Characterization of functional role of α-ketoglutarate receptor in the kidney : role of the intrinsic circadian timing system in renin expressing cells

Le rein joue un rôle essential dans le maintien de l'homéostasie des fluides extracellulaires (FEC) et la pression artérielle. L'objectif de notre groupe est d'identifier de nouveaux mécanismes impliqués dans le contrôle de l'homéostasie des FEC et de la pression artérielle par le rein. Projet 1) Caractérisation du rôle fonctionnel du récepteur à l'a-cétogluatarate Oxgrl dans le rein Oxgrl est le récepteur spécifique de l'a-cétogluatarate, une moléule intermédiaire du cycle de l'acide citrique, filtrée par le rein et réabsorbée ou secrétée au niveau des tubules proximaux. Le rôle fonctionnel de ces deux récepteurs reste inconnu. Nos résultats montrent qu'Oxgrl est localisé au niveau des cellules intercalaires du tube collecteur (CCD). Des souris (Oxgrr/_) montrent une diminution du pH urinaire ,une augmentation de la concentration de l'acide urinaire titrable et une augmentation des niveaux d'a-cétoglutarate. Le traitement au Na-bicarbonate provoque une augmentation plus prononcée de l'alcalose métabolique chez les souris Oxgrl"7"' accompagnée d'une augmentation de la concentration de bicarbonate et une diminution du niveau de chlore plasmatique. En parallèle, des études de microperfusion ont montré que a-cétoglutarate stimule la réabsorption éléctroneutre de NaCl dans le CCD des souris de type sauvage mais pas des souris Oxgrl"7". En résumé, ces résultats montrent que l'a-cétoglutarate joue un rôle de molécule messagère du tubule proximal jusqu'au tube collecteur au niveau du rein et qu'Oxgrl pourrait être impliqué dans la régulation de l'échange Cl/bicarbonate et la réabsorption du NaCl dans les cellules intercalées. Projet 2) Rôle du système circadien dans les cellules productrices de rénine. Le système chronologique circadien est un mécanisme moléculaire ubiquitaire qui permet à l'organisme de coordonner ses fonctions principales en fonction du temps géophysique. Comme l'activité de la rénine plasmatique montre une rythmicité circadienne nette chez l'homme et la souris ; dans ce projet, nous avons abordé la question à savoir dans quelle mesure le système circadien est impliqué dans cette variabilité circadienne. Pour cela, le gène Bmall, élément principal de l'horloge moléculaire, a été perturbé dans les cellules granulaires productrices de rénine par le système Cre-LoxP. Nos résultats montrent que les souris Renld- Cre/Bmalllox/lox (cKO) présentent de faibles taux d'ARNm de Reni, altèrent la dynamique d'expression de la protéine rénine, mais il le niveau de concentration plasmatique de la rénine reste le même. Cependant, les souris cKO montrent une réduction significative de la concentration plasmatique de l'aldostérone. Nos analyses de l'urine récupérée dans des intervalles de temps de 24 et 1 heure montrent une augmentation du volume urinaire, une tendance à une hypercalciurie, ainsi qu'une altération de la dynamique d'excrétion urinaire de sodium chez les souris cKO. Plusieurs gènes impliqués dans la production/sécrétion de la rénine et dans le contrôle de la fonction rénale montrent une altération de l'expression circadienne d'ARNm. Par ailleurs, les souris cKO montrent une baisse significative de la pression artérielle. Nos résultats suggèrent que l'horloge intrinsèque des cellules productrices de la rénine joue un rôle important dans le control des FEC et l'homéostasie de la pression artérielle via régulation de la fonction rénale.

Tetracycline-regulated expression of VEGF-A in beta cells induces angiogenesis: improvement of engraftment following transplantation.

Early revascularization of pancreatic islet cells after transplantation is crucial for engraftment, and it has been suggested that vascular endothelial growth factor-A (VEGF-A) plays a significant role in this process. Although VEGF gene therapy can improve angiogenesis, uncontrolled VEGF secretion can lead to vascular tumor formation. Here we have explored the role of temporal VEGF expression, controlled by a tetracycline (TC)-regulated promoter, on revascularization and engraftment of genetically modified beta cells following transplantation. To this end, we modified the CDM3D beta cell line using a lentiviral vector to promote secretion of VEGF-A either in a TC-regulated (TET cells) or a constitutive (PGK cells) manner. VEGF secretion, angiogenesis, cell proliferation, and stimulated insulin secretion were assessed in vitro. VEGF secretion was increased in TET and PGK cells, and VEGF delivery resulted in angiogenesis, whereas addition of TC inhibited these processes. Insulin secretion by the three cell types was similar. We used a syngeneic mouse model of transplantation to assess the effects of this controlled VEGF expression in vivo. Time to normoglycemia, intraperitoneal glucose tolerance test, graft vascular density, and cellular mass were evaluated. Increased expression of VEGF resulted in significantly better revascularization and engraftment after transplantation when compared to control cells. In vivo, there was a significant increase in vascular density in grafted TET and PGK cells versus control cells. Moreover, the time for diabetic mice to return to normoglycemia and the stimulated plasma glucose clearance were also significantly accelerated in mice transplanted with TET and PGK cells when compared to control cells. VEGF was only needed during the first 2-3 weeks after transplantation; when removed, normoglycemia and graft vascularization were maintained. TC-treated mice grafted with TC-treated cells failed to restore normoglycemia. This approach allowed us to switch off VEGF secretion when the desired effects had been achieved. TC-regulated temporal expression of VEGF using a gene therapy approach presents a novel way to improve early revascularization and engraftment after islet cell transplantation.

