Saccharomyces cerevisiae, a tool to study the β-oxidation through the synthesis of polyhydroxyalkanoates

Summary Polyhydroxyalkanoates (PHAs) represent a family of polyesters naturally synthesized by a wide variety of bacteria. Through their thermoplastic and elastomeric qualities, together with their biodegradable and renewable properties, they are predicted to be a good alternative to the petroleum- derived plastics. Nevertheless, as PHA production costs using bacteria fermentation are still too high, PHA synthesis within eukaryotic systems, such as plants, has been elaborated. Although the costs were then efficiently lowered, the yield of PHAs produced remained low. In this study, Saccharomyces cerevisae has been used as another eukaryotic model in order to reveal the steps which limit PHA production. These cells express the PHA synthase of Pseudomonas aeruginosa and the PHAs obtained were analyzed to understand the flux of fatty acids towards and through the peroxisomal β-oxidation core cycle, generating the main substrate of the PHA synthase. When S. cerevisiae wild-type cells are grown in a media containing glucose as carbon source as well as fatty acids, the PHA monomer composition is largely influenced by the nature of the external fatty acid used. Thus, even-chain PHA monomers are generated from oleic acid (18:1Δ9cis) and odd- chain PHA monomers are generated from heptadecenoic acid (17:1Δ. 10 cis). Moreover, PHA synthesis is dependent on the first two enzymes of the 0-oxidation core cycle, the acyl-CoA oxidase and the multifunctional enzyme enoyl-CoA hydratase II / R-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase. S. cerevisiae mutant cells growing on oleic or heptadecenoic acid and deficient in either the R-3- hydroxyacyl-CoA dehydrogenase or in the 3-ketothiolase activity, the last β-oxidation cycle steps, surprisingly contained PHAs of predominantly even-chain monomers. This is also noticed in wild- type and mutants grown on glucose or raffinose, indicating that the substrate used for PHA synthesis is generated from the degradation of intracellular short- and medium-chain fatty acids by the 3- oxidation cycle. Inhibition of fatty acid biosynthesis by cerulenin blocks the synthesis of PHAs from intracellular fatty acids but still enables the use of extracellular fatty acids for polymer production. Together, these results uncovered the existence of a substantial futile cycle whereby short- and medium-chain intermediates of the cytoplasmic fatty acid biosynthetic pathway are directed towards the peroxisomal β-oxidation pathway. In this thesis, no increase of the yield of PHA produced could be obtained. But the PHA synthesis confirmed the carbon flux into and through the β-oxidation core cycle and unveiled the existence of novel mechanisms. It is thus a good tool to study in vivo the flux of carbons in S. cerevisiae cells. Résumé Les polyhydroxyalkanoates (PHAs) sont une famille de polyesters naturellement synthétisés par un grand nombre de bactéries. Ayant des propriétés de thermoplastiques, d'élastomères et étant des ressources biodégradables et renouvelables, les PHAs représentent une bonne alternative aux plastiques dérivés du pétrole. Pour pallier aux coûts considérables de la production de PHAs par fermentation bactérienne, la synthèse de PHAs par des systèmes eucaryotes telles les plantes a été élaborée. Les coûts ont ainsi efficacement été diminués, mais le rendement de PHAs produits reste faible. Dans cette étude, Saccharomyces cerevisiae a été utilisé comme autre modèle eucaryote pour révéler les étapes limitantes de la production de PHAs. Les PHAs obtenus dans les cellules exprimant la F'HA synthase de Pseudomonas aeruginosa ont été analysés afin de comprendre le flux d'acides gras vers et à travers le cycle péroxisomal de la β-oxidation, principal producteur du substrat de la PHA synthase. Lorsque la souche S. cerevisiae de type sauvage se développe dans un milieu contenant du glucose et des acides gras, la composition des monomères de PHAs est influencée par la nature des acides gras extracellulaires. Ainsi, les monomères pairs sont générés par l'acide oléique (18:1Δ9cis), tandis que les impairs le sont par l'acide heptadécénoïque (17:1Δ10cis). La synthèse de PHAs est dépendante des deux premières enzymes de la β-oxidation; l'acyl-CoA oxidase et l'enzyme multifonctionnelle enoyl-CoA hydratase II / R-3-hydroxyacyl-CoA déshydrogénase. Les souches mutantes ne possédant pas les activités de la R-3-hydroxyacyl-CoA déshydrogénase ou de la 3- ketothiolase contiennent, en présence d'acide oléique ou heptadécénoïque, des PHAs composés essentiellement de monomères pairs. Cela a également été observé en présence de glucose ou de raffinose uniquement. Le substrat utilisé pour la synthèse de PHAs a ainsi été généré par la dégradation d'acides gras intracellulaires à chaîne courte et moyenne via le cycle de la β-oxidation. L'inhibition de la synthèse d'acides gras par la cérulénine a bloqué la synthèse de PHAs par les acides gras internes. Ces résultats ont révélés l'existence d'un cycle futile par lequel des intermédiaires à chaîne courte et moyenne de la synthèse cytoplasmique d'acides gras sont dirigés vers le cycle péroxisomal de la β-oxidation. Dans cette étude, le rendement de PHAs produits reste inchangé, mais l'analyse des PHAs permet de confirmer le flux de carbones vers et à travers le cycle péroxisomal de la β-oxidation et l'existence de nouveaux méchanismes a été dévoilée. Cette synthèse s'avère être un bon outil pour étudier in vivo le flux de carbones dans les cellules de S. cerevisiae.

