DNA methylation profiles of human active and inactive X chromosomes.

X-chromosome inactivation (XCI) is a dosage compensation mechanism that silences the majority of genes on one X chromosome in each female cell. To characterize epigenetic changes that accompany this process, we measured DNA methylation levels in 45,X patients carrying a single active X chromosome (X(a)), and in normal females, who carry one X(a) and one inactive X (X(i)). Methylated DNA was immunoprecipitated and hybridized to high-density oligonucleotide arrays covering the X chromosome, generating epigenetic profiles of active and inactive X chromosomes. We observed that XCI is accompanied by changes in DNA methylation specifically at CpG islands (CGIs). While the majority of CGIs show increased methylation levels on the X(i), XCI actually results in significant reductions in methylation at 7% of CGIs. Both intra- and inter-genic CGIs undergo epigenetic modification, with the biggest increase in methylation occurring at the promoters of genes silenced by XCI. In contrast, genes escaping XCI generally have low levels of promoter methylation, while genes that show inter-individual variation in silencing show intermediate increases in methylation. Thus, promoter methylation and susceptibility to XCI are correlated. We also observed a global correlation between CGI methylation and the evolutionary age of X-chromosome strata, and that genes escaping XCI show increased methylation within gene bodies. We used our epigenetic map to predict 26 novel genes escaping XCI, and searched for parent-of-origin-specific methylation differences, but found no evidence to support imprinting on the human X chromosome. Our study provides a detailed analysis of the epigenetic profile of active and inactive X chromosomes.

Tandem repeat sequence variation as causative cis-eQTLs for protein-coding gene expression variation: the case of CSTB.

Association studies have revealed expression quantitative trait loci (eQTLs) for a large number of genes. However, the causative variants that regulate gene expression levels are generally unknown. We hypothesized that copy-number variation of sequence repeats contribute to the expression variation of some genes. Our laboratory has previously identified that the rare expansion of a repeat c.-174CGGGGCGGGGCG in the promoter region of the CSTB gene causes a silencing of the gene, resulting in progressive myoclonus epilepsy. Here, we genotyped the repeat length and quantified CSTB expression by quantitative real-time polymerase chain reaction in 173 lymphoblastoid cell lines (LCLs) and fibroblast samples from the GenCord collection. The majority of alleles contain either two or three copies of this repeat. Independent analysis revealed that the c.-174CGGGGCGGGGCG repeat length is strongly associated with CSTB expression (P = 3.14 × 10(-11)) in LCLs only. Examination of both genotyped and imputed single-nucleotide polymorphisms (SNPs) within 2 Mb of CSTB revealed that the dodecamer repeat represents the strongest cis-eQTL for CSTB in LCLs. We conclude that the common two or three copy variation is likely the causative cis-eQTL for CSTB expression variation. More broadly, we propose that polymorphic tandem repeats may represent the causative variation of a fraction of cis-eQTLs in the genome.

