Cross-species and cross-platform gene expression studies with the Bioconductor-compliant R package 'annotationTools'.

Background: The variety of DNA microarray formats and datasets presently available offers an unprecedented opportunity to perform insightful comparisons of heterogeneous data. Cross-species studies, in particular, have the power of identifying conserved, functionally important molecular processes. Validation of discoveries can now often be performed in readily available public data which frequently requires cross-platform studies.Cross-platform and cross-species analyses require matching probes on different microarray formats. This can be achieved using the information in microarray annotations and additional molecular biology databases, such as orthology databases. Although annotations and other biological information are stored using modern database models ( e. g. relational), they are very often distributed and shared as tables in text files, i.e. flat file databases. This common flat database format thus provides a simple and robust solution to flexibly integrate various sources of information and a basis for the combined analysis of heterogeneous gene expression profiles.Results: We provide annotationTools, a Bioconductor-compliant R package to annotate microarray experiments and integrate heterogeneous gene expression profiles using annotation and other molecular biology information available as flat file databases. First, annotationTools contains a specialized set of functions for mining this widely used database format in a systematic manner. It thus offers a straightforward solution for annotating microarray experiments. Second, building on these basic functions and relying on the combination of information from several databases, it provides tools to easily perform cross-species analyses of gene expression data.Here, we present two example applications of annotationTools that are of direct relevance for the analysis of heterogeneous gene expression profiles, namely a cross-platform mapping of probes and a cross-species mapping of orthologous probes using different orthology databases. We also show how to perform an explorative comparison of disease-related transcriptional changes in human patients and in a genetic mouse model.Conclusion: The R package annotationTools provides a simple solution to handle microarray annotation and orthology tables, as well as other flat molecular biology databases. Thereby, it allows easy integration and analysis of heterogeneous microarray experiments across different technological platforms or species.

Role of ATH5 in the specification of retinal ganglion cells and expression and cell compartmentalization of EFEMP1, a protein associated with Malattia Leventinese

ABSTRACT : The development of the retina is a very complex process, occurring through the progressive restriction of cell fates, from pluripotent cell populations to complex tissues and organs. In all vertebrate species analyzed so far, retinal differentiation starts with the generation of retinal ganglion cells (RGC)s. One of the documented key essential events in the specification of RGCs is the expression of ATHS, an atonal homolog encoding a bHLH transcription factor. Despite the putative role of master regulator of RGC differentiation, the mechanism of integrating its functions into a coherent program underlying the production of this subclass of retinal neurons has not yet been elucidated. By using chromatin immunoprecipitation combined with microarray (ChIP-on-chip) we have screened for ATH5 direct targets in the developing chick retina at two consecutive periods: E3.5 (stage HH22) and E6 (stage HH30), covering the stages of progenitor proliferation, neuroepithelium patterning, RGC specification, cell cycle exit and early neuronal differentiation. In parallel, complementary analysis with Affymetrix expression microarrays was conducted. We compared RGCs versus retina to see if the targets correspond to genes preferentially expressed in RGCs. We also precociously overexpressed ATH5 in the retina of individual embryo, and contralateral retina vas used as a control. Our integrated approach allowed us to establish a compendium of ATH5-targets and enabled us to position ATH5 in the transcription network underlying neurogenesis in the retina. Malattia Leventinese (ML) is an autosomal, dominant retinal dystrophy characterized by extracellular, amorphous deposits known as drusen, between the retinal pigment epithelium (RPE) and Bruch's membrane. On the genetic level, it has been associated with a single missense mutation (R345W) in a widely expressed gene with unknown function called EFEMP1. We determined expression patterns of the EFEMP1 gene in normal and ML human retinas. Our data shown that the upregulation of EFEMP1 is not specific to ML eye, except for the region of the ciliary body. We also analyzed the cell compartmentalization of different versions of the protein (both wild type and mutant). Our studies indicate that both abnormal expression of the EFEMP1 gene and mutation and accumulation of EFEMP 1 protein (inside or outside the cells) might contribute to the ML pathology. Résumé : 1er partie : L'ontogenèse de la rétine est un processus complexe au cours duquel des cellules progénitrices sont engagée, par vagues successives, dans des lignées où elles vont d'abord être déterminées puis vont se différencier pour finalement construire un tissu rétinien composé de cinq classes de neurones (les photorécepteurs, les cellules horizontales, bipolaires, amacrines et ganglionnaires) et d'une seule de cellules gliales (les cellules de Muller). Chez tous les vertébrés, la neurogenèse rétinienne est d'abord marquée par la production des cellules ganglionnaires (RGCs). La production de cette classe de neurone est liée à l'expression du gène ATH5 qui est un homologue du gène atonal chez la Drosophile et qui code pour un facteur de transcription de la famille des protéines basic Helix-Loop-Helix (bHLH). Malgré le rôle central que joue ATH5 dans la production des RGCs, le mécanisme qui intègre la fonction de cette protéine dans le programme de détermination neuronale et ceci en relation avec le développement de la rétine n'est pas encore élucidé. Grâce à une technologie qui permet de combiner la sélection de fragments de chromatine liant ATH5 et la recherche de séquences grâce à des puces d'ADN non-codants (ChIP-on-chip), nous avons recherché des cibles potentielles de la protéine ATH5 dans la rétine en développement. Nous avons conduit cette recherche à deux stades de développement de manière à englober la phase de prolifération cellulaire, la détermination des RGCs, la sortie du cycle cellulaire ainsi que les premières étapes de la différentiation de ces neurones. Des expériences complémentaires nous ont permis de définir les patrons d'expression des gènes sélectionnés ainsi que l'activité promotrice des éléments de régulation identifiés lors de notre criblage. Ces approches expérimentales diverses et complémentaires nous ont permis de répertorier des gènes cibles de la protéine ATH5 et d'établir ainsi des liens fonctionnels entre des voies métaboliques dont nous ne soupçonnions pas jusqu'alors qu'elles puissent être associées à la production d'une classe de neurones centraux. 2ème partie : Malattia Leventinese (ML) est une maladie génétique qui engendre une dystrophie de la rétine. Elle se caractérise par l'accumulation de dépôt amorphe entre l'épithélium pigmentaire et la membrane de Bruch et connu sous le nom de drusen. Cette maladie est liée à une simple mutation non-sens (R345W) dans un gène dénommé EFEMP1 qui est exprimé dans de nombreux tissus mais dont la fonction reste mal définie. Une étude détaillée de l'expression de ce gène dans des rétines humaines a révélé une expression à un niveau élevé du gène EFEMP1 dans divers tissus de l'oeil ML mais également dans des yeux contrôles. Alors que l'accumulation d'ARN messager EFEMP1 dans les cellules de l'épithélium pigmentaire n'est pas spécifique à ML, l'expression de ce gène dans le corps cilié n'a été observée que dans l'oeil ML. Nous avons également comparé la sécrétion de la protéine sauvage avec celle porteuse de la mutation. En résumé, notre étude révèle que le niveau élevé d'expression du gène EFEMP1 ainsi que l'accumulation de la protéine dans certains compartiments cellulaires pourraient contribuer au développement de pathologies rétiniennes liées à ML.

