Optimization of the piggyBac Transposon Using mRNA and Insulators: Toward a More Reliable Gene Delivery System.

Integrating and expressing stably a transgene into the cellular genome remain major challenges for gene-based therapies and for bioproduction purposes. While transposon vectors mediate efficient transgene integration, expression may be limited by epigenetic silencing, and persistent transposase expression may mediate multiple transposition cycles. Here, we evaluated the delivery of the piggyBac transposase messenger RNA combined with genetically insulated transposons to isolate the transgene from neighboring regulatory elements and stabilize expression. A comparison of piggyBac transposase expression from messenger RNA and DNA vectors was carried out in terms of expression levels, transposition efficiency, transgene expression and genotoxic effects, in order to calibrate and secure the transposition-based delivery system. Messenger RNA reduced the persistence of the transposase to a narrow window, thus decreasing side effects such as superfluous genomic DNA cleavage. Both the CTF/NF1 and the D4Z4 insulators were found to mediate more efficient expression from a few transposition events. We conclude that the use of engineered piggyBac transposase mRNA and insulated transposons offer promising ways of improving the quality of the integration process and sustaining the expression of transposon vectors.

Exogenous mRNA delivery and bioavailability in gene transfer mediated by piggyBac transposition.

BACKGROUND: Up to now, the different uptake pathways and the subsequent intracellular trafficking of plasmid DNA have been largely explored. By contrast, the mode of internalization and the intracellular routing of an exogenous mRNA in transfected cells are poorly investigated and remain to be elucidated. The bioavailability of internalized mRNA depends on its intracellular routing and its potential accumulation in dynamic sorting sites for storage: stress granules and processing bodies. This question is of particular significance when a secure transposon-based system able to integrate a therapeutic transgene into the genome is used. Transposon vectors usually require two components: a plasmid DNA, carrying the gene of interest, and a source of transposase allowing the integration of the transgene. The principal drawback is the lasting presence of the transposase, which could remobilize the transgene once it has been inserted. Our study focused on the pharmacokinetics of the transposition process mediated by the piggyBac transposase mRNA transfection. Exogenous mRNA internalization and trafficking were investigated towards a better apprehension and fine control of the piggyBac transposase bioavailability. RESULTS: The mRNA prototype designed in this study provides a very narrow expression window of transposase, which allows high efficiency transposition with no cytotoxicity. Our data reveal that exogenous transposase mRNA enters cells by clathrin and caveolae-mediated endocytosis, before finishing in late endosomes 3 h after transfection. At this point, the mRNA is dissociated from its carrier and localized in stress granules, but not in cytoplasmic processing bodies. Some weaker signals have been observed in stress granules at 18 h and 48 h without causing prolonged production of the transposase. So, we designed an mRNA that is efficiently translated with a peak of transposase production 18 h post-transfection without additional release of the molecule. This confines the integration of the transgene in a very small time window. CONCLUSION: Our results shed light on processes of exogenous mRNA trafficking, which are crucial to estimate the mRNA bioavailability, and increase the biosafety of transgene integration mediated by transposition. This approach provides a new way for limiting the transgene copy in the genome and their remobilization by mRNA engineering and trafficking.

MAR elements and transposons for improved transgene integration and expression.

Reliable and long-term expression of transgenes remain significant challenges for gene therapy and biotechnology applications, especially when antibiotic selection procedures are not applicable. In this context, transposons represent attractive gene transfer vectors because of their ability to promote efficient genomic integration in a variety of mammalian cell types. However, expression from genome-integrating vectors may be inhibited by variable gene transcription and/or silencing events. In this study, we assessed whether inclusion of two epigenetic control elements, the human Matrix Attachment Region (MAR) 1-68 and X-29, in a piggyBac transposon vector, may lead to more reliable and efficient expression in CHO cells. We found that addition of the MAR 1-68 at the center of the transposon did not interfere with transposition frequency, and transgene expressing cells could be readily detected from the total cell population without antibiotic selection. Inclusion of the MAR led to higher transgene expression per integrated copy, and reliable expression could be obtained from as few as 2-4 genomic copies of the MAR-containing transposon vector. The MAR X-29-containing transposons was found to mediate elevated expression of therapeutic proteins in polyclonal or monoclonal CHO cell populations using a transposable vector devoid of selection gene. Overall, we conclude that MAR and transposable vectors can be used to improve transgene expression from few genomic transposition events, which may be useful when expression from a low number of integrated transgene copies must be obtained and/or when antibiotic selection cannot be applied.

