Tumor necrosis factor (TNF) signaling, but not TWEAK (TNF-like weak inducer of apoptosis)-triggered cIAP1 (cellular inhibitor of apoptosis protein 1) degradation, requires cIAP1 RING dimerization and E2 binding.

Cellular inhibitor of apoptosis (cIAP) proteins, cIAP1 and cIAP2, are important regulators of tumor necrosis factor (TNF) superfamily (SF) signaling and are amplified in a number of tumor types. They are targeted by IAP antagonist compounds that are undergoing clinical trials. IAP antagonist compounds trigger cIAP autoubiquitylation and degradation. The TNFSF member TWEAK induces lysosomal degradation of TRAF2 and cIAPs, leading to elevated NIK levels and activation of non-canonical NF-kappaB. To investigate the role of the ubiquitin ligase RING domain of cIAP1 in these pathways, we used cIAP-deleted cells reconstituted with cIAP1 point mutants designed to interfere with the ability of the RING to dimerize or to interact with E2 enzymes. We show that RING dimerization and E2 binding are required for IAP antagonists to induce cIAP1 degradation and protect cells from TNF-induced cell death. The RING functions of cIAP1 are required for full TNF-induced activation of NF-kappaB, however, delayed activation of NF-kappaB still occurs in cIAP1 and -2 double knock-out cells. The RING functions of cIAP1 are also required to prevent constitutive activation of non-canonical NF-kappaB by targeting NIK for proteasomal degradation. However, in cIAP double knock-out cells TWEAK was still able to increase NIK levels demonstrating that NIK can be regulated by cIAP-independent pathways. Finally we show that, unlike IAP antagonists, TWEAK was able to induce degradation of cIAP1 RING mutants. These results emphasize the critical importance of the RING of cIAP1 in many signaling scenarios, but also demonstrate that in some pathways RING functions are not required.

Mutation analysis of the different tfd genes for degradation of chloroaromatic compounds in Ralstonia eutropha JMP134.

Ralstonia eutropha JMP134 possesses two sets of similar genes for degradation of chloroaromatic compounds, tfdCDEFB (in short: tfdI cluster) and tfdDII CII EII FII BII (tfdII cluster). The significance of two sets of tfd genes for the organism has long been elusive. Here, each of the tfd genes in the two clusters on the original plasmid pJP4 was replaced by double recombination with a gene fragment in which a kanamycin resistance gene was inserted into the respective tfd gene's reading frame. The insertion mutants were all tested for growth on 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), 2-methyl-4-chlorophenoxyacetic acid (MCPA), and 3-chlorobenzoate (3-CBA). None of the tfdDII CII EII FII BII genes appeared to be essential for growth on 2,4-D or on 3-CBA. Mutations in tfdC, tfdD and tfdF also did not abolish but only retarded growth on 2,4-D, indicating that they were redundant to some extent as well. Of all tfd genes tested, only tfdE and tfdB were absolutely essential, and interruption of those two reading frames abolished growth on 2,4-D, 3-CBA ( tfdE only), and MCPA completely. Interestingly, strains with insertion mutations in the tfdI cluster and those in tfdDII, tfdCII, tfdEII and tfdBII were severely effected in their growth on MCPA, compared to the wild-type. This indicated that not only the tfdI cluster but also the tfdII cluster has an essential function for R. eutropha during growth on MCPA. In contrast, insertion mutation of tfdDII resulted in better growth of R. eutropha JMP134 on 3-CBA, which is most likely due to the prevention of toxic metabolite production in the absence of TfdDII activity.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

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.

TWEAK-FN14 signaling induces lysosomal degradation of a cIAP1-TRAF2 complex to sensitize tumor cells to TNFalpha.