Relationship of mating systems and metabolic rate with cycle length of spermatogenesis and sperm production rate in shrews

SUMMARY : The shrews are among the most ancient of living eutherian mammals. They represent an interesting comparative model because of their extreme divergent species. The two shrew subfamilies, Soricinae and Crocidurinae are characterized by fundamental differences concerning their metabolic rates, litter size, period of gestation and different mating pattern. In this study we established and compared the sperm characteristics in four species of different genera of shrews (Sorex araneus, Neomys fodiens, Crocidura russula and Suncus murinus) in the context of the sperm competition hypothesis. The sperm competition concerns the competition between ejaculates of different males for fertilization of ova of a female within a single estrus period. As expected, a greater relative testis size (indicating the importance of polyandry) was associated with a higher number of cauda epididymal spermatozoa, higher level of circulating testosterone and a higher percentage of progressive sperm motility. In addition, we investigated if the basal metabolic rate (BMR) and relative testis size (RTS) may be correlated with the cycle length of spermatogenesis. In this purpose, we determined and compared the cycle length of spermatogenesis in six species of shrews belonging to two subfamilies: Soiricinae (Sorex araneus, Sorex coronatus, Sorex minutus, Neomys fodiens) and Crocidurinae (Crocidura russula, Sunctes murinus). Our results indicate that sperm competition and metabolic rate may act independently or together reducing cycle length of spermatogenesis and thus increase sperm production. We finally investigated this correlation across 32 mammalian species. After testing the data for phylogenetic independence, our results showed that BMR explained only 21 % of the variation, while the RTS explained 44% of the variation of the cycle length of spermatogenesis. The level of the sperm competition, indicated by RTS, is thus to our knowledge the most important factor influencing the speed of spermatogenesis in mammals. RESUME : Les musaraignes sont parmi les plus anciens mammifères vivants. Grâce à leurs extrêmes divergences, ils sont souvent utilisés comme modèles dans des études comparatives. Les deux sous-familles Soricinae et Crocidurinae sont caractérisées par des différences fondamentales, notamment en termes d'intensité du métabolisme, des stratégies de reproduction et du comportement social. Dans la première partie de cette étude, nous avons établi et comparé certaines "caractéristiques des spermatozoïdes chez quatre espèces de musaraignes appartenant à des genres différents (Sorex araneus, Neomys fodiens, Crocidura russula et Suncus murinus). Les résultats ont été interprétés dans le contexte de la théorie de la compétition spermatique, c'est-à-dire la compétition entre le sperme de deux ou plusieurs mâles pour féconder un maximum d'ovules de la même femelle. Cette compétition spermatique peut amener à certaines adaptations biologiques afin de produire plus de sperme. Comme attendu, une grande taille relative des testicules est associée à un nombre élevé de spermatozoïdes, dont la majorité présente une mobilité progressive. Un taux élévé de testostérone a également été observé. De plus, nous avons étudié l'influence du métabolisme basal ainsi que l'intensité de la compétition spermatique sur la durée du cycle de la spermatogenèse. Dans ce but, nous avons déterminé et comparé les durées de la spermatogenèse chez six espèces de musaraignes appartenant à deux sous-familles : Soricinae (Sorex araneus, Sorex coronatus, Sorex minutus, Neomys fodiens) et Crocidurinae (Crocidura russula, Suncus murinus). Les résultats obtenus indiquent que ces deux facteurs (l'intensité du métabolisme basal et de la compétition spermatique) agissent d'une manière dépendante ou indépendante dans le même sens. La conséquence de ces actions est une diminution de la durée de la spermatogenèse entraînant une augmentation de la production de spermatozoïdes. Nous avons finalement étudié ce phénomène dans l'ensemble des mammifères. Après avoir testé l'indépendance phylogénétique, nos résultats montrent que l'intensité de la compétition spermatique indiquée par le RTS est mieux corrélée avec la régulation de la durée de la spermatogenèse qu'avec l'intensité du métabolisme.

