EZH2 is essential for glioblastoma cancer stem cell maintenance.

Overexpression of the polycomb group protein enhancer of zeste homologue 2 (EZH2) occurs in diverse malignancies, including prostate cancer, breast cancer, and glioblastoma multiforme (GBM). Based on its ability to modulate transcription of key genes implicated in cell cycle control, DNA repair, and cell differentiation, EZH2 is believed to play a crucial role in tissue-specific stem cell maintenance and tumor development. Here, we show that targeted pharmacologic disruption of EZH2 by the S-adenosylhomocysteine hydrolase inhibitor 3-deazaneplanocin A (DZNep), or its specific downregulation by short hairpin RNA (shRNA), strongly impairs GBM cancer stem cell (CSC) self-renewal in vitro and tumor-initiating capacity in vivo. Using genome-wide expression analysis of DZNep-treated GBM CSCs, we found the expression of c-myc, recently reported to be essential for GBM CSCs, to be strongly repressed upon EZH2 depletion. Specific shRNA-mediated downregulation of EZH2 in combination with chromatin immunoprecipitation experiments revealed that c-myc is a direct target of EZH2 in GBM CSCs. Taken together, our observations provide evidence that direct transcriptional regulation of c-myc by EZH2 may constitute a novel mechanism underlying GBM CSC maintenance and suggest that EZH2 may be a valuable new therapeutic target for GBM management.

ENaC and its regulatory proteins as drug targets for blood pressure control.

Hypertension is a serious medical problem affecting millions of people worldwide. A key protein regulating blood pressure is the Epithelial Na(+) Channel (ENaC). In accord, loss of function mutations in ENaC (PHA1) cause hypotension, whereas gain of function mutations (Liddle syndrome) result in hypertension. The region mutated in Liddle syndrome, called the PY motif (L/PPxY), serves as a binding site for the ubiquitin ligase Nedd4-2, a C2-WW-Hect E3 ubiquitin ligase. Nedd4-2 binds the ENaC-PY motif via it WW domains, ubiquitylates the channel and targets it for endocytosis, a process impaired in Liddle syndrome due to poor binding of the channel to Nedd4-2. This leads to accumulation of active channels at the cell surface and increased Na(+) (and fluid) absorption in the distal nephron, resulting in elevated blood volume and blood pressure. Compounds that destabilize cell surface ENaC, or enhance Nedd4-2 activity in the kidney, could potentially serve as drug targets for hypertension. In addition, recent discoveries of regulation of activation of ENaC by proteases such as furin, prostasin and elastase, which cleave the extracellular domain of this channel leading to it activation, as well as the identification of inhibitors that block the activity of these proteases, provide further avenues for drug targeting of ENaC and the control of blood pressure.