Therapeutic drug monitoring and metabolites profil analysis of antiviral drugs

The widespread use of combination antiretroviral therapy (ARVs) has considerably improved the prognosis of patients infected with HIV. Conversely, considerable advances have been recently realized for the therapy of hepatitis C infection with the recent advent of potent new anti-HCV drugs that allow an increasing rate HCV infection cure. Despite their overall efficacy, a significant number of patients do not achieve or maintain adequate clinical response, defined as an undetectable viral load for HIV, and a sustained virological response (or cure) in HCV infection. Treatment failure therefore still remains an important issue besides drugs toxicities and viral resistance which is not uncommon in a significant percentage of patients who do not reach adequate virological suppression. The reasons of variability in drug response are multifactorial and apart from viral genetics, other factors such as environmental factors, drug- drug interactions, and imperfect compliance may have profound impact on antiviral drugs' clinical response. The possibility of measuring plasma concentration of antiviral drugs enables to guide antiviral drug therapy and ensure optimal drug exposure. The overall objective of this research was to widen up the current knowledge on pharmacokinetic and pharmacogenetic factors that influence the clinical response and toxicity of current and newly approved antiretroviral and anti-HCV drugs. To that endeavour, analytical methods using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry have been developed and validated for the precise and accurate measurement of new antiretroviral and anti-HCV drugs . These assays have been applied for the TDM of ARVs and anti-HCV in patients infected with either HIV or HCV respectively, and co-infected with HIV- HCV. A pharmacokinetic population model was developed to characterize inter and intra-patient variability of rilpivirine, the latest marketed Non Nucleoside Reverse transcriptase (NNRTI) Inhibitor of HIVand to identify genetic and non genetic covariates influencing rilpivirine exposure. None of the factors investigated so far showed however any influence of RPV clearance. Importantly, we have found that the standard daily dosage regimen (25 mg QD) proposed for rilpivirine results in concentrations below the proposed therapeutic target in about 40% of patients. In these conditions, virologie escape is a potential risk that remains to be further investigated, notably via the TDM approach that can be a useful tool to identify patients who are at risk for being exposed to less than optimal levels of rilpivirine in plasma. Besides the last generation NNRTI rilpivirine, we have studied efavirenz, the major NNRTI clinically used so far. Namely for efavirenz, we aimed at identifying a potential new marker of toxicity that may be incriminated for the neuropsychological sides effects and hence discontinuation of efavirenz therapy. To that endeavour, a comprehensive analysis of phase I and phase II metabolites profiles has been performed in plasma, CSF and in urine from patients under efavirenz therapy. We have found that phase II metabolites of EFV constitute the major species circulating in blood, sometimes exceeding the levels of the parent drug efavirenz. Moreover we have identified a new metabolite of efavirenz in humans, namely the 8-OH-EFV- sulfate which is present at high concentrations in all body compartments from patients under efavirenz therapy. These investigations may open the way to possible alternate phenotypic markers of efavirenz toxicity. Finally, the specific influence of P-glycoprotein on the cellular disposition of a series ARVs (NNRTIs and Pis] has been studies in in vitro cell systems using the siRNA silencing approach. -- Depuis l'introduction de la thérapie antirétrovirale (ARVs) la morbidité et la mortalité liées au VIH ont considérablement diminué. En parallèle le traitement contre le virus de l'hépatite C (VHC) a connu récemment d'énormes progrès avec l'arrivée de nouveaux médicaments puissants, ce qui a permis une augmentation considérable de la guérison de l'infection par le VHC. En dépit de l'efficacité de ces traitements antiviraux, les échecs thérapeutiques ainsi que les effets secondaires des traitements restent un problème important. Une réponse imparfaite ou la toxicité du traitement est certainement multifactorielle. Le suivi thérapeutique des médicaments [Therapeutic Drug Monitoring TDM) à travers la mesure des concentrations plasmatiques constitue une approche importante pour guider le traitement médicamenteux et de s'assurer que les patients sont exposés à des concentrations optimales des médicaments dans le sang, et puissent tirer tout le bénéfice potentiel du traitement. L'objectif global de cette thèse était d'étudier les facteurs pharmacocinétiques et pharmacogénétiques qui influencent l'exposition des médicaments antiviraux (ARVs et anti- VHC) récemment approuvés. A cet effet, des méthodes de quantification des concentrations plasmatiques des médicaments antirétroviraux, anti-VHC ainsi que pour certains métabolites ont été développées et validées en utilisant la Chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse tandem. Ces méthodes ont été utilisées pour le TDM des ARVs et pour les agents anti-VHC chez les patients infectés par le VIH, et le VHC, respectivement, mais aussi chez les patients co-infectés par le VIH-VHC. Un modèle de pharmacocinétique de population a été développé pour caractériser la variabilité inter-et intra-patient du médicament rilpivirine, un inhibiteur non nucléosidique de la transcriptase de VIH et d'identifier les variables génétiques et non génétiques influençant l'exposition au médicament. Aucun des facteurs étudiés n'a montré d'influence notable sur la clairance de la rilpivirine. Toutefois, la concentration résiduelle extrapolée selon le modèle de pharmacocinétique de population qui a été développé, a montré qu'une grande proportion des patients présente des concentrations minimales inférieures à la cible thérapeutique proposée. Dans ce contexte, la relation entre les concentrations minimales et l'échappement virologique nécessite une surveillance étroite des taux sanguins des patients recevant de la rilpivirine. A cet effet, le suivi thérapeutique est un outil important pour l'identification des patients à risque soient sous-exposés à lai rilpivirine. Pour identifier de nouveaux marqueurs de la toxicité qui pourraient induire l'arrêt du traitement, le profil des métabolites de phase I et de phase II a été étudié dans différentes matrices [plasma, LCR et urine) provenant de patients recevant de l'efavirenz. Les métabolites de phase II, qui n'avaient à ce jour jamais été investigués, constituent les principales espèces présentes dans les matrices étudiées. Au cours de ces investigations, un nouveau métabolite 8- OH-EFV-sulfate a été identifié chez l'homme, et ce dernier est. présent à des concentrations importantes. L'influence de certains facteurs pharmacogénétique des patients sur le profil des métabolites a été étudiée et ouvre la voie à de possibles nouveaux marqueurs phénotypiques alternatifs qui pourraient possiblement mieux prédire la toxicité associée au traitement par l'efavirenz. Finalement, nous nous sommes intéressés à étudier dans un modèle in vitro certains facteurs, comme la P-glycoprotéine, qui influencent la disposition cellulaire de certains médicaments antirétroviraux, en utilisant l'approche par la technologie du siRNA permettant de bloquer sélectivement l'expression du gène de cette protéine d'efflux des médicaments. -- Depuis l'introduction de la thérapie antiretrovirale (ARVs] la morbidité et la mortalité liées au VIH ont considérablement diminué. En parallèle le traitement contre le virus de l'hépatite C (VHC) a connu récemment d'énormes progrès avec l'arrivée de nouveaux médicaments puissants, ce qui a permis une augmentation considérable de la guérison de l'infection par le VHC. En dépit de l'efficacité de ces traitements antiviraux, les échecs thérapeutiques ainsi que les effets secondaires des traitements restent un problème important. Il a pu être démontré que la concentration de médicament présente dans l'organisme est corrélée avec l'efficacité clinique pour la plupart des médicaments agissant contre le VIH et contre le VHC. Les médicaments antiviraux sont généralement donnés à une posologie fixe et standardisée, à tous les patients, il existe cependant une importante variabilité entre les concentrations sanguines mesurées chez les individus. Cette variabilité peut être expliquée par plusieurs facteurs démographiques, environnementaux ou génétiques. Dans ce contexte, le suivi des concentrations sanguines (ou Therapeutic Drug Monitoring, TDM) permet de contrôler que les patients soient exposés à des concentrations suffisantes (pour bloquer la réplication du virus dans l'organisme) et éviter des concentrations excessives, ce qui peut entraîner l'apparition d'intolérence au traitement. Le but de ce travail de thèse est d'améliorer la compréhension des facteurs pharmacologiques et génétiques qui peuvent influencer l'efficacité et/ou la toxicité des médicaments antiviraux, dans le but d'améliorer le suivi des patients. A cet effet, des méthodes de dosage très sensibles et ont été mises au point pour permettre de quantifier les médicaments antiviraux dans le sang et dans d'autres liquides biologiques. Ces méthodes de dosage sont maintenant utilisées d'une part dans le cadre de la prise en charge des patients en routine et d'autre part pour diverses études cliniques chez les patients infectés soit par le HIV, le HCV ou bien coinfectés par les deux virus. Une partie de ce travail a été consacrée à l'investigation des différents facteurs démographiques, génétiques et environnementaux qui pourraient l'influencer la réponse clinique à la rilpivirine, un nouveau médicament contre le VIH. Toutefois, parmi tous les facteurs étudiés à ce jour, aucun n'a permis d'expliquer la variabilité de l'exposition à la rilpivirine chez les patients. On a pu cependant observer qu'à la posologie standard recommandée, un pourcentage relativement élevé de patients pourrait présenter des concentrations inférieures à la concentration sanguine minimale actuellement proposée. Il est donc utile de surveiller étroitement les concentrations de rilpivirine chez les patients pour identifier sans délai ceux qui risquent d'être sous-exposés. Dans l'organisme, le médicament subit diverses transformations (métabolisme) par des enzymes, notamment dans le foie, il est transporté dans les cellules et tissus par des protéines qui modulent sa concentration au site de son action pharmacologique. A cet effet, différents composés (métabolites) produits dans l'organisme après l'administration d'efavirenz, un autre médicament anti-VIH, ont été étudiés. En conclusion, nous nous sommes intéressés à la fois aux facteurs pharmacologiques et génétiques des traitements antiviraux, une approche qui s'inscrit dans l'optique d'une stratégie globale de prise en charge du patient. Dans ce contexte, le suivi des concentrations sanguines de médicaments constitue une des facettes du domaine émergent de la Médecine Personnalisée qui vise à maximiser le bénéfice thérapeutique et le profil de tolérance des médicaments antiviraux