Analyse de la production thymique et de la prolifération périphérique des lymphocytes T CD4 et CD8 durant la phase chronique de l'infection à VIH-1

RESUME Dans le cadre de l'infection à VIH-1, deux mécanismes généraux, a) une destruction périphérique massive ou b) un défaut dans la production périphérique ou centrale de nouvelles cellules, pourraient être à l'origine de l'épuisement des lymphocytes T CD4. La question soulève une importante controverse. Dans cette étude, la production thymique et la capacité de prolifération de lymphocytes T ont été étudiées conjointement. La production thymique a été évaluée par l'analyse du contenu en cercles d'excision générés lors du réarrangement du récepteur aux cellules T (ou TRECs) des cellules T CD4 et CD8 périphériques, provenant de sujets sains VIH-1 négatifs (n=120) ou infectés par le VIH-1 (n=297), au stade précoce, intermédiaire et tardif de la phase chronique de la maladie. Au stade précoce, nous observons que le contenu en TRECs de la population CD4 est supérieur à celui de la population contrôle. Aucune différence n'est observée lors de la phase intermédiaire, alors que le contenu en TRECs est inférieur lors de la phase tardive, en comparaison avec le groupe contrôle. Pour les lymphocytes T CD8, le contenu en TRECs reste inférieur au groupe contrôle, à tous les stades de la maladie. Ainsi, au stade précoce, la production thymique chercherait à compenser la perte de lymphocytes T CD4 puis, avec l'évolution de la maladie, cette possibilité s'épuiserait. Les profils d'expression des gènes régulateurs du cycle cellulaire pour les cellules T CD4 et CD8 périphériques, obtenus par la méthode des biopuces d'ADNc (microarray), ont permis l'analyse de la capacité de prolifération périphérique des lymphocytes T. Trois populations cellulaires ont été comparées entre elles : lymphocytes provenant de sujets infectés par le VIH-1, lymphocytes provenant de sujets VIH-1-négatifs et lymphocytes activés in vitro provenant de sujets VIH-1-négatifs. Les résultats montrent, pour les cellules T CD8, un état d'activation et un profil d'expression des gènes régulateurs du cycle cellulaire comparables à ceux des cellules activées in vitro. Le profil d'expression génétique des cellules T CD4, par contre, montre une activation sub-optimale, conjointement à une forte expression de p53, ce qui pourrait amener à un bloc en phase G1 du cycle cellulaire ainsi qu'à une forte apoptose. En conclusion, cette perturbation de la progression du cycle cellulaire des lymphocytes T CD4 périphériques pourrait contribuer à l'échec de la restauration du nombre de lymphocytes T CD4 et ceci, malgré une production thymique conservée dans les stades précoces de la maladie, comme démontré par l'analyse du contenu en TRECs.