Expression and function of interleukin-7 in secondary and tertiary lymphoid organs.

Interleukin-7 (IL-7) is known since many years as stromal-cell derived cytokine that plays a key role for the adaptive immune system. It promotes lymphocyte development in the bone marrow and thymus as well as naive and memory T cell homeostasis in the periphery. More recently, IL-7 reporter mice and other approaches have led to the further characterization of the various stromal cell sources of IL-7 in secondary lymphoid organs (SLO) and other tissues. We will review these advances along with a discussion of the regulation of IL-7 and its receptor, and compare the biological effects IL-7 has on adaptive as well as innate immune cells in SLO. Finally, we will review the role of IL-7 in development of SLO and tertiary lymphoid tissues that frequently are associated with sites of chronic inflammation.

Retinal degeneration progression changes lentiviral vector cell targeting in the retina

Ce travail de thèse a été réalisé au sein de l'Unité de Thérapie Génique et Biologie des Cellules Souches de l'Hôpital Jules- Gonin dans le Service d'Ophtalmologie de l'Université de Lausanne. Ce laboratoire recherche des solutions thérapeutiques pour des maladies dégénératives et incurables de la rétine comme les rétinites pigmentaires (RP). Ayant déjà montré certains résultats dans le domaine, la thérapie génique a été notre outil pour ce travail. Cette méthode se base sur le principe de remplacer un gène déficient par sa copie normale, en transportant celle-ci au coeur même du noyau par un vecteur. Il existe à l'heure actuelle différents vecteurs. Un des plus efficaces est un vecteur viral non-réplicatif : le lentivirus, dérivé de HIV-1. Celui-ci a la capacité d'intégrer le génome de la cellule cible, lui conférant ainsi un nouveau matériel génétique. Notre but a été d'établir le tropisme du lentivirus dans une rétine en dégénérescence. Ce lentivirus est connu pour transduire efficacement les cellules de l'épithélium pigmentaire rétinien dans l'oeil adulte sain, ainsi que celles de la neurorétine, mais ce, uniquement durant le développement. On sait aussi que le vecteur lentiviral présente un tropisme différent selon les enveloppes dont il est muni ; par exemple, le lentivirus avec une enveloppe Mokola est connu pour transduire les cellules gliales du système nerveux central. La rétine qui dégénère montre quant à elle des changements de sa structure qui pourraient influencer la diffusion du vecteur et/ou son tropisme. Le postulat de base a été le suivant : chez l'adulte, la transduction des neurones de la rétine via le lentivirus pourrait être facilitée par l'altération de la membrane limitante externe induite par la dégénérescence (meilleure pénétrance du virus). D'un point de vue technique, nous avons utilisé deux types distincts de modèles murins de dégénérescence rétinienne : des souris Balb/C soumises à une dose toxique de lumière et les souris Rhodopsin knockout, animaux génétiquement modifiés. Comme vecteur viral, nous avons employé deux différents pseudotypes de lentivirus (caractérisés par les enveloppes virales) avec différents promoteurs (séquence d'ADN qui initie la transduction et confère la spécificité d'expression d'un gène). En changeant l'enveloppe et le promoteur, nous avons essayé de trouver la meilleure combinaison pour augmenter l'affinité du vecteur vis-à-vis des photorécepteurs d'abord, puis vis-à-vis d'autres cellules de la rétine. Nos résultats ont montré que la membrane limitante externe est effectivement altérée chez les deux modèles de dégénérescence, mais que cette modification ne favorise pas la transduction des photorécepteurs lorsqu'on utilise un vecteur lentiviral contenant une enveloppe VSVG et un promoteur photorécepteur-spécifique ou ubiquitaire. En effet, une forte réaction gliale a été observée. Par contre, en utilisant le lentivirus avec une enveloppe Mokola et un promoteur ubiquitaire, nous avons constaté une très bonne transduction au niveau des cellules de Millier dans la rétine en dégénérescence, phénomène non observé chez les souris sauvages. Ce travail a donc permis de trouver un vecteur viral efficace pour atteindre et transduire les cellules de Miiller, ceci seulement pendant la dégénérescence de la rétine. Ces cellules, une fois transduites, pourraient être utilisées pour sécréter dans la rétine des agents thérapeutiques tels que des facteurs neurotrophiques pour soutenir la survie des photorécepteurs ou des facteurs anti-angiogéniques pour prévenir la néo-vascularisation lors de diabète ou de dégénérescence maculaire liée à l'âge. - In normal mice, the lentiviral vector (LV) is very efficient to target the RPE cells, but transduces retinal neurons well only during development. In the present study, the tropism of LV has been investigated in the degenerating retina of mice, knowing that the retina structure changes during degeneration. We postulated that the viral transduction would be increased by the alteration of the iuter limiting membrane (OLM). Two different LV pseudotypes were tested using the VSVG arid the Mokola envelopes, as well as two animal models of retinal degeneration: light-damaged Balb-C and Rhodopsin knockout (Rho-/-) mice. After light damage, the OLM is altered and no significant increase of the number of transduced photoreceptors can be obtained with a LV-VSVG-Rhop-GFP vector. In the Rho-/- mice, an altération of the OLM was also observed, but the possibility of transducing photoreceptors was decreased, probably by ongoing gliosis. The use of a ubiquitous promoter allows better photoreceptor transduction, suggesting that photoreceptór-specific promoter activity change during late stages of photoreceptor degeneration. However, the number of targeted photoreceptors remains low. In contrast, LV pseudotyped with the tfokola envelope allows a wide dispersion of the ctor into the retina (corresponding to the injection bleb) with preferential targeting of Muller cells, a situation Mc\ does ot occur in the wild- type retina. Mokola-pseudotyped lentiviral vectors may serve to engineer these glial cells to deliver secreted therapeutic factors to a diseased area of the retina.