Role of the REST/RE-1 system in beta-cell life, function and differentiation

SUMMARYDiabetes is characterized by insulin deficiency that results from the destruction of insulin-secreting pancreatic beta-cells (Type 1), or in part from beta-cell death and insulin secretion defects (Type 2). Therefore, understanding the mechanisms of beta cell neogenesis (to generate unlimited supply of beta cells for T1D transplantation] or identifying the specific genes that favors insulin secretion or beta-cell survival is of great importance for the management of diabetes. The transcriptional repressor RE-1 Silencing Transcription Factor (REST) restricts the expression of a large number of genes containing its binding element, called Repressor Element-1 (RE-1), to neurons and beta cells. To do so, REST is ubiquitously expressed but in neurons and beta cells. To identify these essential genes and their functional significance in beta cells, we have generated transgenic mice that express REST specifically in beta cells under the control of the rat insulin promoter (RIP-REST mice). This resulted in the repression of the RE-1- containing genes in beta cells, and we analyzed the consequences.We first showed that RIP-REST mice were glucose-intolerant because of a defective insulin secretion. To explain this defect, we identified that a subset of the REST target genes were necessary for insulin exocytosis, such as Snap25, Synaptotagmin (Syt) IX, Complexin II, and Ica512, and we further demonstrated that among the identified REST targets, Syt IV and VII were also involved in insulin release. We next analyzed a novel RIP-REST mouse line that featured diabetes and we showed that this defect was due to a major loss of beta-cell mass. To explain this phenotype, we identified REST target genes that were involved in beta-cell survival, such as Ibl, Irs2, Ica512 and Connexin36, and revealed that another REST target, Cdk5r2 is also involved in beta-cell protection. In a third part, we finally suggest that REST may be important for pancreatic endocrine differentiation, since transgenic mice expressing constitutive REST in pancreatic multipotent progenitors show impaired formation of Ngn3-expressing endocrine- committed precursors, and impaired formation of differentiated endocrine cells. Mapping the pattern of REST expression in wild type animals indicates that it is expressed in multipotent progenitors to become then excluded from endocrine cells. Preliminary results suggest that a downregulation of REST would result in relieved expression of at least the Mytl target, favoring subsequent acquisition of the endocrine competence by endocrine precursor cells.Thus, we propose that the REST/RE-1 system is an important feature for beta-cell neogenesis, function and survivalRESUMELe diabète se caractérise par une déficience en insuline qui résulte d'une destruction des cellules bêta (β) pancréatiques sécrétant l'insuline [Type 1], ou à un défaut de sécrétion d'insuline qui peut être associé à la mort des cellules β (Type 2). La compréhension des mécanismes de néogenèse des cellules β, ainsi que l'identification de gènes impliqués dans leur survie et dans le contrôle de la sécrétion d'insuline est donc importante pour le traitement du diabète. Le facteur de transcription de type répresseur, RE-1 Silencing Transcription Factor [REST], contribue à la spécificité d'expression dans les neurones et les cellules β, d'un grand nombre de gènes portant son motif de fixation, le Repressor Element-1 (RE-1). Pour cela, REST est exprimé dans toutes les cellules, sauf dans les neurones et les cellules β. Afin d'identifier les gènes cibles de REST ainsi que leur fonction au sein de la cellule β, nous avons généré des souris transgéniques qui expriment REST spécifiquement dans ces cellules, sous la dépendance du promoteur de l'insuline (souris RIP-REST]. Cette expression ectopique de REST a permis de diminuer l'expression des gènes contrôlés par REST, et d'en analyser les conséquences. Nous avons montré que les souris RIP-REST étaient intolérantes au glucose et que ceci était du à un défaut de sécrétion d'insuline. Pour expliquer ce phénotype, nous avons mis en évidence le fait que des gènes cibles de REST codent pour des protéines importantes pour l'exocytose de l'insuline, comme SNAP25, Synaptotagmin (Syt) IX, Complexin II ou ICA512. De plus, nous avons découvert deux nouvelles cibles de REST impliquées dans la sécrétion d'insuline, Syt IV et Syt VII. Par la suite, nous avons démontré qu'une nouvelle lignée de souris RIP-REST étaient atteintes d'un diabète sévère à cause d'une perte massive des cellules β. La disparition de ces cellules a été expliquée par l'identification de gènes cibles de REST impliqués dans la survie des cellules β, comme Ibl, Irs2, Ica512 ou la Connexine36. De plus, nous avons découvert qu'une nouvelle cible, Cdk5r2, était aussi impliquée dans la survie des cellules β. Dans une dernière partie, nous suggérons, grâce à l'analyse de nouvelles souris transgéniques exprimant constitutivement REST dans les cellules progénitrices du pancréas embryonnaire, que REST empêche la formation des précurseurs de cellules endocrines ainsi que la différenciation de ces cellules. L'analyse de l'expression de REST au cours du développement embryonnaire du pancréas indique que la diminution de l'expression de REST conduit en partie, à l'induction d'un de ses gènes cible Mytl, qui favorise la formation de précurseurs endocrines. Nous proposons donc que le système REST/RE-1 est important pour la génération, la fonction et la survie des cellules β.

