Functional Characterization of a n NTPase Activity of the Hepatitis C Virus Nonstructural Protein 4B

Background: Nonstructural p rotein 4 B (NS4B) i s the m asterorganizer of hepatitis C virus (HCV) replication complexformation. It is a multispanning membrane protein that has beenreported to p ossess NTPase activity. This enzymatic functionhas been poorly studied so far and its role in the HCV life cycleis u nknown. T he present w ork-in-progress a ims at validatingand functionally c haracterizing this a ctivity a nd its r ole in t heviral life cycle.Methods: B ioinformatic analyses were performed to i dentifykey residues for site-directed mutagenesis, both in t he contextof s ubgenomic r eplicons a s well as recombinant v iruses.Mutants were investigated with respect to R NA replication andinfectious particle p roduction. In p arallel, expression andpurification of recombinant wild-type and mutant NS4B proteinsare being pursued to characterize enzymatic activity in vitro.Results: B ioinformatic a nalyses revealed t hat p redictedNTPase features are conserved only in H CV NS4B b ut n ot i nNS4B from other Flaviviridae f amily m embers. A laninesubstitutions were designed to target predicted key Walker A, Band C motifs. These substitutions affected RNA replication andinfectious virus production to v arying degrees. Optimization ofrecombinant protein production is i n progress both in b acterialas well as mammalian expression systems.Conclusions: These studies should yield new insights into thefunctions of this hitherto poorly characterized viral nonstructuralprotein and may reveal novel targets for antiviral intervention inthe future.

Identification and functional characterization of a monofunctional peroxisomal enoyl-CoA hydratase 2 that participates in the degradation of even cis-unsaturated fatty acids in Arabidopsis thaliana.

A gene, named AtECH2, has been identified in Arabidopsis thaliana to encode a monofunctional peroxisomal enoyl-CoA hydratase 2. Homologues of AtECH2 are present in several angiosperms belonging to the Monocotyledon and Dicotyledon classes, as well as in a gymnosperm. In vitro enzyme assays demonstrated that AtECH2 catalyzed the reversible conversion of 2E-enoyl-CoA to 3R-hydroxyacyl-CoA. AtECH2 was also demonstrated to have enoyl-CoA hydratase 2 activity in an in vivo assay relying on the synthesis of polyhydroxyalkanoate from the polymerization of 3R-hydroxyacyl-CoA in the peroxisomes of Saccharomyces cerevisiae. AtECH2 contained a peroxisome targeting signal at the C-terminal end, was addressed to the peroxisome in S. cerevisiae, and a fusion protein between AtECH2 and a fluorescent protein was targeted to peroxisomes in onion cells. AtECH2 gene expression was strongest in tissues with high beta-oxidation activity, such as germinating seedlings and senescing leaves. The contribution of AtECH2 to the degradation of unsaturated fatty acids was assessed by analyzing the carbon flux through the beta-oxidation cycle in plants that synthesize peroxisomal polyhydroxyalkanoate and that were over- or underexpressing the AtECH2 gene. These studies revealed that AtECH2 participates in vivo to the conversion of the intermediate 3R-hydroxyacyl-CoA, generated by the metabolism of fatty acids with a cis (Z)-unsaturated bond on an even-numbered carbon, to the 2E-enoyl-CoA for further degradation through the core beta-oxidation cycle.

ASIC1a oligomerization structure-function of its extracellular vestibule and functional characterization of αS243Pβɣ ENaC