Defining secretion processes in astrocytes

During the last decade, evidence that release of chemical transmitters from astrocytes might modulate neuronal activity (the so-called "gliotransmission") occurs in situ has been extensively provided. Nevertheless, gliotransmission remains a highly debated topic because of the lack of direct morphological and functional evidence. Here we provided new information supporting gliotransmission, by i) deepen knowledge about specific properties of regulated secretion of glutamatergic SLMVs, and ii) investigating the involvement of astrocytes in the transmission of dopamine, a molecule whose interaction with astrocytes is likely to occur, but it's still not proven.¦VGLUT-expressing glutamatergic SLMVs have been previously identified both in situ and in vitro, but description of kinetics of release were still lacking. To elucidate this issue, we took advantage of fluorescent tools (styryl dyes and pHluorin) and adapted experimental paradigms and analysis methods previously developed to study exo-endocytosis and recycling of glutamatergic vesicles at synapses. Parallel use of EPIfluorescence and total internal reflection (TIRF) imaging allowed us to find that exo-endocytosis processes in astrocytes are extremely fast, with kinetics in the order of milliseconds, able to sustain and follow neuronal signalling at synapses. Also, exocytosis of SLMVs is under the control of fast, localized Ca2+ elevations in close proximity of SLMVs and endoplasmatic reticulum (ER) tubules, the intracellular calcium stores. Such complex organization supports the fast stimulus-secretion coupling we described; localized calcium elevations have been recently observed in astrocytes in situ, suggesting that these functional microdomains might be present in the intact tissue. In the second part of the work, we investigated whether astrocytes possess some of the benchmarks of brain dopaminergic cells. It's been known for years that astrocytes are able to metabolize monoamines by the enzymes MAO and COMT, but to date no clear information that glial cells are able to uptake and store monoamines have been provided. Here, we identified a whole apparatus for the storage, degradation and release of monoamines, at the ultrastructural level. Electron microscopy immunohistochemistry allowed us to visualize VMAT2- and dopamine-positive intracellular compartments within astrocytic processes, i.e. dense -core granules and cisterns. These organelles might be responsible for dopamine release and storage, respectively; interestingly, this intracellular distribution is reminiscent of VMAT2 expression in dendrites if neurons, where dopamine release is tonic and plays a role in the regulation of its a basal levels, suggesting that astrocytic VMAT2 is involved in the homeostasis of dopamine in healthy brains of adult mammals.¦Durant cette dernière décennie, de nombreux résultats sur le relâchement des transmetteurs par les astrocytes pouvant modulé l'activité synaptique (gliotransmission) ont été fournis. Néanmoins, la gliotransmission reste un processus encore très débattu, notamment à cause de l'absence de preuves directes, morphologique et fonctionnelle démontrant ce phénomène. Nous présentons dans nos travaux de nombreux résultats confortant l'hypothèse de la gliotransmission, dont i) une étude approfondie sur les propriétés spatiales et temporelles de la sécrétion régulée du glutamate dans les astrocytes, et ii) une étude sur la participation des astrocytes dans la transmission de la dopamine, une neuromodulateur dont l'interaction avec les astrocytes est fortement probable, mais qui n'a encore jamais été prouvée. L'expression des petites vésicules (SLMVs - Synaptic Like Micro Vesicles) glutamatergiques exprimant les transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUTs) dans les astrocytes a déjà été prouvé tant in situ qu'in vitro. Afin de mettre en évidence les propriétés précises de la sécrétion de ces organelles, nous avons adapté à nos études des méthodes expérimentales conçues pour observer les processus de exocytose et endocytose dans les neurones. Les résolutions spatiale et temporelle obtenues, grâce a l'utilisation en parallèle de l'épi fluorescence et de la fluorescence a onde évanescente (TIRF), nous ont permis de montrer que la sécrétion régulée dans les astrocytes est un processus extrêmement rapide (de l'ordre de la milliseconde) et qu'elle est capable de soutenir et de suivre la transmission de signaux entre neurones. Nous avons également découvert que cette sécrétion a lieu dans des compartiments subcellulaires particuliers où nous observons la présence du reticulum endoplasmique (ER) ainsi que des augmentations rapides de calcium. Cette organisation spatiale complexe pourrait être la base morphologique du couplage rapide entre le stimulus et la sécrétion. Par ailleurs, plusieurs études récentes in vivo semblent confirmer l'existence de ces compartiments. Depuis des années nous savons que les astrocytes sont capables de métaboliser les monoamines par les enzymes MAO et COMT. Nous avons donc fourni de nouvelles preuves concernant la présence d'un appareil de stockage dans les astrocytes participant à la dégradation et la libération de monoamines au niveau ultrastructurelle. Grâce à la microscopie électronique, nous avons découvert la présence de compartiments intracellulaires exprimant VMAT2 dans les processus astrocytaires, sous forme de granules et des citernes. Ces organelles pourraient donc être responsables à la fois du relâchement et du stockage de la dopamine. De manière surprenante, cette distribution intracellulaire est similaire aux dendrites des neurones exprimant VMAT2, où la dopamine est libérée de façon tonique permettant d'agir sur la régulation de ses niveaux de base. Ces résultats, suggèrent une certaine participation des VMAT2 présents dans les astrocytes dans le processus d'homéostase de la dopamine dans le cerveau.¦A de nombreuses reprises, dans des émissions scientifiques ou dans des films, il est avancé que les hommes n'utilisent que 10% du potentiel de leur cerveau. Cette légende provient probablement du fait que les premiers chercheurs ayant décrit les cellules du cerveau entre le XIXème et le XXeme siècle, ont montré que les neurones, les cellules les plus connues et étudiées de cet organe, ne représentent seulement que 10% de la totalité des cellules composant du cerveau. Parmi les 90% restantes, les astrocytes sont sans doute les plus nombreuses. Jusqu'au début des années 90, les astrocytes ont été plutôt considérés peu plus que du tissu conjonctif, ayant comme rôles principaux de maintenir certaines propriétés physiques du cerveau et de fournir un support métabolique (énergie, environnement propre) aux neurones. Grace à la découverte que les astrocytes ont la capacité de relâcher des substances neuro-actives, notamment le glutamate, le rôle des astrocytes dans le fonctionnement cérébral a été récemment reconsidérée.¦Le rôle du glutamate provenant des astrocytes et son impact sur la fonctionnalité des neurones n'a pas encore été totalement élucidé, malgré les nombreuses publications démontrant l'importance de ce phénomène en relation avec différentes fonctions cérébrales. Afin de mieux comprendre comment les astrocytes sont impliqués dans la transmission cérébrale, nous avons étudié les propriétés spatio-temporelles de cette libération grâce à l'utilisation des plusieurs marqueurs fluorescents combinée avec différentes techniques d'imagerie cellulaires. Nous avons découvert que la libération du glutamate par les astrocytes (un processus maintenant appelé "gliotransmission") était très rapide et contrôlée par des augmentations locales de calcium. Nous avons relié ces phénomènes à des domaines fonctionnels subcellulaires morphologiquement adaptés pour ce type de transmission. Plus récemment, nous avons concentré nos études sur un autre transmetteur très important dans le fonctionnement du cerveau : la dopamine. Nos résultats morphologiques semblent indiquer que les astrocytes ont la capacité d'interagir avec ce transmetteur, mais d'une manière différente comparée au glutamate, notamment en terme de rapidité de transmission. Ces résultats suggèrent que le astrocytes ont la capacité de modifier leurs caractéristiques et de s'adapter à leur environnement par rapport aux types de transmetteur avec lequel ils doivent interagir.