Consommation d'alcool, syndrome métabolique et diabète dans une population à consommation moyenne d'alcool élevée

ButsDans la littérature actuelle, peu d'études existent sur la relation entre la consommation d'alcool et le syndrome métabolique. Les quelques données disponibles sont contradictoires et très limitées chez les buveurs à haut risque. Quant au diabète, une association est connue entre la consommation à bas risque d'alcool et une prévalence diminuée de la maladie. Là encore, les données sur la consommation à haut risque sont très limitées. Par conséquent, notre but était d'étudier la relation entre la consommation d'alcool, le syndrome métabolique et le diabète dans la cohorte lausannoise (CoLaus), où la consommation moyenne d'alcool est nettement plus élevée que dans la plupart des études disponibles, notamment celles des États-Unis.MéthodesNous avons analysé les données de 6172 hommes et femmes, âgés de 35 à 75 ans. La consommation d'alcool a été catégorisée en 0,1-6, 7-13, 14-20, 21-27, 28-34 et >35 boissons par semaine ou comme non-buveurs (0), buveurs à bas risque (1-13), à risque moyen à élevé (14-34) et à très haut risque (>35). Nous avons confirmé la consommation d'alcool par la y- glutamyl transferase et la transferrine déficiente en hydrates de carbone (CDT). Après l'analyse des caractéristiques des groupes de consommateurs, nous avons utilisé des régressions multivariées pour évaluer la relation entre la consommation d'alcool, la prévalence du syndrome métabolique et du diabète ainsi que la résistance à l'insuline, déterminée par le modèle d'homéostasie de la résistance à l'insuline (HOMA-IR). Dans le modèle d'ajustement, nous avons inclus l'âge, le genre, le status tabagique, l'activité physique et le niveau de formation. Nous avons aussi comparé la relation du type d'alcool (vin, bière et spiritueux) avec le syndrome métabolique, le diabète et le HOMA-IR en testant l'hypothèse d'égalité de leurs coefficients de régression, après ajustement.RésultatsParmi les participants, 73% buvaient de l'alcool, 16% étant buveurs à risque moyen à élevé et 2% à risque très élevé. En analyse multivariée, la prévalence du syndrome métabolique et du diabète ainsi que le HOMA-IR moyen diminuaient avec la consommation d'alcool à bas risque et augmentaient avec la consommation à très haut risque, montrant une relation en U. La prévalence ajustée du syndrome métabolique était de 24% chez les non-buveurs, 19% chez les buveurs à bas risque (p<0.001 vs. non-buveurs), 20% chez ceux à risque moyen à élevé et 29% chez ceux à très haut risque (p=0.005 vs. bas risque). La prévalence ajustée du diabète était de 6.0% chez les non-buveurs, 3.6% chez les buveurs à bas risque (p<0.001 vs. non-buveurs), 3.8% chez ceux à risque moyen à élevé et 6.7% chez ceux à très haut risque (p=0.046 vs. bas risque). Le HOMA-IR moyen ajusté était de 2.47 chez les non-buveurs, 2.14 chez ceux à bas risque (pcO.OOl vs. non-buveurs), 2.27 chez ceux à risque moyen à élevé et 2.53 chez ceux à très haut risque (p=0.04 vs. bas risque). Ces relations ne différaient pas selon les types de boissons.ConclusionsLa prévalence du syndrome métabolique, du diabète et le HOMA-IR baissent pour les faibles consommations d'alcool, mais augmentent à nouveau avec les plus fortes consommations, sans différence entre les types de boissons.

