Organisation and role of actin microfilaments during cellular growth and morphogenesis in the moss Physcomitrella patens

ABSTRACT The network of actin cytoskeleton is composed of actin filaments (F-actin) that are made by polymerisation of actin monomers and actin binding proteins. It is required for growth and morphogenesis of eukaryotic cells. The labelling of F-actin with constitutively expressed GFP-Talin (Kost et al., 1998) reveals the organisation of cellular actin networks in plants. Due to the lack of information on actin cytoskeleton through gametophytic development of the model moss plant Physcornitrella patens, stable transgenic lines overexpressing GFP-Talin were generated to detect F-actin structures. It is shown that the 35S promoter driven expression is not suitable for F-actin labelling in all cells. When it is replaced by the inducible heat-shock promoter Gmhsp17.3 from soybean, one hour mild heat stress at 37°C followed by recovery at 25°C is enough to induce efficient and transient labelling in all tissues without altering cellular morphology. The optimal observations of F-actin structures at different stages of moss development can be done between 12-18 hours after the induction. By using confocal microscopy, we demonstrate that stellated actin arrays were densely accumulated at the growing tip in regenerating protoplasts, apical protonemal cells and rhizoids and connected with a fine dispersed F-actin mesh. Following three-dimensional growth, the cortical star-like structures are widespread in the meristematic cells of developing bud and young gametophores. On the contrary, undulating networks of actin cables are found at the final stage of cell differentiation. During redifferentiation of mature leaf cells into protonemal filaments the rather stagnant web of actin cables is replaced by diffuse actin meshwork. In eukaryotes, nucleation of the actin monomers prior to their polymerization is driven by the seven-subunit ARP2/3 complex and formins. We cloned the gene encoding the ARP3 subunit of P. patens and generated arp3 mutants of the moss through gene disruption. The knockout of ARP3 affects the elongation of chloronemal cells and blocks further differentiation of caulonemal cells and rhizoids, and the gametophores are slightly stunted compared to wild-type. The arp mutants were created in the heat-shock inducible GFP-Talin strains allowing us to visualise a disorganised actin network and a lack of star-like actin cytoskeleton arrays. We conclude that ARP2/3 dependent nucleation of actin filaments is critical for the growth of filamentous cells, which in turn influences moss colonization. In complementation assays, the overexpression of Physcomitrella and Arab idopsis ARP3 genes in the moss arp3 mutant results in full recovery of wild type phenotype. In contrast the ARP3 subunit of fission yeast is not able to complement the moss arp3 mutant of moss indicating that regulation of the ARP2/3 dependent actin nucleation diverged in different kingdoms. RESUME Le réseau d'actine est composé de filaments de F-actine et d'un ensemble de protéines s'y attachant (Actin binding proteins). Le réseau d'actine est nécessaire à la croissance et à la morphogenèse de toutes les cellules eucaryotes. Chez les plantes, le marquage ainsi que l'étude de l'organisation du réseau d'actine ont été réalisés en utilisant une fusion GFP-Talin (Kost et al., 1998) exprimée sous le control d'un promoteur constitutif. Afin d'étudier les structures F-actine dans les cellules de Physcomitrella Patens et pour combler le manque d'information sur le développement des gamétophores, des lignées transgéniques stables surexprimant GFP-Talin ont été crées. Nous avons démontré que l'utilisation du promoteur 35S est inadéquate pour le marquage complet et homogène des filaments d'actine dans toutes les cellules de P. patens. Par contre, l'utilisation du promoteur inductible Gmhsp17.3 nous a permis de réaliser un marquage transitoire et général dans tous les tissus de la mousse. Une heure de choc thermique à 37°C suivis d'un temps de récupération de 12-18h à 25°C sont les conditions optimales (sans dommages cellulaires) pour l'observation des structures F-actine à différentes étapes de développement de la mousse. En utilisant la microscopie confocale, nous avons observé l'existence de structures F-actine accumulées en forme d'étoiles. Ces structures, qui sont liées au réseau de microfilaments d'actine, ont été observées dans les protoplastes en régénération, les cellules des protonema apicales ainsi que dans les rhizoïdes. En suivant la croissance tridimensionnelle, ces structures en étoiles ont été observées dans les cellules meristématiques des bourgeons et des jeunes gamétophores. Par contre, dans les cellules différentiées ces structures laissent place à des réseaux de câbles épais. Nous avons également remarqué que durant la redifferentiation des cellules foliaires le réseau de câbles de F-actine est remplacé par un réseau de F-actine diffus. Dans les cellules eucaryotes, la nucléation des filaments d'actirie précédant leur polymérisation est contrôlé par sept sous unités du complexe ARP2/3 et par des formines. Nous avons isolé le gène codant pour la sous unité ARP3 de P. patens et nous avons crée des mutants arp3 par intégration ciblée (Knockout). L'élongation des cellules chloronema est clairement affectée dans les mutants arp3. La différentiation des caulonemata et des rhizoïdes est bloquée et les gametophores sont légèrement plus courts comparé au type sauvage. A fin d'étudier l'organisation des filaments d'actines dans les mutants arp3, nous avons aussi réalisé un arp3-knockout dans la lignée Hsp-GFP-Talin. La nouvelle lignée générée nous a permis de visualiser une désorganisation du réseau d'actine et une absence complète de structures de F-actine accumulée en forme d'étoiles. Les résultats obtenus nous amènent à conclure que la nucléation (ARP2/3 dépendante) des filaments d'actine est indispensable à la croissance des cellules filamenteuses. Par conséquent, les filaments d'actine semblent avoir un rôle dans la colonisation des milieux par les mousses. Nous avons également procédé à des essais de complémentation du mutant arp3. La surexpression des gènes ARP3 de Physcomitrella et d'Arabidopsis dans les cellules du mutant arp3 rétabli complètement le phénotype WT. Par contre, le gène ARP3 des levures n'est pas suffisant pour complémenter la même mutation dans les cellules de mousses. Ce résultat démontre que les mécanismes de régulation de la nucléation des filaments d'actine (ARP2/3 dépendante) sont différents entre les différents groupes d'eucaryotes.