Impact of salt on cardiac differential gene expression and coronary lesion in normotensive mineralocorticoid-treated mice.

We previously reported that excess of deoxycorticosterone-acetate (DOCA)/salt-induced cardiac hypertrophy in the absence of hypertension in one-renin gene mice. This model allows us to study molecular mechanisms of high-salt intake in the development of cardiovascular remodeling, independently of blood pressure in a high mineralocorticoid state. In this study, we compared the effect of 5-wk low- and high-salt intake on cardiovascular remodeling and cardiac differential gene expression in mice receiving the same amount of DOCA. Differential gene and protein expression was measured by high-density cDNA microarray assays, real-time PCR and Western blot analysis in DOCA-high salt (HS) vs. DOCA-low salt (LS) mice. DOCA-HS mice developed cardiac hypertrophy, coronary perivascular fibrosis, and left ventricular dysfunction. Differential gene and protein expression demonstrated that high-salt intake upregulated a subset of genes encoding for proteins involved in inflammation and extracellular matrix remodeling (e.g., Col3a1, Col1a2, Hmox1, and Lcn2). A major subset of downregulated genes encoded for transcription factors, including myeloid differentiation primary response (MyD) genes. Our data provide some evidence that vascular remodeling, fibrosis, and inflammation are important consequences of a high-salt intake in DOCA mice. Our study suggests that among the different pathogenic factors of cardiac and vascular remodeling, such as hypertension and mineralocorticoid excess and sodium intake, the latter is critical for the development of the profibrotic and proinflammatory phenotype observed in the heart of normotensive DOCA-treated mice.

