The role of the vacuolar H+ - ATPase in membrane fusion

RésuméLa H+-ATPase vacuolaire (V-ATPase) est un complexe enzymatique composé de deux secteurs multimériques (VQ et Vi) dont l'association dans la cellule est réversible. Le secteur intramembranaire de la V-ATPase (V0) interagit physiquement avec des protéines SNARE et stimule la fusion homotypique des vacuoles de la levure (lysosomes), la sécrétion de neurotransmetteurs et d'insuline, la fusion entre phagosome et lysosome ainsi que la sécrétion des corps multivésiculaires par un mécanisme inconnu. Dans cette étude j'ai identifié des résidues d'acides amines situés dans des sous-unités de V0 impliqués dans le mécanisme de fusion des vacuoles mais non essentiels pour l'acidification vacuolaire par la V-ATPase. j'ai utilisé un protocole de mutagenèse aléatoire pour produire des libraries de mutants des sous unités de V0. Ces libraries ont été analysées in vivo afin d'identifier des alleles qui permettent la translocation des protons mais produisent une vacuole fragmentée, phénotype indiquant un défaut dans la fusion membranaire. Les vacuoles des mutants ont été isolées et caractéisées en utilisant une grande variété d'outils biochimiques pour déterminer précisément l'impact des différentes mutations sur l'accomplissement d'événements clés du processus de fusion.J'ai identifié des mutations associées à des défauts spécifiques de la fusion dans plusieurs sous-unités de V0. Dans les protéolipides c, c' et c" ces mutations se concentrent dans la partie cytosolique des domaines transmembranaires. Elles renforcent les associations entre les secteurs de la V-ATPase et entre V0 et les SNAREs. Dans la fusion vacuolaire ces mutations permettent la formation de complexes SNAREs en trans mais inhibent l'induction de la fusion. Par contre, la deletion de la sous- unité d influence les étapes de la fusion qui précèdent la formation des complexes trans-SNAREs. Mes résultats démontrent que V0 joue des rôles différents dans plusieurs étapes de la fusion et que ces fonctions sont liées au système des SNAREs. Ils différencient génétiquement les activités de V0 dans la translocation des protons et dans la fusion et identifient de nombreux résidus importants pour la fusion vacuolaire. De plus, compte tenu de la grande conservation de sequence des protéolipides chez les eukaryotes les mutations identifiées dans cette l'étude apportent de nouvelles informations pour analyser la fonction de V0 dans des organismes multicellulaires pour lesquels la function catalytique de la V-ATPase est essentielle à la survie.Résumé pour le large publicLe transport de protéines et de membranes est important pour maintenir la fonction des organelles dans la cellule. Il s'excerce au niveau des vesicules. La fusion membranaire est un processus élémentaire de ce transport. Pour fusionner deux membranes, il faut la coordination de deux activités: le rapprochement et la déstabiiization des deux membranes. La collaboration d'un ensemble de proteins conservés chez les eukaryotes, est nécessaire pour catalyser ces activités. Les proteins SNAREs sont les protagonistes principaux dans la fusion membranaire. Néanmoins, d'autres protéines, comme des Rab-GTPases et des chaperonnes, sont nécessaires pour permettre ce phénomène de fusion. Toutes ces protéines sont temporairement associées avec les SNAREs et leur fonction dans la fusion membranaire est souvent directement liée à leur activité dans cette association. Le secteur transmembranaire V0 de la V-ATPase rnteragit avec des SNAREs et est essentiel pour la fusion dans une variété de systèmes modèles comme la mouche, la souris et la levure. Le secteur V0 est composé de six protéines différentes. Avec te secteur Va, qui réside dans le cytosol, il forme la V-ATPase dont la fonction principale est l'acidification des organelles par translocation des protons à travers la membrane par un mécanisme ressemblant à celui d'une pompe. V0joue un role dans la fusion membranaire, indépendamment de son activité catalytique liée au pompage des protons, et ce rôle est encore largement méconnu à ce jour. Le but de ma thèse était de mieux comprendre l'implication de V0 dans ce contexte.Pour étudier des activités liées à la V-ATPase, la levure est un excellent modèle d'étude car elle survie à une inactivation de l'enzyme alors que le meme traitement serait léthal pour des organismes multicellulaires. Dans ma thèse j'ai utilisé la fusion homotypique de la vacuole de levure comme système modèle pour étudier le rôle de V0 dans la fusion. J'ai muté des gènes qui encodent des sous- unités de V0 et les ai introduit dans des souches privées des gènes respectifs. Dans les librairies de souches portant différentes versions de ces gènes j'ai cherché des clones exprimant une V-ATPase intacte et fonctionnelle mais qui possèdent une vacuole fragmentée. Le plus souvent, une vacuole fragmentée indique un défaut dans la fusion vacuolaire. Dans les trois types de protéolipides qui composent un cylindre dans le secteur V0, j'ai trouvé des clones avec une vacuole fragmentée. Après avoir isolé les mutations responsable de ce type de morphologie vacuolaire, j'ai isolé les vacuoles de ces clones pour étudier leur activités dans différentes étapes de la fusion vacuolaire. Les résultats de ces analyses mettent en évidence une implication de V0 dans plusieurs étapes de la fusion vacuolaire. Certaines mutations sélectionnées dans mon étude inhibent une étape précoce de la fusion qui inclue la dissociation des complexes SNARE, tandis que d'autres mutations inhibent une étape tardive du processus de fusion qui inclue la transmission d'une force disruptive dans la membrane.AbstractThe membrane-integral V0 sector of the vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) interacts with SNARE proteins. V0 stimulates fusion between yeast vacuoles (lysosomes) (Peters et al., 2001b), secretion of neurotransmitters and insulin (Hiesinger et al., 2005a, Sun-Wada et al., 2006a), phagosome-lysosome fusion (Peri and Nusslein-Volhard, 2008) and secretion of multivesicular bodies (Liegeois et al., 2006b) by a yet unknown mechanism. In my thesis, I identified sites in V0 subunits that are involved in yeast vacuole fusion but dispensable for the proton pumping by the V-ATPase. I randomly mutagenized V0 subunits and screened in vivo for mutant alleles that support proton pumping but cause fragmented vacuoles, a phenotype indicative of a fusion defect. Mutant vacuoles were isolated and analyzed in a cell-free system, allowing assay of key events in fusion, such as trans-SNARE pairing, lipid transition and fusion pore opening (Reese et al., 2005b).Mutants with selective fusion defects were found in several V0 subunits. In the proteolipids c, c' and c", critical mutations are concentated in the cytosolic half of the transmembrane domains. These mutations rendered the V-ATPase holoenzyme more stable and modulated V0-SNARE associations. In vacuole fusion critical proteolipid mutations permitted trans-SNARE pairing but impeded the induction of lipid flow between the membranes. Deletion of subunit d, by contrast, influenced early stages of fusion that precede trans-SNARE pairing. My results show that V0 acts in several steps of the fusion process and that its function is intimately connected to the SNARE system. They genetically separate the proton pump and fusion activities of V0 and identify numerous critical residues. Given the high sequence conservation of proteolipids in eukaryotic life, the identified mutations may be helpful in analyzing the fusion function of V0 also in mammalian cells, where V- ATPase pump function is essential for survival.

