Extracellular matrix molecules enhance the neurotrophic effect of schwann cell-like differentiated adipose-derived stem cells and increase cell survival under stress conditions.

Since the first reports of induction of adipose-derived stem cells (ASC) into neuronal and glial cell phenotypes, expectations have increased regarding their use in tissue engineering applications for nerve repair. Cell adhesion to extracellular matrix (ECM) is a basic feature of survival, differentiation, and migration of Schwann cells (SC) during nerve regeneration, and fibronectin and laminin are two key molecules of this process. Interaction between ECM and SC-like differentiated ASC (dASC) could potentially improve the neurotrophic potential of the stem cells. We have investigated the effect of ECM molecules on SC-like dASC in terms of proliferation, adhesion, and cell viability. Fibronectin and laminin did not affect the proliferation of dASC when compared with cell adherent tissue culture plastic, but significantly improved viability and cell attachment when dASC were exposed to apoptotic conditions. To assess the influence of the ECM molecules on dASC neurotrophic activity, dASC were seeded onto ECM-coated culture inserts suspended above dorsal root ganglia (DRG) sensory neurons. Neurite outgrowth of DRG neurons was enhanced when dASC were seeded on fibronectin and laminin when compared with controls. When DRG neurons and dASC were in direct contact on the various surfaces there was significantly enhanced neurite outgrowth and coculture with laminin-conditioned dASC produced the longest neurites. Compared with primary SCs, dASC grown on laminin produced similar levels of neurite outgrowth in the culture insert experiments but neurite length was shorter in the direct contact groups. Anti β1 integrin blocking antibody could inhibit baseline and dASC evoked neurite elongation but had no effect on outgrowth mediated by laminin-conditioned dASC. ECM molecules had no effect on the levels of nerve growth factor and brain-derived neurotrophic factor secretion from dASC. The results of the study suggest that ECM molecules can significantly improve the potential of dASC for nerve regeneration.

Cell death in Leishmania induced by stress and differentiation: programmed cell death or necrosis?

Unicellular organisms, such as the protozoan parasite Leishmania, can be stimulated to show some morphological and biochemical features characteristic of mammalian apoptosis. This study demonstrates that under a variety of stress conditions such as serum deprivation, heat shock and nitric oxide, cell death can be induced leading to genomic DNA fragmentation into oligonucleosomes. DNA fragmentation was observed, without induction, in the infectious stages of the parasite, and correlated with the presence of internucleosomal nuclease activity, visualisation of 45 to 59 kDa nucleases and detection of TUNEL-positive nuclei. DNA fragmentation was not dependent on active effector downstream caspases nor on the lysosomal cathepsin L-like enzymes CPA and CPB. These data are consistent with the presence of a caspase-independent cell death mechanism in Leishmania, induced by stress and differentiation that differs significantly from metazoa.

Up-regulation of macrophage migration inhibitory factor gene and protein expression in glial tumor cells during hypoxic and hypoglycemic stress indicates a critical role for angiogenesis in glioblastoma multiforme.

Glioblastoma multiforme (GBM) is the most malignant variant of human glial tumors. A prominent feature of this tumor is the occurrence of necrosis and vascular proliferation. The regulation of glial neovascularization is still poorly understood and the characterization of factors involved in this process is of major clinical interest. Macrophage migration inhibitory factor (MIF) is a pleiotropic cytokine released by leukocytes and by a variety of cells outside of the immune system. Recent work has shown that MIF may function to regulate cellular differentiation and proliferation in normal and tumor-derived cell lines, and may also contribute to the neovascularization of tumors. Our immunohistological analysis of MIF distribution in GBM tissues revealed the strong MIF protein accumulation in close association with necrotic areas and in tumor cells surrounding blood vessels. In addition, MIF expression was frequently associated with the presence of the tumor-suppressor gene p53. To substantiate the concept that MIF might be involved in the regulation of angiogenesis in GBM, we analyzed the MIF gene and protein expression under hypoxic and hypoglycemic stress conditions in vitro. Northern blot analysis showed a clear increase of MIF mRNA after hypoxia and hypoglycemia. We could also demonstrate that the increase of MIF transcripts on hypoxic stress can be explained by a profound transcriptional activation of the MIF gene. In parallel to the increase of MIF transcripts, we observed a significant rise in extracellular MIF protein on angiogenic stimulation. The data of our preliminary study suggest that the up-regulation of MIF expression during hypoxic and hypoglycemic stress might play a critical role for the neovascularization of glial tumors.

Comparison of differential gene expression to water stress among bacteria with relevant pollutant-degradation properties.

Resistance to semi-dry environments has been considered a crucial trait for superior growth and survival of strains used for bioaugmentation in contaminated soils. In order to compare water stress programmes, we analyse differential gene expression among three phylogenetically different strains capable of aromatic compound degradation: Arthrobacter chlorophenolicus A6, Sphingomonas wittichii RW1 and Pseudomonas veronii 1YdBTEX2. Standardized laboratory-induced water stress was imposed by shock exposure of liquid cultures to water potential decrease, induced either by addition of solutes (NaCl, solute stress) or by addition of polyethylene glycol (matric stress), both at absolute similar stress magnitudes and at those causing approximately similar decrease of growth rates. Genome-wide differential gene expression was recorded by micro-array hybridizations. Growth of P. veronii 1YdBTEX2 was the most sensitive to water potential decrease, followed by S. wittichii RW1 and A. chlorophenolicus A6. The number of genes differentially expressed under decreasing water potential was lowest for A. chlorophenolicus A6, increasing with increasing magnitude of the stress, followed by S. wittichii RW1 and P. veronii 1YdBTEX2. Gene inspection and gene ontology analysis under stress conditions causing similar growth rate reduction indicated that common reactions among the three strains included diminished expression of flagellar motility and increased expression of compatible solutes (which were strain-specific). Furthermore, a set of common genes with ill-defined function was found between all strains, including ABC transporters and aldehyde dehydrogenases, which may constitute a core conserved response to water stress. The data further suggest that stronger reduction of growth rate of P. veronii 1YdBTEX2 under water stress may be an indirect result of the response demanding heavy NADPH investment, rather than the presence or absence of a suitable stress defence mechanism per se.