Identification and modelling of human breast cancer subtypes

Résumé Le cancer du sein est le cancer le plus commun chez les femmes et est responsable de presque 30% de tous les nouveaux cas de cancer en Europe. On estime le nombre de décès liés au cancer du sein en Europe est à plus de 130.000 par an. Ces chiffres expliquent l'impact social considérable de cette maladie. Les objectifs de cette thèse étaient: (1) d'identifier les prédispositions et les mécanismes biologiques responsables de l'établissement des sous-types spécifiques de cancer du sein; (2) les valider dans un modèle ín vivo "humain-dans-souris"; et (3) de développer des traitements spécifiques à chaque sous-type de cancer du sein identifiés. Le premier objectif a été atteint par l'intermédiaire de l'analyse des données d'expression de gènes des tumeurs, produite dans notre laboratoire. Les données obtenues par puces à ADN ont été produites à partir de 49 biopsies des tumeurs du sein provenant des patientes participant dans l'essai clinique EORTC 10994/BIG00-01. Les données étaient très riches en information et m'ont permis de valider des données précédentes des autres études d'expression des gènes dans des tumeurs du sein. De plus, cette analyse m'a permis d'identifier un nouveau sous-type biologique de cancer du sein. Dans la première partie de la thèse, je décris I identification des tumeurs apocrines du sein par l'analyse des puces à ADN et les implications potentielles de cette découverte pour les applications cliniques. Le deuxième objectif a été atteint par l'établissement d'un modèle de cancer du sein humain, basé sur des cellules épithéliales mammaires humaines primaires (HMECs) dérivées de réductions mammaires. J'ai choisi d'adapter un système de culture des cellules en suspension basé sur des mammosphères précédemment décrit et pat décidé d'exprimer des gènes en utilisant des lentivirus. Dans la deuxième partie de ma thèse je décris l'établissement d'un système de culture cellulaire qui permet la transformation quantitative des HMECs. Par la suite, j'ai établi un modèle de xénogreffe dans les souris immunodéficientes NOD/SCID, qui permet de modéliser la maladie humaine chez la souris. Dans la troisième partie de ma thèse je décris et je discute les résultats que j'ai obtenus en établissant un modèle estrogène-dépendant de cancer du sein par transformation quantitative des HMECs avec des gènes définis, identifiés par analyse de données d'expression des gènes dans le cancer du sein. Les cellules transformées dans notre modèle étaient estrogène-dépendantes pour la croissance, diploïdes et génétiquement normales même après la culture cellulaire in vitro prolongée. Les cellules formaient des tumeurs dans notre modèle de xénogreffe et constituaient des métastases péritonéales disséminées et du foie. Afin d'atteindre le troisième objectif de ma thèse, j'ai défini et examiné des stratégies de traitement qui permettent réduire les tumeurs et les métastases. J'ai produit un modèle de cancer du sein génétiquement défini et positif pour le récepteur de l'estrogène qui permet de modéliser le cancer du sein estrogène-dépendant humain chez la souris. Ce modèle permet l'étude des mécanismes impliqués dans la formation des tumeurs et des métastases. Abstract Breast cancer is the most common cancer in women and accounts for nearly 30% of all new cancer cases in Europe. The number of deaths from breast cancer in Europe is estimated to be over 130,000 each year, implying the social impact of the disease. The goals of this thesis were first, to identify biological features and mechanisms --responsible for the establishment of specific breast cancer subtypes, second to validate them in a human-in-mouse in vivo model and third to develop specific treatments for identified breast cancer subtypes. The first objective was achieved via the analysis of tumour gene expression data produced in our lab. The microarray data were generated from 49 breast tumour biopsies that were collected from patients enrolled in the clinical trial EORTC 10994/BIG00-01. The data set was very rich in information and allowed me to validate data of previous breast cancer gene expression studies and to identify biological features of a novel breast cancer subtype. In the first part of the thesis I focus on the identification of molecular apacrine breast tumours by microarray analysis and the potential imptìcation of this finding for the clinics. The second objective was attained by the production of a human breast cancer model system based on primary human mammary epithelial cells {HMECs) derived from reduction mammoplasties. I have chosen to adopt a previously described suspension culture system based on mammospheres and expressed selected target genes using lentiviral expression constructs. In the second part of my thesis I mainly focus on the establishment of a cell culture system allowing for quantitative transformation of HMECs. I then established a xenograft model in immunodeficient NOD/SCID mice, allowing to model human disease in a mouse. In the third part of my thesis I describe and discuss the results that I obtained while establishing an oestrogen-dependent model of breast cancer by quantitative transformation of HMECs with defined genes identified after breast cancer gene expression data analysis. The transformed cells in our model are oestrogen-dependent for growth; remain diploid and genetically normal even after prolonged cell culture in vitro. The cells farm tumours and form disseminated peritoneal and liver metastases in our xenograft model. Along the lines of the third objective of my thesis I defined and tested treatment schemes allowing reducing tumours and metastases. I have generated a genetically defined model of oestrogen receptor alpha positive human breast cancer that allows to model human oestrogen-dependent breast cancer in a mouse and enables the study of mechanisms involved in tumorigenesis and metastasis.

Analysis of epidermis- and mesophyll-specific transcript accumulation in powdery mildew-inoculated wheat leaves.

