The transcriptional repressor REST determines the cell-specific expression of the human MAPK8IP1 gene encoding IB1 (JIP-1).

Islet-brain 1 (IB1) is the human and rat homologue of JIP-1, a scaffold protein interacting with the c-Jun amino-terminal kinase (JNK). IB1 expression is mostly restricted to the endocrine pancreas and to the central nervous system. Herein, we explored the transcriptional mechanism responsible for this preferential islet and neuronal expression of IB1. A 731-bp fragment of the 5' regulatory region of the human MAPK8IP1 gene was isolated from a human BAC library and cloned upstream of a luciferase reporter gene. This construct drove high transcriptional activity in both insulin-secreting and neuron-like cells but not in unrelated cell lines. Sequence analysis of this promoter region revealed the presence of a neuron-restrictive silencer element (NRSE) known to bind repressor zinc finger protein REST. This factor is not expressed in insulin-secreting and neuron-like cells. By mobility shift assay, we confirmed that REST binds to the NRSE present in the IB1 promoter. Once transiently transfected in beta-cell lines, the expression vector encoding REST repressed IB1 transcriptional activity. The introduction of a mutated NRSE in the 5' regulating region of the IB1 gene abolished the repression activity driven by REST in insulin-secreting beta cells and relieved the low transcriptional activity of IB1 observed in unrelated cells. Moreover, transfection in non-beta and nonneuronal cell lines of an expression vector encoding REST lacking its transcriptional repression domain relieved IB1 promoter activity. Last, the REST-mediated repression of IB1 could be abolished by trichostatin A, indicating that deacetylase activity is required to allow REST repression. Taken together, these data establish a critical role for REST in the control of the tissue-specific expression of the human IB1 gene.

Genetics of cadmium hyperaccumulation variance in Thlaspi caerulescens natural populations from Switzerland