Angiotensin II favors progression to heart failure in diabetic hearts: role of myocardial fatty acid oxidation downregulation

Purpose: Diabetic myocardium is particularly vulnerable to develop heart failure in response to chronic stress conditions including hypertension or myocardial infarction. We have recently observed that angiotensin II (Ang II)-mediated downregulation of the fatty acid oxidation pathway favors occurrence of heart failure by myocardial accumulation of lipids (lipotoxicity). Because diabetic heart is exposed to high levels of circulating fatty acid, we determined whether insulin resistance favors development of heart failure in mice with Ang II-mediated myocardial remodeling.Methods: To study the combined effect of diabetes and Ang II-induced heart remodeling, we generated leptin-deficient/insulin resistant (Lepob/ob) mice with cardiac targeted overexpression of angiotensinogen (TGAOGN). Left ventricular (LV) failure was indicated by pulmonary congestion (lung weight/tibial length>+2SD of wild-type mice). Myocardial metabolism and function were assessed during in vitro isolated working heart perfusion.Results: Forty-eight percent of TGAOGN mice without insulin resistance exhibited pulmonary congestion at the age of 6 months associated with increased myocardial BNP expression (+375% compared with WT) and reduced LV power (developed pressure x cardiac output; -15%). The proportion of mice presenting heart failure was markedly increased to 71% in TGAOGN mice with insulin resistance (TGAOGN/Lepob/ob). TGAOGN/Lepob/ob mice with heart failure exhibited further increase of BNP compared with failing non-diabetic TGAOGN mice (+146%) and further reduction of cardiac power (-59%). Mice with insulin resistance alone (Lepob/ob) did not exhibit signs of heart failure or LV dysfunction. Myocardial fatty acid oxidation measured during in vitro perfusion was markedly increased in non-failing hearts from Lepob/ob mice (+380% compared with WT) and glucose oxidation decreased (-72%). In contrast, fatty acid and glucose oxidation did not differ from Lepob/ob mice in hearts from TGAOGN/Lepob/ob mice without heart failure. However, both fatty acid and glucose oxidation were markedly decreased (-47% and -48%, respectively, compared with WT/Lepob/+) in failing hearts from TGAOGN/Lepob/ob mice. Reduction of fatty acid oxidation was associated with marked reduction of protein expression of a number of regulatory enzymes implied in fatty acid oxidation.Conclusions: Insulin resistance favors the progression to heart failure during chronic exposure of the myocardium to Ang II. Our results are compatible with a role of Ang II-mediated downregulation of fatty acid oxidation, potentially promoting lipotoxicity.

Dibenzofuran degradation by Sphingomonas wittichii RW1 under environmental stresses