Epigenetic modification of the FMR1 gene in fragile X syndrome is associated with differential response to the mGluR5 antagonist AFQ056.

Fragile X syndrome (FXS) is an X-linked condition associated with intellectual disability and behavioral problems. It is caused by expansion of a CGG repeat in the 5' untranslated region of the fragile X mental retardation 1 (FMR1) gene. This mutation is associated with hypermethylation at the FMR1 promoter and resultant transcriptional silencing. FMR1 silencing has many consequences, including up-regulation of metabotropic glutamate receptor 5 (mGluR5)-mediated signaling. mGluR5 receptor antagonists have shown promise in preclinical FXS models and in one small open-label study of FXS. We examined whether a receptor subtype-selective inhibitor of mGluR5, AFQ056, improves the behavioral symptoms of FXS in a randomized, double-blind, two-treatment, two-period, crossover study of 30 male FXS patients aged 18 to 35 years. We detected no significant effects of treatment on the primary outcome measure, the Aberrant Behavior Checklist-Community Edition (ABC-C) score, at day 19 or 20 of treatment. In an exploratory analysis, however, seven patients with full FMR1 promoter methylation and no detectable FMR1 messenger RNA improved, as measured with the ABC-C, significantly more after AFQ056 treatment than with placebo (P < 0.001). We detected no response in 18 patients with partial promoter methylation. Twenty-four patients experienced an adverse event, which was mostly mild to moderately severe fatigue or headache. If confirmed in larger and longer-term studies, these results suggest that blockade of the mGluR5 receptor in patients with full methylation at the FMR1 promoter may show improvement in the behavioral attributes of FXS.

MAR elements regulate the probability of epigenetic switching between active and inactive gene expression.

Gene expression often cycles between active and inactive states in eukaryotes, yielding variable or noisy gene expression in the short-term, while slow epigenetic changes may lead to silencing or variegated expression. Understanding how cells control these effects will be of paramount importance to construct biological systems with predictable behaviours. Here we find that a human matrix attachment region (MAR) genetic element controls the stability and heritability of gene expression in cell populations. Mathematical modeling indicated that the MAR controls the probability of long-term transitions between active and inactive expression, thus reducing silencing effects and increasing the reactivation of silent genes. Single-cell short-terms assays revealed persistent expression and reduced expression noise in MAR-driven genes, while stochastic burst of expression occurred without this genetic element. The MAR thus confers a more deterministic behavior to an otherwise stochastic process, providing a means towards more reliable expression of engineered genetic systems.

Extent and Patterns of MGMT Promoter Methylation in Glioblastoma- and Respective Glioblastoma-Derived Spheres.

PURPOSE: Quantitative methylation-specific tests suggest that not all cells in a glioblastoma with detectable promoter methylation of the O6-methylguanine DNA methyltransferase (MGMT) gene carry a methylated MGMT allele. This observation may indicate cell subpopulations with distinct MGMT status, raising the question of the clinically relevant cutoff of MGMT methylation therapy. Epigenetic silencing of the MGMT gene by promoter methylation blunts repair of O6-methyl guanine and has been shown to be a predictive factor for benefit from alkylating agent therapy in glioblastoma. EXPERIMENTAL DESIGN: Ten paired samples of glioblastoma and respective glioblastoma-derived spheres (GS), cultured under stem cell conditions, were analyzed for the degree and pattern of MGMT promoter methylation by methylation-specific clone sequencing, MGMT gene dosage, chromatin status, and respective effects on MGMT expression and MGMT activity. RESULTS: In glioblastoma, MGMT-methylated alleles ranged from 10% to 90%. In contrast, methylated alleles were highly enriched (100% of clones) in respective GS, even when 2 MGMT alleles were present, with 1 exception (<50%). The CpG methylation patterns were characteristic for each glioblastoma exhibiting 25% to 90% methylated CpGs of 28 sites interrogated. Furthermore, MGMT promoter methylation was associated with a nonpermissive chromatin status in accordance with very low MGMT transcript levels and undetectable MGMT activity. CONCLUSIONS: In MGMT-methylated glioblastoma, MGMT promoter methylation is highly enriched in GS that supposedly comprise glioma-initiating cells. Thus, even a low percentage of MGMT methylation measured in a glioblastoma sample may be relevant and predict benefit from an alkylating agent therapy. Clin Cancer Res; 17(2); 255-66. ©2010 AACR.