MAR elements as tools to increase protein production by CHO cells

One of the major hurdles of isolating stable, inducible or constitutive high-level producer cell lines is the time-consuming selection, analysis and characterization of the numerous clones required to identify one with the desired characteristics. Various boundary elements, matrix attachment regions, and locus control regions were screened for for their ability to augment the expression of heterologous genes in CHO and other cells. The 5'-matrix-attachment region (MAR) of the chicken lysozyme gene was found to significantly increase stable gene expression, in culture dishes and in bioreactors. These MAR elements can be easily combined with various existing expression systems, as they can be added in trans (i.e. on a separate plasmid) in co-transfections with previously constructed expression vectors. Using cell population analysis, we found that the use of the MAR increases the proportion of high-producing CHO cell clones, thus reducing the number of cell lines that need to be screened while increasing maximal productivity. Random cDNA cloning and sequencing indicated that over 12% of the ESTs correspond to the transgene. Thus, productivity is no longer limited by transcriptional events in such MAR-containing cell lines. The identification of small and more convenient active MAR portions will also be summarized. Finally, we will show examples of how MAR elements can be combined with short term expression to increase the simultaneous synthesis of many proteins in parallel by CHO cells. Overall, we conclude that the MAR sequence is a versatile tool to increase protein expression in short and long term production processes.

Transforming growth factor beta 1 production by CD4+ CD25+ regulatory T cells in peripheral blood mononuclear cells from healthy subjects stimulated with Leishmania guyanensis.

Transforming growth factor beta (TGF-beta) has been shown to be a central immunomodulator used by leishmaniae to escape effective mechanisms of protection in human and murine infections with these parasites. However, all the information is derived from studies of established infection, while little is known about TGF-beta production in response to Leishmania stimulation in healthy subjects. In this study, TGF-beta1 production was demonstrated in peripheral blood mononuclear cells from healthy subjects never exposed to leishmaniae in response to live Leishmania guyanensis, and the TGF-beta1-producing cells were described as a distinct subpopulation of CD4(+) CD25(+) regulatory T cells. The suppressive properties of CD4(+) CD25(+) T cells were demonstrated in vitro by their inhibition of production of interleukin 2 (IL-2) and IL-10 by CD4(+) CD25(-) T cells in the presence of either anti-CD3 or L. guyanensis. Although neutralization of TGF-beta1 did not reverse the suppressive activity of CD4(+) CD25(+) T cells activated by anti-CD3, it reversed the suppressive activity of CD4(+) CD25(+) T cells activated by L. guyanensis. Altogether our data demonstrated that TGF-beta1 is involved in the suppressive activity of L. guyanensis-stimulated CD4(+) CD25(+) T cells from healthy controls.

Dexamethasone therapy and endogenous cortisol production in severe pediatric head injury.

A prospective randomised study was performed on 25 children aged 1.4 to 15.8 years with severe head injury (Glasgow Coma Scale less than or equal to 7) to determine the clinical effectiveness and the impact on endogenous cortisol production of high-dose steroid therapy. Thirteen patients (group 1) received dexamethasone 1 mg/kg/day during the first 3 days and 12 (group 2) not. All patients were treated with a standardized regimen. Urinary free cortisol was measured by radioimmunoassay, and the clinical data were recorded at hourly intervals. Outcome was assessed 6 months later using the Glasgow Outcome Scale. We found a higher frequency of bacterial pneumonias in the dexamethasone-treated patients (7/13 versus 2/12). Group 1 showed a suppression of endogenous cortisol production from day 1 to day 6. In group 2, mean free cortisol was up to 5-fold higher than under basal conditions. The results in group 2 showed that the endogenous steroid production reacts adequately to the stress of severe head injury. It probably is sufficient to elicit maximum glucocorticoid effects. There was no other statistically significant difference in the clinical and laboratory data between the two groups. We conclude that dexamethasone in high doses suppresses endogenous cortisol production up to 6 days and may increase the risk of bacterial infection without affecting the outcome or the clinical and laboratory data.