A cryptic heterogametic transition revealed by sex-linked DNA markers in Palearctic green toads.

In sharp contrast to birds and mammals, most cold-blooded vertebrates have homomorphic (morphologically undifferentiated) sex chromosomes. This might result either from recurrent X-Y recombination (occurring e.g. during occasional events of sex reversal) or from frequent turnovers (during which sex-determining genes are overthrown by new autosomal mutations). Evidence for turnovers is indeed mounting in fish, but very few have so far been documented in amphibians, possibly because of practical difficulties in identifying sex chromosomes. Female heterogamety (ZW) has long been established in Bufo bufo, based on sex reversal and crossing experiments. Here, we investigate a sex-linked marker identified from a laboratory cross between Palearctic green toads (Bufo viridis subgroup). The F(1) offspring produced by a female Bufo balearicus and a male Bufo siculus were phenotypically sexed, displaying an even sex ratio. A sex-specific marker detected in highly reproducible AFLP genotypes was cloned. Sequencing revealed a noncoding, microsatellite-containing fragment. Reamplification and genotyping of families of this and a reciprocal cross showed B. siculus to be male heterogametic (XY) and suggested the same system for B. balearicus. Our results thus reveal a cryptic heterogametic transition within bufonid frogs and help explain patterns of hybrid fitness within the B. viridis subgroup. Turnovers of genetic sex-determination systems may be more frequent in amphibians than previously thought and thus contribute to the prevalence of homomorphic sex chromosomes in this group.

Différenciation des trajectoires professionnelles liée à la transition à la parentalité en Suisse

Les travaux qui se sont intéressés à l'hypothèse des avantages et désavantages cumulatifs (ADC) dans la perspective du parcours de vie montrent comment, au sein d'une même cohorte, des différences initiales pour une caractéristique déterminée (sexe, statut social, santé) contribuent à structurer des trajectoires de vie différenciées. La plupart de ces études se concentrent sur l'empan de vie sans mesurer l'effet que des transitions particulières jouent dans ce processus. Dans cet article nous nous centrons sur la transition à la parentalité pour montrer que le type d'insertion professionnelle des partenaires avant cette transition explique la différenciation subséquente de leurs trajectoires professionnelles. Abstract Life course studies focusing on the cumulated advantages and disadvantages (CAD) hypothesis indicate that initial differences in a specific characteristic (sex, social status, or health) have an impact on intracohort differentiation. Most of these studies consider an entire life course and do not focus on specific transitions as a key moment for differentiation. In this article, the researchers focus on the transition to parenthood, showing that variations in occupational participation of both partners before the birth of a first child explain how professional trajectories differentiate after the birth of the child. Zusammenfassung Die Arbeiten, die sich für die Hypothese der kumulierten Vor- und Nachteile in einer Lebenslaufperspektive interessiert haben, zeigen, wie anfängliche Unterschiede bezüglich bestimmter Charakteristiken (Geschlecht, sozialer Status, Gesundheit) innerhalb einer Kohorte zur Strukturierung unterschiedlicher Lebensläufe beitragen. Die meisten dieser Studien konzentrieren sich auf den Gesamtlebenslauf, ohne die Effekte spezifischer biographischer Übergänge zu messen. In diesem Artikel beschränken wir uns auf den biographischen Übergang zur Elternschaft. Wir zeigen auf, wie die Erwerbssituation der Partner vor diesem Übergang die nachfolgende Differenzierung ihrer Berufsverläufe beeinflusst.