Jagged1-dependent Notch signaling is dispensable for hematopoietic stem cell self-renewal and differentiation.

Jagged1-mediated Notch signaling has been suggested to be critically involved in hematopoietic stem cell (HSC) self-renewal. Unexpectedly, we report here that inducible Cre-loxP-mediated inactivation of the Jagged1 gene in bone marrow progenitors and/or bone marrow (BM) stromal cells does not impair HSC self-renewal or differentiation in all blood lineages. Mice with simultaneous inactivation of Jagged1 and Notch1 in the BM compartment survived normally following a 5FU-based in vivo challenge. In addition, Notch1-deficient HSCs were able to reconstitute mice with inactivated Jagged1 in the BM stroma even under competitive conditions. In contrast to earlier reports, these data exclude an essential role for Jagged1-mediated Notch signaling during hematopoiesis.

The inhibition of fat cell proliferation by n-3 fatty acids in dietary obese mice.

ABSTRACT: BACKGROUND: Long-chain n-3 polyunsaturated fatty acids (LC n-3 PUFA) of marine origin exert multiple beneficial effects on health. Our previous study in mice showed that reduction of adiposity by LC n-3 PUFA was associated with both, a shift in adipose tissue metabolism and a decrease in tissue cellularity. The aim of this study was to further characterize the effects of LC n-3 PUFA on fat cell proliferation and differentiation in obese mice. METHODS: A model of inducible and reversible lipoatrophy (aP2-Cre-ERT2 PPARgammaL2/L2 mice) was used, in which the death of mature adipocytes could be achieved by a selective ablation of peroxisome proliferator-activated receptor gamma in response to i.p. injection of tamoxifen. Before the injection, obesity was induced in male mice by 8-week-feeding a corn oil-based high-fat diet (cHF) and, subsequently, mice were randomly assigned (day 0) to one of the following groups: (i) mice injected by corn-oil-vehicle only, i.e."control" mice, and fed cHF; (ii) mice injected by tamoxifen in corn oil, i.e. "mutant" mice, fed cHF; (iii) control mice fed cHF diet with 15% of dietary lipids replaced by LC n-3 PUFA concentrate (cHF+F); and (iv) mutant mice fed cHF+F. Blood and tissue samples were collected at days 14 and 42. RESULTS: Mutant mice achieved a maximum weight loss within 10 days post-injection, followed by a compensatory body weight gain, which was significantly faster in the cHF as compared with the cHF+F mutant mice. Also in control mice, body weight gain was depressed in response to dietary LC n-3 PUFA. At day 42, body weights in all groups stabilized, with no significant differences in adipocyte size between the groups, although body weight and adiposity was lower in the cHF+F as compared with the cHF mice, with a stronger effect in the mutant than in control mice. Gene expression analysis documented depression of adipocyte maturation during the reconstitution of adipose tissue in the cHF+F mutant mice. CONCLUSION: Dietary LC n-3 PUFA could reduce both hypertrophy and hyperplasia of fat cells in vivo. Results are in agreement with the involvement of fat cell turnover in control of adiposity.

Equipes mobiles de psychiatrie de l'âge avancé : création de deux équipes mobiles dans les régions nord et ouest vaudoises

Le vieillissement de la population et ses conséquences psychologiques occupent une place grandissante dans les systèmes de santé. Les efforts de maintien à domicile des personnes âgées, même à des âges très avancés, s'accompagnent d'une présence plus importante des problèmes physiques et psychiatriques nécessitant des soins et un accompagnement continu par une pluralité de professionnels. A Lausanne, l'Equipe mobile (EM) de psychiatrie de l'âge avancé a été créée en 2004. Son maintien et son développement ont permis d'offrir un outil de prise en charge psychiatrique hautement spécialisé, avec une logique de proximité, à la communauté des personnes âgées et de ses soignants. L'extension du programme EM de psychiatrie de l'âge avancé dans les régions Nord et Ouest du canton de Vaud à Yverdon et Prangins respectivement, est née d'une volonté commune d'harmonisation au niveau cantonal des pratiques psychiatriques en psychiatrie de l'âge avancé. Cet article retrace la mise en place de ces deux équipes mobiles en psychiatrie de l'âge avancé, ses objectifs et sa spécificité conceptuelle. A l'aide d'un système de collecte des données, déjà utilisé par l'EM lausannoise, cet article donne les premiers résultats chiffrés en termes de problématiques rencontrées par les usagers, les types d'intervention, les diagnostics plus fréquemment relevés et les indices de satisfaction des partenaires. Cette expérience pionnière à Yverdon et Prangins pour le développement des soins psychiatriques de proximité aux personnes âgées se veut une première étape pratique dans le recensement des besoins des personnes âgées de ces régions. Elle veut aussi favoriser la mise en place d'autres projets comme les centres de la mémoire ou encore les programmes de soutien aux aidants naturels.