Radiotherapy suppresses angiogenesis in mice through TGF-betaRI/ALK5-dependent inhibition of endothelial cell sprouting.

BACKGROUND: Radiotherapy is widely used to treat cancer. While rapidly dividing cancer cells are naturally considered the main target of radiotherapy, emerging evidence indicates that radiotherapy also affects endothelial cell functions, and possibly also their angiogenic capacity. In spite of its clinical relevance, such putative anti-angiogenic effect of radiotherapy has not been thoroughly characterized. We have investigated the effect of ionizing radiation on angiogenesis using in vivo, ex vivo and in vitro experimental models in combination with genetic and pharmacological interventions. PRINCIPAL FINDINGS: Here we show that high doses ionizing radiation locally suppressed VEGF- and FGF-2-induced Matrigel plug angiogenesis in mice in vivo and prevented endothelial cell sprouting from mouse aortic rings following in vivo or ex vivo irradiation. Quiescent human endothelial cells exposed to ionizing radiation in vitro resisted apoptosis, demonstrated reduced sprouting, migration and proliferation capacities, showed enhanced adhesion to matrix proteins, and underwent premature senescence. Irradiation induced the expression of P53 and P21 proteins in endothelial cells, but p53 or p21 deficiency and P21 silencing did not prevent radiation-induced inhibition of sprouting or proliferation. Radiation induced Smad-2 phosphorylation in skin in vivo and in endothelial cells in vitro. Inhibition of the TGF-beta type I receptor ALK5 rescued deficient endothelial cell sprouting and migration but not proliferation in vitro and restored defective Matrigel plug angiogenesis in irradiated mice in vivo. ALK5 inhibition, however, did not rescue deficient proliferation. Notch signaling, known to hinder angiogenesis, was activated by radiation but its inhibition, alone or in combination with ALK5 inhibition, did not rescue suppressed proliferation. CONCLUSIONS: These results demonstrate that irradiation of quiescent endothelial cells suppresses subsequent angiogenesis and that ALK5 is a critical mediator of this suppression. These results extend our understanding of radiotherapy-induced endothelial dysfunctions, relevant to both therapeutic and unwanted effects of radiotherapy.

Method for retinal gene repair in neonatal mouse.

Gene correction at the site of the mutation in the chromosome is the absolute way to really cure a genetic disease. The oligonucleotide (ODN)-mediated gene repair technology uses an ODN perfectly complementary to the genomic sequence except for a mismatch at the base that is mutated. The endogenous repair machinery of the targeted cell then mediates substitution of the desired base in the gene, resulting in a completely normal sequence. Theoretically, it avoids potential gene silencing or random integration associated with common viral gene augmentation approaches and allows an intact regulation of expression of the therapeutic protein. The eye is a particularly attractive target for gene repair because of its unique features (small organ, easily accessible, low diffusion into systemic circulation). Moreover therapeutic effects on visual impairment could be obtained with modest levels of repair. This chapter describes in details the optimized method to target active ODNs to the nuclei of photoreceptors in neonatal mouse using (1) an electric current application at the eye surface (saline transpalpebral iontophoresis), (2) combined with an intravitreous injection of ODNs, as well as the experimental methods for (3) the dissection of adult neural retinas, (4) their immuno-labelling, and (5) flat-mounting for direct observation of photoreceptor survival, a relevant criteria of treatment outcomes for retinal degeneration.

Strong smooth muscle differentiation is dependent on myocardin gene amplification in most human retroperitoneal leiomyosarcomas.

Myocardin (MYOCD), a serum response factor (SRF) transcriptional cofactor, is essential for cardiac and smooth muscle development and differentiation. We show here by array-based comparative genomic hybridization, fluorescence in situ hybridization, and expression analysis approaches that MYOCD gene is highly amplified and overexpressed in human retroperitoneal leiomyosarcomas (LMS), a very aggressive well-differentiated tumor. MYOCD inactivation by shRNA in a human LMS cell line with MYOCD locus amplification leads to a dramatic decrease of smooth muscle differentiation and strongly reduces cell migration. Moreover, forced MYOCD expression in three undifferentiated sarcoma cell lines and in one liposarcoma cell line confers a strong smooth muscle differentiation phenotype and increased migration abilities. Collectively, these results show that human retroperitoneal LMS differentiation is dependent on MYOCD amplification/overexpression, suggesting that in these well-differentiated LMS, differentiation could be a consequence of an acquired genomic alteration. In this hypothesis, these tumors would not necessarily derive from cells initially committed to smooth muscle differentiation. These data also provide new insights on the cellular origin of these sarcomas and on the complex connections between oncogenesis and differentiation in mesenchymal tumors.