Sphingomonas wittichii is a gram-negative Alpha-proteobacterium, capable of degrading xenobiotic compounds such as dibenzofuran (DBF), dibenzo-p-dioxin, carbazole, 2-hydroxybiphenyl or nitro diphenyl ether herbicides. The metabolism of strain RW1 has been the subject of previous studies and a number of genes involved in DBF degradation have been characterized. It is known that RW1 posseses a unique initial DBF dioxygenase (encoded by the dxnAl gene) that catalyzes the first step in the degradation pathway. None of the organisms known to be able to degrade DBF have a similar dioxygenase, the closest match being the DBF dioxygenase from Rhodococcus sp. with an overall amino acid similarity of 45%. Genes participating in the conversion of the metabolite salicylate via the ortho-cleavage pathway to TCA cycle intermediates were identified as well. Apart from this scarce information, however, there is a lack of global knowledge on the genes that are involved in DBF degradation by strain RW1 and the influence of environmental stresses on DBF-dependent global gene expression. A global analysis is necessary, because it may help to better understand the behaviour of the strain under field conditions and suggest improvements for the current bioaugmentation practice. Chapter 2 describes the results of whole-genome analysis to characterize the genes involved in DBF degradation by RW1. Micro-array analysis allowed us to detect differences in gene transcription when strain RW1 was exposed to DBF. This was complemented by ultra-high throughput sequencing of mutants no longer capable of growing on salicylate and DBF. Some of the genes of the ortho-cleavage pathway were induced 2 to 4 times in the presence of DBF, as well as the initial DBF dioxygenase. However two gene clusters, named 4925 and 5102 were induced up to 19 times in response to DBF induction. The cluster 4925 is putatively participating in a meta-cleavage pathway while the cluster 5102 might be part of a gentisate pathway. The three pathways, ortho-cleavage, meta-cleavage and gentisate pathway seem to be active in parallel when strain RW1 is exposed to DBF, presenting evidence for a redundancy of genes for DBF degradation in the genome of RW1. Chapter 3 focuses on exploiting genetic tools to construct bioreporters representative for DBF degradation in RW1. A set of basic tools for genetic manipulation in Sphingomonas wittichii RW1 was tested and optimized. Both plasmids and mini-transposons were evaluated for their ability to be maintained in RW1 with or without antibiotic selection pressure, and for their ability to lead to fluorescent protein expression in strain RW1 from a constitutive promoter. Putative promoter regions of three of the previously found DBF-induced genes (Swit_4925, Swit_5102 and Swit_4897-dxnAl) were then used to construct eg/^-bioreporters in RW1. Chapter 4 describes the use of the constructed RW1-based bioreporter strains for examining the expression of the DBF degradation pathway genes under microcosm conditions. The bioreporter strains were first exposed to different carbon sources in liquid culture to calibrate the egfp induction. Contrary to our expectations from micro-array analysis only the construct with the promoter from gene cluster 4925 responded to DBF, whereas the other two constructs did not show specific induction with DBF. The response from the bioreporters was subsequently tested for sensitivity to water stress, given that this could have an important impact in soils. Exposure to liquid cultures with decreasing water potential, achieved by NaCl or PEG addition to the growth media, showed that eGFP expression in RW1 from the promoter regions 4925 and 5102 was not directly influenced by water stress, but only through an overall reduction in growth rate. In contrast, expression of eGFP from the dxnAl or an uspA promoter was also directly dependent on the extent of water stress. The RW1 with the 4925 construct was subsequently used in soil microcosms to evaluate DBF bioavailability to the cells in presence or absence of native microbiota or other contaminated material. We found that RW1 could grow on DBF added to soil, but bioreporter expression suggested that competition with native microbiota for DBF intermediates may limit its ability to proliferate to a maximum. Chapter 5 describes the results from the experiments carried out to more specifically detect genes of RW1 that might be implicated in water stress resistance. Hereto we created transposon mutagenesis libraries in RW1, either with a classical mini-Tn5 or with a variant that would express egfp when the transposon would insert in a gene induced under water stress. Classical mutant libraries were screened by replica plating under high and low water stress conditions (achieved by adding NaCl to the agar medium). In addition, we screened for smaller microcolonies formed by mutants in agarose beads that could be analized with flow cytometry. A number of mutants impaired to grow on NaCl-supplemented media were recovered and the transposon insertion sites sequenced. In a second procedure we screened by flow cytometry for mutants with a higher eGFP production after exposure to growth medium with higher NaCl concentrations. Mutants from both libraries rarely overlapped. Discovered gene functions of the transposon insertions pointed to compatible solute synthesis (glutamate and proline), cell membrane synthesis and modification of cell membrane composition. The results obtained in the present study give us a more complete picture of the mechanisms of DBF degradation by S. wittichii RW1, how it reacts to different DBF availability and how the DBF catabolic activity may be affected by the conditions found in contaminated environments. - Sphingomonas wittichii est une alpha-protéobactérie gram-négative, capable de dégrader des composés xénobiotiques tels que le dibenzofurane (DBF), la dibenzo-p-dioxine, le carbazole, le 2-hydroxybiphényle ou les herbicides dérivés du nitro-diphényléther. Le métabolisme de la souche RW1 a fait l'objet d'études antérieures et un certain nombre de gènes impliqués dans la dégradation du DBF ont été caractérisés. Il est connu que RW1 possède une unique dioxygénase DBF initiale (codée par le gène dxnAl) qui catalyse la première étape de la voie de dégradation. Aucun des organismes connus pour être capables de dégrader le DBF n'a de dioxygénase similaire. L'enzyme la plus proche étant la DBF dioxygénase de Rhodococcus sp. avec 45% d'acides aminés conservés. Les gènes qui participent à la transformation du salicylate en métabolites intermédiaires du cycle de Krebs par la voie ort/io-cleavage ont aussi été identifiés. Outre ces informations lacunaires, il y a un manque de connaissances sur l'ensemble des gènes impliqués dans la dégradation du DBF par la souche RW1 ainsi que l'effet des stress environnementaux sur l'expression génétique globale, en présence du DBF. Une analyse globale est nécessaire, car elle peut aider à mieux comprendre le comportement de la souche dans les conditions de terrain et de proposer des améliorations pour l'utilisation de la bio-augmentation comme technique de bio-remédiation. Le chapitre 2 décrit les résultats de l'analyse du génome pour caractériser les gènes impliqués dans la dégradation du DBF par RW1. Une analyse de micro-arrays nous a permis de détecter des différences dans la transcription des gènes lorsque la souche RW1 a été exposée au DBF. L'analyse a été complétée par le criblage à ultra-haut débit de mutants qui n'étaient plus capables de croître avec le salicylate ou le DBF comme seule source de carbone. Certains des gènes de la voie ortho-cleavage, dont la DBF dioxygénase initiale, ont xî été induits 2 à 4 fois, en présence du DBF. Cependant, deux groupes de gènes, nommés 4925 et 5102 ont été induits jusqu'à 19 fois en réponse au DBF. Le cluster 4925 participe probablement dans une voie de meta-cleavage tandis que le cluster 5102 pourrait faire partie d'une voie du gentisate. Les trois voies, ortho-cleavage, meta-cleavage et la voie du gentisate semblent être activées en parallèle lorsque la souche RW1 est exposée au DBF, ce qui représente une redondance de voies pour la dégradation du DBF dans le génome de RW1. Le chapitre 3 se concentre sur l'exploitation des outils génétiques pour la construction de biorapporteurs de la dégradation du DBF par RW1. Un ensemble d'outils de base pour la manipulation génétique dans Sphingomonas wittichii RW1 a été testé et optimisé. Deux plasmides et mini-transposons ont été évalués pour leur capacité à être maintenu dans RW1 avec ou sans pression de sélection par des antibiotiques, et pour leur capacité à exprimer la protéine fluorescente verte (eGFP) dans la souche RW1. Les trois promoteurs des gènes Swit_4925, Swit_5102 et Swit_4897 (dxnAl), induits en réponse au DBF, ont ensuite été utilisés pour construire des biorapporteurs dans RW1. Le chapitre 4 décrit l'utilisation des souches biorapportrices construites pour l'analyse de l'expression des gènes de la voie de dégradation du DBF dans des microcosmes avec différents types de sols. Les souches biorapportrices ont d'abord été exposées à différentes sources de carbone en cultures liquides afin de calibrer l'induction de la eGFP. La construction avec le promoteur du gène 4925 a permis une réponse au DBF. Mais contrairement à nos attentes, basées sur les résultats de l'analyse des micro-arrays, les deux autres constructions n'ont pas montré d'induction spécifique au DBF. La réponse des biorapporteurs a ensuite été testée pour la sensibilité au stress hydrique, étant donné que cela pourrait avoir un impact important dans les microcosmes. La diminution du potentiel hydrique en culture liquide est obtenue par addition de NaCl ou de PEG au milieu de croissance. Nous avons montré que l'expression de la eGFP contrôlée par les promoteurs 4925 et 5102 n'était pas directement influencée par le stress hydrique, mais seulement par une réduction globale des taux de croissance. En revanche, l'expression de la eGFP dépendante des promoteurs dxnAl et uspA était aussi directement dépendante de l'ampleur du stress hydrique. La souche avec la construction 4925 a été utilisée par la suite dans des microcosmes avec différents types de sols pour évaluer la biodisponibilité du DBF en présence ou absence des microbes indigènes et d'autres composés contaminants. Nous avons constaté que RW1 pouvait se développer si le DBF a été ajouté au sol, mais l'expression de la eGFP par le biorapporteur suggère que la compétition avec la microbiota indigène pour les métabolites intermédiaires du DBF peut limiter sa capacité à proliférer de manière optimale. Le chapitre 5 décrit les résultats des expériences réalisées afin de détecter spécifiquement les gènes de RW1 qui pourraient être impliquées dans la résistance au stress hydrique. Ici on a crée des bibliothèques de mutants de RW1 par transposon, soit avec un mini-Tn5 classique ou avec une variante qui exprime la eGFP lorsque le transposon s'insère dans un gène induit par le stress hydrique. Les bibliothèques de mutants ont été criblées par la méthode classique de repiquage sur boîtes, dans des conditions de stress hydrique élevé (obtenu par l'addition de NaCl dans les boîtes). En outre, nous avons criblé des micro¬colonies dans des billes d'agarose qui ont pu être analysées par cytométrie de flux. Un certain nombre de mutants déficients à croître sur des milieux supplémentés avec du NaCl ont été isolés et les sites d'insertion du transposon séquencés. Dans une deuxième procédure nous avons criblé par cytométrie de flux des mutants avec une production de eGFP supérieure, après exposition à un milieu de croissance avec une concentration élevée de NaCl. Les mutants obtenus dans les deux bibliothèques n'étaient pas similaires. Les fonctions des gènes où se trouvent les insertions de transposons sont impliqués dans la synthèse de solutés compatibles (glutamate et de la proline), dans la synthèse de la membrane cellulaire et dans la modification de la composition de la membrane cellulaire. Les résultats obtenus dans la présente étude nous donnent une image plus complète des mécanismes de dégradation du DBF par S. wittichii RW1, comment cette souche réagit à la disponibilité du DBF et comment l'activité catabolique peut être affectée par les conditions rencontrées dans des environnements contaminés.