Fragment N2, a caspase-3-generated RasGAP fragment, inhibits breast cancer metastatic progression

The p120 RasGAP protein negatively regulates Ras via its GAP domain. RasGAP carries several other domains that modulate several signaling molecules such as Rho. RasGAP is also a caspase-3 substrate. One of the caspase-3-generated RasGAP fragments, corresponding to amino acids 158-455 and called fragment N2, was previously reported to specifically sensitize cancer cells to death induced by various anticancer agents. Here, we show that fragment N2 inhibits migration in vitro and that it impairs metastatic progression of breast cancer to the lung. Hence, stress-activated caspase-3 might contribute to the suppression of metastasis through the generation of fragment N2. These results indicate that the activity borne by fragment N2 has a potential therapeutic relevance to counteract the metastatic process.

Systems biology of plants : from intraspecific genome variation to computational morphodynamics

Recently, the introduction of second generation sequencing and further advance-ments in confocal microscopy have enabled system-level studies for the functional characterization of genes. The degree of complexity intrinsic to these approaches needs the development of bioinformatics methodologies and computational models for extracting meaningful biological knowledge from the enormous amount of experi¬mental data which is continuously generated. This PhD thesis presents several novel bioinformatics methods and computational models to address specific biological questions in Plant Biology by using the plant Arabidopsis thaliana as a model system. First, a spatio-temporal qualitative analysis of quantitative transcript and protein profiles is applied to show the role of the BREVIS RADIX (BRX) protein in the auxin- cytokinin crosstalk for root meristem growth. Core of this PhD work is the functional characterization of the interplay between the BRX protein and the plant hormone auxin in the root meristem by using a computational model based on experimental evidence. Hyphotesis generated by the modelled to the discovery of a differential endocytosis pattern in the root meristem that splits the auxin transcriptional response via the plasma membrane to nucleus partitioning of BRX. This positional information system creates an auxin transcriptional pattern that deviates from the canonical auxin response and is necessary to sustain the expression of a subset of BRX-dependent auxin-responsive genes to drive root meristem growth. In the second part of this PhD thesis, we characterized the genome-wide impact of large scale deletions on four divergent Arabidopsis natural strains, through the integration of Ultra-High Throughput Sequencing data with data from genomic hybridizations on tiling arrays. Analysis of the identified deletions revealed a considerable portion of protein coding genes affected and supported a history of genomic rearrangements shaped by evolution. In the last part of the thesis, we showed that VIP3 gene in Arabidopsis has an evo-lutionary conserved role in the 3' to 5' mRNA degradation machinery, by applying a novel approach for the analysis of mRNA-Seq data from random-primed mRNA. Altogether, this PhD research contains major advancements in the study of natural genomic variation in plants and in the application of computational morphodynamics models for the functional characterization of biological pathways essential for the plant. - Récemment, l'introduction du séquençage de seconde génération et les avancées dans la microscopie confocale ont permis des études à l'échelle des différents systèmes cellulaires pour la caractérisation fonctionnelle de gènes. Le degrés de complexité intrinsèque à ces approches ont requis le développement de méthodologies bioinformatiques et de modèles mathématiques afin d'extraire de la masse de données expérimentale générée, des information biologiques significatives. Ce doctorat présente à la fois des méthodes bioinformatiques originales et des modèles mathématiques pour répondre à certaines questions spécifiques de Biologie Végétale en utilisant la plante Arabidopsis thaliana comme modèle. Premièrement, une analyse qualitative spatio-temporelle de profiles quantitatifs de transcripts et de protéines est utilisée pour montrer le rôle de la protéine BREVIS RADIX (BRX) dans le dialogue entre l'auxine et les cytokinines, des phytohormones, dans la croissance du méristème racinaire. Le noyau de ce travail de thèse est la caractérisation fonctionnelle de l'interaction entre la protéine BRX et la phytohormone auxine dans le méristème de la racine en utilisant des modèles informatiques basés sur des preuves expérimentales. Les hypothèses produites par le modèle ont mené à la découverte d'un schéma différentiel d'endocytose dans le méristème racinaire qui divise la réponse transcriptionnelle à l'auxine par le partitionnement de BRX de la membrane plasmique au noyau de la cellule. Cette information positionnelle crée une réponse transcriptionnelle à l'auxine qui dévie de la réponse canonique à l'auxine et est nécessaire pour soutenir l'expression d'un sous ensemble de gènes répondant à l'auxine et dépendant de BRX pour conduire la croissance du méristème. Dans la seconde partie de cette thèse de doctorat, nous avons caractérisé l'impact sur l'ensemble du génome des délétions à grande échelle sur quatre souches divergentes naturelles d'Arabidopsis, à travers l'intégration du séquençage à ultra-haut-débit avec l'hybridation génomique sur puces ADN. L'analyse des délétions identifiées a révélé qu'une proportion considérable de gènes codant était affectée, supportant l'idée d'un historique de réarrangement génomique modelé durant l'évolution. Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons montré que le gène VÏP3 dans Arabidopsis a conservé un rôle évolutif dans la machinerie de dégradation des ARNm dans le sens 3' à 5', en appliquant une nouvelle approche pour l'analyse des données de séquençage d'ARNm issue de transcripts amplifiés aléatoirement. Dans son ensemble, cette recherche de doctorat contient des avancées majeures dans l'étude des variations génomiques naturelles des plantes et dans l'application de modèles morphodynamiques informatiques pour la caractérisation de réseaux biologiques essentiels à la plante. - Le développement des plantes est écrit dans leurs codes génétiques. Pour comprendre comment les plantes sont capables de s'adapter aux changements environnementaux, il est essentiel d'étudier comment leurs gènes gouvernent leur formation. Plus nous essayons de comprendre le fonctionnement d'une plante, plus nous réalisons la complexité des mécanismes biologiques, à tel point que l'utilisation d'outils et de modèles mathématiques devient indispensable. Dans ce travail, avec l'utilisation de la plante modèle Arabidopsis thalicinci nous avons résolu des problèmes biologiques spécifiques à travers le développement et l'application de méthodes informatiques concrètes. Dans un premier temps, nous avons investigué comment le gène BREVIS RADIX (BRX) régule le développement de la racine en contrôlant la réponse à deux hormones : l'auxine et la cytokinine. Nous avons employé une analyse statistique sur des mesures quantitatives de transcripts et de produits de gènes afin de démontrer que BRX joue un rôle antagonisant dans le dialogue entre ces deux hormones. Lorsque ce-dialogue moléculaire est perturbé, la racine primaire voit sa longueur dramatiquement réduite. Pour comprendre comment BRX répond à l'auxine, nous avons développé un modèle informatique basé sur des résultats expérimentaux. Les simulations successives ont mené à la découverte d'un signal positionnel qui contrôle la réponse de la racine à l'auxine par la régulation du mouvement intracellulaire de BRX. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons analysé le génome entier de quatre souches naturelles d'Arabidopsis et nous avons trouvé qu'une grande partie de leurs gènes étaient manquant par rapport à la souche de référence. Ce résultat indique que l'historique des modifications génomiques conduites par l'évolution détermine une disponibilité différentielle des gènes fonctionnels dans ces plantes. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons analysé les données du transcriptome de la plante où le gène VIP3 était non fonctionnel. Ceci nous a permis de découvrir le rôle double de VIP3 dans la régulation de l'initiation de la transcription et dans la dégradation des transcripts. Ce rôle double n'avait jusqu'alors été démontrée que chez l'homme. Ce travail de doctorat supporte le développement et l'application de méthodologies informatiques comme outils inestimables pour résoudre la complexité des problèmes biologiques dans la recherche végétale. L'intégration de la biologie végétale et l'informatique est devenue de plus en plus importante pour l'avancée de nos connaissances sur le fonctionnement et le développement des plantes.