Vasopressin-inducible ubiquitin-specific protease 10 increases ENaC cell surface expression by deubiquitylating and stabilizing sorting nexin 3

Adjustment of Na+ balance in extracellular fluids is achieved by regulated Na+ transport involving the amiloride-sensitive epithelial Na+ channel (ENaC) in the distal nephron. In this context, ENaC is controlled by a number of hormones, including vasopressin, which promotes rapid translocation of water and Na+ channels to the plasma membrane and long-term effects on transcription of vasopressin-induced and -reduced transcripts. We have identified a mRNA encoding the deubiquitylating enzyme ubiquitin-specific protease 10 (Usp10), whose expression is increased by vasopressin at both the mRNA and the protein level. Coexpression of Usp10 in ENaC-transfected HEK-293 cells causes a more than fivefold increase in amiloride-sensitive Na+ currents, as measured by whole cell patch clamping. This is accompanied by a three- to fourfold increase in surface expression of alpha- and gamma-ENaC, as shown by cell surface biotinylation experiments. Although ENaC is well known to be regulated by its direct ubiquitylation, Usp10 does not affect the ubiquitylation level of ENaC, suggesting an indirect effect. A two-hybrid screen identified sorting nexin 3 (SNX3) as a novel substrate of Usp10. We show that it is a ubiquitylated protein that is degraded by the proteasome; interaction with Usp10 leads to its deubiquitylation and stabilization. When coexpressed with ENaC, SNX3 increases the channel's cell surface expression, similarly to Usp10. In mCCD(cl1) cells, vasopressin increases SNX3 protein but not mRNA, supporting the idea that the vasopressin-induced Usp10 deubiquitylates and stabilizes endogenous SNX3 and consequently promotes cell surface expression of ENaC

Test of four colon cancer risk-scores in formalin fixed paraffin embedded microarray gene expression data.

BACKGROUND: Prognosis prediction for resected primary colon cancer is based on the T-stage Node Metastasis (TNM) staging system. We investigated if four well-documented gene expression risk scores can improve patient stratification. METHODS: Microarray-based versions of risk-scores were applied to a large independent cohort of 688 stage II/III tumors from the PETACC-3 trial. Prognostic value for relapse-free survival (RFS), survival after relapse (SAR), and overall survival (OS) was assessed by regression analysis. To assess improvement over a reference, prognostic model was assessed with the area under curve (AUC) of receiver operating characteristic (ROC) curves. All statistical tests were two-sided, except the AUC increase. RESULTS: All four risk scores (RSs) showed a statistically significant association (single-test, P < .0167) with OS or RFS in univariate models, but with HRs below 1.38 per interquartile range. Three scores were predictors of shorter RFS, one of shorter SAR. Each RS could only marginally improve an RFS or OS model with the known factors T-stage, N-stage, and microsatellite instability (MSI) status (AUC gains < 0.025 units). The pairwise interscore discordance was never high (maximal Spearman correlation = 0.563) A combined score showed a trend to higher prognostic value and higher AUC increase for OS (HR = 1.74, 95% confidence interval [CI] = 1.44 to 2.10, P < .001, AUC from 0.6918 to 0.7321) and RFS (HR = 1.56, 95% CI = 1.33 to 1.84, P < .001, AUC from 0.6723 to 0.6945) than any single score. CONCLUSIONS: The four tested gene expression-based risk scores provide prognostic information but contribute only marginally to improving models based on established risk factors. A combination of the risk scores might provide more robust information. Predictors of RFS and SAR might need to be different.