7Ni-O chemical interaction and the transition temperature of Ni-doped Bi2Sr2Ca1Cu2O8

We find that even very low Ni doping levels of high-quality Bi2Sr2Ca1Cu2O8 single crystals strongly affect the transition temperature T(c). We also observed that T(c) is not related to the total Ni concentration, but only to that of Ni engaged in NiO-type bonds. By controlling the temperature during crystal growth, one can modify the relative weight of Ni in NiO-type bonds with respect to other configurations-and therefore T(c).

The meaning of marriage for men during the transition to fatherhood : the Swiss context

In Europe, Switzerland presents an unusual pattern of marriage with a very high proportion of couples who begin to cohabit without being married, but with a very low proportion of nonmarital births. A lot of couples marry before the conception of the child or during the pregnancy. In this article we focus on the point of view of men vis-agrave-vis the marriage and its meanings. Qualitative investigations show that men strongly desire marriage for several reasons, from their desire to participate in child rearing to the fear of having their paternity denied by Swiss institutions

Transition from hemifusion to pore opening is rate limiting for vacuole membrane fusion.

Fusion pore opening and expansion are considered the most energy-demanding steps in viral fusion. Whether this also applies to soluble N-ethyl-maleimide sensitive fusion protein attachment protein receptor (SNARE)- and Rab-dependent fusion events has been unknown. We have addressed the problem by characterizing the effects of lysophosphatidylcholine (LPC) and other late-stage inhibitors on lipid mixing and pore opening during vacuole fusion. LPC inhibits fusion by inducing positive curvature in the bilayer and changing its biophysical properties. The LPC block reversibly prevented formation of the hemifusion intermediate that allows lipid, but not content, mixing. Transition from hemifusion to pore opening was sensitive to guanosine-5'-(gamma-thio)triphosphate. It required the vacuolar adenosine triphosphatase V0 sector and coincided with its transformation. Pore opening was rate limiting for the reaction. As with viral fusion, opening the fusion pore may be the most energy-demanding step for intracellular, SNARE-dependent fusion reactions, suggesting that fundamental aspects of lipid mixing and pore opening are related for both systems.

Distribution of metals exposure and associations with cardiometabolic risk factors in the "Modeling the Epidemiologic Transition Study".

BACKGROUND: Metals are known endocrine disruptors and have been linked to cardiometabolic diseases via multiple potential mechanisms, yet few human studies have both the exposure variability and biologically-relevant phenotype data available. We sought to examine the distribution of metals exposure and potential associations with cardiometabolic risk factors in the "Modeling the Epidemiologic Transition Study" (METS), a prospective cohort study designed to assess energy balance and change in body weight, diabetes and cardiovascular disease risk in five countries at different stages of social and economic development. METHODS: Young adults (25-45 years) of African descent were enrolled (N = 500 from each site) in: Ghana, South Africa, Seychelles, Jamaica and the U.S.A. We randomly selected 150 blood samples (N = 30 from each site) to determine concentrations of selected metals (arsenic, cadmium, lead, mercury) in a subset of participants at baseline and to examine associations with cardiometabolic risk factors. RESULTS: Median (interquartile range) metal concentrations (μg/L) were: arsenic 8.5 (7.7); cadmium 0.01 (0.8); lead 16.6 (16.1); and mercury 1.5 (5.0). There were significant differences in metals concentrations by: site location, paid employment status, education, marital status, smoking, alcohol use, and fish intake. After adjusting for these covariates plus age and sex, arsenic (OR 4.1, 95% C.I. 1.2, 14.6) and lead (OR 4.0, 95% C.I. 1.6, 9.6) above the median values were significantly associated with elevated fasting glucose. These associations increased when models were further adjusted for percent body fat: arsenic (OR 5.6, 95% C.I. 1.5, 21.2) and lead (OR 5.0, 95% C.I. 2.0, 12.7). Cadmium and mercury were also related with increased odds of elevated fasting glucose, but the associations were not statistically significant. Arsenic was significantly associated with increased odds of low HDL cholesterol both with (OR 8.0, 95% C.I. 1.8, 35.0) and without (OR 5.9, 95% C.I. 1.5, 23.1) adjustment for percent body fat. CONCLUSIONS: While not consistent for all cardiometabolic disease markers, these results are suggestive of potentially important associations between metals exposure and cardiometabolic risk. Future studies will examine these associations in the larger cohort over time.