Regulation of horizontal gene transfer of the catabolic island ICEclc

ICEclc is a mobile genetic element found in two copies on the chromosome of the bacterium Pseudomonas knackmussii B13. ICEclc harbors genes encoding metabolic pathways for the degradation of chlorocatechols (CLC) and 2-aminophenol (2AP). At low frequencies, ICEclc excises from the chromosome, closes into a circular DNA molecule which can transfer to another bacterium via conjugation. Once in the recipient cell, ICEclc can reintegrate into the chromosome by site-specific recombination. This thesis aimed at identifying the regulatory network underlying the decisions for ICEclc horizontal transfer (HGT). The first chapter is an introduction on integrative and conjugative elements (ICEs) more in general, of which ICEclc is one example. In particular I emphasized the current knowledge of regulation and conjugation machineries of the different classes of ICE. In the second chapter, I describe a transcriptional analysis using microarrays and other experiments to understand expression of ICEclc in exponential and stationary phase. By overlaying transcriptomic profiles with Northern hybridizations and RT- PCR data, we established a transcription map for the entire core region of ICEclc, a region assumed to encode the ICE conjugation process. We also demonstrated how transcription of the ICEclc core is maximal in stationary phase, which correlates to expression of reporter genes fused to key ICEclc promoters. In the third chapter, I present a transcriptome analysis of ICEclc in a variety of different host species, in order to explore whether there are species-specific differences. In the fourth chapter, I focus on the role of a curious ICEclc-encoded TetR-type transcriptional repressor. We find that this gene, which we name mfsR, not only controls its own expression but that of a set of genes for a putative multi-drug efflux pump (mfsABC) as well. By using a combination of biochemical and molecular biology techniques, I could show that MfsR specifically binds to operator boxes in two ICEclc promoters (PmfsR and PmfsA), inhibiting the transcription of both the mfsR and mfsABC-orf38184 operons. Although we could not detect a clear phenotype of an mfsABC deletion, we discuss the implications of pump gene reorganizations in ICEclc and close relatives. In the fifth chapter, we find that mfsR not only controls its own expression and that of the mfsABC operon, but is also indirectly controlling ICEclc transfer. Using gene deletions, microarrays, transfer assays and microscopy-based reporter fusions, we demonstrate that mfsR actually controls a small operon of three regulatory genes. The last gene of this mfsR operon, orf17162, encodes a LysR-type activator that when deleted strongly impairs ICEclc transfer. Interestingly, deletion of mfsR leads to transfer competence in almost all cells, thereby overruling the bistability process in the wild-type. In the final sixth chapter, I discuss the relevance of the present thesis and the resulting perspectives for future studies.

Cerebellar transcranial direct current stimulation modulates verbal working memory.

