Host genetics of invasive Aspergillus and Candida infections.

Invasive candidiasis and aspergillosis are major complications in surgical and onco-hematological patients, and still associated with an important morbidity and mortality. A large number of studies highlighted the potential role of host genetic polymorphisms that may influence susceptibility to fungal pathogens, but many were limited by insufficient statistical power, problematic design, and/or lack of replication. However, some relevant polymorphisms are now emerging from well-conducted studies whose associations have been replicated and/or are supported by strong biological evidence. Such polymorphisms together with other biomarkers may play a role in the prediction, diagnosis, and management of severe fungal infections in high-risk patients in the coming years.

Spatio-temporal population genetic structure of the parasitic mite Spinturnix bechsteini is shaped by its own demography and the social system of its bat host.

Information about the population genetic structures of parasites is important for an understanding of parasite transmission pathways and ultimately the co-evolution with their hosts. If parasites cannot disperse independently of their hosts, a parasite's population structure will depend upon the host's spatial distribution. Geographical barriers affecting host dispersal can therefore lead to structured parasite populations. However, how the host's social system affects the genetic structure of parasite populations is largely unknown. We used mitochondrial DNA (mtDNA) to describe the spatio-temporal population structure of a contact-transmitted parasitic wing mite (Spinturnix bechsteini) and compared it to that of its social host, the Bechstein's bat (Myotis bechsteinii). We observed no genetic differentiation between mites living on different bats within a colony. This suggests that mites can move freely among bats of the same colony. As expected in case of restricted inter-colony dispersal, we observed a strong genetic differentiation of mites among demographically isolated bat colonies. In contrast, we found a strong genetic turnover between years when we investigated the temporal variation of mite haplotypes within colonies. This can be explained with mite dispersal occuring between colonies and bottlenecks of mite populations within colonies. The observed absence of isolation by distance could be the result from genetic drift and/or from mites dispersing even between remote bat colonies, whose members may meet at mating sites in autumn or in hibernacula in winter. Our data show that the population structure of this parasitic wing mite is influenced by its own demography and the peculiar social system of its bat host.

Receptor binding and cell entry of Old World arenaviruses reveal novel aspects of virus-host interaction.

Ten years ago, the first cellular receptor for the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) and the highly pathogenic Lassa virus (LASV) was identified as alpha-dystroglycan (alpha-DG), a versatile receptor for proteins of the extracellular matrix (ECM). Biochemical analysis of the interaction of alpha-DG with arenaviruses and ECM proteins revealed a strikingly similar mechanism of receptor recognition that critically depends on specific sugar modification on alpha-DG involving a novel class of putative glycosyltransferase, the LARGE proteins. Interestingly, recent genome-wide detection and characterization of positive selection in human populations revealed evidence for positive selection of a locus within the LARGE gene in populations from Western Africa, where LASV is endemic. While most enveloped viruses that enter the host cell in a pH-dependent manner use clathrin-mediated endocytosis, recent studies revealed that the Old World arenaviruses LCMV and LASV enter the host cell predominantly via a novel and unusual endocytotic pathway independent of clathrin, caveolin, dynamin, and actin. Upon internalization, the virus is rapidly delivered to endosomes via an unusual route of vesicular trafficking that is largely independent of the small GTPases Rab5 and Rab7. Since infection of cells with LCMV and LASV depends on DG, this unusual endocytotic pathway could be related to normal cellular trafficking of the DG complex. Alternatively, engagement of arenavirus particles may target DG for an endocytotic pathway not normally used in uninfected cells thereby inducing an entry route specifically tailored to the pathogen's needs.