La pertinence en science forensique. Une (en)quête épistémologique et empirique

A criminal investigation requires to search and to interpret vestiges of a criminal act that happened in a past time. The forensic investigator arises in this context as a critical reader of the investigation scene, in search of physical traces that should enable her to tell a story of the offence/crime which allegedly occurred. The challenge of any investigator is to detect and recognise relevant physical traces in order to provide forensic clues for investigation and intelligence purposes. Inspired by this obser- vation, the current research focuses on the following questions : What is a relevant physical trace? And, how does the forensic investigator know she is facing one ? The interest of such questions is to provide a definition of a dimension often used in forensic science but never studied in its implications and operations. This doctoral research investigates scientific paths that are not often explored in forensic science, by using semiotic and sociological tools combined with statistical data analysis. The results are shown following a semiotic path, strongly influenced by Peir- ce's studies, and a second track, called empirical, where investigations data were analysed and forensic investigators interviewed about their work practices in the field. By the semiotic track, a macroscopic view is given of a signification process running from the discove- red physical trace at the scene to what is evaluated as being relevant for the investigator. The physical trace is perceived in the form of several signs, whose meaning is culturally codified. The reasoning should consist of three main steps : 1- What kind of source does the discovered physical trace refer to ? 2- What cause/activity is at the origin of this source in the specific context of the case ? 3- What story can be told from these observations ? The stage 3 requires to reason in creating hypotheses that should explain the presence of the discovered trace coming from an activity ; the specific activity that is related to the investigated case. To validate this assumption, it would depend on their ability to respond to a rule of relevancy. The last step is the symbolisation of the relevancy. The rule would consist of two points : the recognition of the factual/circumstantial relevancy (Is the link between the trace and the case recognised with the formulated hypothesis ? ) and appropriate relevancy (What investment is required to collect and analyse the discovered trace considering the expected outcome at the investigation/intelligence level?). This process of meaning is based on observations and a conjectural reasoning subject to many influences. In this study, relevancy in forensic science is presented as a conventional dimension that is symbolised and conditioned by the context, the forensic investigator's practice and her workplace environment (culture of the place). In short, the current research states relevancy results of the interactions between parameters from situational, structural (or organisational) and individual orders. The detection, collection and analysis of relevant physical traces at scenes depends on the knowledge and culture mastered by the forensic investigator. In the study of the relation relevant trace-forensic investigator, this research introduces the KEE model as a conceptual map that illustrates three major areas of forensic knowledge and culture acquisition, involved in the research and evaluation of the relevant physical trace. Through the analysis of the investigation data and interviews, the relationship between those three parameters and the relevancy was highlighted. K, for knowing, embodies a rela- tionship to the immediate knowledge allowing to give an overview of the reality at a specific moment ; an important point since relevancy is signified in a context. E, for education, is considered through its relationship with relevancy via a culture that tends to become institutionalised ; it represents the theoretical knowledge. As for the parameter E, for experience, it exists in its relation to relevancy in the adjustments of the strategies of intervention (i.e a practical knowledge) of each practitioner having modulated her work in the light of success and setbacks case after case. The two E parameters constitute the library resources for the semiotic recognition process and the K parameter ensures the contextualisation required to set up the reasoning and to formulate explanatory hypotheses for the discovered physical traces, questioned in their relevancy. This research demonstrates that the relevancy is not absolute. It is temporal and contextual; it is a conventional and relative dimension that must be discussed. This is where the whole issue of the meaning of what is relevant to each stakeholder of the investigation process rests. By proposing a step by step approach to the meaning process from the physical trace to the forensic clue, this study aims to provide a more advanced understanding of the reasoning and its operation, in order to streng- then forensic investigators' training. This doctoral research presents a set of tools critical to both pedagogical and practical aspects for crime scene management while identifying key-influences with individual, structural and situational dimensions. - Une enquête criminelle consiste à rechercher et à faire parler les vestiges d'un acte incriminé passé. L'investigateur forensique se pose dans ce cadre comme un lecteur critique des lieux à la recherche de traces devant lui permettre de former son récit, soit l'histoire du délit/crime censé s'être produit. Le challenge de tout investigateur est de pouvoir détecter et reconnaître les traces dites pertinentes pour fournir des indices forensiques à buts d'enquête et de renseignement. Inspirée par un tel constat, la présente recherche pose au coeur de ses réflexions les questions suivantes : Qu'est-ce qu'une trace pertinente ? Et, comment fait le forensicien pour déterminer qu'il y fait face ? L'intérêt de tels questionnements se comprend dans la volonté de définir une dimension souvent utili- sée en science forensique, mais encore jamais étudiée dans ses implications et fonctionnements. Cette recherche se lance dans des voies d'étude encore peu explorées en usant d'outils sémiotiques et des pratiques d'enquêtes sociologiques combinés à des traitements statistiques de données. Les résultats sont représentés en suivant une piste sémiotique fortement influencée par les écrits de Peirce et une seconde piste dite empirique où des données d'interventions ont été analysées et des investigateurs forensiques interviewés sur leurs pratiques de travail sur le terrain. Par la piste sémiotique, une vision macroscopique du processus de signification de la trace en élément pertinent est représentée. La trace est perçue sous la forme de plusieurs signes dont la signification est codifiée culturellement. Le raisonnement se formaliserait en trois principales étapes : 1- Quel type de source évoque la trace détectée? 2- Quelle cause/activité est à l'origine de cette source dans le contexte précis du cas ? 3- Quelle histoire peut être racontée à partir de ces observations ? Cette dernière étape consiste à raisonner en créant des hypothèses devant expliquer la présence de la trace détectée suite à une activité posée comme étant en lien avec le cas investigué. Pour valider ces hypothèses, cela dépendrait de leur capacité à répondre à une règle, celle de la pertinence. Cette dernière étape consiste en la symbolisation de la pertinence. La règle se composerait de deux points : la reconnaissance de la pertinence factuelle (le lien entre la trace et le cas est-il reconnu dans l'hypothèse fournie?) et la pertinence appropriée (quel est l'investissement à fournir dans la collecte et l'exploitation de la trace pour le bénéfice attendu au niveau de l'investigation/renseignement?). Tout ce processus de signification se base sur des observations et un raisonnement conjectural soumis à de nombreuses influences. Dans cette étude, la pertinence en science forensique se formalise sous les traits d'une dimension conventionnelle, symbolisée, conditionnée par le contexte, la pratique de l'investigateur forensique et la culture du milieu ; en somme cette recherche avance que la pertinence est le fruit d'une interaction entre des paramètres d'ordre situationnel, structurel (ou organisationnel) et individuel. Garantir la détection, la collecte et l'exploitation des traces pertinentes sur les lieux dépend de la connaissance et d'une culture maîtrisées par le forensicien. Dans l'étude du rapport trace pertinente-investigateur forensique, la présente recherche pose le modèle SFE comme une carte conceptuelle illustrant trois grands axes d'acquisition de la connaissance et de la culture forensiques intervenant dans la recherche et l'évaluation de la trace pertinente. Par l'analyse des données d'in- terventions et des entretiens, le rapport entre ces trois paramètres et la pertinence a été mis en évidence. S, pour savoir, incarne un rapport à la connaissance immédiate pour se faire une représentation d'une réalité à un instant donné, un point important pour une pertinence qui se comprend dans un contexte. F, pour formation, se conçoit dans son rapport à la pertinence via cette culture qui tend à s'institutionnaliser (soit une connaissance théorique). Quant au paramètre E, pour expérience, il se comprend dans son rapport à la pertinence dans cet ajustement des stratégies d'intervention (soit une connaissance pratique) de chaque praticien ayant modulé leur travail au regard des succès et échecs enregistrés cas après cas. F et E formeraient la bibliothèque de ressources permettant le processus de reconnaissance sémiotique et S assurerait la contextualisation nécessaire pour poser le raisonnement et formuler les hypothèses explicatives pour les traces détectées et questionnées dans leur pertinence. Ce travail démontre que la pertinence n'est pas absolue. Elle est temporelle et contextuelle, c'est une dimension conventionnelle relative et interprétée qui se doit d'être discutée. C'est là que repose toute la problématique de la signification de ce qui est pertinent pour chaque participant du processus d'investigation. En proposant une lecture par étapes du processus de signification depuis la trace à l'indice, l'étude vise à offrir une compréhension plus poussée du raisonnement et de son fonctionnement pour renforcer la formation des intervenants forensiques. Cette recherche présente ainsi un ensemble d'outils critiques à portée tant pédagogiques que pratiques pour la gestion des lieux tout en identifiant des influences-clé jouées par des dimensions individuelles, structurelles et situationnelles.