Synthetic inhibitor of apoptosis (IAP) antagonists induce degradation of IAP proteins such as cellular IAP1 (cIAP1), activate nuclear factor kappaB (NF-kappaB) signaling, and sensitize cells to tumor necrosis factor alpha (TNFalpha). The physiological relevance of these discoveries to cIAP1 function remains undetermined. We show that upon ligand binding, the TNF superfamily receptor FN14 recruits a cIAP1-Tnf receptor-associated factor 2 (TRAF2) complex. Unlike IAP antagonists that cause rapid proteasomal degradation of cIAP1, signaling by FN14 promotes the lysosomal degradation of cIAP1-TRAF2 in a cIAP1-dependent manner. TNF-like weak inducer of apoptosis (TWEAK)/FN14 signaling nevertheless promotes the same noncanonical NF-kappaB signaling elicited by IAP antagonists and, in sensitive cells, the same autocrine TNFalpha-induced death occurs. TWEAK-induced loss of the cIAP1-TRAF2 complex sensitizes immortalized and minimally passaged tumor cells to TNFalpha-induced death, whereas primary cells remain resistant. Conversely, cIAP1-TRAF2 complex overexpression limits FN14 signaling and protects tumor cells from TWEAK-induced TNFalpha sensitization. Lysosomal degradation of cIAP1-TRAF2 by TWEAK/FN14 therefore critically alters the balance of life/death signals emanating from TNF-R1 in immortalized cells.

Keratin degradation by dermatophytes relies on cysteine dioxygenase and a sulfite efflux pump.

Millions of people suffer from superficial infections caused by dermatophytes. Intriguingly, these filamentous fungi exclusively infect keratin-rich host structures such as hair, nails, and skin. Keratin is a hard, compact protein, and its utilization by dermatophytes for growth has long been discussed as a major virulence attribute. Here, we provide strong support for the hypothesis that keratin degradation is facilitated by the secretion of the reducing agent sulfite, which can cleave keratin-stabilizing cystine bonds. We discovered that sulfite is produced by dermatophytes from environmental cysteine, which at elevated concentrations is toxic for microbes and humans. We found that sulfite formation from cysteine relies on the key enzyme cysteine dioxygenase Cdo1. Sulfite secretion is supported by the sulfite efflux pump Ssu1. Targeted mutagenesis proved that dermatophyte mutants in either Cdo1 or Ssu1 were highly growth-sensitive to cysteine, and mutants in Ssu1 were specifically sensitive to sulfite. Most notably, dermatophyte mutants in Cdo1 and Ssu1 were specifically growth-defective on hair and nails. As keratin is rich in cysteine, our identified mechanism of cysteine conversion and sulfite efflux supports both cysteine and sulfite tolerance per se and progression of keratin degradation. These in vitro findings have implications for dermatophyte infection pathogenesis.

DNA degradation in avian faecal samples and feasibility of non-invasive genetic studies applied to threatened capercaillie populations

We evaluated the feasibility of using faeces as a non-invasively collected DNA source for the genetic study of an endangered bird population (capercaillie; Tetrao urogallus). We used a multitube approach, and for our panel of 11 microsatellites genotyping reliability was estimated at 98% with five repetitions. Experiments showed that free DNases in faecal material were the major cause of DNA degradation. Our results demonstrate that using avian faeces as a source of DNA, reliable microsatellite genotyping can be obtained with a reasonable number of PCR replicates.

Quantifying degradation rates of transmembrane receptor kinases.

Transmembrane receptor-kinases are widespread throughout eukaryotes and their activities are known to regulate all kinds of cellular responses in diverse organs and cell types. In order to guarantee the correct amplitude and duration of signals, receptor levels at the cellular surface need to be tightly controlled. The regulation of receptor degradation is the most direct way to achieve this and elaborate mechanisms are in place to control this process. Therefore, the rate of receptor degradation is a parameter of central importance for understanding the dynamics of a signal transduction cascade. Unfortunately, degradation of transmembrane receptors is a complicated multistep process that involves internalization from the plasma membrane, invagination into the lumen of endosomal compartments, and finally fusion with the vacuole for degradation by vacuolar proteases. Therefore, degradation should be measured in an as noninvasive way as possible, such as not to interfere with the complicated transport processes. Here, a method for minimally invasive, in vivo turn-over measurements in intact organs is provided. This technique was used for quantifying the turn-over rates of the Brassinosteroid receptor kinase BRI1 (BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1) in Arabidopsis thaliana root meristems. Pulse-chase expression of a fluorescently labeled BRI1 variant was used and its turn-over rate was determined by quantitative confocal microscopy. This method is well suited to measure turn-over of transmembrane kinases, but can evidently be extended to measure turn-over of any types of transmembrane proteins.

The degradation of HFR1, a putative bHLH class transcription factor involved in light signaling, is regulated by phosphorylation and requires COP1.