NLRP3 inflammasome activation: The convergence of multiple signalling pathways on ROS production?

The NLR family, pyrin domain-containing 3 (NLRP3) inflammasome is a multiprotein complex that activates caspase 1, leading to the processing and secretion of the pro-inflammatory cytokines interleukin-1beta (IL-1beta) and IL-18. The NLRP3 inflammasome is activated by a wide range of danger signals that derive not only from microorganisms but also from metabolic dysregulation. It is unclear how these highly varied stress signals can be detected by a single inflammasome. In this Opinion article, we review the different signalling pathways that have been proposed to engage the NLRP3 inflammasome and suggest a model in which one of the crucial elements for NLRP3 activation is the generation of reactive oxygen species (ROS).

Economics of public governance with strategic production of information: four essays

SUMMARY This paper analyses the outcomes of the EEA and bilateral agreements vote at the level of the 3025 communities of the Swiss Confederation by simultaneously modelling the vote and the participation decisions. Regressions include economic and political factors. The economic variables are the aggregated shares of people employed in the losing, Winning and neutral sectors, according to BRUNETTI, JAGGI and WEDER (1998) classification, Which follows a Ricardo-Viner logic, and the average education levels, which follows a Heckscher-Ohlin approach. The political factors are those used in the recent literature. The results are extremely precise and consistent. Most of the variables have the predicted sign and are significant at the l % level. More than 80 % of the communities' vote variance is explained by the model, substantially reducing the residuals when compared to former studies. The political variables do have the expected signs and are significant as Well. Our results underline the importance of the interaction between electoral choice and participation decisions as well as the importance of simultaneously dealing with those issues. Eventually they reveal the electorate's high level of information and rationality. ZUSAMMENFASSUNG Unser Beitrag analysiert in einem Model, welches gleichzeitig die Stimm- ("ja" oder "nein") und Partizipationsentscheidung einbezieht, den Ausgang der Abstimmungen über den Beitritt zum EWR und über die bilateralen Verträge für die 3025 Gemeinden der Schweiz. Die Regressionsgleichungen beinhalten ökonomische und politische Variabeln. Die ökonomischen Variabeln beinhalten die Anteile an sektoriellen Arbeitsplatzen, die, wie in BRUNETTI, JAGGIl.1I1d WEDER (1998), in Gewinner, Verlierer und Neutrale aufgeteilt Wurden, gemäß dem Model von Ricardo-Viner, und das durchschnittliche Ausbildungsniveau, gemäß dem Model von Heckscher-Ohlin. Die politischen Variabeln sind die in der gegenwärtigen Literatur üblichen. Unsere Resultate sind bemerkenswert präzise und kohärent. Die meisten Variabeln haben das von der Theorie vorausgesagte Vorzeichen und sind hoch signifikant (l%). Mehr als 80% der Varianz der Stimmabgabe in den Gemeinden wird durch das Modell erklärt, was, im Vergleich mit früheren Arbeiten, die unerklärten Residuen Wesentlich verkleinert. Die politischen Variabeln haben auch die erwarteten Vorzeichen und sind signifikant. Unsere Resultate unterstreichen die Bedeutung der Interaktion zwischen der Stimm- und der Partizipationsentscheidung, und die Bedeutung diese gleichzeitig zu behandeln. Letztendlich, belegen sie den hohen lnformationsgrad und die hohe Rationalität der Stimmbürger. RESUME Le présent article analyse les résultats des votations sur l'EEE et sur les accords bilatéraux au niveau des 3025 communes de la Confédération en modélisant simultanément les décisions de vote ("oui" ou "non") et de participation. Les régressions incluent des déterminants économiques et politiques. Les déterminants économiques sont les parts d'emploi sectoriels agrégées en perdants, gagnants et neutres selon la classification de BRUNETTI, JAGGI ET WEDER (1998), suivant la logique du modèle Ricardo-Viner, et les niveaux de diplômes moyens, suivant celle du modèle Heckscher-Ohlin. Les déterminants politiques suivent de près ceux utilisés dans la littérature récente. Les résultats sont remarquablement précis et cohérents. La plupart des variables ont les signes prédits par les modèles et sont significatives a 1%. Plus de 80% de la variance du vote par commune sont expliqués par le modèle, faisant substantiellement reculer la part résiduelle par rapport aux travaux précédents. Les variables politiques ont aussi les signes attendus et sont aussi significatives. Nos résultats soulignent l'importance de l'interaction entre choix électoraux et décisions de participation et l'importance de les traiter simultanément. Enfin, ils mettent en lumière les niveaux élevés d'information et de rationalité de l'électorat.