Cathepsin B-like and cell death in the unicellular human pathogen Leishmania.

In several studies reporting cell death (CD) in lower eukaryotes and in the human protozoan parasite Leishmania, proteolytic activity was revealed using pan-caspase substrates or inhibitors such as carbobenzoxy-valyl-alanyl-aspartyl-[O-methyl]-fluoromethylketone (Z-VAD-FMK). However, most of the lower eukaryotes do not encode caspase(s) but MCA, which differs from caspase(s) in its substrate specificity and cannot be accountable for the recognition of Z-VAD-FMK. In the present study, we were interested in identifying which enzyme was capturing the Z-VAD substrate. We show that heat shock (HS) induces Leishmania CD and leads to the intracellular binding of Z-VAD-FMK. We excluded binding and inhibition of Z-VAD-FMK to Leishmania major metacaspase (LmjMCA), and identified cysteine proteinase C (LmjCPC), a cathepsin B-like (CPC) enzyme, as the Z-VAD-FMK binding enzyme. We confirmed the specific interaction of Z-VAD-FMK with CPC by showing that Z-VAD binding is absent in a Leishmania mexicana strain in which the cpc gene was deleted. We also show that parasites exposed to various stress conditions release CPC into a soluble fraction. Finally, we confirmed the role of CPC in Leishmania CD by showing that, when exposed to the oxidizing agent hydrogen peroxide (H(2)O(2)), cpc knockout parasites survived better than wild-type parasites (WT). In conclusion, this study identified CPC as the substrate of Z-VAD-FMK in Leishmania and as a potential additional executioner protease in the CD cascade of Leishmania and possibly in other lower eukaryotes.

Identification of small RNAs in Pseudomonas species

Summary: Bacterial small RNAs (sRNAs) are transcripts most of which have regulatory functions. Sequence and secondary structure elements enable numerous sRNAs to interact with mRNAs or with regulatory proteins resulting in diverse regulatory effects on virulence, iron storage, organization of cell envelope proteins or stress response. sRNAs having high affinity for RsmA-like RNA-binding proteins are important for posttranscriptional regulation in various Gram-negative bacteria. In Pseudomonas spp., the GacS/GacA two component system positively controls the production of such sRNAs. They titrate RsmA-like proteins and thus overcome translational repression due to these proteins. As a consequence, secondary metabolites can be produced that are implicated in the biocontrol capacity of P. fluorescens or in the virulence of P. aeruginosa. A genome-wide search carried out in P. aeruginosa PAO1 and in closely related Pseudomonas spp. resulted in the identification of 15 genes coding for sRNAs. Eight of these are novel, the remaining seven have previously been observed. Among them, the 1698 sRNA gene was expressed under GacA control, whereas the transcription of 1887 sRNA gene was transcribed under the control of the anaerobic regulator Anr in an oxygen-limited environment. Overexpression of 1698 sRNA in P. fluorescens strain CHAO did not affect the expression of the GacA-regulated hcnA gene (first gene of the operon coding for HCN synthase), indicating that 1698 sRNA is probably not part of the secondary metabolite regulation pathway. The expression of 1698 sRNA was positively regulated by RpoS in both P. aeruginosa PAO 1 and P. ,fluorescens CHAO and appeared to be modulated temporarily by oxidative stress conditions. However, the effect of 1698 sRNA on oxidative stress survival has not yet been established. Hfq protein interacted with 1698 sRNA in vitro and improved 1698 sRNA expression in vivo in P. aeruginosa. In P. fluorescens, GacA and Hfq were both required for expression of rpoS and GacA showed a positively control on the hfq expression; therefore, at least in this organism, GacA control of 1698 sRNA expression may act indirectly via Hfq and RpoS. Different methods were employed to find abase-pairing target for 1698 sRNA. In a proteomic analysis carried out in P. aeruginosa, positive regulation by 1698 sRNA was observed for Soda, the iron-associated superoxide dismutase, an enzyme involved in oxidative stress resistance. A sequence complementary with 1698 sRNA was predicted to be located in the 5' leader of soda mRNA. However, base-pairing between soda mRNA and 1698 sRNA remains to be proven. In conclusion, this work has revealed eight novel sRNAs and novel functions of two sRNAs in Pseudomonas spp. Résumé Les petits ARNs non-codants (sRNAs) produits par les bactéries sont des transcrits ayant pour la plupart des activités régulatrices importantes. Leurs séquences nucléotidiques ainsi que leurs structures secondaires permettent aux sRNAs d'interagir soit avec des RNA messagers (mRNAs), de sorte à modifier l'expression des protéines pour lesquelles ils codent, soit avec des protéines régulatrices liant des rnRNAs, ce qui a pour effet de modifier l'expression de ces mRNAs. Des sRNAs sont impliqués dans diverses voies de régulation, telles que celles qui régissent la virulence, le stockage du fer, l'organisation des protéines de l'enveloppe bactérienne ou la réponse au stress. Chez les Pseudomonas spp., le système à deux composantes GacS/GacA contrôle la production de métabolites secondaires. Ceux-ci sont engagés dans l'établissement du biocontrôle, chez P. fluorescens, ou. de la virulence, chez P. aeruginosa. La régulation génique dirigée par le système GacS/GacA fait intervenir les sRNAs du type RsmZ, capables de contrecarrer l'action au niveau traductionnel exercée par les protéines régulatrices du type RsmA. Une recherche au niveau du génome a été menée chez P. aeruginosa PAO1 de même que chez des espèces qui lui sont étroitement apparentées, débouchant sur la mise en évidence de 15 gènes codant pour des sRNAs. Parmi ceux-ci, huit ont été découverts pour la première fois et sept confirment des travaux publiés. L'expression du gène du sRNAs 1698 s'avère être régulée par GacA, vraisemblablement de manière indirecte. La transcription du gène du sRNA 1887 montre une dépendance envers Anr, régulateur de l'anaérobiose, et envers une carence en oxygène. La surexpression du sRNA 1698 chez P. fluorescens CHAO n'affecte pas l'expression de hcnA, un gène du régulon GacA, laissant supposer que le sRNA n'intervient pas dans la régulation des métabolites secondaires. Chez P. aeruginosa PAOI et chez P. fluorescens CHAO, RpoS, le facteur sigma du stress, est nécessaire à l'expression du sRNA 1698, et la concentration de ce dernier est modulée par des conditions de stress oxydatif. Toutefois, un effet du sRNA 1698 quant à la survie suite au stress oxydatif n'a pas été établi. Par ailleurs, l'interaction entre le sRNA 1698 et Hfq, la protéine chaperone de RNAs, in vitro ainsi qu'un rôle positif de Hfq pour l'expression du sRNA 1698 in vivo ont été démontrés chez P. aeruginosa. L'induction de l'expression par GacA de rpoS et de hfq a été confirmée chez P. fluorescens CHAO, suggérant que la régulation par GacA du sRNA 1698 pourrait se faire par l'intermédiaire de RpoS et Hfq. Diverses méthodes ont été employées pour identifier un transcrit qui puisse être apparié par le sRNA 1698. Une analyse de protéome chez P. aeruginosa montre que l'expression de Soda, la superoxyde dismutase associée au fer, est positivement régulée par le sRNA 1698. Soda est une enzyme impliquée dans la résistance au stress oxydatif. Une séquence de complémentarité avec le sRNA 1698 a bien été prédite sur le leader 5' du mRNA de soda. Cependant, l'appariement entre le sRNA et son transcrit cible est encore à prouver. En conclusion, ce travail a dévoilé huit nouveaux sRNAs et de nouvelles fonctions pour deux sRNAs chez les Pseudomonas.