Alcohol drinking and cardiovascular risk in a population with high mean alcohol consumption

Résumé : Description : Ce travail de thèse évalue l'impact de la consommation importante d'alcool sur les facteurs de risque cardiovasculaire et l'estimation du risque cardiovasculaire à 10 ans (risque de développer une maladie coronarienne}, dans une population avec une consommation moyenne élevée d'alcool. La consommation modérée d'alcool a été liée à un risque plus faible de développer une maladie coronarienne. Cependant, les données concernant la consommation importante d'alcool et le risque de développer une maladie coronarienne sont conflictuelles. Il y a également peu d'études dans lesquelles les consommations importantes d'alcool ont pu être évaluées en raison du petit nombre de sujets présentant une telle consommation. Résultats: Nous avons utilisé les données de l'étude CoLaus, une étude populationnelle qui inclut des adultes, âgés de 35 à 75 ans, de la ville de Lausanne. Nous avons inclus 5'769 participants, sans maladie cardiovasculaire, pour lesquels la consommation d'alcool d'une semaine a été catégorisée en 0, 1 à 6, 7 à 13, 14 à 20, 21 à 27, 28 à 34 et >=35 verres/semaine et en non-consommateur (0 verre/semaine), consommateur modéré (1 à 13 verres/semaine), important (14 à 34 verres/semaine) et très important (>= 35). La tension artérielle et les lipides ont été mesurés et le risque de développer une maladie coronarienne à 10 ans a été calculé en utilisant le score de Framingham. 73% des participants consommaient de l'alcool; 16% étaient des consommateurs importants et 2% des consommateurs très importants. L'analyse rnultivariée a montré une augmentation du cholestérol HDL avec la consommation d'alcool (de 1.570.01 [moyenne +- erreur standard] chez les non consommateurs à 1.880.03 mmol/L chez les consommateurs très importants), des triglycérides (1.17+-1.01 à 1.32+-1.05 mmol/L) et des valeurs de tension artérielle systolique (127.4+-0.4 à 132.2+-.4 mm Hg) et diastolique (78.7+-0.3 à 81.7+-0.9 mm Hg, toutes les valeurs de p pour trend<0.001). Quant au risque de développer une maladie coronarienne à 10 ans, il a augmenté de 4.31%+-0.10 à 4.90%+-0.37 (p=0.03) avec la consommation d'alcool, en décrivant une courbe en J. En examinant le type de consommation, on a vu que la consommation de vin a plus d'effet sur l'augmentation des valeurs de cholestérol HDL, alors que la consommation de bière ou de spiritueux a plus d'effet sur l'augmentation des valeurs de triglycérides. Conclusions et perspectives: Nos résultats montrent qu'en ce qui concerne l'estimation du risque cardiovasculaire à 10 ans, l'effet protecteur de la consommation d'alcool disparaît pour des consommations très importantes, car l'effet bénéfique des valeurs augmentées de cholestérol HDL est contrecarré par l'augmentation des valeurs de tension artérielle. Quant aux différents types d'alcool, d'autres études sont nécessaires pour mieux évaluer leur effet spécifique sur les facteurs de risque cardiovasculaire.

A survey of transposable element classification systems--a call for a fundamental update to meet the challenge of their diversity and complexity.

The increase of publicly available sequencing data has allowed for rapid progress in our understanding of genome composition. As new information becomes available we should constantly be updating and reanalyzing existing and newly acquired data. In this report we focus on transposable elements (TEs) which make up a significant portion of nearly all sequenced genomes. Our ability to accurately identify and classify these sequences is critical to understanding their impact on host genomes. At the same time, as we demonstrate in this report, problems with existing classification schemes have led to significant misunderstandings of the evolution of both TE sequences and their host genomes. In a pioneering publication Finnegan (1989) proposed classifying all TE sequences into two classes based on transposition mechanisms and structural features: the retrotransposons (class I) and the DNA transposons (class II). We have retraced how ideas regarding TE classification and annotation in both prokaryotic and eukaryotic scientific communities have changed over time. This has led us to observe that: (1) a number of TEs have convergent structural features and/or transposition mechanisms that have led to misleading conclusions regarding their classification, (2) the evolution of TEs is similar to that of viruses by having several unrelated origins, (3) there might be at least 8 classes and 12 orders of TEs including 10 novel orders. In an effort to address these classification issues we propose: (1) the outline of a universal TE classification, (2) a set of methods and classification rules that could be used by all scientific communities involved in the study of TEs, and (3) a 5-year schedule for the establishment of an International Committee for Taxonomy of Transposable Elements (ICTTE).