Quatre cristaux du canal ASIC1a ont été publiés et soutiennent une stoechiométrie trimérique. Cependant, ces données contredisant de précédentes analyses fonctionnelles effectuées sur des canaux de la même famille, notre intérêt fut porté sur l'oligomérisation d'ASIC1a. Dans ce sens, un nouvel essai couplant la méthode d'analyse par substitution de cystéines (SCAM) avec l'utilisation de réactifs sulfhydryls bifonctionnels (crosslinkers) a été mis en place. Le but étant de stabiliser, puis sélectionner les canaux fonctionnels, pour ensuite les séparer selon leur taille par SDS-PAGE. Grâce à cette technique, nous avons démontré que le complexe stabilisé a une taille coïncidant avec une organisation tétramérique. En plus de son oligomérisation, le chemin emprunté par les ions pour traverser le canal n'est pas clairement défini dans ces structures. De ce fait, utilisant une approche électrophysiologique, nous avons étudié le lien entre la structure et la fonction du vestibule extracellulaire d'ASIC1a. Dans ce but, nous nous sommes intéressés l'accessibilité de cystéines spécifiques localisées dans ce vestibule pour des réactifs méthanethiosulfonates (MTS). Ainsi, nous avons pu corréler les cinétiques de modification de ces cystéines par les MTS avec les effets sur le courant sodique, et donc avoir des informations supplémentaires sur la voie empruntée par les ions. De plus, la simulation informatique de liaison de ces réactifs illustre le remplissage total de ce vestibule. Fonctionnellement, cette interaction ne perturbe pas le passage de ions, c'est pourquoi il nous apparaît probable que le vestibule présente une taille plus large que celle illustrée par les cristaux. Dans un deuxième temps, notre intérêt fut porté sur ENaC. Ce canal est composé des trois sous-unités (a, ß et y) et est exprimé dans divers épithéliums, dont les tubules des reins. Il participe à l'homéostasie sodique et est essentiellement régulé par voie hormonale via l'aldostérone et la Vasopressine, mais également par des sérines protéases ou le Na+. Nous avons étudié la répercussion fonctionnelle de la mutation aS243P, découverte chez un nouveau-né prématuré atteint de pseudohypoaldostéronisme de type 1. Cette maladie autosomale récessive se caractérise, généralement, par une hyponatrémie liée à d'importantes pertes de sel dans les urines, une hyperkaliémie, ainsi qu'un niveau élevé d'aldostérone. Tout d'abord aucune des expériences biochimiques et électrophysiologiques n'a pu démontrer un défaut d'expression ou une forte diminution de l'activité soutenant les données cliniques. Cependant, en challengeant aS243PßyENaC avec une forte concentration de Na+ externe, une hypersensibilité de canal fut observée. En effet, ni les phénomènes régulateurs de « feedback inhibition » ou de « Na+ self-inhibition » n'étaient semblables au canal sauvage. De ce fait, ils apparaissaient exacerbés en présence de la mutation, amenant ainsi à une diminution de la réabsorption de Na+. Ceci corrobore entièrement l'hyponatrémie diagnostiquée. Le rein d'un prématuré étant immature, la quantité de Na+ atteignant la partie distale du néphron est plus élevée, du fait que les autres mécanismes de réabsorption en amont ne sont probablement pas encore en place. Cette hypothèse est renforcée par l'existence d'un frère présentant la même mutation, mais qui, né à terme, ne présentait aucun signe d'hyponatrémie. - The main topic of my thesis is the structure-function relationship of the ENaC/Deg family of ion channels, namely the Acid-Sensing Ion Channel ASIC1a and the Epithelial Na Channel ENaC. The primary part of this research is dedicated to the structure of ASIC1a. Four channel crystals have been published, which support a trimeric stoichiometry, although these data contradict previous functional experiments on other ENaC/Deg members. We are therefore interested in ASIC1a oligomerization and have set up a new assay combining the Substituted- Cysteine Accessibility Method (SCAM) with Afunctional sulfhydryl reagents (crosslinkers) allowing its study. The aim was to first stabilize the channels, then select those that are functional and then resolve them according to their size on SDS-PAGE. We demonstrated that the stabilized complex has a molecular weight corresponding to a tetrameric stoichiometry. In addition to our interest in the oligomerization of the ENaC/Deg family of ion channels, we also wanted to investigate the thus far undefined way of permeation for these channels. Therefore, taking the advantage of a more electrophysiological approach, we studied the accessibility of specific cysteines for methanethiosulfonate reagents (MTS) and were able to correlate the MTS association kinetics on