Elemental and isotopic zoning in natural alpine quartz

THESIS ABSTRACT : Stable isotope geochemistry is used to help resolve a large number of geological questions. In order to do this, it is essential to understand the different mechanisms that govern isotopic fractionation processes between different phases and to identify the conditions required to reach equilibrium fractionation. However, at low temperatures, these processes are poorly constrained and many factors can induce differential partitioning of the isotopes between sectors of a mineral species and the fluid during mineral growth. This can result in so-called 'sector zoning' of a mineral species. The aim of this thesis is to evaluate the occurrence of sector zoning of the oxygen isotopes and trace elements in natural α-quartz crystals and to identify the reasons for such zoning. The implications for the fluid-mineral interactions are studied in the context of the Alpine metamorphism. The approach chosen has focused on examining the crystal structure, cathodoluminescence appearance (CL), and on relating elemental (e.g. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) to stable oxygen isotope compositions between and along different growth sectors. Low temperature quartz samples were selected from Alpine veins in different localities, where growth conditions have already been well constrained. The mineralogy as well as the isotopic compositions of the host rocks were also investigated, in order to interpret the variations obtained between the different growth stages in the framework of fluid-rock interaction during Alpine metamorphism. Depending on the growth conditions, most of the studied quartz is strongly zoned in CL, and it reveals corresponding zonations in the trace element content (e.g. growth zoning). Aluminium, substituting for Si in the lattice, was found in concentrations up to 1000's ppma, and its distribution is strongly related to Li and H and to a lesser extent, to Ge. Elemental sector zoning is evident from the distribution of these three elements since they exhibit differences in their respective concentrations between faces for distinct growth zones, with prismatic faces having the lowest Al contents. Quartz from veins in magmatic rocks, for example, tend to have lower Al concentrations and similar concentrations of Li and Ti suggesting also a contribution of these elements from the host rock. The relationship between Al and Li is still correlated. Only Alpine crystals grown at higher temperatures (~400°C) without any CL zoning feature are free of these impurities and do not show such zoning characteristics. Differences in the δ18O values were measured between different faces principally in the AIenriched growth zones or stages. These results were confirmed by the means of two different methods (in situ/non in situ). However, it was determined that the Al concentrations do not affect significantly oxygen isotope fractionations at 300°C. The results altogether suggest that the presence of sector zoning in quartz crystals is real, but not universal, and henceforth should be taken into consideration for any use of these systems. The occurrence of disequilibrium partitioning has been enhanced and is possibly related to kinetic processes as well as structural effects that do not affect similarly trace element incorporation and isotopic fractionation. In situ measurements also revealed fine scale δ18O zonations along growth paths that are useful to constrain fluid-rock interactions during Alpine metamorphism. Variations in the δ18O values present along growth vectors indicate changes in the fluid composition and origin. Association with oxygen isotope composition of the host rock allows for the deduction of interactions between rocks, veins and consequently fluids, as well as fluid regimes. RESUME DE LA THESE : A basses températures, (i.e. <400°C) les différents mécanismes qui régissent le fractionnement isotopique ainsi que les conditions nécessaires pour établir un état d'équilibre sont peu connus et nombre de paramètres peuvent entraîner un partitionnement chimique différentiel entre différents secteurs d'un minéral et le fluide en contact. Ainsi, ce travail de thèse a pour but d'évaluer la possible présence de zonages sectoriels en isotopes de l'oxygène mais aussi en éléments traces dans des cristaux naturels de quartz-α de basses températures, ainsi que les raisons d'un tel phénomène et enfin ses implications sur les interactions fluide-roche, principalement dans le cadre du métamorphisme Alpin. La structure et l'apparence en cathodoluminescence (CL) des échantillons ont été caractérisées avant de retracer en détail les compositions en élément traces (Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti, Fe) et en isotopes de l'oxygène, le long et entre différents secteurs. Les échantillons de quartz sélectionnés proviennent majoritairement de veines Alpine de différentes localités, où les conditions de croissance ont été déjà bien caractérisées. Les compositions minéralogiques et isotopiques de la roche encaissante ont aussi été examinées, pour contraindre les variations obtenues dans un contexte Alpin. Selon leurs conditions de croissance, la plupart des cristaux étudiés sont fortement zonés, ce qui est souligné par un zonage des concentrations en éléments traces (e.g. zonage de croissance). L'Aluminium, qui peut se substituer à la Silice dans le réseau cristallin, a été retrouvé jusqu'en très grandes concentrations dans certaines zones (plusieurs milliers de ppma). De plus, la distribution en Al est fortement liée à celles de Li et H, ainsi que dans une moindre mesure à Ge. La présence de zonage sectoriel est évidente au niveau de ces éléments qui montrent de larges différences de concentrations entre différentes faces pour une même zone de croissance, avec les concentrations les plus basses retrouvées dans les faces prismatiques. Les quartz de veines situées dans des roches magmatiques par exemple possèdent des concentrations en Li et Ti de même ordre de grandeur, confirmant le rôle de la composition de la roche encaissante. La relation Li/Al est toujours fortement présente, mais ce rapport est fonction de la face mesurée. Seuls les cristaux Alpins de plus hautes températures (400°C) ne possédant pas de zones en CL