Mechanistic insights into cytosolic molecular chaperones in protein unfolding and disaggregation

Under optimal non-physiological conditions of low concentrations and low temperatures, proteins may spontaneously fold to the native state, as all the information for folding lies in the amino acid sequence of the polypeptide. However, under conditions of stress or high protein crowding as inside cells, a polypeptide may misfold and enter an aggregation pathway resulting in the formation of misfolded conformers and fibrils, which can be toxic and lead to neurodegenerative illnesses, such as Alzheimer's, Parkinson's or Huntington's diseases and aging in general. To avert and revert protein misfolding and aggregation, cells have evolved a set of proteins called molecular chaperones. Here, I focussed on the human cytosolic chaperones Hsp70 (DnaK) and HspllO, and co-chaperone Hsp40 (DnaJ), and the chaperonin CCT (GroEL). The cytosolic molecular chaperones Hsp70s/Hspll0s and the chaperonins are highly upregulated in bacterial and human cells under different stresses and are involved both in the prevention and the reversion of protein misfolding and aggregation. Hsp70 works in collaboration with Hsp40 to reactivate misfolded or aggregated proteins in a strict ATP dependent manner. Chaperonins (CCT and GroEL) also unfold and reactivate stably misfolded proteins but we found that it needed to use the energy of ATP hydrolysis in order to evict over- sticky misfolded intermediates that inhibited the unfoldase catalytic sites. Ill In this study, we initially characterized a particular type of inactive misfolded monomeric luciferase and rhodanese species that were obtained by repeated cycles of freeze-thawing (FT). These stable misfolded monomeric conformers (FT-luciferase and FT-rhodanese) had exposed hydrophobic residues and were enriched with wrong ß-sheet structures (Chapter 2). Using FT-luciferase as substrate, we found that the Hsp70 orthologs, called HspllO (Sse in yeast), acted similarly to Hsp70 as were bona fide ATP- fuelled polypeptide unfoldases and was much more than a mere nucleotide exchange factor, as generally thought. Moreover, we found that HspllO collaborated with Hsp70 in the disaggregation of stable protein aggregates in which Hsp70 and HspllO acted as equal partners that synergistically combined their individual ATP-consuming polypeptide unfoldase activities to reactivate the misfolded/aggregated proteins (Chapter 3). Using FT-rhodanese as substrate, we found that chaperonins (GroEL and CCT) could catalytically reactivate misfolded rhodanese monomers in the absence of ATP. Also, our results suggested that encaging of an unfolding polypeptide inside the GroEL cavity under a GroES cap was not an obligatory step as generally thought (Chapter 4). Further, we investigated the role of Hsp40, a J-protein co-chaperone of Hsp70, in targeting misfolded polypeptides substrates onto Hsp70 for unfolding. We found that even a large excess of monomeric unfolded a-synuclein did not inhibit DnaJ, whereas, in contrast, stable misfolded a-synuclein oligomers strongly inhibited the DnaK-mediated chaperone reaction by way of sequestering the DnaJ co-chaperone. This work revealed that DnaJ could specifically distinguish, and bind potentially toxic stably aggregated species, such as soluble a-synuclein oligomers involved in Parkinson's disease, and with the help of DnaK and ATP convert them into from harmless natively unfolded a-synuclein monomers (chapter 5). Finally, our meta-analysis of microarray data of plant and animal tissues treated with various chemicals and abiotic stresses, revealed possible co-expressions between core chaperone machineries and their co-chaperone regulators. It clearly showed that protein misfolding in the cytosol elicits a different response, consisting of upregulating the synthesis mainly of cytosolic chaperones, from protein misfolding in the endoplasmic reticulum (ER) that elicited a typical unfolded protein response (UPR), consisting of upregulating the synthesis mainly of ER chaperones. We proposed that drugs that best mimicked heat or UPR stress at increasing the chaperone load in the cytoplasm or ER respectively, may prove effective at combating protein misfolding diseases and aging (Chapter 6).  - Dans les conditions optimales de basse concentration et de basse température, les protéines vont spontanément adopter un repliement natif car toutes les informations nécessaires se trouvent dans la séquence des acides aminés du polypeptide. En revanche, dans des conditions de stress ou de forte concentration des protéines comme à l'intérieur d'une cellule, un polypeptide peu mal se replier et entrer dans un processus d'agrégation conduisant à la formation de conformères et de fibrilles qui peuvent être toxiques et causer des maladies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson ou la chorée de Huntington. Afin d'empêcher ou de rectifier le mauvais repliement des protéines, les cellules ont développé des protéines appelées chaperonnes. Dans ce travail, je me suis intéressé aux chaperonnes cytosoliques Hsp70 (DnaK) et HspllO, la co-chaperones Hsp40 (DnaJ), le complexe CCT/TRiC et GroEL. Chez les bactéries et les humains, les chaperonnes cytosoliques Hsp70s/Hspl 10s et les « chaperonines» sont fortement activées par différentes conditions de stress et sont toutes impliquées dans la prévention et la correction du mauvais repliement des protéines et de leur agrégation. Hsp70 collabore avec Hsp40 pour réactiver les protéines agrégées ou mal repliées et leur action nécessite de 1ATP. Les chaperonines (GroEL) déplient et réactivent aussi les protéines mal repliées de façon stable mais nous avons trouvé qu'elles utilisent l'ATP pour libérer les intermédiaires collant et mal repliés du site catalytique de dépliage. Nous avons initialement caractérisé un type particulier de formes stables de luciférase et de rhodanese monomériques mal repliées obtenues après plusieurs cycles de congélation / décongélation répétés (FT). Ces monomères exposaient des résidus hydrophobiques et étaient plus riches en feuillets ß anormaux. Ils pouvaient cependant être réactivés par les chaperonnes Hsp70+Hsp40 (DnaK+DnaJ) et de l'ATP, ou par Hsp60 (GroEL) sans ATP (Chapitre 2). En utilisant la FT-Luciferase comme substrat nous avons trouvé que HspllO (un orthologue de Hsp70) était une authentique dépliase, dépendante strictement de l'ATP. De plus, nous avons trouvé que HspllO collaborait avec Hsp70 dans la désagrégation d'agrégats stables de protéines en combinant leurs activités dépliase consommatrice d'ATP (Chapitre 3). En utilisant la FT-rhodanese, nous avons trouvé que les chaperonines (GroEL et CCT) pouvaient réactiver catalytiquement des monomères mal repliés en absence d'ATP. Nos résultats suggérèrent également que la capture d'un polypeptide en cours de dépliement dans la cavité de GroEL et sous un couvercle du complexe GroES ne serait pas une étape obligatoire du mécanisme, comme il est communément accepté dans la littérature (Chapitre 4). De plus, nous avons étudié le rôle de Hsp40, une co-chaperones de Hsp70, dans l'adressage de substrats polypeptidiques mal repliés vers Hsp70. Ce travail a révélé que DnaJ pouvait différencier et lier des polypeptide mal repliés (toxiques), comme des oligomères d'a-synucléine dans la maladie de Parkinson, et clairement les différencier des monomères inoffensifs d'a-synucléine (Chapitre 5). Finalement une méta-analyse de données de microarrays de tissus végétaux et animaux traités avec différents stress chimiques et abiotiques a révélé une possible co-expression de la machinerie des chaperonnes et des régulateurs de co- chaperonne. Cette meta-analyse montre aussi clairement que le mauvais repliement des protéines dans le cytosol entraîne la synthèse de chaperonnes principalement cytosoliques alors que le mauvais repliement de protéines dans le réticulum endoplasmique (ER) entraine une réponse typique de dépliement (UPR) qui consiste principalement en la synthèse de chaperonnes localisées dans l'ER. Nous émettons l'hypothèse que les drogues qui reproduisent le mieux les stress de chaleur ou les stress UPR pourraient se montrer efficaces dans la lutte contre le mauvais repliement des protéines et le vieillissement (Chapitre 6).