Powdery mildew is an important disease of wheat caused by the obligate biotrophic fungus Blumeria graminis f. sp. tritici. This pathogen invades exclusively epidermal cells after penetrating directly through the cell wall. Because powdery mildew colonizes exclusively epidermal cells, it is of importance not only to identify genes which are activated, but also to monitor tissue specificity of gene activation. Acquired resistance of wheat to powdery mildew can be induced by a previous inoculation with the non-host pathogen B. graminis f. sp. hordei, the causal agent of barley powdery mildew. The establishment of the resistant state is accompanied by the activation of genes. Here we report the tissue-specific cDNA-AFLP analysis and cloning of transcripts accumulating 6 and 24 h after the resistance-inducing inoculation with B. graminis f. sp. hordei. A total of 25,000 fragments estimated to represent about 17,000 transcripts were displayed. Out of these, 141 transcripts, were found to accumulate after Bgh inoculation using microarray hybridization analysis. Forty-four accumulated predominantly in the epidermis whereas 76 transcripts accumulated mostly in mesophyll tissue.

Changes in microRNA expression contribute to pancreatic β-cell dysfunction in prediabetic NOD mice.

During the initial phases of type 1 diabetes, pancreatic islets are invaded by immune cells, exposing β-cells to proinflammatory cytokines. This unfavorable environment results in gene expression modifications leading to loss of β-cell functions. To study the contribution of microRNAs (miRNAs) in this process, we used microarray analysis to search for changes in miRNA expression in prediabetic NOD mice islets. We found that the levels of miR-29a/b/c increased in islets of NOD mice during the phases preceding diabetes manifestation and in isolated mouse and human islets exposed to proinflammatory cytokines. Overexpression of miR-29a/b/c in MIN6 and dissociated islet cells led to impairment in glucose-induced insulin secretion. Defective insulin release was associated with diminished expression of the transcription factor Onecut2, and a consequent rise of granuphilin, an inhibitor of β-cell exocytosis. Overexpression of miR-29a/b/c also promoted apoptosis by decreasing the level of the antiapoptotic protein Mcl1. Indeed, a decoy molecule selectively masking the miR-29 binding site on Mcl1 mRNA protected insulin-secreting cells from apoptosis triggered by miR-29 or cytokines. Taken together, our findings suggest that changes in the level of miR-29 family members contribute to cytokine-mediated β-cell dysfunction occurring during the initial phases of type 1 diabetes.

Repeated exposure to Lutzomyia intermedia sand fly saliva induces local expression of interferon-inducible genes both at the site of injection in mice and in human blood.

During a blood meal, Lutzomyia intermedia sand flies transmit Leishmania braziliensis, a parasite causing tegumentary leishmaniasis. In experimental leishmaniasis, pre-exposure to saliva of most blood-feeding sand flies results in parasite establishment in absence of any skin damages in mice challenged with dermotropic Leishmania species together with saliva. In contrast, pre-immunization with Lu. intermedia salivary gland sonicate (SGS) results in enhanced skin inflammatory exacerbation upon co-inoculation of Lu. intermedia SGS and L. braziliensis. These data highlight potential unique features of both L. braziliensis and Lu. intermedia. In this study, we investigated the genes modulated by Lu. intermedia SGS immunization to understand their potential impact on the subsequent cutaneous immune response following inoculation of both SGS and L. braziliensis. The cellular recruitment and global gene expression profile was analyzed in mice repeatedly inoculated or not with Lu. intermedia. Microarray gene analysis revealed the upregulation of a distinct set of IFN-inducible genes, an immune signature not seen to the same extent in control animals. Of note this INF-inducible gene set was not induced in SGS pre-immunized mice subsequently co-inoculated with SGS and L. braziliensis. These data suggest the parasite prevented the upregulation of this Lu. intermedia saliva-related immune signature. The presence of these IFN-inducible genes was further analyzed in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) sampled from uninfected human individuals living in a L. braziliensis-endemic region of Brazil thus regularly exposed to Lu. intermedia bites. PBMCs were cultured in presence or absence of Lu. intermedia SGS. Using qRT-PCR we established that the IFN-inducible genes induced in the skin of SGS pre-immunized mice, were also upregulated by SGS in PBMCs from human individuals regularly exposed to Lu. intermedia bites, but not in PBMCs of control subjects. These data demonstrate that repeated exposure to Lu. intermedia SGS induces the expression of potentially host-protective IFN-inducible genes.

Altered expression of the transcription factor Mef2c during retinal degeneration in Rpe65-/- mice.