Role of FGF and Wnt pathways in endoderm patterning and pancreas organogenesis

Summary Between gastrulation and gut tube formation, the endoderm becomes regionally specified along the anterior-posterior axis. An early sign of patterning is the expression of organ-specific genes in restricted endoderm domains. We studied the role of the fibroblast growth factor (FGF) and Wnt pathways in the establishment of the antero-posterior (A-P) axis domains. Here we report the first evidence that graded FGF4-mediated signaling establishes gut tube domains along the A-P axis in vivo from gastrulation to somitogenesis. At gastrulation, FGF4 may act cooperatively with Wnts, since both of them affect the gut tube patterning by promoting posterior and inhibiting anterior endoderm cell fate. The activity of the Wnt pathway is however time restricted, since. it does not affect patterning at somitogenesis. Our experiments point to a global mechanism that coordinates the A-P patterning of all three primary germ layers. Soon after regionalization of the gut tube, morphogenetic evidences of organogenesis appear. We focused our attention on one of these organs, the pancreas. We report a comprehensive investigation of the activity and the role of the Wnt pathway in pancreas organogenesis. We have used two mouse reporter lines to monitor canonical Wnt-pathway activity during development and after birth and demonstrate activity in early pancreatic bud, endocrine cells and in the mesenchyme. We have specifically deleted the ß-catenin .gene, a key component of the Wnt pathway, in the epithelium of the pancreas and duodenum using Pdxl -Cre mice. In agreement with Wnt pathway activity in pancreatic endocrine cells, we find a reduction in endocrine islet numbers. Our study reveals that ß-catenin deletion also affects cells in which Wnt pathway activity is not detected. Indeed, ß-catenin mutant cells have a competitive disadvantage during development that also' affects the exocrine compartment. Moreover, the conditional KO mice develop acute edematous pancreatitis perinatally due to the disruption of the epithelial structure of acini. These effects are likely to be due to the function of ß-catenin at the membrane. Résumé Entre la gastrulation et la formation du tube digestif, l'endoderme est progressivement régionalisé le long de l'axe antéropostérieur (A-P). Un des premiers signes de cette régionalisation est l'expression de gènes spécifiques à certains organes dans une région restreinte. Nous avons étudié l'implication des voies de signalisation FGF et Wnt dans l'établissement de la régionalisation A-P. Nous rapportons les premières preuves que FGF4 établit la ségrégation des domaines de l'endoderme le long de l'axe A-P in vivo de la gastrulation à la somitogenèse. Cette activité peut être menée en collaboration avec les Wnts, puisque ceux-ci influencent aussi l'endoderme en inhibant le destin antérieur et en induisant le destin postérieur des cellules. Cette activité des Wnts est perdue à la somitogenèse. Nos expériences démontrent une régionalisation coordonnée des trois feuillets germinaux le long de l'axe A-P. Peu après la régionalisation, les premiers signes morphologiques de l'organogenèse apparaissent. Nous nous sommes intéressés au rôle des Wnts dans un des dérivés de l'endoderme : le pancréas. Nous avons utilisés deux lignés de souris rapportrices de l'activité de la voie canonique des Wnts, qui montrent une activité dans le bourgeon précoce du pancréas avant la différentiation, puis plus tard dans les cellules endocrines et le mésenchyme. Nous avons utilisé la souris transgénique Pdxl -Cre pour inactiver spécifiquement le gène de la ß-caténine, un intermédiaire de la voie des Wnts, dans la région pancréatique. En accord avec l'activité de la voie de signalisation Wnt, la perte de la ßcaténine conduit à une réduction du nombre de cellules endocrines. De plus certaines cellules qui ne montrent aucune activité de la voie Wnt sont aussi affectées. En effet, les cellules ayant perdu la ß-caténine ont un désavantage compétitif face aux cellules sauvages dans un environnement mosaïque. Cette compétition résulte en l'absence de cellules déplétées en ßcaténine chez l'adulte. De plus, vers la naissance, les animaux déficients pour la ß-caténine développent une pancréatite aiguë due à la destruction de l'architecture des acini. Ceci est probablement aux fonctions d'adhésion de la ß-caténine à la membrane.

c-Myc controls the development of CD8alphaalpha TCRalphabeta intestinal intraepithelial lymphocytes from thymic precursors by regulating IL-15-dependent survival.

The murine gut epithelium contains a large population of thymus-derived intraepithelial lymphocytes (IELs), including both conventional CD4(+) and CD8alphabeta(+) T cells (expressing T-cell receptor alphabeta [TCRalphabeta]) and unconventional CD8alphaalpha(+) T cells (expressing either TCRalphabeta or TCRgammadelta). Whereas conventional IELs are widely accepted to arise from recirculation of activated CD4(+) and CD8alphabeta(+) T cells from the secondary lymphoid organs to the gut, the origin and developmental pathway of unconventional CD8alphaalpha IELs remain controversial. We show here that CD4-Cre-mediated inactivation of c-Myc, a broadly expressed transcription factor with a wide range of biologic activities, selectively impairs the development of CD8alphaalpha TCRalphabeta IELs. In the absence of c-Myc, CD4(-) CD8(-) TCRalphabeta(+) thymic precursors of CD8alphaalpha TCRalphabeta IELs are present but fail to develop on adoptive transfer in immunoincompetent hosts. Residual c-Myc-deficient CD8alphaalpha TCRalphabeta IEL display reduced proliferation and increased apoptosis, which correlate with significantly decreased expression of interleukin-15 receptor subunits and lower levels of the antiapoptotic protein Bcl-2. Transgenic overexpression of human BCL-2 resulted in a pronounced rescue of CD8alphaalpha TCRalphabeta IEL in c-Myc-deficient mice. Taken together, our data support a model in which c-Myc controls the development of CD8alphaalpha TCRalphabeta IELs from thymic precursors by regulating interleukin-15 receptor expression and consequently Bcl-2-dependent survival.