Canine distemper virus : persistence and pathology in the central nervous system

Résumé : Le virus de la maladie de Carré (en anglais: canine distemper virus, CDV) qui est pathogène pour les chiens et autres carnivores, est très semblable au virus de la rougeole humaine (en anglais MV). Ces deux virus font partie du genre des Morbillivirus qui appartient à la famille des Paramyxoviridae. Ils induisent des complications dans le système nerveux central (SNC). Au stade précoce et aigu de l'infection du SNC, le CDV induit une démyélinisation (1). Ce stade évolue dans certains cas vers une infection chronique avec progression de la démyélinisation. Pendant le stade précoce, qui suit en général de trois semaines les premiers symptômes, le processus de démyélinisation est associé à la réplication du virus et n'est pas considéré comme inflammatoire (1). Par contre, au stade chronique, la progression des plaques de démyélinisation semble être plutôt liée à des processus immunogènes caractéristiques (2), retrouvés également dans la sclérose en plaques (SEP) chez les humains. Pour cette raison, le CDV est considéré comme un modèle pour la SEP humaine et aussi pour l'étude des maladies et complications induites par les Morbillivirus en général (3). Dans notre laboratoire, nous avons utilisé la souche A75/17-CDV, qui est considérée comme le modèle des souches neurovirulentes de CDV. Nous avons cherché en premier lieu à établir un système robuste pour infecter des cultures neuronales avec le CDV. Nous avons choisi les cultures primaires de l'hippocampe du nouveau-né de rat (4), que nous avons ensuite infecté avec une version modifiée du A75/17, appelée rgA75/17-V (5). Dans ces cultures, nous avons prouvé que le CDV infecte des neurones et des astrocytes. Malgré une infection qui se diffuse lentement entre les cellules, cette infection cause une mort massive aussi bien des neurones infectés que non infectés. En parallèle, les astrocytes perdent leur morphologie de type étoilé pour un type polygonal. Finalment, nous avons trouvé une augmentation importante de la concentration en glutamate dans le milieu de culture, qui laisse présumer une sécrétion de glutamate par les cultures infectées (6). Nous avons ensuite étudié le mécanisme des effets cytopathiques induits par le CDV. Nous avons d'abord démontré que les glycoprotéines de surface F et H du CDV s'accumulent massivement dans le réticulum endoplasmique (RE). Cette accumulation déclenche un stress du RE, qui est caractérisé par une forte expression du facteur de transcription proapoptotique CHOP/GADD 153 et de le la calreticuline (CRT). La CRT est une protéine chaperonne localisée dans le RE et impliquée dans l'homéostasie du calcium (Ca2+) et dans le repliement des protéines. En transfectant des cellules de Vero avec des plasmides codant pour plusieurs mutants de la glycoprotéine F de CDV, nous avons démontré une corrélation entre l'accumulation des protéines virales dans le RE et l'augmentation de l'expression de CRT, le stress du RE et la perte de l'homéostasie du Ca2+. Nous avons obtenu des résultats semblables avec des cultures de cellules primaires de cerveau de rat. Ces résultats suggèrent que la CRT joue un rôle crucial dans les phénomènes neurodégénératifs pendant l'infection du SNC, notamment par le relazgage du glutamate via le Ca2+. De manière intéressante, nous démontrons également que l'infection de CDV induit une fragmentation atypique de la CRT. Cette fragmentation induit une re-localisation et une exposition sélective de fragments amino-terminaux de la CRT, connus pour êtres fortement immunogènes à la surface des cellules infectées et non infectées. A partir de ce résultat et des résultats précédents, nous proposons le mécanisme suivant: après l'infection par le CDV, la rétention dans le RE des protéines F et H provoque un stress du RE et une perte de l'homéostasie du Ca2+. Ceci induit la libération du glutamate, qui cause une dégénération rapide du SNC (sur plusieurs jours ou semaines) correspondant à la phase aiguë de la maladie chez le chien. En revanche, les fragments amino-terminaux de la CRT libérés à la surface des cellules infectées peuvent avoir un rôle important dans l'établissement d'une démyélinisation d'origine immunogène, typique de la phase chronique de l'infection de CDV. Summary : The dog pathogen canine distemper virus (CDV), closely related to the human pathogen measles virus (MV), belongs to the Morbillivirus genus of the Paramyxoviridae family. Both CDV and NIV induce complications in the central nervous system (CNS). In the acute early stage of the infection in CNS, the CDV infection induces demyelination. This stage is sometimes followed by a late persistent stage of infection with a progression of the demyelinating lesions (1). The acute early stage occurs around three weeks after the infection and demyelinating processes are associated with active virus replication and are not associated to inflammation (1). In contrast during late persistent stage, the demyelination plaque progression seems to be mainly due to an immunopathological process (2), which characteristics are shared in many aspects with the human disease multiple sclerosis (MS). For these reasons, CDV is considered as a model for human multiple sclerosis, as well as for the study of Morbillivirus-mediated pathogenesis (3). In our laboratory, we used the A75/17-CDV strain that is considered to be the prototype of neurovirulent CDV strain. We first sought to establish a well characterized and robust model for CDV infection of a neuronal culture. We chose primary cultures from newborn rat hippocampes (4) that we infected with a modified version of A75/17, called rgA75/17-V (5). In these cultures, we showed that CDV infects both neurons and astrocytes. While the infection spreads only slowly to neighbouring cells, it causes a massive death of neurons, which includes also non-infected neurons. In parallel, astrocytes undergo morphological changes from the stellate type to the polygonal type. The pharmacological blocking of the glutamate receptors revealed an implication of glutamatergic signalling in the virus-mediated cytopathic effect. Finally, we found a drastic increase concentration of glutamate in the culture medium, suggesting that glutamate was released from the cultured cells (6). We further studied the mechanism of the CDV-induced cytopathic effects. We first demonstrated that the CDV surface glycoprotein F and H markedly accumulate in the endoplasmic reticulum (ER). This accumulation triggers an ER stress, which is characterized by increased expression of the proapoptotic transcription factor CHOP/GADD 153 and calreticulin (CRT). CRT is an ER resident chaperon involved in the Ca2+ homeostasis and in the response to misfolded proteins. Transfections of Vero cells with plasmids encoding various CDV glycoprotein mutants reveal a correlation between accumulation of viral proteins in the ER, CRT overexpression, ER stress and alteration of ER Ca2+ homeostasis. Importantly, similar results are also obtained in primary cell cultures from rat brain. These results suggest that CRT plays a crucial role in CNS infection, particularly due to CRT involvement in Ca2+ mediated glutamate releases, and subsequent neurodegenerative disorders. Very intriguingly, we also demonstrated that CDV infection induces an atypical CRT fragmentation, with relocalisation and selective exposure of the highly immunogenic CRT N-terminal fragments at the surface of infected and neighbouring non-infected cells. Altogether our results combined with previous findings suggest the following scenario. After CDV infection, F and H retention alter Ca2+ homeostasis, and induce glutamate release, which in turn causes rapid CNS degeneration (within days or a week) corresponding to the acute phase of the disease in dogs. In contrast, the CRT N-terminal fragments released at the surface of infected cells may rather have an important role in the establishment of the autoimmune demyelination in the late stage of CDV infection.