cysteine residues with Na+ currents. These results have given us an insight into ion permeation and our functional evidence indicates that the extracellular is larger than that depicted by the crystal structures. As a side project, we focused on ENaC, which is made up of three subunits (a, ß and y) and is expressed in various epithelia, especially in the distal nephron of the kidneys. It plays a role in Na+ homeostasis and is essentially regulated by hormones via aldosterone and vasopressin, but also by serine proteases or Na+. We have studied the functional impact of the aS243P mutation, discovered in a premature baby suffering from pseudohypoaldosteronism of type 1. This autosomal recessive disease is characterized by hyponatremia, hyperkalemia and high aldosterone levels. Firstly, neither biochemical nor electrophysiological experiments indicated an expression defect or a strong decrease in activity. However, challenging aS243PßyENaC with increased external Na+ concentration showed channel hypersensitivity. Indeed, both the "feedback inhibition" and the "Na+ self-inhibition" regulatory mechanisms are impaired, leading to a decrease in Na+ reabsorption, entirely supports the diagnosis. The kidneys in preterm infants are immature and Na+ levels reaching the distal nephron are higher than normally observed. We hypothesize that the upstream reabsorption machinery is unlikely to be sufficiently matured and this assumption is supported by an asymptomatic sibling carrying the same mutation, but born at term. - La cellule, unité fonctionnelle du corps humain, est délimitée par une membrane plasmique servant de barrière biologique entre les milieux intra et extracellulaires. Une communication entre cellules est indispensable pour un fonctionnement adéquat. Sa survie dépend, entre autres, du maintien de la teneur en ions dans chacun des milieux qui doivent pouvoir être réabsorbés, ou sécrétés, selon les besoins. Les protéines insérées dans la membrane forment un canal et sont un moyen de communication permettant spécifiquement à des ions tel que le sodium (Na+) de traverser. Le Na+ se trouve dans la plupart des aliments et le sel, et est spécifiquement réabsorbé au niveau des reins grâce au canal sodique épithélial ENaC. Cette réabsorption se fait de l'urine primaire vers l'intérieur de la cellule, puis est transporté vers le sang. Pour maintenir un équilibre, une régulation de ce canal est nécessaire. En effet, des dysfonctionnements impliquant la régulation ou l'activité d'ENaC lui-même sont à l'origine de maladies telles que la mucoviscidose, l'hypertension ou encore, le pseudohypoaldostéronisme (PHA). Cette maladie est caractérisée, notamment, par d'importantes pertes de sel dans les urines. Des pédiatres ont diagnostiqué un PHA chez un nouveau-né, ce dernier présentant une modification du canal ENaC, nous avons recréé cette protéine afin d'étudier l'impact de ce changement sur son activité. Nous avons démontré que la régulation d'ENaC était effectivement perturbée, conduisant ainsi à une forte réduction de la réabsorption sodique. Afin de développer des molécules capables de moduler l'activité de protéines. Il est nécessaire d'en connaître la structure. Celle du canal sodique sensible à l'acidification ASIC1, un canal cousin d'ENaC, est connue. Ces données structurales contredisant cependant les analyses fonctionnelles, nous nous sommes penchés une nouvelle fois sur ASIC1. Une protéine est une macromolécule biologique composée d'une chaîne d'acides aminés (aa). De l'enchaînement d'aa à la protéine fonctionnelle, quatre niveaux de structuration existent. Chaque aa donne une indication quant au repliement et plus particulièrement la cystéine. Arborant un groupe sulfhydryle (SH) capable de former une liaison spécifique et stable avec un autre SH, celle-ci est souvent impliquée dans la structure tridimensionnelle de la protéine. Ce type de liaison intervient également dans la stabilisation de la structure quaternaire, qui est l'association de plusieurs protéines identiques (homomère), ou pas (hétéromère). Dans cette partie, nous avons remplacé des aa par des cystéines à des endroits spécifiques. Le but était de stabiliser plusieurs homomères d'ASICl ensemble avec des réactifs créant des ponts entre deux SH. Ainsi, nous avons pu déterminer le nombre de protéines ASIC1 participant à la formation d'un canal fonctionnel. Nos résultats corroborent les données fonctionnelles soutenant un canal tétramérique. Nous avons également étudié l'accessibilité de ces nouvelles cystéines afin d'obtenir des informations supplémentaires sur la structure du chemin emprunté par le Na+ à travers ASIC1 et plus particulièrement du vestibule extracellulaire.