Effects of verapamil and ryanodine on activity of the embryonic chick heart during anoxia and reoxygenation.

Perturbations of the trans-sarcolemmal and sarcoplasmic Ca2+ transport contribute to the abnormal myocardial activity provoked by anoxia and reoxygenation. Whether Ca2+ pools of the extracellular compartment and sarcoplasmic reticulum (SR) are involved to the same extent in the dysfunction of the anoxic-reoxygenated immature heart has not been investigated. Spontaneously contracting hearts isolated from 4-day-old chick embryos were submitted to repeated anoxia (1 min) followed by reoxygenation (5 min). Heart rate, atrioventricular propagation velocity, ventricular shortening, velocities of contraction and relaxation, and incidence of arrhythmias were studied, recorded continuously. Addition of verapamil (10 nM), which blocks selectively sarcolemmal L-type Ca2+ channels, was expected to protect against excessive entry of extracellular Ca2+, whereas addition of ryanodine (10 nM), which opens the SR Ca2+ release channel, was expected to increase cytosolic Ca2+ concentration. Verapamil (a) had no dromotropic effect by contrast to adult heart, (b) attenuated ventricular contracture induced by repeated anoxia, (c) shortened cardioplegia induced by reoxygenation, and (d) had remarkable antiarrhythmic properties during reoxygenation specially. On the other hand, ryanodine potentiated markedly arrhythmias both during anoxia and at reoxygenation. Thus despite its immaturity, the SR seems to be functional early in the developing chick heart and involved in the reversible dysfunction induced by anoxia-reoxygenation. Moreover, Ca2+ entry through L-type channels appears to worsen arrhythmias especially during reoxygenation. These findings show that the Ca2+-handling systems involved in irregular activity in immature heart, such as the embryonic chick heart, may differ from those in the adult.

Effets des supplémentations en calcium et vitamine D sur la maladie cardiovasculaire. [Effects of calcium and vitamin D supplementations on cardiovascular disease: review article].

Studies exploring the effect of calcium supplementation on cardiovascular risk suggest that systolic blood pressure decreases with supplementation. A lower calcium intake has been associated with an increased risk of stroke. By contrast, calcium supplementation may increase the risk of myocardial infarction. The effect of vitamin D supplementation on blood pressure is still unclear and no effect of vitamin D supplementation on coronary heart disease or stroke has been clearly demonstrated. There is a lack of randomized clinical trials primarily addressing the effect of these parameters on CVD. Currently, the use of calcium and vitamin D supplementations for the prevention of cardiovascular disease is not justified.

Association of calcemia and serum vitamin D with 24H-urinary calcium excretion in a swiss population-based study

Background: Elevated urinary calcium excretion is associated with reduced bone mineral density. Population-based data on urinary calcium excretion are scarce. We explored the association of serum calcium and circulating levels of vitamin D (including 25(OH)D2 and 25(OH)D3) with urinary calcium excretion in men and women in a population-based study. Methods: We used data from the "Swiss Survey on Salt" conducted between 2010 and 2012 and including people aged 15 years and over. Twenty-four hour urine collection, blood analysis, clinical examination and anthropometric measures were collected in 11 centres from the 3 linguistic regions of Switzerland. Vitamin D was measured centrally using liquid chromatography - tandem mass spectrometry. Hypercalciuria was defined as urinary calcium excretion >0.1 mmol/kg/24h. Multivariable linear regression was used to explore factors associated with 24-hour urinary calcium excretion (mmol/24h) squared root transformed, taken as the dependant variable. Vitamin D was divided into monthspecific tertiles with the first tertile having the lowest value and the third tertile having the highest value. Results: The 669 men and 624 women had mean (SD) age of 49.2 (18.1) and 47 (17.9) years and a prevalence of hypercalciuria of 8.9% and 8.0%, respectively. In adjusted models, the association of urinary calcium excretion with protein-corrected serum calcium was (β coefficient } standard error, according to urinary calcium squared root transformed) 1.125 } 0.184 mmol/L per square-root (mmol/24h) (P<0.001) in women and 0.374 } 0.224 (P=0.096) in men. Men in the third month-specific vitamin D tertile had higher urinary calcium excretion than men in the first tertile (0.170 } 0.05 nmol/L per mmol/24h, P=0.001) and the corresponding association was 0.048 } 0.043, P= 0.272 in women. Conclusion: About one in eleven person has hypercalciuria in the Swiss population. The positive association of serum calcium with urinary calcium excretion was steeper in women than in men, independently of menopausal status. Circulating vitamin D was associated positively with urinary calcium excretion only in men. The reasons underlying the observed sex differences in the hormonal control of urinary calcium excretion need to be explored in further studies.