SUMMARY Heavy metal presence in the environment is a serious concern since some of them can be toxic to plants, animals and humans once accumulated along the food chain. Cadmium (Cd) is one of the most toxic heavy metal. It is naturally present in soils at various levels and its concentration can be increased by human activities. Several plants however have naturally developed strategies allowing them to grow on heavy metal enriched soils. One of them consists in the accumulation and sequestration of heavy metals in the above-ground biomass. Some plants present in addition an extreme strategy by which they accumulate a limited number of heavy metals in their shoots in amounts 100 times superior to those expected for a non-accumulating plant in the same conditions. Understanding the genetic basis of the hyperaccumulation trait - particularly for Cd - remains an important challenge which may lead to biotechnological applications in the soil phytoremediation. In this thesis, Thlaspi caerulescens J. & C. Presl (Brassicaceae) was used as a model plant to study the Cd hyperaccumulation trait, owing to its physiological and genetic characteristics. Twenty-four wild populations were sampled in different regions of Switzerland. They were characterized for environmental and soil parameters as well as intrinsic characteristics of plants (i.e. metal concentrations in shoots). They were as well genetically characterized by AFLPs, plastid DNA polymorphism and genes markers (CAPS and microsatellites) mainly developed in this thesis. Some of the investigated genes were putatively linked to the Cd hyperaccumulation trait. Since the study of the Cd hyperaccumulation in the field is important as it allows the identification of patterns of selection, the present work offered a methodology to define the Cd hyperaccumulation capacity of populations from different habitats permitting thus their comparison in the field. We showed that Cd, Zn, Fe and Cu accumulations were linked and that populations with higher Cd hyperaccumulation capacity had higher shoot and reproductive fitness. Using our genetic data, statistical methods (Beaumont & Nichols's procedure, partial Mantel tests) were applied to identify genomic signatures of natural selection related to the Cd hyperaccumulation capacity. A significant genetic difference between populations related to their Cd hyperaccumulation capacity was revealed based on somè specific markers (AFLP and candidate genes). Polymorphism at the gene encoding IRTl (Iron-transporter also participating to the transport of Zn) was suggested as explaining part of the variation in Cd hyperaccumulation capacity of populations supporting previous physiological investigations. RÉSUMÉ La présence de métaux lourds dans l'environnement est un phénomène préoccupant. En effet, certains métaux lourds - comme le cadmium (Cd) -sont toxiques pour les plantes, les animaux et enfin, accumulés le long de la chaîne alimentaire, pour les hommes. Le Cd est naturellement présent dans le sol et sa concentration peut être accrue par différentes activités humaines. Certaines plantes ont cependant développé des stratégies leur permettant de pousser sur des sols contaminés en métaux lourds. Parmi elles, certaines accumulent et séquestrent les métaux lourds dans leurs parties aériennes. D`autres présentent une stratégie encore plus extrême. Elles accumulent un nombre limité de métaux lourds en quantités 100 fois supérieures à celles attendues pour des espèces non-accumulatrices sous de mêmes conditions. La compréhension des bases génétiques de l'hyperaccumulation -particulièrement celle du Cd - représente un défi important avec des applications concrètes en biotechnologies, tout particulièrement dans le but appliqué de la phytoremediation des sols contaminés. Dans cette thèse, Thlaspi caerulescens J. & C. Presl (Brassicaceae) a été utilisé comme modèle pour l'étude de l'hyperaccumulation du Cd de par ses caractéristiques physiologiques et génétiques. Vingt-quatre populations naturelles ont été échantillonnées en Suisse et pour chacune d'elles les paramètres environnementaux, pédologique et les caractéristiques intrinsèques aux plantes (concentrations en métaux lourds) ont été déterminés. Les populations ont été caractérisées génétiquement par des AFLP, des marqueurs chloroplastiques et des marqueurs de gènes spécifiques, particulièrement ceux potentiellement liés à l'hyperaccumulation du Cd (CAPS et microsatellites). La plupart ont été développés au cours de cette thèse. L'étude de l'hyperaccumulation du Cd en conditions naturelles est importante car elle permet d'identifier la marque, éventuelle de sélection naturelle. Ce travail offre ainsi une méthodologie pour définir et comparer la capacité des populations à hyperaccumuler le Cd dans différents habitats. Nous avons montré que les accumulations du Cd, Zn, Fe et Cu sont liées et que les populations ayant une grande capacité d'hyperaccumuler le Cd ont également une meilleure fitness végétative et reproductive. Des méthodes statistiques (l'approche de Beaumont & Nichols, tests de Martel partiels) ont été utilisées sur les données génétiques pour identifier la signature génomique de la sélection naturelle liée à la capacité d'hyperaccumuler le Cd. Une différenciation génétique des populations liée à leur capacité d'hyperaccumuler le Cd a été mise en évidence sur certains marqueurs spécifiques. En accord avec les études physiologiques connues, le polymorphisme au gène codant IRT1 (un transporteur de Fe impliqué dans le transport du Zn) pourrait expliquer une partie de la variance de la capacité des populations à hyperaccumuler le Cd.

Statins for cardiovascular prevention according to different strategies: a cost analysis.

Background: Several studies have shown that treatment with HMG-CoA reductase inhibitors (statins) can reduce coronary heart disease (CHD) rates. However, the cost effectiveness of statin treatment in the primary prevention of CHD has not been fully established. Objective: To estimate the costs of CHD prevention using statins in Switzerland according to different guidelines, over a 10-year period. Methods: The overall 10-year costs, costs of one CHD death averted, and of 1 year without CHD were computed for the European Society of Cardiology (ESC), the International Atherosclerosis Society (IAS), and the US Adult Treatment Panel III (ATP-III) guidelines. Sensitivity analysis was performed by varying number of CHD events prevented and costs of treatment. Results: Using an inflation rate of medical costs of 3%, a single yearly consultation, a single total cholesterol measurement per year, and a generic statin, the overall 10-year costs of the ESC, IAS, and ATP-III strategies were 2.2, 3.4, and 4.1 billion Swiss francs (SwF [SwF1 = $US0.97]). In this scenario, the average cost for 1 year of life gained was SwF352, SwF421, and SwF485 thousand, respectively, and it was always higher in women than in men. In men, the average cost for 1 year of life without CHD was SwF30.7, SwF42.5, and SwF51.9 thousand for the ESC, IAS, and ATP-III strategies, respectively, and decreased with age. Statin drug costs represented between 45% and 68% of the overall preventive cost. Changing the cost of statins, inflation rates, or number of fatal and non-fatal cases of CHD averted showed ESC guidelines to be the most cost effective. Conclusion: The cost of CHD prevention using statins depends on the guidelines used. The ESC guidelines appear to yield the lowest costs per year of life gained free of CHD.