BACKGROUND: Neuroimaging studies show cerebellar activations in a wide range of cognitive tasks and patients with cerebellar lesions often present cognitive deficits suggesting a cerebellar role in higher-order cognition. OBJECTIVE: We used cathodal transcranial direct current stimulation (tDCS), known to inhibit neuronal excitability, over the cerebellum to investigate if cathodal tDCS impairs verbal working memory, an important higher-order cognitive faculty. METHOD: We tested verbal working memory as measured by forward and backward digit spans in 40 healthy young participants before and after applying cathodal tDCS (2 mA, stimulation duration 25 min) to the right cerebellum using a randomized, sham-controlled, double-blind, cross-over design. In addition, we tested the effect of cerebellar tDCS on word reading, finger tapping and a visually cued sensorimotor task. RESULTS: In line with lower digit spans in patients with cerebellar lesions, cerebellar tDCS reduced forward digit spans and blocked the practice dependent increase in backward digit spans. No effects of tDCS on word reading, finger tapping or the visually cued sensorimotor task were found. CONCLUSION: Our results support the view that the cerebellum contributes to verbal working memory as measured by forward and backward digit spans. Moreover, the induction of reversible "virtual cerebellar lesions" in healthy individuals by means of tDCS may improve our understanding of the mechanistic basis of verbal working memory deficits in patients with cerebellar lesions.

Deletion of hypothetical wall teichoic acid ligases in Staphylococcus aureus activates the cell wall stress response.

The Staphylococcus aureus cell wall stress stimulon (CWSS) is activated by cell envelope-targeting antibiotics or depletion of essential cell wall biosynthesis enzymes. The functionally uncharacterized S. aureus LytR-CpsA-Psr (LCP) proteins, MsrR, SA0908 and SA2103, all belong to the CWSS. Although not essential, deletion of all three LCP proteins severely impairs cell division. We show here that VraSR-dependent CWSS expression was up to 250-fold higher in single, double and triple LCP mutants than in wild type S. aureus in the absence of external stress. The LCP triple mutant was virtually depleted of wall teichoic acids (WTA), which could be restored to different degrees by any of the single LCP proteins. Subinhibitory concentrations of tunicamycin, which inhibits the first WTA synthesis enzyme TarO (TagO), could partially complement the severe growth defect of the LCP triple mutant. Both of the latter findings support a role for S. aureus LCP proteins in late WTA synthesis, as in Bacillus subtilis where LCP proteins were recently proposed to transfer WTA from lipid carriers to the cell wall peptidoglycan. Intrinsic activation of the CWSS upon LCP deletion and the fact that LCP proteins were essential for WTA-loading of the cell wall, highlight their important role(s) in S. aureus cell envelope biogenesis.

MP2RAGE, a self bias-field corrected sequence for improved segmentation and T-1-mapping at high field

The large spatial inhomogeneity in transmit B, field (B-1(+)) observable in human MR images at hi h static magnetic fields (B-0) severely impairs image quality. To overcome this effect in brain T-1-weighted images the, MPRAGE sequence was modified to generate two different images at different inversion times MP2RAGE By combining the two images in a novel fashion, it was possible to create T-1-weigthed images where the result image was free of proton density contrast, T-2* contrast, reception bias field, and, to first order transmit field inhomogeneity. MP2RAGE sequence parameters were optimized using Bloch equations to maximize contrast-to-noise ratio per unit of time between brain tissues and minimize the effect of B-1(+) variations through space. Images of high anatomical quality and excellent brain tissue differentiation suitable for applications such as segmentation and voxel-based morphometry were obtained at 3 and 7 T. From such T-1-weighted images, acquired within 12 min, high-resolution 3D T-1 maps were routinely calculated at 7 T with sub-millimeter voxel resolution (0.65-0.85 mm isotropic). T-1 maps were validated in phantom experiments. In humans, the T, values obtained at 7 T were 1.15 +/- 0.06 s for white matter (WM) and 1.92 +/- 0.16 s for grey matter (GM), in good agreement with literature values obtained at lower spatial resolution. At 3 T, where whole-brain acquisitions with 1 mm isotropic voxels were acquired in 8 min the T-1 values obtained (0.81 +/- 0.03 S for WM and 1.35 +/- 0.05 for GM) were once again found to be in very good agreement with values in the literature. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