ne présentent aucune de ces caractéristiques. Des différences dans les valeurs de δ18O de zones identiques enrichies en Al ont clairement été mesurées entre les différentes faces r, z, et m, mais aussi au sein d'une même seule zone, indiquant que le fractionnement a probablement eu lieu en déséquilibre. Il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs n'avait qu'un faible effet sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. L'utilisation de deux méthodes différentes a permis d'obtenir des résultats in situ et non in situ concordants. La comparaison des résultats obtenus permet de démontrer que le zonage sectoriel est bien présent dans certains cristaux de quartz, et dépend des conditions de formation. La présence d'un partitionnement différentiel des éléments traces peut être due à des effets cinétiques aussi bien que structuraux, alors que le zonage sectoriel des isotopes de l'oxygène aurait d'autres origines. Il est alors évident que la possibilité de zonage sectoriel doit être désormais pris en considération avant toute interprétations de données isotopiques de cristaux zonés. Les mesures in situ ont de plus permis de distinguer de fines variations des valeurs δ18O au cours de la croissance, qui peuvent aider à retracer la circulations des fluides dans les Alpes durant cette période. En association avec les compositions des roches encaissantes, ii est possible de déduire les interactions entre roches, veines, et par conséquent fluides, au cours de différentes étapes. RESUME GRAND PUBLIC : La géochimie des isotopes stables a pris beaucoup d'importance depuis ces dernières années pour aider à résoudre nombre de questions géologiques, en se basant sur les caractéristiques du fractionnement isotopiques pour différents systèmes. Il est donc nécessaire d'avoir une connaissance approfondie des mécanismes qui s'appliquent au fractionnement isotopique entre les minéraux et les fluides à partir desquels ils se forment. Ces mécanismes ont été bien approchés par différents types de calibrations pour des systèmes à hautes températures, cependant cela n'est pas aussi évident pour les systèmes à des températures inférieures à 400-500°C. Ce travail de thèse a pour but d'aider à la description et la compréhension des phénomènes qui peuvent affecter le fractionnement isotopique à basses températures, ainsi que leurs implications, à partir de l'étude de cristaux de quartz. Le choix des échantillons s'est porté sur des cristaux naturels formés à des températures inférieures ou égales à 400°C, provenant majoritairement de fissures hydrothermales Alpines dont les conditions de formation ont déjà été déterminées. L'étude des cristaux Alpin permet de plus de replacer les résultats obtenus dans le contexte du métamorphisme Alpin au cours du Miocène (21-13 Ma). Après examen de la structure et de la morphologie des cristaux, et leur caractérisation par cathodoluminescence (CL), des analyses chimiques détaillées sur les éléments en traces pouvant entrer dans le réseau cristallin du quartz comme impuretés (i.e. Li, Na, Al, P, K, Ca, Ge, Ti), et des isotopes stables de l'oxygène, ont été menées. En fonction des conditions de croissance, la plupart des cristaux présentent des zonations, qui peuvent être facilement reliées à la distribution des éléments traces analysés par microsonde électronique, sonde ionique (SIMS) et LA-ICPMS. De fortes concentrations d'Aluminium (plusieurs milliers de parties par million atomique) ont pu être observées dans les zones les plus externes des cristaux. De plus, les concentrations en Al et en Li sont toujours corrélées; la présence d'Hydrogène déduite à partir d'analyses par FTIR suit cette même tendance. Les différentes faces des cristaux présentent des concentrations distinctes d'Al, Li et H pour des mêmes zones de croissance, avec par exemple les concentrations les plus faibles dans les zones des faces prismatiques. Cela implique la présence d'un zonage sectoriel, qui a déjà été observé principalement dans des carbonates mais jamais décrit auparavant pour des quartz. Seuls les cristaux alpins homogènes en CL dont la croissance s'est faite à plus haute température (400°C) ne présentent aucune de ces caractéristiques. Par analogie avec le zonage sectoriel en Al, élément qui se substitue au Si dans le réseau cristallin du quartz, il est possible de penser qu'un zonage sectoriel pourrait aussi s'appliquer aux isotopes de l'oxygène. Des précédentes études avaient en effet émis cette hypothèse. Nos résultats ont été obtenus à partir d'analyses à la fois in- situ par SIMS, et par extraction assistée par laser-CO2 sur des parties de quartz soigneusement séparées, et sont en accord entre les deux méthodes. Un zonage sectoriel est en effet bien présent pour les cristaux alpins, mais principalement au niveau des zones très riches en Aluminium. Cependant, il a été déterminé que la présence d'Al dans ces teneurs avait un effet plus que minimal sur le fractionnement isotopique de l'oxygène. Des différences importantes ont été observées entre les faces r & z mais aussi au sein d'une même et seule zone, indiquant que le fractionnement a pu avoir lieu en déséquilibre, ce qui est aussi visible au niveau des valeurs totalement opposées entre faces pour la dernière phase de croissance de certains cristaux. Ainsi l'association de ces résultats laisse suggérer que la présence d'un zonage sectoriel peut être liée à différents paramètres tels que le taux de croissance ou la structure de surface du cristal, mais qui n'affectent pas de la même façon l'incorporation des éléments traces et le fractionnement isotopique. La possibilité d'un zonage sectoriel est importante à prendre en compte lors de toute interprétation de données isotopiques. Les analyses des isotopes de l'oxygène effectuées par SIMS ont aussi permis de distinguer des variations importantes à petite échelle au cours de la croissance. Des mesures faites par laser CO2 sur certaines roches encaissantes, ont permis distinguer plusieurs étapes dans la croissance des minéraux et de déduire le rôle de l'encaissant et le type de fluide. En association avec de précédentes études, il a été ainsi possible de mieux contraindre la formation de ces cristaux dans le contexte alpin et la circulation de fluide au cours du métamorphisme alpin durant le Miocène.