All developmental transitions throughout the life cycle of a plant are influenced by light. In Arabidopsis, multiple photoreceptors including the UV-A/blue-sensing cryptochromes (cry1-2) and the red/far-red responsive phytochromes (phyA-E) monitor the ambient light conditions. Light-regulated protein stability is a major control point of photomorphogenesis. The ubiquitin E3 ligase COP1 (constitutively photomorphogenic 1) regulates the stability of several light-signaling components. HFR1 (long hypocotyl in far-red light) is a putative transcription factor with a bHLH domain acting downstream of both phyA and the cryptochromes. HFR1 is closely related to PIF1, PIF3, and PIF4 (phytochrome interacting factor 1, 3 and 4), but in contrast to the latter three, there is no evidence for a direct interaction between HFR1 and the phytochromes. Here, we show that the protein abundance of HFR1 is tightly controlled by light. HFR1 is an unstable phosphoprotein, particularly in the dark. The proteasome and COP1 are required in vivo to degrade phosphorylated HFR1. In addition, HFR1 can interact with COP1, consistent with the idea of COP1 directly mediating HFR1 degradation. We identify a domain, conserved among several bHLH class proteins involved in light signaling , as a determinant of HFR1 stability. Our physiological experiments indicate that the control of HFR1 protein abundance is important for a normal de-etiolation response.

Chemical and carbon isotopic evolution of hydrocarbons during prograde metamorphism from 100°C to 550°C: Case study in the Liassic black shale formation of Central Swiss Alps

Hydrocarbon distributions and stable isotope ratios of carbonates (delta(13)C(car), delta(18)O(car)), kerogen (delta(13)C(ker)), extractable organic matter (delta(13)C(EOM)) and individual hydrocarbons of Liassic black shale samples from a prograde metamorphic sequence in the Swiss Alps were used to identify the major organic reactions with increasing metamorphic grade. The studied samples range from the diagenetic zone (< 100 degrees C) to amphibolite facies (similar to 550 degrees C). The samples within the diagenetic zones (< 100 and 150 degrees C) are characterized by the dominance of C-< 20 n-alkanes, suggesting an origin related with marine and/or bacterial inputs. The metamorphic samples (200 to 550 degrees C) have distributions significantly dominated by C-12 and C-13 n-alkanes, C-14, C-16 and C-18 n-alkylcyclopentanes and to a lesser extend C-15, C-17 and C-21 n-alkylcyclohexanes. The progressive C-13-enrichment (up to 3.9 parts per thousand) with metamorphism of the C-> 17 n-alkanes suggests the occurrence of cracking reactions of high molecular weight compounds. The isotopically heavier (up to 5.6 parts per thousand) C-< 17 n-alkanes in metamorphic samples are likely originated by thermal degradation of long-chain homologous with preferential release of isotopically light C-1 and C-2 radicals. The dominance of specific even C-number n-alkylcyclopentanes suggests an origin related to direct cyclization mechanism (without decarboxylation step) of algal or bacterial fatty acids occurring in reducing aqueous metamorphic fluid conditions. The regular increase of the concentrations of n-alkylcycloalkanes vs. C-> 13 n-alkanes with metamorphism suggests progressive thermal release of kerogen-linked fatty acid precursors and degradation of n-alkanes. Changes of the steroid and terpenoid distributions are clearly related to increasing metamorphic temperatures. The absence of 18 alpha(H)-22,29,30-trisnorneohopane (Ts), the occurrence of 17 beta(H)-trisnorhopane, 17 beta(H), 21 alpha(H)-hopanes in the C-29 to C-31 range and 5 alpha(H),14 alpha(H),17 alpha(H)-20R C-27, C-29 steranes in the low diagenetic samples (< 100 degrees C) are characteristic of immature bitumens. The higher thermal stress within the upper diagenetic zone (150 degrees C) is marked by the presence of Ts, the disappearance of 17 beta(H)-trisnorhopane and thermodynamic equilibrium of the 22S/(22S + 22R) homohopane ratios. The increase of the alpha alpha alpha-sterane 20S/(20S + 20R) and 20R beta beta/(beta beta + alpha alpha) ratios (from 0.0 to 0.55 and from 0.0 to 0.40, respectively) in the upper diagenetic zone indicates the occurrence of isomerization reactions already at < 150 degrees C. However, the isomerization at C-20 (R -> S) reaches thermodynamic equilibrium values already at the upper diagenesis (similar to 150 degrees C) whereas the epimerisation at C-14 and C-17 (alpha alpha ->beta beta) arrives to constant values in the lower anchizone (similar to 200 degrees C). The ratios Ts vs. 17 alpha(H)-22,29,30-trisnorneohopane [(Ts/(Ts + Tm)] and 18 alpha(H)-30-norneohopane (C29Ts) vs. 17 alpha(H),21 beta(H)-30-norhopane [C29Ts/(C29Ts + C-29)] increase until the medium anchizone (200 to 250 degrees C) from 0.0 to 0.96 and from 0.0 to 0.44, respectively. An opposite trend owards lower values is observed in the higher metamorphic samples. The occurrence of specific hydrocarbons (e.g., n-alkylcyclopentanes, cadalene, hydrogenated aromatic compounds) in metamorphic samples points to kerogen degradation reactions most probably occurring in the presence of water and under reducing conditions. The changes of hydrocarbon distributions and carbon isotopic compositions of n-alkanes related to metamorphism suggest that the organic geochemistry may help to evaluate the lowest grades of prograde metamorphism. Copyright (c) 2005 Elsevier Ltd.