Identification and functional characterization of Rca1, a transcription factor involved in both antifungal susceptibility and host response in Candida albicans.

The identification of novel transcription factors associated with antifungal response may allow the discovery of fungus-specific targets for new therapeutic strategies. A collection of 241 Candida albicans transcriptional regulator mutants was screened for altered susceptibility to fluconazole, caspofungin, amphotericin B, and 5-fluorocytosine. Thirteen of these mutants not yet identified in terms of their role in antifungal response were further investigated, and the function of one of them, a mutant of orf19.6102 (RCA1), was characterized by transcriptome analysis. Strand-specific RNA sequencing and phenotypic tests assigned Rca1 as the regulator of hyphal formation through the cyclic AMP/protein kinase A (cAMP/PKA) signaling pathway and the transcription factor Efg1, but also probably through its interaction with a transcriptional repressor, most likely Tup1. The mechanisms responsible for the high level of resistance to caspofungin and fluconazole observed resulting from RCA1 deletion were investigated. From our observations, we propose that caspofungin resistance was the consequence of the deregulation of cell wall gene expression and that fluconazole resistance was linked to the modulation of the cAMP/PKA signaling pathway activity. In conclusion, our large-scale screening of a C. albicans transcription factor mutant collection allowed the identification of new effectors of the response to antifungals. The functional characterization of Rca1 assigned this transcription factor and its downstream targets as promising candidates for the development of new therapeutic strategies, as Rca1 influences host sensing, hyphal development, and antifungal response.

Molecular and functional characterization of a novel cardiac-specific human tropomyosin isoform.

BACKGROUND: Tropomyosin (TM), an essential actin-binding protein, is central to the control of calcium-regulated striated muscle contraction. Although TPM1alpha (also called alpha-TM) is the predominant TM isoform in human hearts, the precise TM isoform composition remains unclear. METHODS AND RESULTS: In this study, we quantified for the first time the levels of striated muscle TM isoforms in human heart, including a novel isoform called TPM1kappa. By developing a TPM1kappa-specific antibody, we found that the TPM1kappa protein is expressed and incorporated into organized myofibrils in hearts and that its level is increased in human dilated cardiomyopathy and heart failure. To investigate the role of TPM1kappa in sarcomeric function, we generated transgenic mice overexpressing cardiac-specific TPM1kappa. Incorporation of increased levels of TPM1kappa protein in myofilaments leads to dilated cardiomyopathy. Physiological alterations include decreased fractional shortening, systolic and diastolic dysfunction, and decreased myofilament calcium sensitivity with no change in maximum developed tension. Additional biophysical studies demonstrate less structural stability and weaker actin-binding affinity of TPM1kappa compared with TPM1alpha. CONCLUSIONS: This functional analysis of TPM1kappa provides a possible mechanism for the consequences of the TM isoform switch observed in dilated cardiomyopathy and heart failure patients.

Molecular and Functional Characterization of Neuroblastoma-Initiating Cells

Neuroblastoma (NB) is the most common extracranial malignant tumor in young children and arises at any site of the sympathetic nervous system. The disease exhibits a remarkable phenotypic diversity ranging from spontaneous regression to fatal disease. Poor outcome results from a rapidly progressive, metastatic and drug-resistant disease. Recent studies have suggested that solid tumors may arise from a minor population of cancer stem cells (CSCs) with stem cell markers and typical properties such as self-renewal ability, asymmetric division and drug resistance. In this model, CSCs possess the exclusive ability to initiate and maintain the tumor, and to produce distant metastases. Tumor cell subpopulations with stem-like phenotypes have indeed been identified in several cancer including leukemia, breast, brain and colon cancers. CSC hypothesis still needs to be validated in the other cancers including NB.NB originates from neural crest-derived malignant sympatho-adrenal cells. We have identified rare cells that express markers in conformity with neural crest stem cells and their derived lineages within primary NB tissue and cell lines, leading us to postulate the existence of CSCs in NB tumors.In the absence of specific markers to isolate CSCs, we adapted to NB tumor cells the sphere functional assay, based on the ability of stem cells to grow as spheres in non-adherent conditions. By serial passages of spheres from bone marrow NB metastases, a subset of cells was gradually selected and its specific gene expression profile identified by micro-array time-course analysis. The differentially expressed genes in spheres are enriched in genes implicated in development including CD133, ABC-transporters, WNT and NOTCH genes, identified in others solid cancers as CSCs markers, and other new markers, all referred by us as the Neurosphere Expression Profile (NEP). We confirmed the presence of a cell subpopulation expressing a combination of the NEP markers within a few primary NB samples.The tumorigenic potential of NB spheres was assayed by in vivo tumor growth analyses using orthotopic (adrenal glands) implantations of tumor cells into immune-compromised mice. Tumors derived from the sphere cells were significantly more frequent and were detected earlier compared to whole tumor cells. However, NB cells expressing the neurosphere-associated genes and isolated from the bulk tumors did not recapitulate the CSC-like phenotype in the orthotopic model. In addition, the NB sphere cells lost their higher tumorigenic potential when implanted in a subcutaneous heterotopic in vivo model.These results highlighted the complex behavior of CSC functions and led us to consider the stem-like NB cells as a dynamic and heterogeneous cell population influenced by microenvironment signals.Our approach identified for the first time candidate genes that may be associated with NB self-renewal and tumorigenicity and therefore would establish specific functional targets for more effective therapies in aggressive NB.