Parasitism, host immune function, and sexual selection.

Parasite-mediated sexual selection may arise as a consequence of 1) females avoiding mates with directly transmitted parasites, 2) females choosing less-parasitized males that provide parental care of superior quality, or 3) females choosing males with few parasites in order to obtain genes for parasite resistance in their offspring. Studies of specific host-parasite systems and comparative analyses have revealed both supportive and conflicting evidence for these hypotheses. A meta-analysis of the available evidence revealed a negative relationship between parasite load and the expression of male secondary sexual characters. Experimental studies yielded more strongly negative relationships than observations did, and the relationships were more strongly negative for ectoparasites than for endoparasites. There was no significant difference in the magnitude of the negative effect for species with and without male parental care, or between behavioral and morphological secondary sexual characters. There was a significant difference between studies based on host immune function and those based on parasite loads, with stronger effects for measures of immune function, suggesting that the many negative results from previous analyses of parasite-mediated sexual selection may be explained because relatively benign parasites were studied. The multivariate analyses demonstrating strong effect sizes of immune function in relation to the expression of secondary sexual characters, and for species with male parental care as compared to those without, suggest that parasite resistance may be a general determinant of parasite-mediated sexual selection.

DNA vaccine encoding nucleocapsid and surface proteins of wild type canine distemper virus protects its natural host against distemper.

Canine distemper virus (CDV), a member of the genus Morbillivirus induces a highly infectious, frequently lethal disease in dogs and other carnivores. Current vaccines against canine distemper consisting of attenuated viruses have been in use for many years and have greatly reduced the incidence of distemper in the dog population. However, certain strains may not guarantee adequate protection and others can induce post vaccinal encephalitis. We tested a DNA vaccine for its ability to protect dogs, the natural host of CDV, against distemper. We constructed plasmids containing the nucleocapsid, the fusion, and the attachment protein genes of a virulent canine distemper virus strain. Mice inoculated with these plasmids developed humoral and cellular immune responses against CDV antigens. Dogs immunized with the expression plasmids developed virus-neutralizing antibodies. Significantly, vaccinated dogs were protected against challenge with virulent CDV, whereas unvaccinated animals succumbed to distemper.

Host Genes Important to HIV Replication and Evolution.