Defining molecular components of symbiotic phosphate uptake in rice

Phosphate (Pi) acquisition of crops via arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis acquires increasing importance due to the limited rock Pi reserves and the demand for environmentally sustainable agriculture. However, the symbiotic Pi uptake machinery has not been characterized in any monocotyledonous plant species. Among these, rice is the primary staple food for more than half of the human population and thus central for future food security. However, the relevance of the AM symbiosis for rice Pi nutrition is presently unclear. Here, we show that 70% of the overall Pi acquired by rice is delivered via the symbiotic route. To better understand this pathway we combined genetic, molecular and physiological approaches to determine the specific functions of the two rice Pi transporters, PT11 and PT13, which are expressed only during AM symbiosis. The PT11 lineage of proteins is present in mono- and dicotyledons whereas PT13, while found across the Poaceae, is absent from dicotyledons. Surprisingly, mutations in either PT11 or PT13 affected fungal colonization and arbuscule formation demonstrating that both genes are essential for AM symbiosis between rice and Glomus intra.rad.ices. Importantly, for symbiotic Pi uptake, only PT11 is necessary and sufficient. We found that mycorrhizal rice, remarkably, received almost all Pi via the symbiotic route. Such dominating mycorrhizal Pi uptake was found in plants grown under controlled conditions as well as in field soils, suggesting that the AM symbiosis is relevant for the Pi nutrition of field grown rice. Development of smaller arbuscules in PT11 mutants suggested that symbiotic Pi signaling is required for fungal nourishment by the plant. However, co-culture of mutant with wild type nurse plants did not restore normal arbuscule size in mutant roots, indicating that other factors than malnutrition accounted for the altered arbuscule phenotype. Surprisingly, the loss of PT13 did not affect symbiotic Pi uptake although it impacted arbuscule morphology, suggesting that PT13 is involved in signaling during arbuscule development. However, induction of PT13 was not only monitored in arbusculated cells but also in inner cortex cells of non-inoculated roots of plants grown under high Pi fertilization conditions. According to preliminary observations, PT13 localized at the tonoplast in arbusculated and non-arbusculated cells, suggesting that it might be involved in transporting Pi into the vacuole, possibly for maintaining cellular Pi homeostasis. The further investigation showed that fungal colonization level was significantly affected in the crown roots of two ptlS mutant alleles, but not in large lateral roots, implying the possible role of PT13 for maintaining Pi homeostasis in the crown roots. - L'acquisition de phosphate (Pi) par les plantes cultivées s'effectue grâce à une symbiose mycorhizienne arbasculaire (AM). L'étude de cette symbiose devient fondamentale puisque d'une part, les réserves en phosphate minéral sont limitées, et, d'autre part, la demande pour une agriculture écologiquement soutenable se renforce. La machinerie d'absorption symbiotique du phosphate n'est cependant pas encore élucidée chez les plantes monocotylédones. Parmi celles-ci, le riz occupe une place primordiale. Aliment de base pour plus de la moitié de la population mondiale, il revêt de ce fait une dimension essentielle en termes de sécurité alimentaire. Pourtant, l'importance de la symbiose AM chez le riz dans le processus d'acquisition du phosphate n'est, encore de nos jours, que peu comprise. Dans cette étude, nous montrons que 70% du phosphate acquis par le riz est mis à disposition de la plante grâce à la symbiose AM. Afin de mieux comprendre ce mécanisme, nous avons employé des approches physiologiques et génétiques nous permettant de déterminer les fonctions spécifiques de deux transporteurs de Pi, PT11 et PT13, présents chez le riz et exprimés uniquement durant la symbiose AM. La famille de gènes à laquelle appartient PT11 est présente chez les monocotylédones ainsi que chez les dicotylédones tandis que PT13, bien que retrouvé au sein des Poaceae, est absent chez les dicotylédones. Etonnamment, des versions mutées de PT11 ou de PT13 affectent la colonisation par le champignon endo-mycorhizien ainsi que la formation d'arbuscules, démontrant l'importance de ces deux gènes dans la symbiose AM entre le riz et Glomus intraradices. Il est à noter que seul PT11 se révèle nécessaire et suffisant pour l'apport de Pi grâce à la symbiose. Nous avons observé que la presque totalité du phosphate dont dispose le riz lors d'une symbiose AM provient du champignon. De telles proportions ont été observées