Sociogenetics of fire ants

RÉSUMÉ GRAND PUBLIC La complexité des sociétés d'insectes (telles que les abeilles, les termites ou les fourmis) a depuis longtemps fasciné l'Homme. Depuis le débfit du XIXème siècle, de nombreux travaux observationnels, comportementaux et théoriques leur on été consacrés afin de mieux les décrire et comprendre. L'avènement de la biologie moléculaire à la fin du XXèrne siècle a offert de nouveaux outils scientifiques pour identifier et étudier les gènes et molécules impliqués dans le développement et le comportement des êtres vivants. Alors que la majorité de ces études s'est focalisée sur des organismes de laboratoire tel que la mouche ou les nématodes, l'utilisation de ces outils est restée marginale jusqu'à présent dans l'étude des sociétés d'insectes. Lors de ma thèse, j'ai développé des outils moléculaires permettant de déterminer le niveau d'activité de zo,ooo gènes chez la fourmi de feu, Solenopsis invicta, ainsi qu'une base de données et un portail en ligne regroupant les informations relatives à l'étude génétique des fourmis: Fourmidable. J'ai ensuite utilisé ces outils dans le cadre d'une étude comportementale chez la fourmis S. invicta. Dans les sociétés d'insectes, une hiérarchie peut déterminer le statut reproducteur des individus. Suite à la mort d'un dominant, les subordonnés entrent en compétition en vue d'améliorer leur statut. Un tel phénomène se produit au sein des colonies de S. invicta contenant une unique reine mère, des milliers d'ouvrières et des centaines de reines vierges ailées. A la mort de la reine mère, un grand nombre de reines vierges tentent de la remplacer en arrachant leurs ailes et en activant leurs organes reproducteurs plutôt que de partir en vol nuptial. Ces tentatives sont le plus souvent arrêtées par les ouvrières qui exécutent la plupart de ces reines sur la base de signaux olfactifs produits lors de l'activation des organes reproducteurs. Afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués, j'ai étudié l'activité de gènes au sein des reines au début de ce processus. J'ai ainsi déterminé que des gènes impliqués dans communication olfactive, le développement des organes reproducteurs et la métabolisation de l'hormone juvénile sont activês à ce moment là. La vitesse à laquelle les reines perdent leurs ailes ainsi que les niveaux d'expression de gènes sont ensuite liés à leur probabilité de survie. ABSTRACT : Honeybees, termites and ants occupy the "pinnacle of social evolution" with societies of a complexity that rivals our own. Humans have long been fascinated by social insects, but studying them has been mostly limited to observational and behavioral experiments. The advent of molecular biology first made it possible to investigate the molecular-genetic basis of development in model systems such as the fruit fly Drosophila melarcogaster or the roundworm Caenorhabditis elegans and subsequently their behavior. Molecular and genomic tools are now becoming available for the study of social insects as well. To permit genomic research on the fire ant, Solenopsis invicta, we developed a cDNA microarray that can simultaneously determine the expression levels of approximately 1oooo genes. These genes were assembled and bioinformatically annotated using custom pipelines. The obtained data formed the cornerstones for Fourmidable, a web portal centralizing sequence, gene annotation and gene expression data as well as laboratory protocols for research on ants. In many animals living in groups the reproductive status of individuals is determined by their social status. In species with social hierarchies, the death of dominant individuals typically upheaves the social hierarchy and provides an opportunity for subordinate individuals to improve their social status. Such a phenomenon occurs in the monogyne form of S. invicta, where colonies typically contain a single wingless reproductive queen, thousands of workers and hundreds of winged non-reproductive virgin queens. Upon the death of the mother queen, many virgin queens shed their wings and initiate reproductive development instead of departing on a mating flight. Workers progressively execute almost all of them over the following weeks. The workers base their collective decision on pheromonal cues associated with the onset of reproductive development of the virgin queens which occurs after orphaning. We used the aforementioned tools to determine that genes putatively involved in processes including olfactory signaling, reproductive development and Juvenile Hormone metabolism are differentially expressed at the onset of competition. Additionally, we found that queens that initiate reproductive development faster and, to a certain extent, shed their wings faster after orphaning are more likely to become replacement queens. These results provide candidate genes that are putatively linked to competition outcome. To determine the extent to which specific genes affect different aspects of life in ant colonies, functional tests such as gene activation and silencing will still be required. We conclude by discussing some of the challenges and opportunities for molecular-genetic research on ants. RÉSUMÉ Les sociétés d'abeilles, de termites et de fourmis sont d'une complexité proche de celle de la nôtre et ont depuis longtemps fasciné l'Homme. Cependant, leur étude était jusqu'à présent limitée aux observations et expériences comportementales. L'avènement de la biologie moléculaire a d'abord rendu possible l'étude moléculaire et génétique du développement d'organismes modèles tels que la mouche Drosophila melanogaster ou le nématode Caenorhabditis elegans, puis dans un second temps de leur comportement. De telles études deviennent désormais possibles pour les insectes sociaux. Nous avons développé une puce à ADN permettant de déterminer simultanément les niveaux d'expression de 1oooo gènes de la fourmi de feu, Solenopsís invicta. Ces gènes ont été séquencés puis assemblés et annotés à l'aide de pipelines que nous avons développés. En se basant sur les informations obtenues, nous avons créé un portail web, Fourmidable. Ce portail vise à centraliser toutes les informations de séquence, d'annotation et d'expression de gènes, ainsi que les protocoles de laboratoire utilisés pour la recherche sur les fourmis. Par la suite, nous avons utilisé les outils développés pour étudier un aspect particulier de S. invicta. Chez les animaux grégaires, une hiérarchie sociale peut déterminer le statut reproducteur des individus. Suite à la mort d'un individu dominant, les individus subordonnés peuvent entrer en compétition en vue d'améliorer leur statut. Un tel phénomène se produit au sein des colonies monogynes de S. invicta, qui contiennent habituellement une unique reine mère, des milliers d'ouvrières et des centaines de reines vierges ailées. Suite à la mort de la reine mère, dominante, un grand nombre de reines vierges, subordonnées, perdent leurs ailes et activent leurs organes reproducteurs au lieu de partir en vol nuptial. Au cours des semaines suivantes, les ouvrières exécutent la plupart de ces reines sur la base de signaux olfactifs produits lors de l'activation des organes reproducteurs. Afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués, nous avons étudié l'expression de gènes au début de cette compétition. Nous avons identifié 297 gènes différemment exprimés, dont l'annotation indique qu'ils seraient impliqués dans des processus biologiques dont la communication olfactive, le développement des organes reproducteurs et la métabolisation de l'hormone juvénile. Par la suite, nous avons déterminé que la vitesse à laquelle les reines perdent leurs ailes en début de compétition ainsi que les niveaux d'expression de gènes sont corrélés à la probabilité de survie des reines. Nous concluons en discutant des opportunités offertes par la recherche génétique sur les fourmis ainsi que les défis qu'elle devra surmonter.