Identification and functional characterization of auxiliary enzymes of the β-oxidation in " Arabidopsis thaliana "

Abstract: The ß-oxidation is the universal pathway that allows living organisms to degrade fatty acids. leading to lipid homeostasis and carbon and energy recovery from the fatty acid molecules. This pathway is centred on four core enzymatic activities sufficient to degrade saturated fatty acids. Additional auxiliary enzymes of the ß-oxidation are necessary for the complete degradation of a larger array of molecules encompassing the unsaturated fatty acids. The main pathways of the ßoxidation of fatty acids have been investigated extensively and auxiliary enzymes are well-known in mammals and yeast. The comparison of the established ß-oxidation systems suggests that the activities that are required to proceed to the full degradation of unsaturated fatty acids are present regardless of the organism and rely on common active site templates. The precise identity of the plant enzymes was unknown. By homology searches in the genome of Arabidopsis thaliana, I identified genes. encoding for proteins that could be orthologous to the yeast or animal auxiliary enzymes Δ 3, Δ 2-enoyl-CoA isomerase, Δ 3,5, Δ 2,4 -dienoyl-CoA isomerase, and type 2 enoyl-CoA hydratase. I established that these genes are expressed in Arabidopsis and that their expression can be correlated to the expression of core ß-oxidation genes. Through the observation of chimeric fluorescent protein fusions, I demonstrated that the identified proteins are localized in the peroxisóme, the only organelle where the ß-oxidation occurs in plants. Enzymatic assays were performed with the partially purified enzymes to demonstrate that the identified enzymes can catalyze the same in vitro reactions as their non-plant orthologs. The activities in vivo of the plant enzymes were demonstrated by heterologous complementation of the corresponding yeast Saccharomyces cerevisiae mutants. The complementation was visualized using the artificial polyhydroxyalkanoate (PHA) production in yeast peroxisomes. The recombinant strains, expressing a Pseudomonas aeruginosa PHA synthase modified for a peroxisomal localization, produce this polymer that serves as a trap for the 3-hydroxyacyl-CoA intermediaries of the ßoxidation and that reflects qualitatively and quantitatively the array of molecules that are processed through the ß-oxidation. This complementation demonstrated the implication of the plant Δ 3, Δ 2-enoyl-CoA isomerases and Δ3,5, Δ2,4-dienoyl-CoA isomerase in the degradation of odd chain position unsaturated fatty acids. The presence of a monofunctional type 2 enoyl-CoA hydratase is a novel in eukaryotes. Downregulation of the corresponding gene expression in an Arabidopsis line, modified to produce PHA in the peroxisome, demonstrated thàt this enzyme participates in vivo to the conversion of the intermediate 3R-hydroxyacyl-CoA, generated by the metabolism of fatty acids with a cis (Z)-unsaturated bond on an even-numbered carbon, to the 2Eenoyl-CoA for further degradation through the core ß-oxidation cycle. Résumé: La ß-oxydation est une voie universelle de dégradation des acides gras qui permet aux organismes vivants d'assurer une homéostasie lipidique et de récupérer l'énergie et le carbone contenus dans les acides gras. Le coeur de cette voie est composé de quatre réactions enzymatiques suffisantes à la dégradation des acides gras saturés. La présence des enzymes auxiliaires de la ß-oxydation est nécessaire à la dégradation d'une gamme plus étendue de molécules comprenant les acides gras insaturés. Les voies principales de la ß-oxydation des acides gras ont été étudiées en détail et les enzymes auxiliaires sont déterminées chez les mammifères et la levure. La comparaison entre les systèmes de ß-oxydation connus suggère que les activités requises pour la dégradation complète des acides gras insaturés reposent sur la présence de site actifs similaires. L'identité précise des enzymes auxiliaires chez les plantes était inconnue. En cherchant par homologie dans le génome de la plante modèle Arabidopsis thaliana, j'ai identifié des gènes codant pour des protéines pouvant être orthologues aux enzymes auxiliaires Δ3 Δ2-enoyl-CoA isomérase, Δ 3,5 Δ 2,4-dienoyl-CoA isomérase et enoyl-CoA hydratase de type 2 d'origine fongique ou mammalienne. J'ai établi la corrélation de l'expression de ces gènes dans Arabidopsis avec celle de gènes des enzymes du coeur de la ß-oxydation. En observant des chimères de fusion avec des protéines fluorescentes, j'ai démontré que les protéines identifiées sont localisées dans le péroxysomes, le seul organelle où la ß-oxydation se déroule chez les plantes. Des essais enzymatiques ont été conduits avec ces enzymes partiellement purifiées pour démontrer que les enzymes identifiées sont capables de catalyser in vitro les mêmes réactions que leurs orthologues non végétaux. Les activités des enzymes végétales in vivo ont été .démontrées par complémentation hétérologue des mutants de délétion correspondants de levure Saccharomyces cerevisiae. La visualisation de la complémentation est rendue possible par la synthèse de polyhydroxyalcanoate (PHA) dans les péroxysomes de levure. Les souches recombinantes expriment la PHA synthase de Pseudomonas aeruginosa modifiée pour être localisée dans le péroxysome produisent ce polymère qui sert de piège pour les 3-hydroxyacylCoAs intermédiaires de la ß-oxydation et qui reflète qualitativement et quantitativement la gamme de molécules qui subit la ß-oxydation. Cette complémentation a permis de démontrer que les Δ3, Δ2-enoyl-CoA isomérases, et la Δ3.5, Δ2,4-dienoyl-CoA isomérase végétales sont impliquées dans la dégradation des acides gras insaturés en position impaire. L'enoyl-CoA hydratase de type 2 monofonctionelle est une enzyme nouvelle chez les eucaryotes. La sous-expression du gène correspondant dans une lignée d'Arabidopsis modifiée pour produite du PHA dans le péroxysome a permis de démontrer que cette enzyme participe in vivo à la dégradation des acides gras ayant une double liaison en conformation cis (Z) en position paire.