tant chez des plantes cultivées en conditions contrôlées que chez des plantes cultivées dans les champs. Cela suggère l'importance de la symbiose AM dans le processus d'acquisition du Pi chez le riz cultivé à l'extérieur. Le développement d'arbuscules plus petits chez le mutant PT11 tend à montrer qu'une voie signalétique impliquant le Pi symbiotique est nécessaire pour l'entretien du champignon par la plante. Toutefois, une co-culture du mutant avec des plantes sauvages ne permet pas de restaurer des arbuscules de taille normale dans les racines du mutant. Ce résultat indique le rôle de facteurs autres que la malnutrition aboutissant à la formation d'arbuscules altérés. Si la perte de PT13 n'affecte pas l'acquisition de phosphate symbiotique, la morphologie de l'arbuscule est, quant à elle, modifiée. Ceci suggère un rôle de PT13 durant le développement de l'arbuscule. Or, l'induction de PT13 est non seulement détectée dans des cellules contenant des arbuscules mais également dans des cellules du cortex, ceci chez des plantes cultivées sans champignon mais dans des conditions de fortes concentrations en engrais phosphaté. En accord avec des observations précédentes, PT13 est localisé au niveau du tonoplaste des cellules contenant ou non des arbuscules. Ceci suggère que PT13 pourrait être impliqué dans le transport du Pi vers la vacuole, éventuellement pour maintenir une certaine homéostasie du phosphate. Dans cette étude, nous démontrons également que le niveau de colonisation par le champignon est affecté de manière significative dans les racines principales des deux allèles du mutants ptl3, mais pas dans les grosses racines latérales. Cela impliquerait un rôle possible de PT13 dans le maintien de l'homéostasie du phosphate dans les racines principales. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC Le phosphate (Pi), l'un des éléments minéraux essentiel au développement des plantes, se trouve généralement en faible quantité dans le sol, limitant ainsi la croissance des plantes. Le rendement de la production agricole dépend dès lors de l'addition d'engrais contenant du phosphate inorganique (Pi), obtenu à partir de ressources minières riches en phosphate. Or, ces ressources devraient être épuisées d'ici la fin du siècle. Les racines des plantes possèdent des transporteurs de phosphate efficaces leur permettant d'acquérir rapidement le Pi présent dans le sol. Comme le Pi s'avère immobile dans le sol, l'absorption rapide par les racines crée des zones pauvres en Pi autour des systèmes racinaires. Pour surmonter cet obstacle, les plantes ont développé une symbiose avec des champignons endomycorhiziens, la symbiose mycorhizienne arbusculaire (AM). Cette association leur donne accès à d'autres ressources en phosphate puisque le mycélium de ces champignons se développe sur une surface 100 fois supérieure à celle des racines. Cela augmente considérablement la surface de nutrition, dépassant ainsi la zone appauvrie en Pi. Le phosphate, transporté grâce au champignon jusqu'à l'intérieur des racines, est fourni à la plante par le biais de structures établies à l'intérieur des cellules végétales, appelées arbuscules. De leur côté, les plantes possèdent des transporteurs spécifiques afin de recevoir le Pi fourni par les champignons. A l'heure actuelle, la machinerie nécessaire à cette absorption a été uniquement décrite chez des plantes dicotylédones. Or, comprendre l'apport de phosphate par les champignons mycorhiziens s'avère particulièrement pertinent dans le cas des espèces monocotylédones cultivées telles que les céréales. Ces dernières constituent en effet la majeure partie de l'alimentation humaine. Parmi les céréales, le riz demeure l'aliment de base de la population mondiale, d'où son importance en terme de sécurité alimentaire. Durant mon travail de thèse, j'ai identifié et caractérisé le transporteur du riz impliqué dans l'apport de phosphate par ce type de symbiose AM. J'ai également démontré que le riz, lorsqu'il vit en symbiose, bénéficie de la presque totalité du Pi transporté par le champignon. Environ 40% de la production globale de riz est cultivée dans des conditions permettant la symbiose avec des mycorhizes arbusculaires. Les variétés de riz adaptées à ces conditions aérobiques deviennent des alternatives favorables aux cultivars actuels nécessitant une forte irrigation. Elles se révèlent en effet plus tolérantes aux pénuries d'eau et permettent l'utilisation de pratiques agricoles moins intensives. Les données présentées dans cette étude enrichissent nos connaissances concernant l'absorption du phosphate chez le riz grâce à la symbiose AM. Ces connaissances peuvent s'avérer décisives pour le développement de cultivars du riz plus adaptés à une agriculture écologiquement soutenable.