Highly parallel genetic approaches in Mendelian and complex diseases

The recent advance in high-throughput sequencing and genotyping protocols allows rapid investigation of Mendelian and complex diseases on a scale not previously been possible. In my thesis research I took advantage of these modern techniques to study retinitis pigmentosa (RP), a rare inherited disease characterized by progressive loss of photoreceptors and leading to blindness; and hypertension, a common condition affecting 30% of the adult population. Firstly, I compared the performance of different next generation sequencing (NGS) platforms in the sequencing of the RP-linked gene PRPF31. The gene contained a mutation in an intronic repetitive element, which presented difficulties for both classic sequencing methods and NGS. We showed that all NGS platforms are powerful tools to identify rare and common DNA variants, also in case of more complex sequences. Moreover, we evaluated the features of different NGS platforms that are important in re-sequencing projects. The main focus of my thesis was then to investigate the involvement of pre-mRNA splicing factors in autosomal dominant RP (adRP). I screened 5 candidate genes in a large cohort of patients by using long-range PCR as enrichment step, followed by NGS. We tested two different approaches: in one, all target PCRs from all patients were pooled and sequenced as a single DNA library; in the other, PCRs from each patient were separated within the pool by DNA barcodes. The first solution was more cost-effective, while the second one allowed obtaining faster and more accurate results, but overall they both proved to be effective strategies for gene screenings in many samples. We could in fact identify novel missense mutations in the SNRNP200 gene, encoding an essential RNA helicase for splicing catalysis. Interestingly, one of these mutations showed incomplete penetrance in one family with adRP. Thus, we started to study the possible molecular causes underlying phenotypic differences between asymptomatic and affected members of this family. For the study of hypertension, I joined a European consortium to perform genome-wide association studies (GWAS). Thanks to the use of very informative genotyping arrays and of phenotipically well-characterized cohorts, we could identify a novel susceptibility locus for hypertension in the promoter region of the endothelial nitric oxide synthase gene (NOS3). Moreover, we have proven the direct causality of the associated SNP using three different methods: 1) targeted resequencing, 2) luciferase assay, and 3) population study. - Le récent progrès dans le Séquençage à haut Débit et les protocoles de génotypage a permis une plus vaste et rapide étude des maladies mendéliennes et multifactorielles à une échelle encore jamais atteinte. Durant ma thèse de recherche, j'ai utilisé ces nouvelles techniques de séquençage afin d'étudier la retinite pigmentale (RP), une maladie héréditaire rare caractérisée par une perte progressive des photorécepteurs de l'oeil qui entraine la cécité; et l'hypertension, une maladie commune touchant 30% de la population adulte. Tout d'abord, j'ai effectué une comparaison des performances de différentes plateformes de séquençage NGS (Next Generation Sequencing) lors du séquençage de PRPF31, un gène lié à RP. Ce gène contenait une mutation dans un élément répétable intronique, qui présentait des difficultés de séquençage avec la méthode classique et les NGS. Nous avons montré que les plateformes de NGS analysées sont des outils très puissants pour identifier des variations de l'ADN rares ou communes et aussi dans le cas de séquences complexes. De plus, nous avons exploré les caractéristiques des différentes plateformes NGS qui sont importantes dans les projets de re-séquençage. L'objectif principal de ma thèse a été ensuite d'examiner l'effet des facteurs d'épissage de pre-ARNm dans une forme autosomale dominante de RP (adRP). Un screening de 5 gènes candidats issus d'une large cohorte de patients a été effectué en utilisant la long-range PCR comme étape d'enrichissement, suivie par séquençage avec NGS. Nous avons testé deux approches différentes : dans la première, toutes les cibles PCRs de tous les patients ont été regroupées et séquencées comme une bibliothèque d'ADN unique; dans la seconde, les PCRs de chaque patient ont été séparées par code barres d'ADN. La première solution a été la plus économique, tandis que la seconde a permis d'obtenir des résultats plus rapides et précis. Dans l'ensemble, ces deux stratégies se sont démontrées efficaces pour le screening de gènes issus de divers échantillons. Nous avons pu identifier des nouvelles mutations faux-sens dans le gène SNRNP200, une hélicase ayant une fonction essentielle dans l'épissage. Il est intéressant de noter qu'une des ces mutations montre une pénétrance incomplète dans une famille atteinte d'adRP. Ainsi, nous avons commencé une étude sur les causes moléculaires entrainant des différences phénotypiques entre membres affectés et asymptomatiques de cette famille. Lors de l'étude de l'hypertension, j'ai rejoint un consortium européen pour réaliser une étude d'association Pangénomique ou genome-wide association study Grâce à l'utilisation de tableaux de génotypage très informatifs et de cohortes extrêmement bien caractérisées au niveau phénotypique, un nouveau locus lié à l'hypertension a été identifié dans la région promotrice du gène endothélial nitric oxide sinthase (NOS3). Par ailleurs, nous avons prouvé la cause directe du SNP associé au moyen de trois méthodes différentes: i) en reséquençant la cible avec NGS, ii) avec des essais à la luciférase et iii) une étude de population.