Purpose. To investigate the role of the myocyte enhancer factor 2 (Mef2) transcription factor family in retinal diseases, Mef2c expression was assessed during retinal degeneration in the Rpe65(-/-) mouse model of Leber's congenital amaurosis (LCA). Mef2c-dependent expression of photoreceptor-specific genes was further addressed. Methods. Expression of Mef2 members was analyzed by oligonucleotide microarray, quantitative PCR (qPCR) and in situ hybridization. Mef2c-dependent transcriptional activity was assayed by luciferase assay in HEK293T cells. Results. Mef2c was the only Mef2 member markedly downregulated during retinal degeneration in Rpe65(-/-) mice. Mef2c mRNA level was decreased by more than 2 fold at 2 and 4 months and by 3.5 fold at 6 months in retinas of Rpe65(-/-) mice. Downregulation of Mef2c at the protein level was confirmed in Rpe65(-/-) retinas. The decrease in Mef2c mRNA levels in the developing Rpe65(-/-) retinas, from post-natal day (P)13 onward, was concomitant with the decreased expression of the rod-specific transcription factors Nrl and Nr2e3. Nrl was further shown to drive Mef2c transcriptional activity, supporting a physiological role for Mef2c in the retina. In addition, Mef2c appeared to act as a transcriptional repressor of its own expression, as well as those of the retina-specific retinal G-protein coupled receptor (Rgr), rhodopsin and M-opsin genes. Conclusions. These findings highlight the early altered regulation of the rod-specific transcriptional network in Rpe65-related disease. They further indicate that Mef2c may act as a novel transcription factor involved in the development and the maintenance of photoreceptor cells.

Dissection of the complex phenotype in cuticular mutants of Arabidopsis reveals a role of SERRATE as a mediator.

Mutations in LACERATA (LCR), FIDDLEHEAD (FDH), and BODYGUARD (BDG) cause a complex developmental syndrome that is consistent with an important role for these Arabidopsis genes in cuticle biogenesis. The genesis of their pleiotropic phenotypes is, however, poorly understood. We provide evidence that neither distorted depositions of cutin, nor deficiencies in the chemical composition of cuticular lipids, account for these features, instead suggesting that the mutants alleviate the functional disorder of the cuticle by reinforcing their defenses. To better understand how plants adapt to these mutations, we performed a genome-wide gene expression analysis. We found that apparent compensatory transcriptional responses in these mutants involve the induction of wax, cutin, cell wall, and defense genes. To gain greater insight into the mechanism by which cuticular mutations trigger this response in the plants, we performed an overlap meta-analysis, which is termed MASTA (MicroArray overlap Search Tool and Analysis), of differentially expressed genes. This suggested that different cell integrity pathways are recruited in cesA cellulose synthase and cuticular mutants. Using MASTA for an in silico suppressor/enhancer screen, we identified SERRATE (SE), which encodes a protein of RNA-processing multi-protein complexes, as a likely enhancer. In confirmation of this notion, the se lcr and se bdg double mutants eradicate severe leaf deformations as well as the organ fusions that are typical of lcr and bdg and other cuticular mutants. Also, lcr does not confer resistance to Botrytis cinerea in a se mutant background. We propose that there is a role for SERRATE-mediated RNA signaling in the cuticle integrity pathway.

The peroxisome proliferator-activated receptor alpha regulates amino acid metabolism.

The peroxisome proliferator-activated receptor alpha is a ligand-activated transcription factor that plays an important role in the regulation of lipid homeostasis. PPARalpha mediates the effects of fibrates, which are potent hypolipidemic drugs, on gene expression. To better understand the biological effects of fibrates and PPARalpha, we searched for genes regulated by PPARalpha using oligonucleotide microarray and subtractive hybridization. By comparing liver RNA from wild-type and PPARalpha null mice, it was found that PPARalpha decreases the mRNA expression of enzymes involved in the metabolism of amino acids. Further analysis by Northern blot revealed that PPARalpha influences the expression of several genes involved in trans- and deamination of amino acids, and urea synthesis. Direct activation of PPARalpha using the synthetic PPARalpha ligand WY14643 decreased mRNA levels of these genes, suggesting that PPARalpha is directly implicated in the regulation of their expression. Consistent with these data, plasma urea concentrations are modulated by PPARalpha in vivo. It is concluded that in addition to oxidation of fatty acids, PPARalpha also regulates metabolism of amino acids in liver, indicating that PPARalpha is a key controller of intermediary metabolism during fasting.