A regulatory network for the efficient control of transgene expression.

BACKGROUND: Expression of heterologous genes in mammalian cells or organisms for therapeutic or experimental purposes often requires tight control of transgene expression. Specifically, the following criteria should be met: no background gene activity in the off-state, high gene expression in the on-state, regulated expression over an extended period, and multiple switching between on- and off-states. METHODS: Here, we describe a genetic switch system for controlled transgene transcription using chimeric repressor and activator proteins functioning in a novel regulatory network. In the off-state, the target transgene is actively silenced by a chimeric protein consisting of multimerized eukaryotic transcriptional repression domains fused to the DNA-binding tetracycline repressor. In the on-state, the inducer drug doxycycline affects both the derepression of the target gene promoter and activation by the GAL4-VP16 transactivator, which in turn is under the control of an autoregulatory feedback loop. RESULTS: The hallmark of this new system is the efficient transgene silencing in the off-state, as demonstrated by the tightly controlled expression of the highly cytotoxic diphtheria toxin A gene. Addition of the inducer drug allows robust activation of transgene expression. In stably transfected cells, this control is still observed after months of repeated cycling between the repressed and activated states of the target genes. CONCLUSIONS: This system permits tight long-term regulation when stably introduced into cell lines. The underlying principles of this network system should have general applications in biotechnology and gene therapy.

Identification of GPx8 as a novel cellular substrate of the hepatitis C virus NS3-4A protease

Background: The hepatitis C virus (HCV) NS3-4A protease is not only an essential component of the viral replication complex and a prime target for antiviral intervention but also a key player in the persistence and pathogenesis of HCV. It cleaves and thereby inactivates two crucial adaptor proteins in viral RNA sensing and innate immunity (MAVS and TRIF) as well as a phosphatase involved in growth factor signaling (TC-PTP). The aim of this study was to identify novel cellular substrates of the NS3-4A protease and to investigate their role in the life cycle and pathogenesis of HCV. Methods: Cell lines inducibly expressing the NS3-4A protease were analyzed in basal as well as interferon- α -stimulated states by stable isotopic labeling using amino acids in cell culture (SILAC) coupled with protein separation and mass spectrometry. Candidates fulfilling strin- gent criteria for potential substrates or products of the NS3-4A protease were further investigated in different experimental sys- tems as well as in liver biopsies from patients with chronic hep- atitis C. Results: SILAC coupled with protein separation and mass spectrometry yielded > 5000 proteins of which 21 can- didates were selected for further analyses. These allowed us to identify GPx8, a membrane-associated peroxidase involved in disulfide bond formation in the endoplasmic reticulum, as a novel cellular substrate of the HCV NS3-4A protease. Cleavage occurs at cysteine in position 11, removing the cytosolic tip of GPx8, and was observed in different experimental systems as well as in liver biopsies from patients with chronic hepatitis C. Further functional studies, involving overexpression and RNA silencing, revealed that GPx8 is a proviral factor involved in viral particle production but not in HCV entry or RNA replica- tion. Conclusions: GPx8 is a proviral host factor cleaved by the HCV NS3-4A protease. Studies investigating the consequences of cleavage for GPx8 function are underway. The identification of novel cellular substrates of the HCV NS3-4A protease should yield new insights into the HCV life cycle and the pathogenesis of hepatitis C and may reveal novel angles for therapeutic inter- vention.

The cooperative induction of hypoxia-inducible factor-1 alpha and STAT3 during hypoxia induced an impairment of tumor susceptibility to CTL-mediated cell lysis.