Nouvelles stratégies thérapeutiques en oncologie ophtalmo-pédiatrique [New strategies in pediatric ophthalmic oncology]

Le rétinoblastome représente 11% de tous les cancers apparaissant pendant la première année de vie. Pour éviter les effets secondaires de la chimiothérapie systémique ou de la radiothérapie externe, de nouveaux médicaments et de nouvelles techniques de traitement focalisé ont été développés. Des voies d'administration telles la voie périoculaire (topotécan) ou la voie artérielle ophtalmique directe (carboplatine) sont utilisées aujourd'hui dans certains cas résistants. La radiothérapie actuelle, appliquée exclusivement en deuxième intention, fait appel également à des techniques ciblées, permettant d'éviter les tissus sains et de réduire le risque de cancers radio-induits non oculaires. La radiothérapie stéréotaxique conformationnelle ou conformale et la proton-thérapie font ainsi partie du nouvel arsenal thérapeutique du rétinoblastome. Retinoblastoma represents 11% of all cancers during the first year of life. New drugs and focal treatments have been developed in order to avoid the side effects of systemic chemotherapy and external radiotherapy. New targeted and local administration strategies such as periocular chemotherapy (topotecan) or direct ophthalmic artery delivery (carboplatin), are already used today in selected resistant cases. Radiotherapy, presently indicated only as a second-line treatment, is also subject to new techniques, targeting tumors more closely to avoid involving healthy tissue and reduce the risk of radio-induced nonocular tumors. Stereotactic conformal radiotherapy and proton therapy may thus be included in the new range of treatment methods in retinoblastoma

Anti-tumour effect of monoclonal antibodies against selected antigens expressed by B-cells in Chronic Lymphocytic Leukaemia : strategies to enhance the efficacy of immunotherapy