The interaction of human pathogenic arena viruses with the host cell

SummaryResearch projects presented in this thesis aimed to investigate two major aspects of the arenaviruses life cycle in the host cell: viral entry and the biosynthesis of the viral envelope glycoprotein.Old World arenaviruses (OWAV), such as Lassa virus (LASV) and lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV), attach to the cell by binding to their receptor, alpha-dystroglycan. Virions are then internalized by a largely unknown pathway of endocytosis and delivered to the late endosome/lysosome where fusion occurs at low pH. In the major project of my thesis, we sought to identify cellular factors involved in OWAV cell entry. Our work indicates that OWAV cell entry requires microtubular transport and a functional multivesicular body (MVB) compartment. Infection indeed depends on phosphatidyl inositol 3-kinase (PI3K) activity and lysobisphosphatidic acid (LBPA), a lipid found in membranes of intraluminal vesicles (ILVs) of the MVB. We further found a requirement of factors that are part of the endosomal sorting complex required for transport (ESCRT), involved in the formation of ILVs. This suggests an ESCRT-mediated sorting of virus- receptor complex during the entry process.During viral replication, biosynthesis of viral glycoprotein takes place in the endoplasmic reticulum (ER) of the host cell. When protein load exceeds the folding capacity of the ER, the accumulation of unfolded proteins is sensed by three ER resident proteins, activating transcription factor 6 (ATF6), inositol-requiring enzyme 1 (IRE1) and PKR-like ER kinase (PERK), whose signaling induces the cellular unfolded protein response (UPR). Our results indicate that acute LCMV infection transiently induces the activation of the ATF6 branch of the UPR, whereas the PERK, and IRE1 axis of UPR are neither triggered nor blocked during infection. Our data also demonstrate that activation of ATF6 pathway is required for optimal viral replication during acute infection.The formation of the mature, fusion-active form of arenaviruses glycoproteins requires proteolytic cleavage mediated by the cellular protease subtilisin kexin isozyme-1 (SKI-l)/site-l protease (SIP). We show that targeting the SKI-1/S1P enzymatic activity with specific inhibitors is a powerful strategy to block arenaviruses productive infection. Moreover, characterization of protease function highlights differences in processing between cellular and viral substrates, opening new possibilities in term of drug development against human pathogenic arenaviruses.RésuméLes projets de recherche présentés dans cette thèse visaient à étudier deux aspects du cycle de vie des arenavirus: l'entrée du virus dans la cellule hôte et la biosynthèse de la glycoprotéine durant la réplication virale.Les arenavirus du vieux monde (OWAV), tels que le virus de Lassa (LASV) et le virus de la chorioméningite lymphocytaire (LCMV) s'attachent à la cellule hôte en se liant à leur récepteur, l'alpha-dystroglycane. Les virions sont ensuite intemalisés par une voie d'endocytose inconnue et livrés à l'endosome tardif/lysosome, où le pH acide permet la fusion entre l'enveloppe virale et la membrane du compartiment. Le projet principal de ma thèse consistait à identifier les facteurs cellulaires impliqués dans l'entrée des OWAV dans la cellule hôte. Nos résultats indiquent que l'entrée des OWAV nécessite le transport microtubulaire et la présence d'un corps multivésiculaire (MVB) fonctionnel. L'infection dépend en effet de l'activité de phosphatidyl inositol 3-kinase (PI3K) et de lysobisphosphatidic acid (LBPA), un lipide présent dans les membranes des vésicules intraluminales (ILVs) du MVB. Nous avons également trouvé l'implication de facteurs constituant l'endosomal sorting complex required for sorting (ESCRT) qui joue un rôle dans la formation des ILVs. Ces donnés suggèrent l'incorporation du complexe virus-récepteur dans des ILVs durant le processus d'entrée.Lors de la réplication virale, la biosynthèse de la glycoprotéine virale a lieu dans le réticulum endoplasmique (ER) de la cellule hôte. Lorsque la charge de protéines nouvellement synthétisées excède la capacité de pliage des protéines dans le ER, l'accumulation de protéines mal pliées est détectée par trois facteurs: activating transcription factor 6 (ATF6), inositol-requiring enzyme 1 (IRE1) et PKR-like ER kinase (PERK). Leur signalisation constitue la réponse cellulaire face aux protéines mal pliées (UPR). Nos résultats montrent que l'infection aiguë avec LCMV induit transitoirement l'activation de la voie de signalisation ATF6 alors que les axes PERK et IRE1 de l'UPR ne sont ni induits ni bloqués pendant l'infection. Nos données prouvent également que l'activation de la voie ATF6 est nécessaire à une réplication virale optimale lors de l'infection aiguë avec LCMV.La maturation des glycoprotéines des arenavirus nécessite un clivage protéolytique par la protéase cellulaire subtilisin kexin isozyme-1 (SKI-l)/site-l protease (SIP). Nous avons démontré que le ciblage de l'activité enzymatique de SKI-1/SIΡ avec des inhibiteurs spécifiques est une stratégie prometteuse pour bloquer l'infection par les arenavirus. La caractérisation du mécanisme d'action de la protéase a, par ailleurs, révélé des différences au niveau du clivage entre les substrats cellulaires et viraux, ce qui ouvre de nouvelles perspectives en terme de développement de médicaments contre les arenavirus pathogènes pour l'homme.

Regulation of the epithelial Na+ channel ENaC by Tsg101 in renal epithelial cells