Thiamine-auxotrophic mutants of Pseudomonas fluorescens CHA0 are defective in cell-cell signaling and biocontrol factor expression.

In the biocontrol strain Pseudomonas fluorescens CHA0, the Gac/Rsm signal transduction pathway positively controls the synthesis of antifungal secondary metabolites and exoenzymes. In this way, the GacS/GacA two-component system determines the expression of three small regulatory RNAs (RsmX, RsmY, and RsmZ) in a process activated by the strain's own signal molecules, which are not related to N-acyl-homoserine lactones. Transposon Tn5 was used to isolate P. fluorescens CHA0 insertion mutants that expressed an rsmZ-gfp fusion at reduced levels. Five of these mutants were gacS negative, and in them the gacS mutation could be complemented for exoproduct and signal synthesis by the gacS wild-type allele. Furthermore, two thiamine-auxotrophic (thiC) mutants that exhibited decreased signal synthesis in the presence of 5 x 10(-8) M thiamine were found. Under these conditions, a thiC mutant grew normally but showed reduced expression of the three small RNAs, the exoprotease AprA, and the antibiotic 2,4-diacetylphloroglucinol. In a gnotobiotic system, a thiC mutant was impaired for biological control of Pythium ultimum on cress. Addition of excess exogenous thiamine restored all deficiencies of the mutant. Thus, thiamine appears to be an important factor in the expression of biological control by P. fluorescens.

Respective roles of calcitonin receptor-like receptor (CRLR) and receptor activity-modifying proteins (RAMP) in cell surface expression of CRLR/RAMP heterodimeric receptors.

Receptor activity modifying proteins RAMP1, RAMP2, and RAMP3 are responsible for defining affinity to ligands of the calcitonin receptor-like receptor (CRLR). It has also been proposed that receptor activity-modifying proteins (RAMP) are molecular chaperones required for CRLR transport to the cell surface. Here, we have studied the respective roles of CRLR and RAMP in transporting CRLR/RAMP heterodimers to the plasma membrane by using a highly specific binding assay that allows quantitative detection of cell surface-expressed CRLR or RAMP in the Xenopus oocytes expression system. We show that: (i) heterodimer assembly is not a prerequisite for efficient cell surface expression of CRLR, (ii) N-glycosylated RAMP2 and RAMP3 are expressed at the cell surface and their transport to the plasma membrane requires N-glycans, (iii) RAMP1 is not N-glycosylated and is transported to the plasma membrane only upon formation of heterodimers with CRLR, and (iv) introduction of N-glycosylation sites in the RAMP1 sequence (D58N/G60S, Y71N, and K103N/P105S) allows cell surface expression of these mutants at levels similar to that of wild-type RAMP1 co-expressed with CRLR. Our data argue against a chaperone function for RAMP and identify the role of N-glycosylation in targeting these molecules to the cell surface.