Recent years have seen a significant increase in understanding of the host genetic and genomic determinants of susceptibility to HIV-1 infection and disease progression, driven in large part by candidate gene studies, genome-wide association studies, genome-wide transcriptome analyses, and large-scale in vitro genome screens. These studies have identified common variants in some host loci that clearly influence disease progression, characterized the scale and dynamics of gene and protein expression changes in response to infection, and provided the first comprehensive catalogs of genes and pathways involved in viral replication. Experimental models of AIDS and studies in natural hosts of primate lentiviruses have complemented and in some cases extended these findings. As the relevant technology continues to progress, the expectation is that such studies will increase in depth (e.g., to include host whole exome and whole genome sequencing) and in breadth (in particular, by integrating multiple data types).

On stand by: host genetics of HIV control.

The impact of host genetic variation on determining the differential outcomes after HIV infection has been studied by two approaches: targeting of candidate genes and genome-wide association studies (GWASs). The overlap in genetic variants that has been identified by these two means has essentially been restricted to variants near to the human leukocyte antigen (HLA) class I genes, although variation in the CCR5 locus, which was first shown to have an effect on HIV outcomes using the candidate gene approach, does reach significance genome-wide when very large samples sizes (i.e. thousands) are used in GWAS. Overall, many of the variants identified by the candidate gene approach are likely to be spurious, as no additional variants apart from a novel variant near the HLA-C gene have been consistently identified by GWAS. Variants with low frequency and/or low impact on HIV outcomes are likely to exist in the genome and there could be many of them, but these are not identifiable, given current GWAS sample sizes. Several loci centrally involved in the immune response, including the immunoglobulin genes, T-cell receptor loci, or leukocyte receptor complex, are either poorly covered on the GWAS chips or difficult to interpret due to their repetitive nature and/or the presence of insertion/deletion polymorphisms in the region. These loci warrant further interrogation, but genetic characterization of these regions across a range of individuals will first be required. Finally, synergistic interactions between loci may affect outcome after infection, as suggested by associations of specific, functionally relevant HLA and killer cell immunoglobulin-like receptor variants with HIV disease outcomes, and these require further consideration as well.

