Inactivation of PPARβ/δ adversely affects satellite cells and reduces postnatal myogenesis.

Peroxisome proliferator-activated receptor β/δ (PPARβ/δ) is a ubiquitously expressed gene with higher levels observed in skeletal muscle. Recently, our laboratory showed (Bonala S, Lokireddy S, Arigela H, Teng S, Wahli W, Sharma M, McFarlane C, Kambadur R. J Biol Chem 287: 12935-12951, 2012) that PPARβ/δ modulates myostatin activity to induce myogenesis in skeletal muscle. In the present study, we show that PPARβ/δ-null mice display reduced body weight, skeletal muscle weight, and myofiber atrophy during postnatal development. In addition, a significant reduction in satellite cell number was observed in PPARβ/δ-null mice, suggesting a role for PPARβ/δ in muscle regeneration. To investigate this, tibialis anterior muscles were injured with notexin, and muscle regeneration was monitored on days 3, 5, 7, and 28 postinjury. Immunohistochemical analysis revealed an increased inflammatory response and reduced myoblast proliferation in regenerating muscle from PPARβ/δ-null mice. Histological analysis confirmed that the regenerated muscle fibers of PPARβ/δ-null mice maintained an atrophy phenotype with reduced numbers of centrally placed nuclei. Even though satellite cell numbers were reduced before injury, satellite cell self-renewal was found to be unaffected in PPARβ/δ-null mice after regeneration. Previously, our laboratory had showed (Bonala S, Lokireddy S, Arigela H, Teng S, Wahli W, Sharma M, McFarlane C, Kambadur R. J Biol Chem 287: 12935-12951, 2012) that inactivation of PPARβ/δ increases myostatin signaling and inhibits myogenesis. Our results here indeed confirm that inactivation of myostatin signaling rescues the atrophy phenotype and improves muscle fiber cross-sectional area in both uninjured and regenerated tibialis anterior muscle from PPARβ/δ-null mice. Taken together, these data suggest that absence of PPARβ/δ leads to loss of satellite cells, impaired skeletal muscle regeneration, and postnatal myogenesis. Furthermore, our results also demonstrate that functional antagonism of myostatin has utility in rescuing these effects.

Targeted inactivation of hypocretin receptors in dopaminergic and noradrenergic systems alters brain activity in wakefulness