Kidneys are the main regulator of salt homeostasis and blood pressure. In the distal region of the tubule active Na-transport is finely tuned. This transport is regulated by various hormonal pathways including aldosterone that regulates the reabsorption at the level of the ASDN, comprising the late DCT, the CNT and the CCD. In the ASDN, the amiloride-sensitive epithelial Na-channel (ENaC) plays a major role in Na-homeostasis, as evidenced by gain-of function mutations in the genes encoding ENaC, causing Liddle's syndrome, a severe form of salt-sensitive hypertension. In this disease, regulation of ENaC is compromised due to mutations that delete or mutate a PY-motif in ENaC. Such mutations interfere with Nedd4-2- dependent ubiquitylation of ENaC, leading to reduced endocytosis of the channel, and consequently to increased channel activity at the cell surface. After endocytosis ENaC is targeted to the lysosome and rapidly degraded. Similarly to other ubiquitylated and endocytosed plasma membrane proteins (such as the EGFR), it is likely that the multi-protein complex system ESCRT is involved. To investigate the involvement of this system we tested the role of one of the ESCRT proteins, Tsg101. Here we show that Tsg101 interacts endogenously and in transfected HEK-293 cells with all three ENaC sub-units. Furthermore, mutations of cytoplasmic lysines of ENaC subunits lead to the disruption of this interaction, indicating a potential involvement of ubiquitin in Tsg101 / ENaC interaction. Tsg101 knockdown in renal epithelial cells increases the total and cell surface pool of ENaC, thus implying TsglOl and consequently the ESCRT system in ENaC degradation by the endosomal/lysosomal system. - Les reins sont les principaux organes responsables de la régulation de la pression artérielle ainsi que de la balance saline du corps. Dans la région distale du tubule, le transport actif de sodium est finement régulé. Ce transport est contrôlé par plusieurs hormones comme l'aldostérone, qui régule la réabsorption au niveau de l'ASDN, segment comprenant la fin du DCT, le CNT et le CCD. Dans l'ASDN, le canal à sodium épithélial sensible à l'amiloride (ENaC) joue un rôle majeur dans l'homéostasie sodique, comme cela fut démontré par les mutations « gain de fonction » dans les gênes encodant ENaC, causant ainsi le syndrome de Liddle, une forme sévère d'hypertension sensible au sel. Dans cette maladie, la régulation d'ENaC est compromise du fait des mutations qui supprime ou mute le domaine PY présent sur les sous-unités d'ENaC. Ces mutations préviennent l'ubiquitylation d'ENaC par Nedd4-2, conduisant ainsi à une baisse de l'endocytose du canal et par conséquent une activité accrue d'ENaC à la surface membranaire. Après endocytose, ENaC est envoyé vers le lysosome et rapidement dégradé. Comme d'autres protéines membranaires ubiquitylées et endocytées (comme l'EGFR), il est probable que le complexe multi-protéique ESCRT est impliqué dans le transport d'ENaC au lysosome. Pour étudier l'implication du système d'ESCRT dans la régulation d'ENaC nous avons testé le rôle d'une protéine de ces complexes, TsglOl. Notre étude nous a permis de démontrer que TsglOl se lie aux trois sous-unités ENaC aussi bien en co-transfection dans des cellules HEK-293 que de manière endogène. De plus, nous avons pu démontrer l'importance de l'ubiquitine dans cette interaction par la mutation de toutes les lysines placées du côté cytoplasmique des sous-unités d'ENaC, empêchant ainsi l'ubiquitylation de ces sous-unités. Enfin, le « knockdown » de TsglOl dans des cellules épithéliales de rein induit une augmentation de l'expression d'ENaC aussi bien dans le «pool» total qu'à la surface membranaire, indiquant ainsi un rôle pour TsglOl et par conséquent du système d'ESCRT dans la dégradation d'ENaC par la voie endosome / lysosome. - Le corps humain est composé d'organes chacun spécialisé dans une fonction précise. Chaque organe est composé de cellules, qui assurent la fonction de l'organe en question. Ces cellules se caractérisent par : - une membrane qui leur permet d'isoler leur compartiment interne (milieu intracellulaire ou cytoplasme) du liquide externe (milieu extracellulaire), - un noyau, où l'ADN est situé, - des protéines, sortent d'unités fonctionnelles ayant une fonction bien définie dans la cellule. La séparation entre l'extérieure et l'intérieure de la cellule est essentielle pour le maintien des composants de ces milieux ainsi que pour la bonne fonction de l'organisme et des cellules. Parmi ces composants, le sodium joue un rôle essentiel car il conditionne le maintien de volume sanguin en participant au maintien du volume extracellulaire. Une augmentation du sodium dans l'organisme provoque donc une augmentation du volume sanguin et ainsi provoque une hypertension. De ce fait, le contrôle de la quantité de sodium présente dans l'organisme est essentiel pour le bon fonctionnement de l'organisme. Le sodium est apporté par l'alimentation, et c'est au niveau du rein que va s'effectuer le contrôle de la quantité de sodium qui va être retenue dans l'organisme pour le maintien d'une concentration normale de sodium dans le milieu extracellulaire. Le rein va se charger de réabsorber toutes sortes de solutés nécessaires pour l'organisme avant d'évacuer les déchets ou le surplus de ces solutés en produisant l'urine. Le rein va se charger de réabsorber le sodium grâce à différentes protéines, parmi elle, nous nous sommes intéressés à une protéine appelée ENaC. Cette protéine joue un rôle important dans la réabsorption du sodium, et lorsqu'elle fonctionne mal, comme il a pu être observé dans certaines maladies génétiques, il en résulte des problèmes d'hypo- ou d'hypertension. Les problèmes résultant du mauvais fonctionnement de cette protéine obligent donc la cellule à réguler efficacement ENaC par différents mécanismes, notamment en diminuant son expression et en dégradant le « surplus ». Dans cette travail de thèse, nous nous sommes intéressés au mécanisme impliqué dans la dégradation d'ENaC et plus précisément à un ensemble de protéines, appelé ESCRT, qui va se charger « d'escorter » une protéine vers un sous compartiment à l'intérieur de la cellule ou elle sera dégradée.

Schizophrenic delusions: a phenomenological approach.