Développement d'une puce à ADN métabolique et application à l'étude d'un modèle murin d'obésité et de diabète de type II

Résumé tout public : Le développement du diabète de type II et de l'obésité est causé par l'interaction entre des gènes de susceptibilité et des facteurs environnementaux, en particulier une alimentation riche en calories et une activité physique insuffisante. Afín d'évaluer le rôle de l'alimentation en absence d'hétérogénéité génétique, nous avons nourri une lignée de souris génétiquement pure avec un régime extrêmement gras. Ce régime a conduit à l'établissement de différents phénotypes parmi ces souris, soit : un diabète et une obésité (ObD), un diabète mais pas d'obésité (LD) ou ni un diabète, ni une obésité (LnD). Nous avons fait l'hypothèse que ces adaptations différentes au stress nutritionnel induit par le régime gras étaient dues à l'établissement de programmes génétiques différents dans les principaux organes impliqués dans le maintien de l'équilibre énergétique. Afin d'évaluer cette hypothèse, nous avons développé une puce à ADN contenant approximativement 700 gènes du métabolisme. Cette puce à ADN, en rendant possible la mesure simultanée de l'expression de nombreux gènes, nous a permis d'établir les profils d'expression des gènes caractéristiques de chaque groupe de souris nourries avec le régime gras, dans le foie et le muscle squelettique. Les données que nous avons obtenues à partir de ces profils d'expression ont montré que des changements d'expression marqués se produisaient dans le foie et le muscle entre les différents groupes de souris nourries avec le régime gras. Dans l'ensemble, ces changements suggèrent que l'établissement du diabète de type II et de l'obésité induits par un régime gras est associé à une synthèse accrue de lipides par le foie et à un flux augmenté de lipides du foie jusqu'à la périphérie (muscles squelettiques). Dans un deuxième temps, ces profils d'expression des gènes ont été utilisés pour sélectionner un sous-ensemble de gènes suffisamment discriminants pour pouvoir distinguer entre les différents phénotypes. Ce sous-ensemble de gènes nous a permis de construire un classificateur phénotypique capable de prédire avec une précision relativement élevée le phénotype des souris. Dans le futur, de tels « prédicteurs » basés sur l'expression des gènes pourraient servir d'outils pour le diagnostic de pathologies liées au métabolisme. Summary: Aetiology of obesity and type II diabetes is multifactorial, involving both genetic and environmental factors, such as calory-rich diets or lack of exercice. Genetically homogenous C57BL/6J mice fed a high fat diet (HFD) up to nine months develop differential adaptation, becoming either obese and diabetic (ObD) or remaining lean in the presence (LD) or absence (LnD) of diabetes development. Each phenotype is associated with diverse metabolic alterations, which may result from diverse molecular adaptations of key organs involved in the control of energy homeostasis. In this study, we evaluated if specific patterns of gene expression could be associated with each different phenotype of HFD mice in the liver and the skeletal muscles. To perform this, we constructed a metabolic cDNA microarray containing approximately 700 cDNA representing genes involved in the main metabolic pathways of energy homeostasis. Our data indicate that the development of diet-induced obesity and type II diabetes is linked to some defects in lipid metabolism, involving a preserved hepatic lipogenesis and increased levels of very low density lipoproteins (VLDL). In skeletal muscles, an increase in fatty acids uptake, as suggested by the increased expression of lipoprotein lipase, would contribute to the increased level of insulin resistance observed in the ObD mice. Conversely, both groups of lean mice showed a reduced expression in lipogenic genes, particularly stearoyl-CoA desaturase 1 (Scd-1), a gene linked to sensitivity to diet-induced obesity. Secondly, we identified a subset of genes from expression profiles that classified with relative accuracy the different groups of mice. Such classifiers may be used in the future as diagnostic tools of each metabolic state in each tissue. Résumé Développement d'une puce à ADN métabolique et application à l'étude d'un modèle murin d'obésité et de diabète de type II L'étiologie de l'obésité et du diabète de type II est multifactorielle, impliquant à la fois des facteurs génétiques et environnementaux, tels que des régimes riches en calories ou un manque d'exercice physique. Des souris génétiquement homogènes C57BL/6J nourries avec un régime extrêmement gras (HFD) pendant 9 mois développent une adaptation métabolique différentielle, soit en devenant obèses et diabétiques (ObD), soit en restant minces en présence (LD) ou en absence (LnD) d'un diabète. Chaque phénotype est associé à diverses altérations métaboliques, qui pourraient résulter de diverses adaptations moléculaires des organes impliqués dans le contrôle de l'homéostasie énergétique. Dans cette étude, nous avons évalué si des profils d'expression des gènes dans le foie et le muscle squelettique pouvaient être associés à chacun des phénotypes de souris HFD. Dans ce but, nous avons développé une puce à ADN métabolique contenant approximativement 700 ADNc représentant des gènes impliqués dans les différentes voies métaboliques de l'homéostasie énergétique. Nos données indiquent que le développement de l'obésité et du diabète de type II induit par un régime gras est associé à certains défauts du métabolisme lipidique, impliquant une lipogenèse hépatique préservée et des niveaux de lipoprotéines de très faible densité (VLDL) augmentés. Au niveau du muscle squelettique, une augmentation du captage des acides gras, suggéré par l'expression augmentée de la lipoprotéine lipase, contribuerait à expliquer la résistance à l'insuline plus marquée observée chez les souris ObD. Au contraire, les souris minces ont montré une réduction marquée de l'expression des gènes lipogéniques, en particulier de la stéaroyl-CoA désaturase 1 (scd-1), un gène associé à la sensibilité au développement de l'obésité par un régime gras. Dans un deuxième temps, nous avons identifié un sous-ensemble de gènes à partir des profils d'expression, qui permettent de classifier avec une précision relativement élevée les différents groupes de souris. De tels classificateurs pourraient être utilisés dans le futur comme outils pour le diagnostic de l'état métabolique d'un tissu donné.