Since the discovery of hypocretins/orexins (Hcrt/Ox) in 1998, several narcoleptic mouse models, such as Hcrt-KO, Hcrtrl-KO, Hcrtr2-KO and double receptors KO mice, and orexin-ataxin transgenic mice were generated. The available Hcrt mouse models do not allow the dissection of the specific role of Hcrt in each target region. Dr. Anne Vassalli generated loxP-flanked alleles for each Hcrt receptor, which are manipulated by Cre recombinase to generate mouse lines with disrupted Hcrtrl or Hcrtr2 (or both) in cell type-specific manner. The role of noradrenaline (NA) and dopamine (OA) in ttie regulation of vigilance states is well documented. The purpose of this thesis is to explore the role of the Hcrt input into these two monoaminergic systems. Chronic loss of Hcrtrl in NA neurons consolidated paradoxical sleep (PS), and altered wakefulness brain activity in baseline, during the sleep deprivation (SD), and when mice were challenged by a novel environment, or exposed to nest-building material. The analysis of alterations in the sleep EEG delta power showed a consistent correlation with the changes in the preceding waking quality in these mice. Targeted inactivation of Hcrt input into DA neurons showed that Hcrtr2 inactivation present the strongest phenotype. The loss of Hcrtr2 in DA neurons caused modified brain activities in spontaneous wakefulness, during SD, and in novel environmental conditions. In addition to alteration of wakefulness quality and quantity, conditional inactivation of Hcrtr2 in DA neurons caused an increased in time spent in PS in baseline and a delayed and less complete PS recovery after SD. In the first 30 min of sleep recovery, single (i.e. for Hcrtrl or Hcrtr2) conditional knockout receptor mice had opposite changes in delta activity, including an increased power density in the fast delta range with specific inactivation of Hcrtr2, but a decreased power density in the same range with specific inactivation of Hcrtrl in DA cells. These studies demonstrate a complex impact of Hcrt receptors signaling in both NA and DA system, not only on quantity and quality of wakefulness, but also on PS amount regulation as well as on SWS delta power expression. -- Depuis la découverte des hypocrétines/orexines (Hcrt/Ox) en 1998, plusieurs modèles de souris, narcoleptiques telles que Hcrt-KO, Hcrtr2-KO et récepteurs doubles KO et les souris transgéniques orexine-ataxine ont été générés. Les modèles de souris Hcrt disponibles ne permettaient pas la dissection du rôle spécifique de l'Hcrt dans chaque noyau neuronal cible. Notre laboratoire a généré des allèles loxP pour chacun des 2 gènes codant pour les récepteurs Hcrtr, qui sont manipulés par recombinase Cre pour générer des lignées de souris avec Hcrtrl inactivé, ou Hcrtr2 inactivé, (ou les deux), spécifiquement dans un type cellulaire particulier. Le rôle de la noradrénaline (NA) et la dopamine (DA) dans la régulation des états de vigilance est bien documentée. Le but de cette thèse est d'étudier le rôle de l'afférence Hcrt dans ces deux systèmes monoaminergiques au niveau de l'activité cérébrale telle qu'elle apparaît dans l'électroencéphalogramme (EEG). Mon travail montre que la perte chronique de Hcrtrl dans les neurones NA consolide le sommeil paradoxal (PS), et l'activité cérébrale de l'éveil est modifiée en condition spontanée, au cours d'une experience de privation de sommeil (SD), et lorsque les souris sont présentées à un nouvel environnement, ou exposées à des matériaux de construction du nid. Ces modifications de l'éveil sont corrélées à des modifications de puissance de l'activité delta du sommeil lent qui le suit. L'inactivation ciblée des Hcrtrs dans les neurones DA a montré que l'inactivation Hcrtr2 conduit au phénotype le plus marqué. La perte de Hcrtr2 dans les neurones DA mène à des modification d'activité cérébrale en éveil spontané, pendant SD, ainsi que dans des conditions environnementales nouvelles. En plus de l'altération de la qualité de l'éveil et de la quantité, l'inactivation conditionnelle de Hcrtr2 dans les neurones DA a provoqué une augmentation du temps passé en sommeil paradoxal (PS) en condition de base, et une reprise retardée et moins complète du PS après SD. Dans les 30 premières minutes de la récupération de sommeil, les modèles inactivés pour un seul des récepteurs (ie pour Hcrtrl ou Hcrtr2 seulement) montrent des changements opposés en activité delta, en particulier une densité de puissance accrue dans le delta rapide avec l'inactivation spécifique de Hcrtr2, mais une densité de puissance diminuée dans cette même gamme chez les souris inactivées spécifiquement en Hcrtrl dans les neurones DA. Ces études démontrent un impact complexe de l'inactivation de la neurotransmission au niveau des récepteurs d'Hcrt dans les deux compartiments NA et DA, non seulement sur la quantité et la qualité de l'éveil, mais aussi sur la régulation de quantité de sommeil paradoxal, ainsi que sur l'expression de la puissance delta pendant le sommeil lent.

Evaluation in vitro de la fonction hémostatique des concentrés plaquettaires traités par inactivation des pathogènes par amotosalem-UVA