Differential transgene expression profiles in rat brain, using rAAV2/1 vectors with tetracycline-inducible and cytomegalovirus promoters.

The biodistribution of transgene expression in the CNS after localized stereotaxic vector delivery is an important issue for the safety of gene therapy for neurological diseases. The cellular specificity of transgene expression from rAAV2/1 vectors (recombinant adeno-associated viral vectors pseudotyped with viral capsids from serotype 1) using the tetracycline-inducible (TetON) expression cassette in comparison with the cytomegalovirus (CMV) promoter was investigated in the rat nigrostriatal pathway. After intrastriatal injection, although green fluorescent protein (GFP) was expressed mainly in neurons with both vectors, the relative proportions of DARPP-32-positive projection neurons and parvalbumin-positive interneurons were, respectively, 13:1 and 2:1 for the CMV and TetON vectors. DARP32-positive neurons projecting to the globus pallidus were strongly GFP positive with both vectors, whereas those projecting to the substantia nigra pars reticulata (SNpr) were efficiently labeled by the CMV vector but poorly by the TetON vector. Numerous GFP-positive cells were evidenced in the subventricular zone with both vectors. However, in the olfactory bulb (OB), GFP-positive neurons were observed with the CMV vector but not the TetON vector. We conclude that the absence of significant amounts of transgene product in distant regions (SN and OB) constitutes a safety advantage of the AAV2/1-TetON vector for striatal gene therapy. Midbrain injections resulted in selective GFP expression in tyrosine hydroxylase-positive neurons by the TetON vector whereas with the CMV vector, GFP-positive cells covered a widespread area of the midbrain. The biodistribution of GFP protein corresponded to that of the transcripts and not of the viral genomes. We conclude that the rAAV2/1-TetON vector constitutes an interesting tool for specific transgene expression in midbrain dopaminergic neurons.

The role of matrix metalloproteinase mmp-9 in peripheral neural system regeneration

Multiple lines of evidence show that matrix metalloproteinases (MMPs) are involved in the peripheral neural system degenerative and regenerative processes. MMP-9 was suggested in particular to play a role in the peripheral nerve after injury or during Wallerian degeneration. Interestingly, our previous analysis of Lpin1 mutant mice (which present morphological signs of active demyelination and acute inflammatory cell migration, similar to processes present in the PNS undergoing Wallerian degeneration) revealed an accumulation of MMP-9 in the endoneurium of affected animals. We therefore generated a mouse line lacking both the Lpin1 and the MMP-9 genes in order to determine if MMP-9 plays a role in either inhibition or potentiation of the demyelinating phenotype present in Lpin1 knockout mice. The inactivation of MMP-9 alone did not lead to defects in PNS structure or function. Interestingly we observed that the double mutant animals showed reduced nerve conduction velocity, lower myelin protein mRNA expressions, and had more histological abnormalities as compared to the Lpin1 single mutants. In addition, based on immunohistochemical analysis and macrophage markers mRNA expression, we found a lower macrophage content in the sciatic nerve of the double mutant animals. Together our data indicate that MMP-9 plays a role in macrophage recruitment during postinjury PNS regeneration processes and suggest that slower macrophage infiltration delays regenerative processes in PNS.

SOST expression is restricted to the great arteries during embryonic and neonatal cardiovascular development.

Spatial-temporal regulation of bone morphogenetic protein (BMP) and Wnt activity is essential for normal cardiovascular development, and altered activity of these growth factors causes maldevelopment of the cardiac outflow tract and great arteries. In the present study, we show that SOST, a Dan family member reported to antagonize BMP and Wnt activity, is expressed within the medial vessel wall of the great arteries containing smooth muscle cells. The ascending aorta, aortic arch, brachiocephalic artery, common carotids, and pulmonary trunk were all associated with SOST expressing smooth muscle cells, while the heart itself, including the valves, and more distal arteries, that is, pulmonary arteries, subclavian arteries, and descending aorta, were negative. SOST was expressed from embryonic day 15.5 up to the neonatal period. SOST expression, however, did not correspond with inhibition of Smad-dependent BMP activity or beta-catenin-dependent Wnt activity in the great arteries. Activity of both signaling pathways was already down-regulated before induction of SOST expression.