Redox dysregulation in schizophrenia : implication for oligodendrocyte maturation and structural connectivity

Schizophrenia, which results from an interaction between gene and environmental factors, is a psychiatric disorder characterized by reality distortion. The clinical symptoms, which are generally diagnosed in late adolescence or early adulthood, partly derive from altered brain connectivity especially in prefrontal cortex. Disruption of neuronal networks implies oligodendrocyte and myelin abnormalities in schizophrenia pathophysiology. The mechanisms of these impairments are still unclear. Converging evidences indicate a role of redox dysregulation, generated by an imbalance between pro-oxidants and antioxidant defense mechanisms, in the development of schizophrenia pathophysiology. In particular, genetic and biochemical data indicate impaired synthesis of glutathione, the main cellular antioxidant and redox regulator. As oligodendrocyte maturation is dependent on redox state, we evaluated whether abnormal redox control could contribute to oligodendrocyte and myelin impairments in schizophrenia. We found that glutathione in prefrontal cortex of early psychosis patients and control subjects positively correlated with white matter integrity. We then further explored the interplay between glutathione and myelin using a translational approach. Our data showed that in mice with genetically impaired glutathione synthesis, oligodendrocyte late maturation as well as myelination was delayed in the anterior cingulate cortex. Specifically, oligodendrocyte number and myelin levels were lowered at peripubertal age, coincident in time with the peak of myelin- related gene expression during normal brain development. These data suggest that early adolescence is a vulnerable developmental period during which an adequate redox control is required for oligodendrocyte maturation and active myelination process. Consistently, oxidative stress mediated by psychosocial stress also delayed myelination in peripubertal mice. At cellular levels, impaired glutathione synthesis altered oligodendrocyte development at several levels. Using oligodendrocyte progenitor cells cultures, our data showed that glutathione deficiency was associated with (i) cell cycle arrest and a reduction in oligodendrocyte proliferation, and (ii) an impairment in oligodendrocyte maturation. Abnormal oligodendrocyte proliferation was mediated by upregulation of Fyn kinase activity. Consistently, under oxidative stress conditions, we observed abnormal regulation of Fyn kinase in fibroblasts of patients deficient in glutathione synthesis. Together, our data support that a redox dysregulation due to glutathione deficit could underlie myelination impairment in schizophrenia, possibly mediated by dysregulated Fyn pathway. Better characterization of Fyn mechanisms would pave the way towards new drug targets. -- La schizophrénie est une maladie psychiatrique qui se définit par une distorsion de la perception de la réalité. Les symptômes cliniques sont généralement diagnostiqués durant l'adolescence ou au début de l'âge adulte et proviennent de troubles de la connectivité, principalement au niveau du cortex préfrontal. Les dysfonctionnements des réseaux neuronaux impliquent des anomalies au niveau des oligodendrocytes et de la myéline dans la pathophysiologie de la schizophrénie. Les mécanismes responsables des ces altérations restent encore mal compris. Dans le développement de la schizophrénie, des évidences mettent en avant un rôle de la dérégulation rédox, traduit par un déséquilibre entre facteurs pro-oxydants et défenses antioxydantes. Des données génétiques et biochimiques indiquent notamment un défaut de la synthèse du glutathion, le principal antioxydant et rédox régulateur des cellules. Etant donné que la maturation des oligodendrocytes est dépendante de l'état rédox, nous avons regardé si une dérégulation rédox contribue aux anomalies de la myéline dans le cadre de la schizophrénie. Dans le cortex préfrontal des sujets contrôles et des patients en phase précoce de psychose, nous avons montré que le glutathion était positivement associé à l'intégrité de matière blanche. Afin d'explorer plus en détail la relation entre le glutathion et la myéline, nous avons mené une étude translationnelle. Nos résultats ont montré que des souris ayant un déficit de la synthèse du glutathion présentaient un retard dans les processus de maturation des oligodendrocytes et de la myélinisation dans le cortex cingulaire antérieure. Plus précisément, le nombre d'oligodendrocytes et le taux de myéline étaient uniquement diminués durant la période péripubertaire. Cette même période correspond au pic de l'expression des gènes en lien avec la myéline. Ces données soulignent le fait que l'adolescence est une période du développement particulièrement sensible durant laquelle un contrôle adéquat de l'état rédox est nécessaire aux processus de maturation des oligodendrocytes et de myélinisation. Ceci est en accord avec la diminution de myéline observée suite à un stress oxydatif généré par un stress psychosocial. Au niveau cellulaire, un déficit du glutathion affecte le développement des oligodendrocytes à différents stades. En effet, dans des cultures de progéniteurs d'oligodendrocytes, nos résultats montrent qu'une réduction du taux de glutathion était associée à (i) un arrêt du cycle cellulaire ainsi qu'une diminution de la prolifération des oligodendrocytes, et à (ii) des dysfonctionnements de la maturation des oligodendrocytes. Par ailleurs, au niveau moléculaire, les perturbations de la prolifération étaient générées par une augmentation de l'activité de la kinase Fyn. Ceci est en accord avec la dérégulation de Fyn observée dans les fibroblastes de patients ayant une déficience en synthèse du glutathion en condition de stress oxydatif. Les résultats de cette thèse soulignent qu'une dérégulation rédox induite par un déficit en glutathion peut contribuer aux anomalies des oligodendrocytes et de la myéline via le dysfonctionnement des voies de signalisation Fyn. Une recherche plus avancée de l'implication de Fyn dans la maladie pourrait ouvrir la voie à de nouvelles cibles thérapeutiques.

