generated a tsunami with local wave heights of up to 6 m. The combined effects of the earthquake and the following tsunami provide a possible explanation for a gap in lake dwellers occupation along the shores of Lake Geneva revealed by dendrochronological dating of two palafitte archaeological sites.

Energy gap in the aetiology of body weight gain and obesity: a challenging concept with a complex evaluation and pitfalls.

The concept of energy gap(s) is useful for understanding the consequence of a small daily, weekly, or monthly positive energy balance and the inconspicuous shift in weight gain ultimately leading to overweight and obesity. Energy gap is a dynamic concept: an initial positive energy gap incurred via an increase in energy intake (or a decrease in physical activity) is not constant, may fade out with time if the initial conditions are maintained, and depends on the 'efficiency' with which the readjustment of the energy imbalance gap occurs with time. The metabolic response to an energy imbalance gap and the magnitude of the energy gap(s) can be estimated by at least two methods, i.e. i) assessment by longitudinal overfeeding studies, imposing (by design) an initial positive energy imbalance gap; ii) retrospective assessment based on epidemiological surveys, whereby the accumulated endogenous energy storage per unit of time is calculated from the change in body weight and body composition. In order to illustrate the difficulty of accurately assessing an energy gap we have used, as an illustrative example, a recent epidemiological study which tracked changes in total energy intake (estimated by gross food availability) and body weight over 3 decades in the US, combined with total energy expenditure prediction from body weight using doubly labelled water data. At the population level, the study attempted to assess the cause of the energy gap purported to be entirely due to increased food intake. Based on an estimate of change in energy intake judged to be more reliable (i.e. in the same study population) and together with calculations of simple energetic indices, our analysis suggests that conclusions about the fundamental causes of obesity development in a population (excess intake vs. low physical activity or both) is clouded by a high level of uncertainty.

Role of forkhead transcription factor FOXC2 in lymphatic vascular developement

Le système vasculaire lymphatique est le second réseau de vaisseaux du corps humain. Sa fonction principale est de retourner le fluide interstitiel excédentaire au système cardiovasculaire. Il est également impliqué dans la défense immunitaire de l'organisme, ainsi que dans le transport initial des graisses alimentaires. De multiples pathologies sont associées au dysfonctionnement du développement vasculaire lymphatique, dont les lymphoedèmes. Un des gènes clés dans le contrôle de l'étape de maturation du système lymphatique est le facteur de transcription FOXC2. De précédentes études utilisant des modèles génétiques mutins déficients en Foxc2 ont montré son rôle dans la régulation du processus de spécification des vaisseaux lymphatiques en capillaires versus vaisseaux collecteurs, ainsi que dans la formation des valves lymphatiques. Chez l'homme, les mutations dans le gène FOXC2 causent le syndrome lymphoedème- distichiasis. Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes moléculaires qui régulent l'expression et l'activité de FOXC2 dans les vaisseaux lymphatiques. Nous avons découvert que la fonction de FOXC2 est régulée par phosphorylation de la protéine, qui détermine son activité transcriptionnelle au niveau génomique, jouant ainsi un rôle important dans le développement vasculaire in vivo. Les vaisseaux lymphatiques sont soumis à des forces de stress générées par le flux de la lymphe (FSS). Nous avons donc testé l'hypothèse que ces forces contribuent à la morphogenèse et à l'organisation des vaisseaux lymphatiques. In vitro, les cellules endothéliales lymphatiques répondent aux forces mécaniques, qui induisent l'expression de FOXC2, activent la voie de signalisation Ca2+/calcineurin/NFATcl et régulent l'expression de la protéine de jonction gap connexin37. Nous avons également montré que le stress de flux mécanique, FOXC2, calcineurin/NFATcl et connexin37 coopèrent dans le contrôle de la maturation des vaisseaux lymphatiques in vivo. En dernier lieu, nous avons cherché à identifier les récepteurs de surface cellulaires permettant le transfert du signal de stress mécanique qui induit l'expression de FOXC2. Nous présentons ici des données préliminaires, qui suggèrent le rôle de la voie de signalisation TGFß ainsi que l'implication des jonctions adhérentes dans ce processus. En conclusion, la présente étude met en lumière les mécanismes de l'activité de FOXC2 dans les cellules endothéliales lymphatiques et l'importance du rôle des forces mécaniques de flux dans le contrôle de son l'expression, ainsi que dans le développement et la fonction du système vasculaire lymphatique. - The lymphatic vascular system is a second vascular system of human body. Its main fonction is to transfer excess interstitial fluid back to cardiovascular system. In addition, it is involved in immune defense and responsible for the uptake of dietary fat. A number of pathologies called lymphedemas are associated with lymphatic vascular system dysfunction. Hereditary lymphedemas are caused by mutations in genes controlling lymphatic vascular development. One of the key genes responsible for lymphatic vascular maturation is forkhead transcription factor FOXC2. Previous studies of Foxc2 knockout mice showed that Foxc2 controls the process of lymphatic capillary versus collecting vessel fate specification and formation of lymphatic valves. Importantly, mutations in FOXC2 cause human lymphedema-distichiasis syndrome. In this work we investigated the molecular mechanisms regulating the expression and activity of FOXC2 in lymphatic vasculature. We discovered that FOXC2 function is regulated by phosphorylation. We describe how phosphorylation controls FOXC2 transcriptional activity on a genome-wide level and show that FOXC2 phosphorylation plays an important role in vascular development in vivo. Lymphatic vessels are subjected to fluid shear stress (FSS). Therefore we investigated whether mechanical forces contribute to lymphatic vascular patterning and morphogenesis. We found that FSS induces the expression of FOXC2, activates Ca2+/calcineurin/NFATcl signaling and induces the expression of gap junction protein connexin37 in lymphatic endothelial cells in vitro. Importantly, we were able to show that shear stress, FOXC2, calcineurin/NFATcl and connexin37, control maturation of lymphatic vessels in vivo. Finally, we searched for cell surface receptors that mediate the induction of FOXC2 by shear stress, and we present some preliminary data, suggesting the role of TGF-beta signaling and adherens junctions in this process. In conclusion, the present study sheds light on the mechanisms of FOXC2 activity and suggests an important role of mechanical forces in controlling FOXC2 expression as well as lymphatic system development and function.