BCL9 is an essential component of canonical Wnt signaling that mediates the differentiation of myogenic progenitors during muscle regeneration.

Muscle stem cells and their progeny play a fundamental role in the regeneration of adult skeletal muscle. We have previously shown that activation of the canonical Wnt/beta-catenin signaling pathway in adult myogenic progenitors is required for their transition from rapidly dividing transient amplifying cells to more differentiated progenitors. Whereas Wnt signaling in Drosophila is dependent on the presence of the co-regulator Legless, previous studies of the mammalian ortholog of Legless, BCL9 (and its homolog, BCL9-2), have not revealed an essential role of these proteins in Wnt signaling in specific tissues during development. Using Cre-lox technology to delete BCL9 and BCL9-2 in the myogenic lineage in vivo and RNAi technology to knockdown the protein levels in vitro, we show that BCL9 is required for activation of the Wnt/beta-catenin cascade in adult mammalian myogenic progenitors. We observed that the nuclear localization of beta-catenin and downstream TCF/LEF-mediated transcription, which are normally observed in myogenic progenitors upon addition of exogenous Wnt and during muscle regeneration, were abrogated when BCL9/9-2 levels were reduced. Furthermore, reductions of BCL9/9-2 inhibited the promotion of myogenic differentiation by Wnt and the normal regenerative response of skeletal muscle. These results suggest a critical role of BCL9/9-2 in the Wnt-mediated regulation of adult, as opposed to embryonic, myogenic progenitors.

Complete nucleotide sequence of Birmingham IncP alpha plasmids. Compilation and comparative analysis.

The IncP alpha promiscuous plasmid (R18, R68, RK2, RP1 and RP4) comprises 60,099 bp of nucleotide sequence, encoding at least 74 genes. About 40 kb of the genome, designated the IncP core and including all essential replication and transfer functions, can be aligned with equivalent sequences in the IncP beta plasmid R751. The compiled IncP alpha sequence revealed several previously unidentified reading frames that are potential genes. IncP alpha plasmids carry genetic information very efficiently: the coding sequences of the genes are closely packed but rarely overlap, and occupy almost 86% of the genome's nucleotide sequence. All of the 74 genes should be expressed, although there is as yet experimental evidence for expression of only 60 of them. Six examples of tandem-in-frame initiation sites specifying two gene products each are known. Two overlapping gene arrangements occupy different reading frames of the same region. Intergenic regions include most of the 25 promoters; transcripts are usually polycistronic. Translation of most of the open reading frames seems to be initiated independently, each from its own ribosomal binding and initiation site, although, a few cases of coupled translation have been reported. The most frequently used initiation codon is AUG but translation for a few open reading frames begins at GUG or UUG. The most common stop-codon is UGA followed by UAA and then UAG. Regulatory circuits are complex and largely dependent on two components of the central control operon. KorA and KorB are transcriptional repressors controlling at least seven operons. KorA and KorB act synergistically in several cases by recognizing and binding to conserved nucleotide sequences. Twelve KorB binding sites were found around the IncP alpha sequence and these are conserved in R751 (IncP beta) with respect to both sequence and location. Replication of IncP alpha plasmids requires oriV and the plasmid-encoded initiator protein TrfA in combination with the host-encoded replication machinery. Conjugative plasmid transfer depends on two separate regions occupying about half of the genome. The primary segregational stability system designated Par/Mrs consists of a putative site-specific recombinase, a possible partitioning apparatus and a post-segregational lethality mechanism, all encoded in two divergent operons. Proteins related to the products of F sop and P1 par partitioning genes are separately encoded in the central control operon.