Pregnancy-associated changes in host permissiveness to metastasis

THESIS SUMMARY : Metastasis is a multistep process involving tumour cell-autonomous features, the host tissue stroma of the primary tumour, the blood or lymphatic system as well as a receptive target organ. Most studies on factors influencing metastasis have concentrated on the characteristics of the disseminating tumour cell and on early steps of metastasis including invasion and angiogenesis. Although these steps are necessary for tumour cells to disseminate, it is the challenges encountered in the later steps of metastasis -survival while in the circulation and engraftment and outgrowth in the target organ -that account for the inefficiency of circulating tumour cells in establishing secondary lesions. Full understanding of the metastatic process therefore requires elucidation of the mechanisms that regulate these late steps, and in particular that determine what makes any given tissue permissive for metastatic tumour growth. To address this issue, we assessed the mechanisms whereby a physiological situation -pregnancy -can alter host permissiveness toward metastasis. We show that pregnant NOD/SCID mice -injected intravenously with tumour cells -develop more metastases than their non-pregnant counterparts irrespective of the tumour cell type. There was no direct effect of pregnancy-related circulating factors on tumour cell proliferation, and subcutaneous tumour growth does not vary between pregnant and nonpregnant animals. However, decreased elimination of tumour cells from the lung microvasculature was observed in pregnant mice, prompting us to assess whether pregnancy-related adaptations in innate immunity could account for this differential clearing. We found that natural killer (NK) cell fractions are decreased in blood and spleen of pregnant mice and that NK cell cytotoxicity is impaired, as reported previously. The use of NK-deficient mice or tumour cell lines resistant to NK killing abrogates the difference in metastasis load between pregnant and virgin mice. CD11 b+ Gr-1+ myeloid-derived suppressor cells (MDSC) have previously been shown to accumulate in tumour-bearing mice and to down-modulate NK activity. Accordingly, we show an increase in MDSC in pregnant mouse blood, spleen, lungs and liver. Depletion of MDSC prior to tumour cell injection decreased metastasis load in pregnant NOD/SCID mice but had no effect on virgin mice. Similarly, adoptive transfer of MDSC extracted from pregnant mice into virgin mice lead to increased metastasis take. In parallel, we investigated whether the lung and liver microenvironments are modified during pregnancy thereby providing a more "permissive soil" for the establishment of metastases. A comparative analysis of microarray data of pregnant mouse lungs and liver with "premetastatic niche" gene expression profiles of these organs shows that similar mechanisms could mediate an increase in lung and liver metastasis in pregnant mice and in mice harbouring an aggressive primary tumour. Several commonly up-regulated genes point towards the recruitment of myeloid cells, consistent with the accumulation of MDSC observed in pregnant mice. MDSC have never been evoked in the context of pregnancy before. Although the role of MDSC in pregnancy requires further investigation we suggest that MDSC accumulation constitutes an important and hitherto unrecognised common denominator of maternal immune tolerance and cancer immune escape. RESUME DE THESE : La métastatisation est un processus en plusieurs étapes qui implique des compétences particulières chez les cellules tumorales, le stroma de la tumeur primaire, les vaisseaux sanguins ou lymphatiques ainsi qu'un organe cible' réceptif. Jusqu'alors, la recherche s'est principalement intéressée aux facteurs qui influencent les étapes précoces de la métastatisation donc aux caractéristiques de la cellule métastatique, et aux processus tels que l'invasion et l'angiogenèse, tandis que peu d'études traitent des étapes tardives tel que la survie dans la circulation sanguine et l'établissement d'une lésion dans l'organe cible. En particulier, l'élucidation des facteurs qui déterminent la permissivité d'un tissu à la greffe de cellules disséminantes est indispensable à la compréhension de ce processus complexe qu'est la métastatisation. Nous proposons ici un modèle de souris récapitulant les étapes tardives de la métastatisation dans un contexte d'une permissivité accrue aux métastases chez la souris gravide, et nous évaluons les mécanismes impliqués. Les souris gestantes développent plus de métastases après l'injection intraveineuse de cellules tumorales, indépendamment du type de tumeur d'origine. Les taux élevés d'hormones et de facteurs de croissance chez la souris gravide n'inflúencent pas la prolifération des cellules tumorales et fa croissance de tumeurs sous-cutanées n'est pas non plus accélérée par la gestation. En revanche, une fois injectées, les cellules tumorales sont éliminées ` moins rapidement des vaisseaux pulmonaires chez la souris gravide que chez les contrôles. Cette observation est compatible avec un effet de la gestation sur l'immunité innée et nous avons mis en évidence une diminution des proportions de cellules NK (natural killer) dans le sang et la rate en particulier, ainsi qu'une cytotoxicité moindre envers des cellules tumorales. En utilisant des souris déficientes en cellules NK ou en injectant des cellules résistantes à l'attaqué par des cellules NK, la différence entre souris gestantes et non-gestantes disparaît. Il a été démontré chez des souris porteuses de tumeurs, que l'accumulation de cellules immunosuppressives de la lignée myélo-monocytaire (ou MDSC pour myeloid-derived suppressor tells) pouvait être responsable d'une inhibition de l'activité de cellules NK. Des nombres augmentés de ces cellules, caractérisées par les marqueurs de surface CD11b et Gr-1, ont été trouvés dans le sang, la rate, les poumons et le foie de souris gravides. Leur rôle dans la métastatisation est démontré par le fait que leur dépletion diminue le nombre de lésions secondaires chez la souris gestante, tandis que leur transfert dans des souris non-gestantes augmente le taux de métastases. L'utilisation de puces à ADN sur les foies et poumons de souris gravides a permis de mettre en évidence des différences d'expression génique proches de celles observées dans l'établissement de niches pré-métastatiques. Ceci suggère que des mécanismes similaires pourraient être responsables d'une permissivité accrue aux métastases chez la souris gravide et chez la souris porteuse d'une tumeur primaire agressive, telle que, en particulier, l'accumulation de cellules immunosuppressives dans les organes cibles. C'est la première fois que l'accumulation de MDSC est évoquée chez la souris gravide et nous proposons ici que celles-ci jouent un rôle dans la tolérance immunitaire envers le foetus et sont responsables de l'échappement de cellules tumorales injectées à la surveillance immunitaire par des cellules NK.