Innovative implementation by non-state actors in environment-related areas : towards a positive implementation gap ?

This contribution (presented in the first International Conference on Public Policy (ICPP) in Grenoble in June 2013) explores the phenomena of innovation in action ("innovative implementation"). To do so, we operationalize "innovative implementation" as a strategy by which (coalitions of) non-state actors seek to develop ad hoc solutions to address a given environmental issue, going beyond what is provided for in formal policy designs. Following an inductive research strategy, we elaborate a conceptual framework whose main advantage is to bring the actors and their coalition (in all their diversity) back in the analysis. More concretely, we state that perceiving implementation as broader 'social interaction processes' (De Boer & Bressers 2011) within which actors play strategic 'games' (Bardach 1977, Scharpf 1997) opens interesting lines of research to better account for their innovative and strategic behaviours. In a second step, we apply this framework to three strategies of innovative implementation in different contexts, and identify on this basis empirical regularities in the individual pathways related to the emergence and success (or failure) of these strategies.

Collagen (NeuraGen®) nerve conduits and stem cells for peripheral nerve gap repair

Le système nerveux périphérique est responsable de la transmission des impulses motrices, ainsi que de la réception des afférences sensorielles. Les lésions traumatiques des nerfs périphériques conduisent à une impotence fonctionnelle qui peut être dévastant, notamment chez les travailleurs manuels,. La récupération fonctionnelle est donc le but principal dans chirurgie des nerfs périphériques. Malheureusement, une suture directe des moignons nerveux est souvent impossible dans le contexte des traumatismes complexes qui surviennent lors des accidents. La suture nerveuse par interposition d'autogreffe reste le gold standard dans la pratique chirurgicale mais nécessite le sacrifice d'un nerf donneur, avec dysesthésie et possibles douleurs neuropathiques conséquentes. Alternativement, des guides tubulaires pour les nerfs peuvent être utilisées si le gap nerveux est inférieur à 3 cm. Plusieurs guides résorbables en collagène sont approuve en Europe et aux Etas Unis (FDA). Dans cette étude, des conduits de collagène ont été associe a des cellules régénératives (cellules souches adultes) comme stratégie supplémentaire de régénération. Une fois testé le rapport des cellules avec le biomatériau (NeuraGen® nerve guides) in vitro, une étude in vivo dans le rat a été effectuée. Les différents groupes de conduits ont été supplémentés respectivement avec Schwann cells (SC); avec cellules souches adultes dérivées de la moelle épinière, différentiées en cellules "Schwann-like" (dMSC); avec cellules souches adultes dérivées de la graisse, différentiées en cellules "Schwann-like" (dASC). Un groupe de conduits avec du milieu de culture sans cellules a été utilisé comme group control. Les conduits ont été utilisés pour combler un gap de 1cm dans un model de section totale du nerf sciatique chez le rat. Deux semaines post implantation, une analyse immuno-histochimique a été effectuée pour évaluer la régénération axonales et l'infiltration de cellules de Schwann au niveau du conduit. Les cellules ont montré une adhérence efficace aux parois de collagène. En particulier, les cellules de Schwann ont montré une amélioration significative au niveau du sprouting distale. Par contre, aucune différence significative n'a été remarquée entre les groupes pour le sprouting axonale proximal. De plus, si les cellules souches ont montré un pattern de sprouting diffus, les cellules de Schwann ont par contre garanti un cône de croissance typique, associé a une affinité remarquable pour les parois de collagène. NeuraGen® guides pourraient donc être un moyen adapté a l'association avec la thérapie cellulaire en raison de la bonne adhérence des cellules au biomatériau. Des modifications de surface dans le but d'améliorer la performance neurotrophique cellulaire in vivo (e.g. peptides de matrice extracellulaire) pourront être utilisées dans des applications futures.

An unusual cause of high anion gap metabolic acidosis: pyroglutamic acidemia. A case report.

Pyroglutamic acidemia is an uncommon metabolic disorder, which is usually diagnosed at early ages. The mechanism of action is thought to be glutathione depletion, and its clinical manifestations consist of hemolytic anemia, mental retardation, ataxia, and chronic metabolic acidosis. However, an acquired form has been described in adult patients, who usually present with confusion, respiratory distress, and high anion gap metabolic acidosis (HAGMA). It is also associated with many conditions, including chronic acetaminophen consumption. A 68-year-old white male, with chronic acetaminophen use presented to our service on multiple occasions with severe HAGMA. The patient was admitted to the intensive care unit and required mechanical ventilation and aggressive supportive measures. After ruling out the most frequent etiologies for his acid-base disorder and considering the long history of Tylenol ingestion, his 5-oxiproline (pyroglutamic acid) levels were sent to diagnose pyroglutamic acidemia. Clinicians need to be aware of this cause for metabolic acidosis since it might be a more common metabolic disturbance in compromised patients than would be expected. Subjects with HAGMA that cannot be explained by common causes should be tested for the presence of 5-oxoproline. Discontinuation of the offending drug is therapeutic.