Hypoxia is an essential component of tumor microenvironment. In this study, we investigated the influence of hypoxia (1% PO(2)) on CTL-mediated tumor cell lysis. We demonstrate that exposure of target tumor cells to hypoxia has an inhibitory effect on the CTL clone (Heu171)-induced autologous target cell lysis. Such inhibition correlates with hypoxia-inducible factor-1alpha (HIF-1alpha) induction but is not associated with an alteration of CTL reactivity as revealed by granzyme B polarization or morphological change. Western blot analysis indicates that although hypoxia had no effect on p53 accumulation, it induced the phosphorylation of STAT3 in tumor cells by a mechanism at least in part involving vascular endothelial growth factor secretion. We additionally show that a simultaneous nuclear translocation of HIF-1alpha and phospho-STAT3 was observed. Interestingly, gene silencing of STAT3 by small interfering RNA resulted in HIF-1alpha inhibition and a significant restoration of target cell susceptibility to CTL-induced killing under hypoxic conditions by a mechanism involving at least in part down-regulation of AKT phosphorylation. Moreover, knockdown of HIF-1alpha resulted in the restoration of target cell lysis under hypoxic conditions. This was further supported by DNA microarray analysis where STAT3 inhibition resulted in a partly reversal of the hypoxia-induced gene expression profile. The present study demonstrates that the concomitant hypoxic induction of phospho-STAT3 and HIF-1alpha are functionally linked to the alteration of non-small cell lung carcinoma target susceptibility to CTL-mediated killing. Considering the eminent functions of STAT3 and HIF-1alpha in the tumor microenvironment, their targeting may represent novel strategies for immunotherapeutic intervention.

Characterization of the expression, regulation and function of Sorting Nexin 9 and Sorting Nexin 18

Summary : Sorting nexin (SNX) family members play important roles in intracellular protein and membrane trafficking, The membrane-tubulating SNX9 protein has been shown to interact with multiple components of the endocytic machinery and to participate in clathrin-mediated endocytosis of cell surface receptors. It has not been investigated if SNX9 may also participate in other protein sorting pathways that involve vesicular transport, specifically the biogenesis of lysosome-related organelles (LROs). Closely related to SNX9 is SNXl8, whose function is largely unknown. In this work, we have characterized the expression of SNX9 and SNXl8 in LRO-containing cells and investigated their role in protein trafficking during the formation of LROs. Our results indicate that SNX9 and SNXl8 are not essential for the formation of LROs, nor for the sorting of melanosomal proteins. We investigated how the level of intracellular SNX9 protein is regulated and found that it is a substrate of the ubiquitin ligase Itch, a member of the NEDD4 family of E3 ubiquitin ligases. Itch ubiquitylates SNX9 and regulates SNX9 levels by enhancing its degradation. Using ? truncated proteins we found that the interaction with SNX9 is mediated by the proline-rich domain of Itch, a domain distinct from the conventional WW recognition domain, and the SH3 domain of SNX9. Interaction with the PRD of Itch is essential for SNX9 ubiquitylation and degradation. We further showed that Itch binding is not affected by tyrosine phosphorylation of SNX9. Using lentivector-mediated siRNA techniques, we found that Itch regulates the level of melanosomal proteins, while knock-down of SNX9 does not alter their level. Interestingly, we revealed that silencing of SNXIS affects the amount of the melanosomal protein Melan-A, but also of SNX9, and that SNXl8 can interact with SNX9. Taken together, our results highlight that the pool of substrates of NEDD4 family E3 ligases extends to proteins containing SH3 domains and provide insight into the potential functions of SNXI8. Résumé : Les membres de la famille des Sorting Nexins (SNX) jouent des rôles importants dans le trafic intracellulaire de protéines et membranes. Il a été démontré que la protéine SNX9, qui génère les tubules membranaires, interagit avec plusieurs composants de la machinerie d'endocytose et participe à l'endocytose des récepteurs de surface mediée par la clathrine. Aucune étude n'a investigué si SNX9 pourrait aussi participer à d'autres voies de trafic de protéines tel que le transport vésiculaire, et plus particulièrement la biogenèse des organites lysosomaux ("lysosome-related organelles", LR©s). SNXl8 est similaire à SNX9, mais sa fonction est largement inconnue. Dans ce travail, nous avons caractérisé l'expression de SNX9 et SNX18 dans des cellules contenants des LROs et investigué leur rôle dans le trafic de protéines pendant la formation des LROS. Nos résultats indiquent que SNX9 et SNXI8 ne sont essentiels ni pour la formation des LR©s, ni pour le trafic de protéines mélanosomales. Nous avons examiné la régulation du niveau intracellulaire de la protéine SNX9 et avons trouvé qu'elle est un substrat de l'ubiquitine ligase Itch, un membre de la famille NEDD4 des ubiquitine ligases E3. Itch ubiquitine SNX9 et régule les niveaux de SNX9 en augmentant sa dégradation. En utilisant des protéines mutées nous avons découvert que l'interaction avec SNX9 est médiée par le domaine riche en proline de Itch, qui est différent du domaine conventionnel de reconnaissance WW, et par le domaine SH3 de SNX9. L'interaction avec le domaine riche en proline de Itch est essentielle pour l'ubiquitination et la dégradation de SNX9. De plus, nous avons montré que cette liaison n'est pas affectée par la phosphorylation des résidus tyrosine de SNX9. En utilisant des vecteurs lentiviraux exprimant des siARN, nous avons trouvé que Itch régule les niveaux de protéines mélanosomales, alors que l'extinction de l'expression de SNX9 ne change pas leurs niveaux. En autre, nous avons révélé que la diminution de SNXl8 affecte le niveau de la protéine mélanosomale Melan-A et de SNX9, et aussi que SNXl8 peut interagir avec SNX9. En résumé, nos résultats démontrent que l'ensemble des substrats de la famille NEDD4 des ubiquitine ligases E3 s'élargit aux protéines contenant des domaines SH3 et ouvrent des perspectives sur les fonctions potentielles de SNXl8.