Tumor-host interactions Part 1: Stromal signatures of breast and prostate cancer Part 2: GLG1 and the control of the secretory pathway in tumor cells

Tumor-host interaction is a key determinant during cancer progression, from primary tumor growth to metastatic dissemination. At each step, tumor cells have to adapt to and subvert different types of microenvironment, leading to major phenotypic and genotypic alterations that affect both tumor and surrounding stromal compartments. Understanding the molecular mechanisms that govern tumor-host interplay may be essential for better comprehension of tumorigenesis in an effort to improve current anti-cancer therapies. The present work is composed of two projects that address tumor-host interactions from two different perspectives, the first focusing on the characterization of tumor-associated stroma and the second on membrane trafficking in tumor cells. Part 1. To selectively address stromal gene expression changes during cancer progression, oligonucleotide-based Affymetrix microarray technology was used to analyze the transcriptomes of laser-microdissected stromal cells derived from invasive human breast and prostate carcinoma. Comparison showed that invasive breast and prostate cancer elicit distinct, tumor-specific stromal responses, with a limited panel of shared induced and/or repressed genes. Both breast and prostate tumor-specific deregulated stromal gene sets displayed statistically significant survival-predictive ability for their respective tumor type. By contrast, a stromal gene signature common to both tumor types did not display prognostic value, although expression of two individual genes within this common signature was found to be associated with patient survival. Part 2. GLG1 is known as an E-selectin ligand and an intracellular FGF receptor, depending on cell type and context. Immunohistochemical and immunofluorescence analyses showed that GLG1 is primarily localized in the Golgi of human tumor cells, a central location in the biosynthetic/secretory pathways. GLG1 has been shown to interact with and to recruit the ARF GEF BIGI to the Golgi membrane. Depletion of GLG1 or BIGI markedly reduced ARF3 membrane localization and activation, and altered the Golgi structure. Interestingly, these perturbations did not impair constitutive secretion in general, but rather seemed to impair secretion of a specific subset of proteins that includes MMP-9. Thus, GLG1 coordinates ARF3 activation by recruiting BIGI to the Golgi membrane, thereby affecting secretion of specific molecules. - Les interactions tumeur-hôte constituent un élément essentiel à la progression tumorale, de la croissance de la tumeur primaire à la dissémination des métastases. A chaque étape, les cellules tumorales doivent s'adapter à différents types de microenvironnement et les détourner à leur propre avantage, donnant lieu à des altérations phénotypiques et génotypiques majeures qui affectent aussi bien la tumeur elle-même que le compartiment stromal environnant. L'étude des mécanismes moléculaires qui régissent les interactions tumeur-hôte constitue une étape essentielle pour une meilleure compréhension du processus de tumorigenèse dans le but d'améliorer les thérapies anti cancer existantes. Le travail présenté ici est composé de deux projets qui abordent la problématique des interactions tumeur-hôte selon différentes perspectives, le premier se concentrant sur la caractérisation du stroma tumoral et le second sur le trafic intracellulaire des cellules tumorales. Partie 1. Pour examiner les changements d'expression des gènes dans le stroma en réponse à la progression du cancer, des puces à ADN Affymetrix ont été utilisées afin d'analyser les transcriptomes des cellules stromales issues de carcinomes invasifs du sein et de la prostate et collectées par microdissection au laser. L'analyse comparative a montré que les cancers invasifs du sein et de la prostate provoquent des réponses stromales spécifiques à chaque type de tumeur, et présentent peu de gènes induits ou réprimés de façon similaire. L'ensemble des gènes dérégulés dans le stroma associé au cancer du sein, ou à celui de la prostate, présente une valeur pronostique pour les patients atteints d'un cancer du sein, respectivement de la prostate. En revanche, la signature stromale commune aux deux types de cancer n'a aucune valeur prédictive, malgré le fait que l'expression de deux gènes présents dans cette liste soit liée à la survie des patients. Partie 2. GLG1 est connu comme un ligand des sélectines E ainsi que comme récepteur intracellulaire pour des facteurs de croissances FGFs selon le type de cellule dans lequel il est exprimé. Des analyses immunohistochimiques et d'immunofluorescence ont montré que dans les cellules tumorales, GLG1 est principalement localisé au niveau de l'appareil de Golgi, une place centrale dans la voie biosynthétique et sécrétoire. Nous avons montré que GLG1 interagit avec la protéine BIGI et participe à son recrutement à la membrane du Golgi. L'absence de GLG1 ou de BIGI réduit drastiquement le pool d'ARF3 associé aux membranes ainsi que la quantité d'ARF3 activés, et modifie la structure de l'appareil de Golgi. Il est particulièrement intéressant de constater que ces perturbations n'ont pas d'effet sur la sécrétion constitutive en général, mais semblent plutôt affecter la sécrétion spécifique d'un sous-groupe défini de protéines comprenant MMP-9. GLG1 coordonne donc l'activation de ARF3 en recrutant BIGI à la membrane du Golgi, agissant par ce moyen sur la sécrétion de molécules spécifiques.