Gene expression changes in chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy skin biopsies.

Chronic-inflammatory demyelinating polyneuropathy (CIDP) is an immune-mediated disease with no known biomarkers for diagnosing the disease or assessing its prognosis. We performed transcriptional profiling microarray analysis on skin punch biopsies from 20 CIDP patients and 17 healthy controls to identify disease-associated gene expression changes. We demonstrate changes in expression of genes involved in immune and chemokine regulation, growth and repair. We also found a combination of two upregulated genes that can be proposed as a novel biomarker of the disorder.

Gene expression profiling in the human pathogenic dermatophyte Trichophyton rubrum during growth on proteins.

Dermatophytes are highly specialized filamentous fungi which cause the majority of superficial mycoses in humans and animals. The high secreted proteolytic activity of these microorganisms during growth on proteins is assumed to be linked to their particular ability to exclusively infect keratinized host structures such as the skin stratum corneum, hair, and nails. Individual secreted dermatophyte proteases were recently described and linked with the in vitro digestion of keratin. However, the overall adaptation and transcriptional response of dermatophytes during protein degradation are largely unknown. To address this question, we constructed a cDNA microarray for the human pathogenic dermatophyte Trichophyton rubrum that was based on transcripts of the fungus grown on proteins. Profiles of gene expression during the growth of T. rubrum on soy and keratin protein displayed the activation of a large set of genes that encode secreted endo- and exoproteases. In addition, other specifically induced factors potentially implicated in protein utilization were identified, including heat shock proteins, transporters, metabolic enzymes, transcription factors, and hypothetical proteins with unknown functions. Of particular interest is the strong upregulation of key enzymes of the glyoxylate cycle in T. rubrum during growth on soy and keratin, namely, isocitrate lyase and malate synthase. This broad-scale transcriptional analysis of dermatophytes during growth on proteins reveals new putative pathogenicity-related host adaptation mechanisms of these human pathogenic fungi.

Definition of clinically distinct molecular subtypes in estrogen receptor-positive breast carcinomas through genomic grade.

PURPOSE: A number of microarray studies have reported distinct molecular profiles of breast cancers (BC), such as basal-like, ErbB2-like, and two to three luminal-like subtypes. These were associated with different clinical outcomes. However, although the basal and the ErbB2 subtypes are repeatedly recognized, identification of estrogen receptor (ER) -positive subtypes has been inconsistent. Therefore, refinement of their molecular definition is needed. MATERIALS AND METHODS: We have previously reported a gene expression grade index (GGI), which defines histologic grade based on gene expression profiles. Using this algorithm, we assigned ER-positive BC to either high-or low-genomic grade subgroups and compared these with previously reported ER-positive molecular classifications. As further validation, we classified 666 ER-positive samples into subtypes and assessed their clinical outcome. RESULTS: Two ER-positive molecular subgroups (high and low genomic grade) could be defined using the GGI. Despite tracking a single biologic pathway, these were highly comparable to the previously described luminal A and B classification and significantly correlated to the risk groups produced using the 21-gene recurrence score. The two subtypes were associated with statistically distinct clinical outcome in both systemically untreated and tamoxifen-treated populations. CONCLUSION: The use of genomic grade can identify two clinically distinct ER-positive molecular subtypes in a simple and highly reproducible manner across multiple data sets. This study emphasizes the important role of proliferation-related genes in predicting prognosis in ER-positive BC.