Role of CLOCK and circadian rhythms in calcium homeostasis

Le maintien d'une concentration sanguine constante de calcium est d'une importance cruciale et trois organes participent à la balance calcique normale : les reins, les intestins et les os. La concentration plasmatique de calcium est strictement régulée par l'hormone parathyroïdienne (PTH) et par la vitamine D. Des variations circadiennes de la PTH, de la vitamine D ainsi que du calcium plasmatique ont été décrites précédemment chez l'humain ainsi que chez le rat. Ces rythmes de PTH dans le sérum sont importants pour la régulation du remodelage de l'os. En effet, il a été montré chez les souris C57BL/6J que des injections de PTH une fois par jour mènent à une augmentation de la densité minérale de l'os alors que l'infusion en continu de PTH est associée à une diminution de cette densité. La vitamine D joue également un rôle fondamental dans la physiologie osseuse, car un déficit en vitamine D peut conduire à une ostéomalacie. Cependant la fonction des oscillations de vitamine D au niveau de l'homéostasie osseuse reste inconnue. L'horloge circadienne est un système interne de contrôle biologique du temps générant des rythmes de 24 heures dans l'expression des gènes, ainsi que dans la physiologie et le comportement. Ce contrôle s'opère par des boucles rétroactives positives et négatives de l'expression de gènes circadiens tels que CLOCK, BMAL1, CRY1 et 2 ou PERI et 2. Dans ce travail, nous avons émis l'hypothèse que l'homéostasie calcique est sous le contrôle de l'horloge circadienne. Dans un premier temps, nous avons montré chez les souris C57BL/6J des variations journalières des concentrations de calcium, de PTH et de vitamine D dans le sang, ainsi que de calcium dans les urines. Nous avons également démontré des changements au niveau de l'expression rénale des gènes importants dans l'homéostasie du calcium, tant au niveau de l'ARN messager que des protéines. Ensuite, pour analyser le rôle du système de l'horloge circadienne dans l'homéostasie du calcium, nous avons étudié des souris dans lesquelles a été supprimé le gène CLOCK crucial pour la fonction de l'horloge et nous avons comparé ces souris à des souris de type sauvage de même portée. Les souris CLOCK-I- étaient hypercalciuriques à chaque moment de la journée. Cependant le rythme circadien de l'excrétion de calcium était préservé. Le taux de calcium plasmatique ne différait pas entre les génotypes, mais les souris CLOCK -/- ne montraient pas de variations journalières de ce paramètre. Une perte du rythme journalier était également observée pour les niveaux de vitamine D, perte qui pourrait être une cause de l'altération de la micro-architecture osseuse révélée chez les souris CLOCK-/-. En effet, ces souris montrent une diminution du nombre de trabécules, de leur volume ainsi que de leur surface, ce qui suggère la présence d'ostéoporose. Nous avons également trouvé que le rythme de l'expression de l'ARN messager de CYP27B1 était aboli dans les reins des souris CLOCK -/-, ce qui peut expliquer l'altération du rythme de la vitamine D. Les taux sanguins de PTH étaient comparables entre les souris CLOCK -/- et de type sauvage. Dans les reins, une augmentation de l'expression de l'ARN messager de TRPV5 et NCX1 a été constatée, ce qui suggérerait une augmentation de la réabsorption de calcium dans le tubule convoluté distal et dans le tubule connecteur. Dans les intestins, la réabsorption calcique était diminuée, chez les souris CLOCK-I-, fait confirmé par une diminution des niveaux d'ARN messager de TRPV6 et PMCAL. En résumé, la suppression du gène CLOCK chez les souris a conduit à une hypercalciurie, une altération du rythme des taux plasmatiques de calcium et de vitamine D et à une détérioration de l'architecture osseuse. Pour conclure, ces résultats montrent que l'horloge circadienne est essentielle à l'homéostasie calcique ainsi qu'à la physiologie des os. - L'ostéoporose affecte environ 22 millions de femmes et 5.5 millions d'hommes en Europe, réduisant significativement leur qualité de vie et a causé 3.5 millions de nouvelles fractures en 2010. Les dépenses totales liées à ces fractures ont atteint 37 milliards d'euro et ce coût devrait augmenter de 25% d'ici à 2025. Le nombre de nouvelles fractures dues à l'ostéoporose à travers le monde est estimé à environ 1000 par heure. Parmi les causes de l'ostéoporose, le déficit én calcium et/ou en vitamine D joue un rôle important, mais il existe également des causes génétiques ou liées à des facteurs comme les hormones sexuelles (estrogènes, testostérone), l'âge, le tabac, le poids corporel, certains médicaments,... La vie est rythmique : ceci est dû à l'alternance naturelle du jour et de la nuit et de ses effets sur le corps. La prise alimentaire, par exemple, est un processus qui a lieu pendant la phase active, qui est prévisible (il se produit toujours au même moment) et qui peut être anticipé par le corps. Pour cela, une horloge interne est présente dans chaque cellule du corps et est synchronisée par la lumière du jour, entre