Forest fires cluster detection with space-time scan statistics

Forest fires are defined as uncontrolled fires often occurring in wildland areas, but that can also affect houses or agricultural resources. Causes are both natural (e.g.,lightning phenomena) and anthropogenic (human negligence or arsons).Major environmental factors influencing the fire ignition and propagation are climate and vegetation. Wildfires are most common and severe during drought period and on windy days. Moreover, under water-stress conditions, which occur after a long hot and dry period, the vegetation is more vulnerable to fire. These conditions are common in the United State and Canada, where forest fires represent a big problem. We focused our analysis on the state of Florida, for which a big dataset on forest fires detection is readily available. USDA Forest Service Remote Sensing Application Center, in collaboration with NASA-Goddard Space Flight Center and the University of Maryland, has compiled daily MODIS Thermal Anomalies (fires and biomass burning images) produced by NASA using a contextual algorithm that exploits the strong emission of mid-infrared radiation from fires. Fire classes were converted in GIS format: daily MODIS fire detections are provided as the centroids of the 1 kilometer pixels and compiled into daily Arc/INFO point coverage.

Leishmania major metacaspase can replace yeast metacaspase in programmed cell death and has arginine-specific cysteine peptidase activity.

The human protozoan parasite Leishmania major has been shown to exhibit several morphological and biochemical features characteristic of a cell death program when differentiating into infectious stages and under a variety of stress conditions. Although some caspase-like peptidase activity has been reported in dying parasites, no caspase gene is present in the genome. However, a single metacaspase gene is present in L. major whose encoded protein harbors the predicted secondary structure and the catalytic dyad histidine/cysteine described for caspases and other metacaspases identified in plants and yeast. The Saccharomyces cerevisiae metacaspase YCA1 has been implicated in the death of aging cells, cells defective in some biological functions, and cells exposed to different environmental stresses. In this study, we describe the functional heterologous complementation of a S. cerevisiae yca1 null mutant with the L. major metacaspase (LmjMCA) in cell death induced by oxidative stress. We show that LmjMCA is involved in yeast cell death, similar to YCA1, and that this function depends on its catalytic activity. LmjMCA was found to be auto-processed as occurs for caspases, however LmjMCA did not exhibit any activity with caspase substrates. In contrast and similarly to Arabidopsis thaliana metacaspases, LmjMCA was active towards substrates with arginine in the P1 position, with the activity being abolished following H147A and C202A catalytic site mutations. These results suggest that metacaspases are members of a family of peptidases with a role in cell death conserved in evolution notwithstanding possible differences in their catalytic activity.