Protection of pancreatic beta-cells by high density lipoproteins

SUMMARYThe incidence of type 2 diabetes (T2D) is increasing worldwide and is linked to the enhancement of obesity. The principal cause of T2D development is insulin resistance, which lead to the increase of insulin production by the pancreatic beta-cells. In a pathological environment, namely dyslipidaemia, hyperglycaemia and inflammation, beta-cell compensation will fail in more vulnerable cells and diabetes will occur. High Density Lipoproteins (HDLs), commonly named "good cholesterol" are known to be atheroprotective. Low levels of HDLs are associated with increased prevalence of cardiovascular disease but are also an independent risk factor for the development of T2D. HDLs were demonstrated to protect pancreatic beta-cells against several stresses. However the molecular mechanisms of the protection are unknown and the objectives of this work were to try to elucidate the way how HDLs protect. The first approach was a broad screening of genes regulated by the stress and HDLs. A microarray analysis was performed on beta-cells stressed by serum deprivation and rescued by HDLs. Among the genes regulated, we focused on 4E-BP1, a cap-dependent translational inhibitor. In addition, HDLs were also found to protect against several other stresses.Endoplasmic reticulum (ER) stress is a mechanism that may play a role in the onset of T2D. The unfolded protein response (UPR) is a physiological process that aims at maintaining ER homeostasis in conditions where the protein folding and secretion is perturbed. Specific signalling pathways are involved in the increase of folding, export and degradation capacity of the ER. However, in case where the stress is prolonged, this mechanism turns to be pathological, by inducing cell death effector pathways, leading to beta-cell apoptosis. In our study, we discovered that HDLs were protective against ER stress induced by drugs and physiological stresses such as saturated free fatty acids. HDLs protected beta-cells by promoting ER homeostasis via the improvement of the folding and trafficking od proteins from the ER to the Golgi apparatus.Altogether our results suggest that HDLs are important for beta-cell function and survival, by protecting them from several stresses and acting on ER homeostasis. This suggests that attempt in keeping normal HDLs levels or function in patients is crucial to lessen the development of T2D.RÉSUMÉL'incidence du diabète de type 2 est en constante augmentation et est fortement liée à l'accroissement du taux d'obésité. La cause principale du diabète de type 2 est la résistance à l'insuline, qui entraîne une surproduction d'insuline par les cellules bêta pancréatiques. Dans un environnement pathologique associé à l'obésité (dyslipidémie, hyperglycémie et inflammation), les cellules bêta les plus vulnérables ne sont plus capables de compenser en augmentant leur production d'insuline, dysfonctionnent, ce qui conduit à leur mort par apoptose. Les lipoprotéines de hautes densités (HDLs), communément appelées (( bon cholestérol », sont connues pour leurs propriétés protectrices contre l'athérosclérose. Des niveaux bas de HDLs sanguins sont associés au risque de développer un diabète de type 2. Les HDLs ont également montré des propriétés protectrices contre divers stresses dans la cellule bêta. Cependant, les mécanismes de protection restent encore inconnus et l'objectif de ce travail a été d'investiguer les mécanismes moléculaires de protection des HDLs. La première approche choisie a été une étude du profil d'expression génique par puce à ADN afin d'identifier les gènes régulés par le stress et les HDLs. Parmi les gènes régulés, notre intérêt s'est porté sur 4E-BP1, un inhibiteur de la traduction coiffe- dépendante, dont l'induction par le stress était corrélée avec une augmentation de l'apoptose. Suite à cette étude, les HDLs ont également montrés un rôle protecteur contre d'autres stresses. Il s'agit particulièrement du stress du réticulum endoplasmique (RE), qui est un mécanisme qui semble jouer un rôle clé dans le développement du diabète. L'UPR (« Unfolded Protein Response ») est un processus physiologique tendant à maintenir l'homéostasie du réticulum endoplasmique, organelle prépondérante pour la fonction des cellules sécrétrices, notamment lorsqu'elle est soumise à des conditions extrêmes telles que des perturbations de la conformation tertiaire des protéines ou de la sécrétion. Dans ces cas, des voies de signalisation moléculaires sont activées, ce qui mène à l'exportation des protéines mal repliées, à leur dégradation et à l'augmentation de l'expression de chaperonnes capables d'améliorer le repliement des protéines mal formées. Toutefois, en cas de stress persistant, ce mécanisme de protection s'avère être pathologique. En induisant des voies de signalisation effectrices de l'apoptose, il conduit finalement au développement du diabète. Dans cette étude, nous avons démontré que les HDLs étaient capables de protéger la cellule bêta contre le stress du RE induits par des inhibiteurs (thapsigargine, tunicamycine) ou des stresses physiologiques tels que les acides gras libres. Les HDLs ont la capacité d'améliorer l'homéostasie du RE, notamment en favorisant le repliement et le transfert des protéines du RE à l'appareil de Golgi.En résumé, ces données suggèrent que les HDLs sont bénéfiques pour la survie des cellules bêta soumises à des stresses impliqués dans le développement du diabète, notamment en restaurant l'homéostasie du RE. Ces résultats conduisent à soutenir que le maintien des taux de cholestérol joue un rôle important dans la limitation de l'incidence du diabète.