autres stimuli. Cette horloge indique la phase du jour et régule l'expression de gènes impliqués dans les différents processus qui nécessitent une anticipation. Pendant mon travail de thèse, je me suis demandé si des îythmes circadiens (c'est-à-dire d'une durée d'environ 24 heures et indépendants des stimuli externes) étaient observables'pour les gènes régulant les flux de calcium dans le corps et si l'interruption de ces rythmes pouvait mener à des altérations de la qualité de l'os. J'ai d'abord travaillé avec des souris normales et j'ai pu montrer la présence de rythmes au niveau du calcium sanguin et urinaire, mais également au niveau des hormones et gènes qui contrôlent le métabolisme du calcium dans le corps, comme la vitamine D et l'hormone parathyroidienne. De manière intéressante, j'ai observé que la plupart de ces gènes ont un rythme synchronisé. J'ai ensuite utilisé un modèle de souris dans lequel l'horloge interne a été génétiquement invalidée et j'ai montré que ces souris présentent une augmentation de leur excrétion urinaire de calcium et un rythme circadien altéré de la vitamine D dans le sang. Ces souris absorbent aussi moins bien le calcium intestinal et présentent une ostéoporose marquée. Ce travail montre donc que l'horloge interne est nécessaire pour établir un rythme circadiens de certains facteurs influant les flux de calcium dans l'organisme, comme la vitamine D, et que la perturbation de ces rythmes mène à une dérégulation du métabolisme osseux. Ainsi, la perturbation de l'horloge interne peut causer une ostéoporose et une hypercalciurie qui pourraient aboutir à la formation de fractures et de calculs rénaux. L'extrapolation de ces observations chez l'homme ou à des changements plus subtiles des rythmes circadiens, comme le décalage horaire, restent à montrer. Cette recherche a démontré que les rythmes circadiens des mécanismes de régulation des flux de calcium dans l'organisme sont essentiels au maintien d'un squelette normal et suggère que les perturbations des rythmes circadiens pourraient être une nouvelle cause de l'ostéoporose. - Maintaining constant calcium concentration in the plasma is of a crucial importance and three organs participate in normal calcium balance - kidney, gut and bone. Plasma calcium concentration is strictly regulated by parathyroid hormone (PTH) and vitamin D. Circadian variations of PTH, vitamin D and plasma calcium were previously described in humans, as well as in rats. Rhythms in serum PTH are important for balanced bone remodelling. Indeed in C57BL/6J mice, PTH injection once per day leads to an increase in bone mineral density (BMD), whilst continuous infusion is associated with decreased BMD. Vitamin D also plays a crucial role in bone physiology, since the deficiency in vitamin D can lead to rickets/osteomalacia. However, the role of vitamin D rhythms in bone homeostasis remains unknown. The circadian clock is an. internal time-keeping system generating rhythms in gene expression with 24h periodicity, in physiology and in behaviour. It is operated by positive- and negative-feedback loops of circadian genes, such as CLOCK, BMAL1, CRY1 and 2 or PERI and 2. In this work, we hypothesized, that calcium homeostasis is under the control of the circadian clock. First, we showed daily variations in urinary calcium and serum calcium, PTH and l,25(OH)2 vitamin D, together with renal mRNA and protein levels of genes involved in calcium homeostasis in C57BL/6J mice. Second, and to investigate the role of the circadian clock system in calcium handling, we studied mice lacking the gene CLOCK crucial for fonction of the clock system and compared them to the WT littermates. CLOCK-/- mice were hypercalciuric at all timepoints of the day. However, the circadian rhythm of calcium excretion was preserved. Serum calcium levels did not differ between the genotypes, but CLOCK-/- mice did not exhibit daily variation for this parameter. Loss of rhythm was observed also for serum l,25(OH)2 vitamin D levels, which may be one of the causes of altered bone microarchitecture that was revealed in CLOCK-/- mice. They displayed increased trabecular separation and decreased trabecular number, trabecular bone volume and trabecular bone surface, suggestive of osteoporosis. We found that the rhythm of the mRNA expression of CYP27B1 was abolished in the kidney of CLOCK-/- mice, which could induce the altered rhythm of l,25(OH)2 vitamin. Serum PTH levels were comparable between CLOCK-/- and WT mice. In the kidney, increased mRNA expression of TRPV5 and NCX1 suggests increased calcium reabsorption in the distal convoluted and connecting tubule. In the gut, intestinal calcium absorption was decreased in CLOCK¬/- mice, confirmed by decreased mRNA levels of TRPV6 and PMCA1. In summary, deletion of the CLOCK gene in mice conducts to hypercalciuria, alteration of the rhythm in serum calcium and l,25(OH)2D levels, and impainnent of their bone microarchitecture. In conclusion, these data show that the circadian clock system is essential in calcium homeostasis and bone physiology.