La transfusion de concentrés plaquettaires, dès 1958, a permis d'augmenter l'espérance et la qualité de vie des patients dans le domaine de l'onco-hématologie, notamment en réduisant les risques hémorragiques induits par les chimiothérapies intensives. Après le traumatisme de l'affaire du sang contaminé dans les années 1980-1990, la médecine transfusionnelle a adopté des exigences de sécurité et de qualité très strictes et régulées dans plusieurs pays par les instances politiques. Cependant même les mesures de qualité les plus strictes n'ont permis d'atteindre le risque « zéro », notamment en ce qui concerne les contaminations bactériennes. De plus, la prise de conscience de l'existence de nouveaux pathogènes (West Nile Virus, Chikungunya, Prions) a stimulé le développement de 3 techniques d'inactivation des pathogènes pouvant s'appliquer au plasma et aux concentrés plaquettaires : la technique INTERCEPT utilisant l'amotosalen/UVA, la technique MIRASOL avec la riboflavine/UV et la technique THERAFLEX avec les UVC. La Suisse a fait office de pionnière en étant le premier pays au monde à adopter de manière généralisée l'inactivation des pathogènes par la technique INTERCEPT pour les concentrés plaquettaires dès 2011 après sa validation par Swissmedic en 2009 et son implémentation réussie dans plusieurs centres de transfusion pilotes. Coïncidence? Le décès tragique d'un patient pédiatrique en 2009 suite à une contamination bactérienne par une transfusion de concentré plaquettaire a précédé cette décision. Les cliniciens ont besoin de disposer de concentrés plaquettaires sûrs d'un point de vue microbiologique mais également sur le plan hémostatique, d'où la nécessité de disposer de preuves solides sur l'efficacité thérapeutique de ces nouveaux produits. Ceci a fait l'objet de la revue publiée dans Blood Reviews « The clinical and biological impact of new pathogen inactivation technologies on platelets concentrates » dont l'originalité est de couvrir l'étude de l'effet des processus d'inactivation des pathogènes sur la fonction plaquettaire sous toutes ses facettes allant de la protéomique aux études d'hémovigilance. Ce travail montre l'efficacité de ces méthodes et leur sécurité et souligne que l'observation de taux de recirculation moindre peut être compensée par une augmentation du statut d'activation des plaquettes. Le deuxième article publié comme co-auteur dans le journal Blood Transfusion « In vitro evaluation of pathogen-inactivated buffy coat-derived platelet concentrates during storage: The psoralen-based photochemical treatment step-by-step » se pose la question de la modification des propriétés fonctionnelles des plaquettes dans une étude à deux bras (par comparaison entre plaquettes traitées et non traitées). En plus de deux tests utilisés en pratique clinique (agrégation plaquettaire et cytométrie de flux) un test expérimental d'adhésion plaquettaire au fibrinogène en condition statique a été développé en collaboration avec le Prof Angelillo-Scherrer dans le cadre du laboratoire de recherche et développement du SRTS-VD. Les résultats obtenus démontrent la conservation du métabolisme plaquettaire et des changements mineurs dans la capacité d'agrégation mais une augmentation de la capacité d'adhésion au fibrinogène des plaquettes traitées probablement via une augmentation de la conversion de l'intégrine ailb(B3 dans sa forme activée. Les techniques d'inactivation des pathogènes appliqués aux concentrés plaquettaires représentent un important progrès dans le domaine de la médecine transfusionnelle. Leur impact au niveau moléculaire reste cependant encore en partie inconnu et fait l'objet d'études. Le défi actuel consiste à réussir à les adopter aux concentrés érythrocytaires, ce qui révolutionnerait la médecine transfusionnelle.

Thermal Degradation of Small Molecules: A Global Metabolomic Investigation.