" Leishmania major " metacaspase in programmed cell death

Abstract: The human protozoan parasite Leishmania major has been shown to exhibit several morphological and biochemical features characteristic of a programmed cell death (PCD) when differentiating into infectious stages and under a variety of stress conditions. In mammalian cells, the principal effector molecules of PCD or apoptosis are caspases. Although some caspase-like peptidase activity has been reported in dying parasites, no caspase gene is present in the L. major genome. However, a single metacaspase gene is present in L. major whose encoded protein harbors the predicted secondary structure and the catalytic dyad histidine/cysteine described for caspases and other metacaspases identified in plants and yeast. Metacaspases are also present in other protozoan parasites such as Trypanosoma and Plasmodium species and are not present in mammalian cells, which make them a possible drug target for the treatment of the parasitic diseases they cause. The Saccharomyces cerevisiae metacaspase YCA1 has been implicated in the death of aging cells, cells defective in some biological functions, and cells exposed to different environmental stresses. In this study, we evaluated the functional heterologous complementation of a S. cerevisiae ycal null mutant with the L. major metacaspase (LmjMCA} in cell death induced by oxidative stress. We show that LmjMCA is involved in yeast cell death, similar to YCA1, and that this function depends on its catalytic activity. LmjMCA was found to be auto-processed as occurs for caspases, however, LmjMCA did not exhibit any activity with caspase substrates. In contrast, LmjMCA was active towards substrates with arginine in the P1 position, with the activity being abolished following H147A and C202A catalytic site mutations and addition of the arginal inhibitor leupeptin. In order to identify the L. major proteins that may function as substrates, inhibitors, or may bind and recruit LmjMCA, a yeast two-hybrid screening with cDNA libraries from different life cycle stages of the parasite was conducted. Proteins putatively involved in PCD were identified as interacting with LmjMCA, however, the interaction of LmjMCA with proteins involved in other physiological processes such as vesicle transport, suggests that LmjMCA could have additional roles in the different life cycle stages of the parasite. Résumé: Plusieurs caractéristiques morphologiques et biochimiques rappelant la mort cellulaire programmée ont été identifiées dans les stades infectieux et sous des conditions de stress, chez le parasite protozoaire humain, Leishmania major. Dans les cellules de mammifères, les caspases sont les molécules effectrices principales impliquées dans la mort cellulaire programmée et l'apoptose. Bien qu'une activité caspase ait été retrouvée dans des parasites en mon` cellulaire, le génome de Leishmania ne contient aucun gène qui pourrait coder pour une caspase. À la place, on retrouve un gène unique codant pour une métacaspase. Une prédiction de la structure secondaire de la métacaspase montre que cette métacaspase a un domaine catalytique contenant la dyade histidine/cystéine présente dans les caspases et les autres métacaspases décrites chez les plantes et la levure. Les métacaspases sont aussi présentes dans d'autres parasites protozoaires tels que Trypanosome et Plasmodium, mais ne sont pas présentes dans les cellules de mammifères, ce qui en fait des cibles intéressantes pour le développement de drogue. Dans la levure, Saccharomyces cerevisiae, la métacaspase YCA1 est impliquée dans la mort des cellules âgées, la mort des cellules défectueuses dans certaines fonctions biologiques et dans les cellules exposées à différents stress environnementaux. Dans cette étude, une complémentation hétérologue fonctionnelle d'un mutant de la levure déficient en YCA1 par le gène LmjMCA de L. major lors de l'induction de ta mort par stress oxydatif a été évaluée. Nos résultats montrent que LmjMCA peut remplacer YGA1 dans le programme de mort cellulaire chez la levure et que celte fonction dépend de son activité catalytique. De plus, LmjMCA subit une auto clivage comme les caspases mais n'exhibe aucune spécificité pour les substrats des caspases. Au contraire, LmjMCA est active envers des substrats ayant une arginine en position P1, son activité étant détruite suite à des changements de son domaine catalytique par les mutations H147A et C202A ou suite à une inhibition para la leupeptine. Afin d'identifier quels pourraient être les substrats, les inhibiteurs ou les molécules interagissant avec LmjMCA, nous avons entrepris un criblage double-hybride en utilisant des librairies de d'ADNc provenant de différents stades du cycle parasitaire. Plusieurs protéines potentiellement impliquées dans un programme de mort cellulaire ont été identifiées comme interagissant avec LmjMCA. Cependant, l'identification de protéines impliquées dans le transport vésiculaire suggère aussi que LmjMCA pourrait avoir un rôle additionnel dans les différents stades du cycle parasitaire. Résumé destiné à un large public: De nos jours, la leishmaniose est la deuxième plus importante maladie parasitaire après la malaria. Malgré les avancées accomplies dans les stratégies de contrôle, près de deux millions de nouveaux cas apparaissent chaque année. Actuellement, la principale stratégie pour faire face à ce problème épidémiologique consiste en un traitement pharmacologique des personnes infectées. Pourtant, seule une dizaine de médicaments, dont la plupart sont toxiques, est disponible pour traiter la leishmaniose et des cas de résistance émergent dans certains pays endémiques. Il devient donc urgent de mettre au point de nouveaux traitements anti-leishmaniens capables d'éliminer le parasite sans effets indésirables sur le patient. Récemment, des caractéristiques morphologiques et biochimiques de la mort cellulaire programmée (MCP) semblables au processus de l'apoptose chez les mammifères ont été décrites dans Leishmania. Cependant, des gènes codant pour des protéines similaires à celles qui sont impliquées dans l'apoptose, comme les caspases, ne se retrouvent pas dans le génome de Leishmanía major. Néanmoins, les espèces de Leishmanía, aussi bien que d'autres parasites protozoaires responsables des trypanosomiases et de la malaria, possèdent des métacaspases qui sont des protéines homologues aux caspases mais qui ne sont pas présentes chez les mammifères. C'est pourquoi, la caractérisation de la métacaspase de Leishmania (LmjMCA) ainsi que ses mécanismes d'activation pourrait être une piste d'investigation intéressante dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans les voies de signalisation de la MCP des parasites protozoaires. Dans la levure, Saccharomyces cerevisiae, la métacaspase YCA1 est impliquée dans la mort des cellules âgées, la mort des cellules défectueuses dans certaines fonctions biologiques et dans les cellules exposées à différents stress environnementaux. Dans cette étude, une complémentation hétérologue fonctionnelle d'un mutant de la levure déficient en YCA1 par le gène LmjMCA de L major lors de l'induction de la mort par stress oxydatif a été évaluée. Nos résultats montrent que LmjMCA peut remplacer YCA1 dans le programme de mort cellulaire chez la levure et que cette fonction dépend de son activité catalytique. De plus, LmjMCA subit une auto clivage comme les caspases mais n'exhibe aucune spécificité pour les substrats des caspases. Au contraire, LmjMCA est active envers des substrats ayant une arginine en position P1, son activité étant détruite suite à des changements de son domaine catalytique par les mutations H147A et C202A ou suite à une inhibition para la leupeptine. Afin d'identifier quels pourraient être les substrats, les inhibiteurs ou les molécules interagissant avec LmjMCA, nous avons entrepris un criblage double-hybride en utilisant des librairies de d'ADNe provenant de différents stades du cycle parasitaire. Plusieurs protéines potentiellement impliquées dans un programme de mort cellulaire ont été identifiées comme interagissant avec LmjMCA. Cependant, l'identification de protéines impliquées dans le transport vésiculaire suggère aussi que LmjMCA pourrait avoir un rôle additionnel dans les différents stades du cycle parasitaire. Resumen destinado al público en general: La leishmaniasis es la segunda enfermedad parasitaria más importante en el mundo actual. Aproximadamente 2 millones de nuevos casos ocurren cada año a pesar de los avances logrados en el desarrollo de nuevos métodos de control. El tratamiento farmacológico de las personas infectadas es actualmente la principal estrategia de control, sin embargo, menos de una decena de medicamentos se encuentran disponibles en el mercado, la mayoría de ellos son tóxicos, y ya empiezan a encontrarse parásitos resistentes en algunos países endémicos para la leishmaniasis. El desarrollo de nuevos medicamentos capaces de eliminar los parásitos sin producir efectos indeseables en los humanos, es una necesidad inminente. Recientemente, algunas de las características morfológicas y bioquímicas de la muerte celular programada (MCP) similares al proceso de la apoptosis en mamíferos, han sido descritas en parasitos de Leishmania. Sin embargo, genes que codifiquen proteínas similares a aquellas involucradas en la apoptosis, como las caspasas, no se encuentran en el genoma de Leishmania major. AI contrario, las especies de Leishmania, así como de los otros parásitos responsables de la tripanosomiasis y de la malaria, poseen metacaspases, proteínas homologas a las caspases pero que no están presentes en las células de mamíferos. La caracterización de la metacaspasa de L. major y de sus mecanismos de activación constituye, por lo tanto, un área de investigación interesante para la identificación de nuevos blancos terapéuticos en el proceso de MCP de los parásitos protozoarios. En la levadura Saccharomyces cerevisiae, la metacaspasa YCA1 ha sido descrita como implicada en la muerte de células envejecidas, células defectuosas en algunas funciones biológicas, y en células expuestas a diferentes tipos de estrés ambiental. En el presente estudio se evaluó la complementación heteróloga funcional de una levadura mutante deficiente en YCA1 con el gen de metacaspase de L. major (LmjMCA) en la MCP inducida por estrés oxidativo. Nuestros resultados muestran que la LmjMCA puede reemplazarla YCA1 en la MCP de la levadura dependiente de su actividad catalítica y que la LmjMCA se auto-procesa similar a las caspasas. Sin embargo, LmjMCA no reconoce los substratos de caspasas sino substratos con una arginina en ta posición P1. Dicha actividad enzimática fue abolida con la inducción de las mutaciones puntuales H147A y C202A en la díada catalítica de LmjMCA y con la adición de leupeptina, un inhibidor con arginina. Con el fin de identificar proteínas que pudieran funcionar como substratos, inhibidores o moléculas modificadoras de LmjMCA, se aplicó el método de doble-híbrido en levadura con bibliotecas de ADNc provenientes de diferentes estadios del ciclo de vida del parásito. Algunas proteínas potencialmente implicadas. en la MCP del parásito fueron identiñcadas interactuando con LmjMCA. La identificación de otras proteínas involucradas en transporte vesicular sugiere que la LmjMCA podría tener una función biológica adicional en los diferentes estadios del ciclo de vida dei parásito.