Alkaline mineral water lowers bone resorption even in calcium sufficiency: alkaline mineral water and bone metabolism.

BACKGROUND: Dietary acid charge enhances bone loss. Bicarbonate or alkali diet decreases bone resorption in humans. We compared the effect of an alkaline mineral water, rich in bicarbonate, with that of an acid one, rich in calcium only, on bone markers, in young women with a normal calcium intake. METHODS: This study compared water A (per litre: 520 mg Ca, 291 mg HCO(3)(-), 1160 mg SO(4)(-), Potential Renal Acid load (PRAL) +9.2 mEq) with water B (per litre: 547 mg Ca, 2172 mg HCO(3)(-), 9 mg SO(4)(-), PRAL -11.2 mEq). 30 female dieticians aged 26.3 yrs (SD 7.3) were randomized into two groups, followed an identical weighed, balanced diet (965 mg Ca) and drank 1.5 l/d of the assigned water. Changes in blood and urine electrolytes, C-telopeptides (CTX), urinary pH and bicarbonate, and serum PTH were measured after 2 and 4 weeks. RESULTS: The two groups were not different at baseline, and showed a similar increase in urinary calcium excretion. Urinary pH and bicarbonate excretion increased with water B, but not with water A. PTH (p=0.022) and S-CTX (p=0.023) decreased with water B but not with water A. CONCLUSION: In calcium sufficiency, the acid calcium-rich water had no effect on bone resorption, while the alkaline water rich in bicarbonate led to a significant decrease of PTH and of S-CTX.