Characterization of an interaction between fetal hemoglobin and lipid A of LPS resulting in augmented induction of cytokine production in vivo and in vitro.

A previously described extract of sheep fetal liver was reported to reverse many of the cytokine changes associated with aging in mice, including an augmented spleen cell ConA-stimulated production of IL-4 and decreased production of IL-2. Similar effects were not seen with adult liver preparations. These changes were observed in various strains of mice, including BALB/c, DBA/2 and C57BL/6, using mice with ages ranging from 8 to 110 weeks. Preliminary characterization of this crude extract showed evidence for the presence of Hb gamma chain, as well as of lipid A of LPS. We show below that purified preparations of sheep fetal Hb, but not adult Hb, in concert with suboptimally stimulating doses of LPS (lipid A), cooperate in the regulation of production of a number of cytokines, including TNFalpha and IL-6, in vitro. Furthermore, isolated fresh spleen or peritoneal cells from animals treated in vivo with the same combination of Hb and LPS, showed an augmented capacity to produce these cytokines on further culture in vitro. Evidence was also obtained for a further interaction between CLP, LPS and fetal Hb itself in this augmented cytokine production. These data suggest that some of the functional activities in the fetal liver extract reported earlier can be explained in terms of a novel immunomodulatory role of a mixture of LPS (lipid A) and fetal Hb.

Control of brood male production in the Argentine ant Iridomyrmex humilis (Mayr)

The influence of various social factors on the production of males was investigated in the Argentine ant, Iridomyrmex humilis. In this polygynous species, the workers which are monomorphic are unable to lay reproductive eggs, so all the males are the progeny of the queens. Although male eggs appear to be laid by mated queens throughout the year, in large stock colonies males are reared periodically (every 3 or 4 months); males develop from brood taken from these colonies at any point in the cycle and given queenless or queenright (1 to 5 queens) units. This is in striking contrast to many other species of ants where it is generally assumed that male eggs are laid seasonnally. Comparative experiments suggest that several related factors influence the rearing of males as far as the pupal stage. Worker/larva ratio: The proportion of male larvae developing in standardized units in which the worker/larva ratio was varied from 0.25 to 25 demonstrated that low ratios inhibit male production. Queen influence: In standardized units where the worker/larva ratio was high the presence of queens did not inhibit the rearing of males suggesting that there is no queen inhibitory pheromone controlling male experimental production. Data suggest evidence that queens prevent male production by means of appropriation of food. Diet: Male larvae failed to pupate in experimental societies deprived of protein. Thus, the production of males appears to be controlled by the amount of food available to larvae. This depends on foraging activity, the quantity of brood in relation to the number of workers and the number of queens in the society.

Male production by workers in the polygynous ant Prolasius advenus

The ability of workers to produce male individuals is reported here for the first time in a species of the formicine ant genus Prolasius. We show that Prolasius advenus workers possess ovaries and demonstrate that they are able to produce adult males in queenless colonies. We also experimentally tested the influence of queen volatiles on the level of worker reproduction. Workers produced fewer eggs in treatments where they could perceive odors from queens. Some volatile compounds emitted by queens may thus have a signaling or inhibitory effect on worker reproduction. This effect of queen presence did not entirely stop worker reproduction, however, as adult males still emerged under these conditions. Worker-produced males were absent only in treatments with the physical presence of queens. Dissections of workers collected from queenright nests in the field revealed signs of egg-laying activity in more than half of individuals. Together, these results suggest that in nature P. advenus workers produce males at least in orphaned colonies or in situations where the physical presence of queens is limited.