Résumé : Les anticorps monoclonaux ont une place de plus en plus prépondérante dans le traitement des lymphomes et leucémies. Dans cette étude, trois anticorps monoclonaux murins, dirigés contre les antigènes CDS, CD71 et HLA-DR exprimés à la surface des cellules de leucémies lymphoïdes chroniques (LLC), ont été évalués. In vitro, les anticorps radiomarqués ont montrés des bonnes liaisons spécifiques sur les différentes cellules cibles. L'anti-CD71 inhibait la prolifération de la plupart des lignées cellulaires testées avec une accumulation des cellules en phase S précoce du cycle cellulaire. L'anti-HLA-DR inhibait aussi la prolifération des lignées leucémique JOK1-5.3 et lymphoïde Daudi. Cette inhibition était associée à une agrégation des cellules. Aucune induction d'apoptose n'a pu être clairement observée avec ces anticorps. L'anti-CD5 n'a montré aucun effet d'inhibition de croissance in vitro. In vivo, l'injection des anticorps individuellement augmentait significativement la survie médiane de souris SCID greffées avec des cellules JOK1-5.3 en i.p. De plus, l'anticorps antiCD5 combiné à l'anti-HLA-DR ou l'anti-CD71, sous certaines conditions, inhibait complètement le développement tumoral dans la quasi totalité des souris traitées avec une augmentation significative de l'efficacité comparée aux anticorps seuls. L'augmentation de l'efficacité thérapeutique des anticorps monoclonaux par les cytokines, dont l'IL-2, a déjà été montrée dans la littérature. Au regard du meilleur comportement de l'IL-2 sous la forme complexée à un anticorps anti-IL-2, nous avons évalué l'efficacité de l'IL-2/anti-IL-2 seul ou combinés au rituximab chez différents modèles tumoraux s.c. (BL60.2, Daudi, Ramos) ou i.p. (JOK15.3) de souris SCID. Le complexe IL-2/anti-IL-2 a montré un effet anti-tumoral dans les souris greffées avec BL60.2 et Daudi. Le traitement IL-2/anti-IL-2 combiné au rituximab a montré une efficacité accrue chez des souris avec BL60.2 par rapport au rituximab seul. En revanche, nous n'avons pas observé de différence avec IL-2/anti-IL-2 seul.Aussi, nous avons évalué l'utilisation de l'agent couplant tri-fonctionnel TMEA pour produire des anticorps bispecifiques. Les expériences préliminaires avec les anticorps rituximab et herceptine, ont mis en évidence sur gel SDS-Page la formation de dimers (~100kDa) et de trimers (~150kDa). Les anticorps bispecifiques sont composés d'un fragment Fab' d'une spécificité et de un ou deux fragments Fab' de l'autre spécificité permettant de moduler la capacité de liaison. Nous avons enfin montré qu'une construction anti-CD5/anti-CD20 était capable de se lier indépendamment ou simultanément à ses antigènes cibles. En conclusion, ce travail a montré l'efficacité thérapeutique des trois anticorps monoclonaux étudiés dans un model de LLC in vivo, et plus particulièrement l'intérêt de certaines combinaisons. D'autre part, nous avons montré l'efficacité anti-tumorale du complexe IL-2/anti-IL-2 in vivo. Des études futures devront permettre de définir un régime favorable pour augmenter l'efficacité de la thérapie avec les anticorps monoclonaux. Enfin, nous avons montré la faisabilité d'utiliser l'agent couplant TMEA pour produire des anticorps bispécifiques fonctionnels.Abstract : Monoclonal antibody (mAb) therapy has become an integral part in different treatments of lymphomas and leukaemias. In this study, we describe three murine mAbs directed against the CD5, CD71 and HLA-DR antigens expressed on chronic lymphocytic leukaemia cells (CLL). In vitro, radiolabeled purified mAbs showed good specific binding on live target cells. Anti-CD71 mAb inhibited proliferation of most cell lines with an accumulation of responding cells in early S-phase of the cell cycle, but without induction of apoptosis. Anti-HLA-DR mAb showed proliferation inhibition of leukaemia JOK1-5.3 and lymphoid Daudi cells, associated with cell aggregation, but again no specific sign of apoptosis was observed. Anti-CD5 mAb did not show any growth inhibitory effect in vitro. In vivo, in a model of SCID mice grafted i.p. with JOK1-5.3 cells, injection of individual mAbs induced significant prolongation of median survival, up to complete inhibition of tumour growth in some mice. Antibody combination of anti-CD5 with anti-HLA-DR or anti-CD71, evaluated in an early treatment, completely inhibited tumour growth in most mice, with a significant efficacy enhancement as compared to mAb used as single agents. Previous reports described the improved efficacy of mAb therapy when combined with cytokines such as IL-2. Relying further on the improved efficacy of IL-2 when administered as an immune complex with anti-IL-2 mAb, we evaluated the anti-tumour effect of the IL-2/anti-IL-2 complex alone or combined with rituximab in subcutaneous (BL60.2, Daudi, Ramos) or i.p. (JOK1-5.3) tumour models in SCID mice. The IL-2/anti-IL-2 complex demonstrated an anti-tumour effect in BL60.2 and Daudi grafted SCID mice. Combination of IL-2/anti-IL-2 treatment with rituximab showed increased efficacy as compared to rituximab alone in BL60.2 grafted mice. However, no difference was observed with IL-2/anti-IL-2 complex alone in these experiments. Finally, we evaluated the feasibility of producing bispecific antibodies (bsAbs) using a trifunctional coupling agent, called TMEA. In preliminary experiments coupling rituximab with herceptine Fab' fragments we obtained the formation of dimers (~100kDa) and trimers (~150kDa) as observed on SDS-Page gel. This method allowed us to produce bsAb with one Fab' fragments of one specificity and one or two Fab' fragments of the second specificity. An anti-CD5/anti-CD20 bsAb was shown to bind targeted antigen either independently or simultaneously. In conclusion, these data show that the three mAbs were all able to induce significant growth inhibition of the JOK1-5.3 cell line in vivo, and efficacy was enhanced when used in combination. IL2/anti-IL-2 complex displayed anti-tumour efficacy in vivo. Further evaluation is necessary to define the most favourable combination to improve mAb therapy. BsAb were produced using the tri-functional agent allowing antibody fragments with relatively good binding. The poor yield obtained with such chemical couplings limited the use of these constructs in preclinical experiments.