Molecular evolution of the Drosophila olfactory system

The olfactory system is an attractive model to study the genetic mechanisms underlying evolution of the nervous system. This sensory system mediates the detection and behavioural responses to an enormous diversity of volatile chemicals in the environment and displays rapid evolution, as species acquire, modify and discard olfactory receptors and circuits to adapt to new olfactory stimuli. Drosophilids provide an attractive model to study these processes. The availability of 12 sequenced genomes of Drosophila species occupying diverse ecological niches provides a rich resource for genomic analyses. Moreover, one of these species, Drosophila melanogaster, is amenable to a powerful combination of genetic and electrophysiological analyses. D. melanogaster has two distinct families of olfactory receptors to detect odours, the well-characterised Odorant Receptors (ORs) and the recently identified lonotropic Receptors (IRs). In my thesis, I have provided new insights into the genetic mechanisms underlying olfactory system evolution through three distinct, but interrelated projects. First, I performed a comparative genomic analysis of the IR repertoire in 12 sequenced Drosophila species, which has revealed that the olfactory IRs are highly conserved across species. By contrast, a large fraction of IRs that are not expressed in the olfactory system - and which may be gustatory receptors - are much more variable in sequence and gene copy number. Second, to identify ligands for IR expressing olfactory sensory neurons, I have performed an electrophysiological screen in D. melanogaster using a panel of over 160 odours. I found that the IRs respond to a number of amines, aldehydes and acids, contrasting with the chemical specificity of the OR repertoire, which is mainly tuned to esters, alcohols and ketones. Finally, the identification of ligands for IRs in this species allowed me to investigate in detail the molecular and functional evolution of a tandem array of IRs, IR75a/IR75b/IR75c, in D. sechellia. This species is endemic to the Seychelles archipelago and highly specialised to breed on the fruits of Morinda citrifolia, which is repulsive and toxic for other Drosophila species. These studies led me to discover that receptor loss, changes in receptor specificity and changes in receptor expression have likely played an important role during the evolution of these IRs in D. sechellia. These changes may explain, in part, the unique chemical ecology of this species. - Le système olfactif est un excellent modèle pour étudier les mécanismes génétiques impliqués dans l'étude de l'évolution du système nerveux. Ce système sensoriel permet la détection de nombreux composés volatils présents dans l'environnement et est à la base des réponses comportementales. Il est propre à chaque espèce et évolue rapidement en modifiant ou en éliminant des récepteurs et leurs circuits olfactifs correspondants pour s'adapter à de nouvelles odeurs. Pour étudier le système olfactif et son évolution, nous avons décidé d'utiliser la drosophile comme modèle. Le séquençage complet de 12 souches de drosophiles habitant différentes niches écologiques permet une analyse génomique conséquente. De plus, l'une de ces espèces Drosophila melanogaster permet la combinaison d'analyses génétiques et électrophysiologiques. En effet, D. melanogaster possède 2 familles distinctes de récepteurs olfactifs qui permettent la détection d'odeurs: les récepteurs olfactifs (ORs) étant les mieux caractérisés et les récepteurs ionotropiques (IRs), plus récemment identifiés. Au cours de ma thèse, j'ai apporté des nouvelles connaissances qui m'ont permis de mieux comprendre les mécanismes génétiques à la base de l'évolution du système olfactif au travers de trois projets différents, mais interdépendants. Premièrement, j'ai réalisé une analyse génomique comparative de l'ensemble des IRs dans les 12 souches de drosophiles séquencées jusqu'à présent. Ceci a montré que les récepteurs olfactifs IRs sont hautement conservés parmi l'ensemble de ces espèces. Au contraire, une grande partie des IRs qui ne sont pas exprimés dans le système olfactif, et qui semblent être des récepteurs gustatifs, sont beaucoup plus variables dans leur séquence et dans le nombre de copie de gènes. Deuxièmement, pour identifier les ligands des récepteurs IRs exprimés par les neurones sensoriels olfactifs, j'ai réalisé une étude électrophysiologique chez D. melanogaster e η testant l'effet de plus de 160 composés chimiques sur les IRs. J'ai trouvé que les IRs répondent à un nombre d'amines, d'aldéhydes et d'acides, contrairement aux récepteurs olfactifs ORs qui eux répondent principalement aux esthers, alcools et cétones. Finalement, l'identification de ligands pour les IRs dans ces espèces m'a permis d'étudier en détail l'évolution fonctionnelle et moléculaire des IR75a/IR75b/IR75c dans D. sechellia. Cette espèce est endémique de l'archipel des Seychelles et se nourrit spécifiquement du fruit Morinda citrifolia qui est répulsif et toxique pour d'autres souches de drosophiles. Ces études m'ont poussé à découvrir que, la perte de IR75a, le changement dans la spécificité de IR75b ainsi que le changement dans l'expression de IR75c ont probablement joué un rôle important dans l'évolution des IRs chez D. sechellia. Ces changements peuvent expliquer, en partie, l'écologie chimique propre à cette espèce. Résumé français large public Le système olfactif permet aux animaux de détecter des milliers de molécules odorantes, les aidant ainsi à trouver de la nourriture, à distinguer si elle est fraîche ou avariée, à trouver des partenaires sexuels, ainsi qu'à éviter les prédateurs. Selon l'environnement et le mode de vie des espèces, le système olfactif doit détecter des odeurs très diverses ; en effet, un moustique qui recherche du sang humain pour se nourrir doit détecter des odeurs bien différentes d'une abeille qui recherche des fleurs. Dans ma thèse, j'ai essayé de comprendre comment les systèmes olfactifs d'une espèce évoluent pour s'adapter aux exigences induites par son environnement. Un très bon modèle pour étudier cela est la drosophile dont les différentes espèces se nichent dans des habitats très divers. Pour ce faire, j'ai étudié les récepteurs olfactifs de différentes espèces de la drosophile. Ces récepteurs sont des protéines qui se lient à des odeurs spécifiques. Lorsqu'ils se lient, ils activent un neurone qui envoie un signal électrique au cerveau. Ce signal est ensuite traité par ce dernier qui indique à la mouche si l'odeur est attractive ou répulsive. J'ai identifié les récepteurs olfactifs de plusieurs espèces de drosophile et étudié s'il y avait des différences entre elles. La plupart des récepteurs sont similaires entre les espèces, cependant dans l'une d'entre elles, certains récepteurs sont différents. Ce fait est particulièrement intéressant car cette espèce de drosophile se nourrit de fruits que les autres espèces n'apprécient pas. Comme nous ne savons pas quels récepteurs se lient à quelles odeurs, j'ai testé un grand nombre de composants odorants. Ceci m'a permis de constater que, effectivement, certains changements produits dans ces récepteurs expliquent pourquoi cette espèce aime particulièrement ces fruits. En outre, mes résultats contribuent à mieux comprendre les changements génétiques qui sont impliqués dans l'évolution du système olfactif.