The issue of specificity of delusions in schizophrenia is still a matter of debate. The authors analyze the delusion formation in schizophrenia from a prototypical, phenomenological point of view, focusing on the subject's experience. This perspective links delusion formation to the autistic predisposition, which is considered here as the elementary phenotypic expression of the vulnerability to schizophrenia. Autism is viewed as a defective preconceptual (i.e., before language) attunement to the world. It impedes the individual's sharing of "common sense" with others and impairs the ability to project into the future. The development of delusions is illustrated, in part, by Klaus Conrad's work on the onset of paranoid schizophrenia. Delusions are viewed as transformations of the structure of experiencing. When threatened in future ability to be, the autistic, vulnerable person looks for the clues to becoming by attributing significance to disparate elements of the environment, which become self-referential. The link established between these disparate elements is based on universal characteristics that give the schizophrenic delusion a metaphysical quality. The transitivistic experience in delusions of control and omnipotence points to a specific way of crossing the border between "mine" and "yours" (disturbances of the experiencing "I"). What strikes a clinician in these delusions is that the normally tacit link between the sense of being and the sense of acting becomes quite apparent. The authors also propose a specificity in the themes of schizophrenic delusions. Delusions acquire a schizophrenic quality when ontological (i.e., universal) elements of the discourse between the locutor and the Other dominate at the expense of the worldly elements. It is emphasized that delusional content and form are dialectically related and hardly distinguishable. The authors consider the delusion formation as a phenomenon of emergence, a situation in which a new qualitative order arises from the reorganization of essentially unchanged elements. To consider schizophrenia as an emergent, particular way of experiencing, related to the autistic defect, has important consequences for research and for treatment. A dialectic exchange is needed between prototypical models generated by phenomenological inquiry and empirical, operational validation of testable aspects of such models.

Constitutively active alpha-1b adrenergic receptor mutants display different phosphorylation and internalization features.

We compared the phosphorylation and internalization properties of constitutively active alpha-1b adrenergic receptor (AR) mutants carrying mutations in two distant receptor domains, i.e., at A293 in the distal part of the third intracellular loop and at D142 of the DRY motif lying at the end of the third transmembrane domain. For the A293E and A293I mutants the levels of agonist-independent phosphorylation were 150% and 50% higher than those of the wild-type alpha-1b AR, respectively. On the other hand, for the constitutively active D142A and D142T mutants, the basal levels of phosphorylation were similar to those of the wild-type alpha-1b AR and did not appear to be further stimulated by epinephrine. Overexpression of the guanyl nucleotide binding regulatory protein-coupled receptor kinase GRK2 further increases the basal phosphorylation of the A293E mutant, but not that of D142A mutant. Both the wild-type alpha-1b AR and the A293E mutant could undergo beta-arrestin-mediated internalization. The epinephrine-induced internalization of the constitutively active A293E mutant was significantly higher than that of the wild-type alpha-1b AR. In contrast, the D142A mutant was impaired in its ability to interact with beta-arrestin and to undergo agonist-induced internalization. Interestingly, a double mutant A293E/D142A retained very high constitutive activity and regulatory properties of both the A293E and D142A receptors. These findings demonstrate that two constitutively activating mutations occurring in distant receptor domains of the alpha-1b AR have divergent effects on the regulatory properties of the receptor.

Protective role of amantadine in mitochondrial dysfunction and oxidative stress mediated by hepatitis C virus protein expression.

Amantadine is an antiviral and antiparkinsonian drug that has been evaluated in combination therapies against hepatitis C virus (HCV) infection. Controversial results have been reported concerning its efficacy, and its mechanism of action remains unclear. Data obtained in vitro suggested a role of amantadine in inhibiting HCV p7-mediated cation conductance. In keeping with the fact that mitochondria are responsible to ionic fluxes and that HCV infection impairs mitochondrial function, we investigated a potential role of amantadine in modulating mitochondrial function. Using a well-characterized inducible cell line expressing the full-length HCV polyprotein, we found that amantadine not only prevented but also rescued HCV protein-mediated mitochondrial dysfunction. Specifically, amantadine corrected (i) overload of mitochondrial Ca(2+); (ii) inhibition of respiratory chain activity and oxidative phosphorylation; (iii) reduction of membrane potential; and (iv) overproduction of reactive oxygen species. The effects of amantadine were observed within 15 min following drug administration and confirmed in Huh-7.5 cells transfected with an infectious HCV genome. These effects were also observed in cells expressing subgenomic HCV constructs, indicating that they are not mediated or only in part mediated by p7. Single organelle analyzes carried out on isolated mouse liver mitochondria demonstrated that amantadine induces hyperpolarization of the membrane potential. Moreover, amantadine treatment increased the calcium threshold required to trigger mitochondrial permeability transition opening. In conclusion, these results support a role of amantadine in preserving cellular bioenergetics and redox homeostasis in HCV-infected cells and unveil an effect of the drug which might be exploited for a broader therapeutic utilization.

The S. pombe cdc15 gene is a key element in the reorganization of F-actin at mitosis.

The S. pombe cdc15 gene is essential for cell division. cdc15ts mutants do not form a septum, but growth and nuclear division continue, leading to formation of multinucleate cells. The earliest step in septum formation and cytokinesis, rearrangement of actin to the center of the cell, is associated with appearance of hypophosphorylated cdc15p and formation of a cdc15p ring, which colocalizes with actin. Loss of cdc15p function impairs formation of the actin ring. The abundance of cdc15 mRNA varies through the cell division cycle, peaking in early mitosis before septation. Expression of cdc15 in G2-arrested cells induces actin rearrangement to the center of the cell. These data implicate cdc15p as a key element in mediating the cytoskeletal rearrangements required for cytokinesis.