PPARs Mediate Lipid Signaling in Inflammation and Cancer.

Lipid mediators can trigger physiological responses by activating nuclear hormone receptors, such as the peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs). PPARs, in turn, control the expression of networks of genes encoding proteins involved in all aspects of lipid metabolism. In addition, PPARs are tumor growth modifiers, via the regulation of cancer cell apoptosis, proliferation, and differentiation, and through their action on the tumor cell environment, namely, angiogenesis, inflammation, and immune cell functions. Epidemiological studies have established that tumor progression may be exacerbated by chronic inflammation. Here, we describe the production of the lipids that act as activators of PPARs, and we review the roles of these receptors in inflammation and cancer. Finally, we consider emerging strategies for therapeutic intervention.

Mutations in msrA and msrB, encoding epimer-specific methionine sulfoxide reductases, affect expression of glycerol-catabolic operons in Enterococcus faecalis differently.

This study aims to define the cellular roles of methionine sulfoxide reductases A and B, evolutionarily highly conserved enzymes able to repair oxidized methionines in proteins. msrA and msrB mutants were exposed to an internal oxidative stress by growing them under aerobic conditions on glycerol. Interestingly, the msr mutants behave completely differently under these conditions. The msrA mutant is inhibited, whereas the msrB mutant is stimulated in its growth in comparison with the parent strain. Glycerol can be catabolized by either the GlpK or DhaK pathways in Enterococcus faecalis. Our results strongly suggest that in the msrA mutant, glycerol is catabolized via the GlpK pathway leading to increased synthesis of H2O2, which accumulates to concentrations inhibitory to growth in comparison with the parent strain. In contrast in the msrB mutant, glycerol is metabolized via the DhaK pathway which is not accompanied by the synthesis of H2O2. The molecular basis for the differences in glycerol flux seems to be due to expression differences of the two glycerol-catabolic operons in the msr mutants.

Current drug discovery strategies against arenavirus infections.

Arenaviruses are a large group of emerging viruses including several causative agents of severe hemorrhagic fevers with high mortality in man. Considering the number of people affected and the currently limited therapeutic options, novel efficacious therapeutics against arenaviruses are urgently needed. Over the past decade, significant advances in knowledge about the basic virology of arenaviruses have been accompanied by the development of novel therapeutics targeting different steps of the arenaviral life cycle. High-throughput, small-molecule screens identified potent and broadly active inhibitors of arenavirus entry that were instrumental for the dissection of unique features of arenavirus fusion. Novel inhibitors of arenavirus replication have been successfully tested in animal models and hold promise for application in humans. Late in the arenavirus life cycle, the proteolytic processing of the arenavirus envelope glycoprotein precursor and cellular factors critically involved virion assembly and budding provide further promising 'druggable' targets for novel therapeutics to combat human arenavirus infection.