Conformational changes modulate the activity of human RAD51 protein.

Homologous recombination provides a major pathway for the repair of DNA double-strand breaks in mammalian cells. Defects in homologous recombination can lead to high levels of chromosomal translocations or deletions, which may promote cell transformation and cancer development. A key component of this process is RAD51. In comparison to RecA, the bacterial homologue, human RAD51 protein exhibits low-level strand-exchange activity in vitro. This activity can, however, be stimulated by the presence of high salt. Here, we have investigated the mechanistic basis for this stimulation. We show that high ionic strength favours the co-aggregation of RAD51-single-stranded DNA (ssDNA) nucleoprotein filaments with naked duplex DNA, to form a complex in which the search for homologous sequences takes place. High ionic strength allows differential binding of RAD51 to ssDNA and double-stranded DNA (dsDNA), such that ssDNA-RAD51 interactions are unaffected, whereas those between RAD51 and dsDNA are destabilized. Most importantly, high salt induces a conformational change in RAD51, leading to the formation of extended nucleoprotein filaments on ssDNA. These extended filaments mimic the active form of the Escherichia coli RecA-ssDNA filament that exhibits efficient strand-exchange activity.

Complex formation by the human RAD51C and XRCC3 recombination repair proteins.

In vertebrates, the RAD51 protein is required for genetic recombination, DNA repair, and cellular proliferation. Five paralogs of RAD51, known as RAD51B, RAD51C, RAD51D, XRCC2, and XRCC3, have been identified and also shown to be required for recombination and genome stability. At the present time, however, very little is known about their biochemical properties or precise biological functions. As a first step toward understanding the roles of the RAD51 paralogs in recombination, the human RAD51C and XRCC3 proteins were overexpressed and purified from baculovirus-infected insect cells. The two proteins copurify as a complex, a property that reflects their endogenous association observed in HeLa cells. Purified RAD51C--XRCC3 complex binds single-stranded, but not duplex DNA, to form protein--DNA networks that have been visualized by electron microscopy.

La pertinence de la Global Health pour la Suisse

L'une des premières activités du groupe spécialisé "Global Health", créé au sein de la société de discipline médicale Santé Publique Suisse, a été de formuler une définition appropriée au contexte helvétique du terme de "Global Health" (santé globale). La "Global Health est un espace destiné à la recherche, à la pratique et aux règles y afférents, qui met la priorité sur l'amélioration de la santé, en général, et sur un accès équitable à la santé pour tous, en particulier. La Global Health répond aux questions de santé transnationales et s'intéresse aux déterminants et aux possibilités de solution. Elle implique beaucoup de disciplines, tant du secteur médical que d'autres domaines, promouvant ainsi la collaboration interdisciplinaire; elle encourage la bonne gouvernance pour anticiper et s'adapter à un environnement qui change rapidement ". A l'avenir, une plateforme sera créée dans le but d'offrir un accès aux expériences internationales et de les fructifier en Suisse mais aussi de partager les expériences acquises ici localement, avec des partenaires internationaux tels que les associations européenne et mondiale de santé publique. Last but not least, le groupe spécialisé susmentionné va plaider pour une compréhension large et commune de la Global Health.

Peroxisome proliferator-activated receptor gamma is required in mature white and brown adipocytes for their survival in the mouse.

The peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARgamma) mediates the activity of the insulin-sensitizing thiazolidinediones and plays an important role in adipocyte differentiation and fat accretion. The analysis of PPARgamma functions in mature adipocytes is precluded by lethality of PPARgamma(-/-) fetuses and tetraploid-rescued pups. Therefore we have selectively ablated PPARgamma in adipocytes of adult mice by using the tamoxifen-dependent Cre-ER(T2) recombination system. We show that mature PPARgamma-null white and brown adipocytes die within a few days and are replaced by newly formed PPARgamma-positive adipocytes, demonstrating that PPARgamma is essential for the in vivo survival of mature adipocytes, in addition to its well established requirement for their differentiation. Our data suggest that potent PPARgamma antagonists could be used to acutely reduce obesity.

Glucocorticoid-induced MIF expression by human CEM T cells.

Macrophage migration inhibitory factor (MIF) is an upstream activator of the immune response that counter-regulates the immunosuppressive effects of glucocorticoids. While MIF is released by cells in response to diverse microbial and invasive stimuli, evidence that glucocorticoids in low concentrations also induce MIF secretion suggests an additional regulatory relationship between these mediators. We investigated the expression of MIF from the human CEM T cell line, which exists in two well-characterized, glucocorticoid-sensitive (CEM-C7) and glucocorticoid-resistant (CEM-C1) variant clones. Dexamethasone in low concentrations induced MIF secretion from CEM-C7 but not CEM-C1 T cells by a bell-shaped dose response that was similar to that reported previously for the release of MIF by monocytes/macrophages. Glucocorticoid stimulation of CEM-C7 T cells was accompanied by an MIF transcriptional response, which by promoter analysis was found to involve the GRE and ATF/CRE transcription factor binding sites. These data support a glucocorticoid-mediated MIF secretion response by T cells that may contribute to the regulation of the adaptive immune response.