Enhanced expression of 70-kilodalton heat shock protein limits cell division in a sepsis-induced model of acute respiratory distress syndrome.

OBJECTIVE: Fibrotic changes are initiated early in acute respiratory distress syndrome. This may involve overproliferation of alveolar type II cells. In an animal model of acute respiratory distress syndrome, we have shown that the administration of an adenoviral vector overexpressing the 70-kd heat shock protein (AdHSP) limited pathophysiological changes. We hypothesized that this improvement may be modulated, in part, by an early AdHSP-induced attenuation of alveolar type II cell proliferation. DESIGN: Laboratory investigation. SETTING: Hadassah-Hebrew University and University of Pennsylvania animal laboratories. SUBJECTS: Sprague-Dawley Rats (250 g). INTERVENTIONS: Lung injury was induced in male Sprague-Dawley rats via cecal ligation and double puncture. At the time of cecal ligation and double puncture, we injected phosphate-buffered saline, AdHSP, or AdGFP (an adenoviral vector expressing the marker green fluorescent protein) into the trachea. Rats then received subcutaneous bromodeoxyuridine. In separate experiments, A549 cells were incubated with medium, AdHSP, or AdGFP. Some cells were also stimulated with tumor necrosis factor-alpha. After 48 hrs, cytosolic and nuclear proteins from rat lungs or cell cultures were isolated. These were subjected to immunoblotting, immunoprecipitation, electrophoretic mobility shift assay, fluorescent immunohistochemistry, and Northern blot analysis. MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: Alveolar type I cells were lost within 48 hrs of inducing acute respiratory distress syndrome. This was accompanied by alveolar type II cell proliferation. Treatment with AdHSP preserved alveolar type I cells and limited alveolar type II cell proliferation. Heat shock protein 70 prevented overexuberant cell division, in part, by inhibiting hyperphosphorylation of the regulatory retinoblastoma protein. This prevented retinoblastoma protein ubiquitination and degradation and, thus, stabilized the interaction of retinoblastoma protein with E2F1, a key cell division transcription factor. CONCLUSIONS: : Heat shock protein 70-induced attenuation of cell proliferation may be a useful strategy for limiting lung injury when treating acute respiratory distress syndrome if consistent in later time points.

Dosage-dependent effects of Akt1/protein kinase Balpha (PKBalpha) and Akt3/PKBgamma on thymus, skin, and cardiovascular and nervous system development in mice.

Akt/protein kinase B (PKB) plays a critical role in the regulation of metabolism, transcription, cell migration, cell cycle progression, and cell survival. The existence of viable knockout mice for each of the three isoforms suggests functional redundancy. We generated mice with combined mutant alleles of Akt1 and Akt3 to study their effects on mouse development. Here we show that Akt1-/- Akt3+/- mice display multiple defects in the thymus, heart, and skin and die within several days after birth, while Akt1+/- Akt3-/- mice survive normally. Double knockout (Akt1-/-) Akt3-/-) causes embryonic lethality at around embryonic days 11 and 12, with more severe developmental defects in the cardiovascular and nervous systems. Increased apoptosis was found in the developing brain of double mutant embryos. These data indicate that the Akt1 gene is more essential than Akt3 for embryonic development and survival but that both are required for embryo development. Our results indicate isoform-specific and dosage-dependent effects of Akt on animal survival and development.