Multi-analyte detection for biological fluids. Towards continous monitoring of glucose, ionized calcium and pH using a viscometric affinity biosensor.

We present a viscometric affinity biosensor that can potentially allow continuous multi-analyte monitoring in biological fluids like blood or plasma. The sensing principle is based on the detection of viscosity changes of a polymeric solution which has a selective affinity for the analyte of interest. The chemico-mechanical sensor incorporates an actuating piezoelectric diaphragm, a sensing piezoelectric diaphragm and a flow-resisting microchannel for viscosity detection. A free-standing Anodic Alumina Oxide (AAO) porous nano-membrane is used as selective interface. A glucose-sensitive sensor was fabricated and extensively assessed in buffer solution. The sensor reversibility, stability and sensitivity were excellent during at least 65 hours. Results showed also a good degree of stability for a long term measurement (25 days). The sensor behaviour was furthermore tested in fetal bovine serum (FBS). The obtained results for glucose sensing are very promising, indicating that the developed sensor is a candidate for continuous monitoring in biological fluids. Sensitive solutions for ionized calcium and pH are currently under development and should allow multi-analyte sensing in the near future.

The Munc13 proteins differentially regulate readily releasable pool dynamics and calcium-dependent recovery at a central synapse.

The Munc13 gene family encodes molecules located at the synaptic active zone that regulate the reliability of synapses to encode information over a wide range of frequencies in response to action potentials. In the CNS, proteins of the Munc13 family are critical in regulating neurotransmitter release and synaptic plasticity. Although Munc13-1 is essential for synaptic transmission, it is paradoxical that Munc13-2 and Munc13-3 are functionally dispensable at some synapses, although their loss in other synapses leads to increases in frequency-dependent facilitation. We addressed this issue at the calyx of Held synapse, a giant glutamatergic synapse that we found to express all these Munc13 isoforms. We studied their roles in the regulation of synaptic transmission and their impact on the reliability of information transfer. Through detailed electrophysiological analyses of Munc13-2, Munc13-3, and Munc13-2-3 knock-out and wild-type mice, we report that the combined loss of Munc13-2 and Munc13-3 led to an increase in the rate of calcium-dependent recovery and a change in kinetics of release of the readily releasable pool. Furthermore, viral-mediated overexpression of a dominant-negative form of Munc13-1 at the calyx demonstrated that these effects are Munc13-1 dependent. Quantitative immunohistochemistry using Munc13-fluorescent protein knock-in mice revealed that Munc13-1 is the most highly expressed Munc13 isoform at the calyx and the only one highly colocalized with Bassoon at the active zone. Based on these data, we conclude that Munc13-2 and Munc13-3 isoforms limit the ability of Munc13-1 to regulate calcium-dependent replenishment of readily releasable pool and slow pool to fast pool conversion in central synapses.

Germination, senescence and pathogenic attack in soybean (Glycine max. L.): Identification of the cytosolic aconitase participating in the glyoxylate cycle

During our study of the glyoxylate cycle in soybean (Glycine max. L. var. Maple arrow), two mitochondrial and three cytosolic aconitase molecular species (EC 4.2.1.3) were detected, designated as M1, M2, C1, C2 and C3 isoforms, respectively, according to their intracellular locations and electrophoretic mobilities. Using the glyoxylate cycle marker enzymes isocitrate lyase (ICL, EC 4.1.3.1) and malate synthase (MS, EC 4.1.3.2), the activity of this pathway providing the essential link between P-oxidation and gluconeogenesis was confirmed during germination (cotyledons) and senescence (leaves). It was then established that, in both cases, the activity of the CI aconitase isoform developed concomitantly with the transcription and translation levels of the icl and ms genes. This strongly suggests that C1 aconitase is constitutive of the glyoxylate cycle. In addition, the same isoform was found to be active during pathogenic attack as well (hypocotyls). It might be assumed that in such a case the glyoxylate cycle is reinitiated as a part of a carbon reallocation system feeding on the diseased tissue cellular components.