Monitoring time-dependent degradation of phospholipids in sectioned tissues by MALDI imaging mass spectrometry.

Imaging mass spectrometry (IMS) is useful for visualizing the localization of phospholipids on biological tissue surfaces creating great opportunities for IMS in lipidomic investigations. With advancements in IMS of lipids, there is a demand for large-scale tissue studies necessitating stable, efficient and well-defined sample handling procedures. Our work within this article shows the effects of different storage conditions on the phospholipid composition of sectioned tissues from mouse organs. We have taken serial sections from mouse brain, kidney and liver thaw mounted unto ITO-coated glass slides and stored them under various conditions later analyzing them at fixed time points. A global decrease in phospholipid signal intensity is shown to occur and to be a function of time and temperature. Contrary to the global decrease, oxidized phospholipid and lysophospholipid species are found to increase within 2 h and 24 h, respectively, when mounted sections are kept at ambient room conditions. Imaging experiments reveal that degradation products increase globally across the tissue. Degradation is shown to be inhibited by cold temperatures, with sample integrity maintained up to a week after storage in −80 °C freezer under N2 atmosphere. Overall, the results demonstrate a timeline of the effects of lipid degradation specific to sectioned tissues and provide several lipid species which can serve as markers of degradation. Importantly, the timeline demonstrates oxidative sample degradation begins appearing within the normal timescale of IMS sample preparation of lipids (i.e. 1-2 h) and that long-term degradation is global. Taken together, these results strengthen the notion that standardized procedures are required for phospholipid IMS of large sample sets, or in studies where many serial sections are prepared together but analyzed over time such as in 3-D IMS reconstruction experiments.

Liposome-mediated transfection of fetal lung epithelial cells: DNA degradation and enhanced superoxide toxicity.

Cationic liposomes, 1:1 (mol/mol) 1,2-dioleoyldimethylammonium chloride-1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine, were used to transfect primary cultures of distal rat fetal lung epithelial cells with pCMV4-based plasmids. A DNA-to-lipid ratio of 1:10 to 1:15 (wt/wt) optimized DNA uptake over a 24-h exposure. At a fixed DNA-to-lipid ratio of 1:15, chloramphenicol acetyltransferase (CAT) reporter gene expression declined at lipid concentrations > 2.5 nmol/cm2 cell surface area, whereas DNA uptake remained concentration dependent. CAT expression peaked 48 h after removal of the liposome-DNA complex, declining thereafter. Reporter gene expression was increased, and supercoiled cDNA degradation was reduced by the addition of 0.2 mM nicotinamide and 10 microM chloroquine. Rat fetal lung epithelial cells transfected with two different expression cassettes had an increased susceptibility to superoxide-mediated cytotoxicity. This could be attributed to a nonspecific delivery of exogenous DNA or some other copurified factor. The DNA-dependent increase in superoxide-mediated cytotoxicity, but not basal levels of cytotoxicity, was inhibited by the addition of 0.2 mM nicotinamide and 10 microM chloroquine.