Host genome influences on susceptibility to HIV-1

In vitro and in vivo analyses identified a significant component of heritability in cellular or host susceptibility to HIV-1. The bases for susceptibility can be traced to genetic differences (inter-species) resulting from evolutionary adaptation to exogenous (and endogenous) retroviral infections, and to intra-species and inter-individual (human) differences associated with genetic variation. We have completed large scale evolutionary analysis of genes involved in HIV life cycle and pathogenesis, as well as participating and conducting genome-wide association studies, linkage analysis, and transcriptome analysis. These studies allowed a better understanding of the influence of common human variants in HIV-1 susceptibility and define a number of experimental challenges in the filed: understanding of the role of rare and private mutations in susceptibility, and the development of better tools for the integration of data from large-scale studies.

Rapid genotypic change and plasticity in arbuscular mycorrhizal fungi is caused by a host shift and enhanced by segregation.

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are among the most abundant symbionts of plants, improving plant productivity and diversity. They are thought to mostly grow vegetatively, a trait assumed to limit adaptability. However, AMF can also harbor genetically different nuclei (nucleotypes). It has been shown that one AMF can produce genotypically novel offspring with proportions of different nucleotypes. We hypothesized that (1) AMF respond rapidly to a change of environment (plant host) through changes in the frequency of nucleotypes; (2) genotypically novel offspring exhibit different genetic responses to environmental change than the parent; and (3) genotypically novel offspring exhibit a wide range of phenotypic plasticity to a change of environment. We subjected AMF parents and offspring to a host shift. We observed rapid and large genotypic changes in all AMF lines that were not random. Genotypic and phenotypic responses were different among offspring and their parents. Even though growing vegetatively, AMF offspring display a broad range of genotypic and phenotypic changes in response to host shift. We conclude that AMF have the ability to rapidly produce variable progeny, increasing their probability to produce offspring with different fitness than their parents and, consequently, their potential adaptability to new environmental conditions. Such genotypic and phenotypic flexibility could be a fast alternative to sexual reproduction and is likely to be a key to the ecological success of AMF.

Host and viral genetic correlates of clinical definitions of HIV-1 disease progression.

Background: Various patterns of HIV-1 disease progression are described in clinical practice and in research. There is a need to assess the specificity of commonly used definitions of long term non-progressor (LTNP) elite controllers (LTNP-EC), viremic controllers (LTNP-VC), and viremic non controllers (LTNP-NC), as well as of chronic progressors (P) and rapid progressors (RP). Methodology and Principal Findings: We re-evaluated the HIV-1 clinical definitions, summarized in Table 1, using the information provided by a selected number of host genetic markers and viral factors. There is a continuous decrease of protective factors and an accumulation of risk factors from LTNP-EC to RP. Statistical differences in frequency of protective HLA-B alleles (p-0.01), HLA-C rs9264942 (p-0.06), and protective CCR5/CCR2 haplotypes (p-0.02) across groups, and the presence of viruses with an ancestral genotype in the "viral dating" (i.e., nucleotide sequences with low viral divergence from the most recent common ancestor) support the differences among principal clinical groups of HIV-1 infected individuals. Conclusions: A combination of host genetic and viral factors supports current clinical definitions that discriminate among patterns of HIV-1 progression. The study also emphasizes the need to apply a standardized and accepted set of clinical definitions for the purpose of disease stratification and research.

Coevolutionary arms races: increased host immune defense promotes specialization by avian fleas.

We investigated the relationship between host defense and specialization by parasites in comparative analyses of bird fleas and T-cell mediated immune response of their avian hosts, showing that fleas with few main host species exploited hosts with weak or strong immune defenses, whereas flea species that parasitized a large number of host species only exploited hosts with weak immune responses. Hosts with strong immune responses were exploited by a larger number of flea species than hosts with weak responses. A path analysis model with an effect of T-cell response on the number of host species, or a model with host coloniality directly affecting host T-cell response, which in turn affected the number of host species used by fleas, best explained the data. Therefore, parasite specialization may have evolved in response to strong host defenses.