Thermal processes are widely used in small molecule chemical analysis and metabolomics for derivatization, vaporization, chromatography, and ionization, especially in gas chromatography mass spectrometry (GC/MS). In this study the effect of heating was examined on a set of 64 small molecule standards and, separately, on human plasma metabolite extracts. The samples, either derivatized or underivatized, were heated at three different temperatures (60, 100, and 250 °C) at different exposure times (30 s, 60 s, and 300 s). All the samples were analyzed by liquid chromatography coupled to electrospray ionization mass spectrometry (LC/MS) and the data processed by XCMS Online ( xcmsonline.scripps.edu ). The results showed that heating at an elevated temperature of 100 °C had an appreciable effect on both the underivatized and derivatized molecules, and heating at 250 °C created substantial changes in the profile. For example, over 40% of the molecular peaks were altered in the plasma metabolite analysis after heating (250 °C, 300s) with a significant formation of degradation and transformation products. The analysis of 64 small molecule standards validated the temperature-induced changes observed on the plasma metabolites, where most of the small molecules degraded at elevated temperatures even after minimal exposure times (30 s). For example, tri- and diorganophosphates (e.g., adenosine triphosphate and adenosine diphosphate) were readily degraded into a mono-organophosphate (e.g., adenosine monophosphate) during heating. Nucleosides and nucleotides (e.g., inosine and inosine monophosphate) were also found to be transformed into purine derivatives (e.g., hypoxanthine). A newly formed transformation product, oleoyl ethyl amide, was identified in both the underivatized and derivatized forms of the plasma extracts and small molecule standard mixture, and was likely generated from oleic acid. Overall these analyses show that small molecules and metabolites undergo significant time-sensitive alterations when exposed to elevated temperatures, especially those conditions that mimic sample preparation and analysis in GC/MS experiments.

Caspase-mediated cleavage of raptor participates in the inactivation of mTORC1 during cell death.

The mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) is a highly conserved protein complex regulating key pathways in cell growth. Hyperactivation of mTORC1 is implicated in numerous cancers, thus making it a potential broad-spectrum chemotherapeutic target. Here, we characterized how mTORC1 responds to cell death induced by various anticancer drugs such rapamycin, etoposide, cisplatin, curcumin, staurosporine and Fas ligand. All treatments induced cleavage in the mTORC1 component, raptor, resulting in decreased raptor-mTOR interaction and subsequent inhibition of the mTORC1-mediated phosphorylation of downstream substrates (S6K and 4E-BP1). The cleavage was primarily mediated by caspase-6 and occurred at two sites. Mutagenesis at one of these sites, conferred resistance to cell death, indicating that raptor cleavage is important in chemotherapeutic apoptosis.

Compensatory embryonic response to allele-specific inactivation of the murine X-linked gene Hcfc1.

Early in female mammalian embryonic development, cells randomly inactivate one of the two X chromosomes to achieve overall equal inactivation of parental X-linked alleles. Hcfc1 is a highly conserved X-linked mouse gene that encodes HCF-1 - a transcriptional co-regulator implicated in cell proliferation in tissue culture cells. By generating a Cre-recombinase inducible Hcfc1 knock-out (Hcfc1(lox)) allele in mice, we have probed the role of HCF-1 in actively proliferating embryonic cells and in cell-cycle re-entry of resting differentiated adult cells using a liver regeneration model. HCF-1 function is required for both extraembryonic and embryonic development. In heterozygous Hcfc1(lox/+) female embryos, however, embryonic epiblast-specific Cre-induced Hcfc1 deletion (creating an Hcfc1(epiKO) allele) around E5.5 is well tolerated; it leads to a mixture of HCF-1-positive and -negative epiblast cells owing to random X-chromosome inactivation of the wild-type or Hcfc1(epiKO) mutant allele. At E6.5 and E7.5, both HCF-1-positive and -negative epiblast cells proliferate, but gradually by E8.5, HCF-1-negative cells disappear owing to cell-cycle exit and apoptosis. Although generating a temporary developmental retardation, the loss of HCF-1-negative cells is tolerated, leading to viable heterozygous offspring with 100% skewed inactivation of the X-linked Hcfc1(epiKO) allele. In resting adult liver cells, the requirement for HCF-1 in cell proliferation was more evident as hepatocytes lacking HCF-1 fail to re-enter the cell cycle and thus to proliferate during liver regeneration. The survival of the heterozygous Hcfc1(epiKO/+) female embryos, even with half the cells genetically compromised, illustrates the developmental plasticity of the post-implantation mouse embryo - in this instance, permitting survival of females heterozygous for an X-linked embryonic lethal allele.