Plasmodium falciparum metacaspase PfMCA-1 triggers a z-VAD-fmk inhibitable protease to promote cell death.

Activation of proteolytic cell death pathways may circumvent drug resistance in deadly protozoan parasites such as Plasmodium falciparum and Leishmania. To this end, it is important to define the cell death pathway(s) in parasites and thus characterize proteases such as metacaspases (MCA), which have been reported to induce cell death in plants and Leishmania parasites. We, therefore, investigated whether the cell death function of MCA is conserved in different protozoan parasite species such as Plasmodium falciparum and Leishmania major, focusing on the substrate specificity and functional role in cell survival as compared to Saccharomyces cerevisae. Our results show that, similarly to Leishmania, Plasmodium MCA exhibits a calcium-dependent, arginine-specific protease activity and its expression in yeast induced growth inhibition as well as an 82% increase in cell death under oxidative stress, a situation encountered by parasites during the host or when exposed to drugs such as artemisins. Furthermore, we show that MCA cell death pathways in both Plasmodium and Leishmania, involve a z-VAD-fmk inhibitable protease. Our data provide evidence that MCA from both Leishmania and Plasmodium falciparum is able to induce cell death in stress conditions, where it specifically activates a downstream enzyme as part of a cell death pathway. This enzymatic activity is also induced by the antimalarial drug chloroquine in erythrocytic stages of Plasmodium falciparum. Interestingly, we found that blocking parasite cell death influences their drug sensitivity, a result which could be used to create therapeutic strategies that by-pass drug resistance mechanisms by acting directly on the innate pathways of protozoan cell death.

Dual role of the antioxidant enzyme peroxiredoxin 6 in skin carcinogenesis.

The antioxidant enzyme peroxiredoxin 6 (Prdx6) is a key regulator of the cellular redox balance, particularly under stress conditions. We identified Prdx6 as an important player in different phases of skin carcinogenesis. Loss of Prdx6 in mice enhanced the susceptibility to skin tumorigenesis, whereas overexpression of Prdx6 in keratinocytes of transgenic mice had the opposite effect. The tumor-preventive effect of Prdx6, which was observed in a human papilloma virus 8-induced and a chemically induced tumor model, was not due to alterations in keratinocyte proliferation, apoptosis, or in the inflammatory response. Rather, endogenous and overexpressed Prdx6 reduced oxidative stress as reflected by the lower levels of oxidized phospholipids in the protumorigenic skin of Prdx6 transgenic mice and the higher levels in Prdx6-knockout mice than in control animals. In contrast to its beneficial effect in tumor prevention, overexpression of Prdx6 led to an acceleration of malignant progression of existing tumors, revealing a dual function of this enzyme in the pathogenesis of skin cancer. Finally, we found strong expression of PRDX6 in keratinocytes of normal human skin and in the tumor cells of squamous cell carcinomas, indicating a role of Prdx6 in human skin carcinogenesis. Taken together, our data point to the potential usefulness of Prdx6 activators or inhibitors for controlling different stages of skin carcinogenesis.

Autosis is a Na+,K+-ATPase-regulated form of cell death triggered by autophagy-inducing peptides, starvation, and hypoxia-ischemia.

A long-standing controversy is whether autophagy is a bona fide cause of mammalian cell death. We used a cell-penetrating autophagy-inducing peptide, Tat-Beclin 1, derived from the autophagy protein Beclin 1, to investigate whether high levels of autophagy result in cell death by autophagy. Here we show that Tat-Beclin 1 induces dose-dependent death that is blocked by pharmacological or genetic inhibition of autophagy, but not of apoptosis or necroptosis. This death, termed "autosis," has unique morphological features, including increased autophagosomes/autolysosomes and nuclear convolution at early stages, and focal swelling of the perinuclear space at late stages. We also observed autotic death in cells during stress conditions, including in a subpopulation of nutrient-starved cells in vitro and in hippocampal neurons of neonatal rats subjected to cerebral hypoxia-ischemia in vivo. A chemical screen of ~5,000 known bioactive compounds revealed that cardiac glycosides, antagonists of Na(+),K(+)-ATPase, inhibit autotic cell death in vitro and in vivo. Furthermore, genetic knockdown of the Na(+),K(+)-ATPase α1 subunit blocks peptide and starvation-induced autosis in vitro. Thus, we have identified a unique form of autophagy-dependent cell death, a Food and Drug Administration-approved class of compounds that inhibit such death, and a crucial role for Na(+),K(+)-ATPase in its regulation. These findings have implications for understanding how cells die during certain stress conditions and how such cell death might be prevented.