Functional characterization of the Pneumocystis jirovecii potential drug targets dhfs and abz2 involved in folate biosynthesis.

Pneumocystis species are fungal parasites colonizing mammal lungs with strict host specificity. Pneumocystis jirovecii is the human-specific species and can turn into an opportunistic pathogen causing severe pneumonia in immunocompromised individuals. This disease is currently the second most frequent life-threatening invasive fungal infection worldwide. The most efficient drug, cotrimoxazole, presents serious side effects, and resistance to this drug is emerging. The search for new targets for the development of new drugs is thus of utmost importance. The recent release of the P. jirovecii genome sequence opens a new era for this task. It can now be carried out on the actual targets to be inhibited instead of on those of the relatively distant model Pneumocystis carinii, the species infecting rats. We focused on the folic acid biosynthesis pathway because (i) it is widely used for efficient therapeutic intervention, and (ii) it involves several enzymes that are essential for the pathogen and have no human counterparts. In this study, we report the identification of two such potential targets within the genome of P. jirovecii, the dihydrofolate synthase (dhfs) and the aminodeoxychorismate lyase (abz2). The function of these enzymes was demonstrated by the rescue of the null allele of the orthologous gene of Saccharomyces cerevisiae.

Identification, using a siRNA screen approach, and molecular characterization of a new Fas pathway modulator: STK11/

Abstract : Apoptosis is an evolutionarily conserved cellular suicide mechanism that can be triggered by activation of various pathways, such as the Fas-Pathway. Upon stimulation by its specific ligand (FasL), present at the surface of Cytotoxic Τ lymphocytes, the death receptor Fas initiates a signaling cascade culminating in the activation of cellular caspases, leading thus to cell death of the target cell (e.g. transformed cell). Dysregulation of apoptosis in general, and of Fas pathway in particular, was shown to contribute to pathogenesis of cancers and many human diseases. Even though, during the last decades the molecular mechanisms of apoptosis have been widely studied, it is important to better understand the mechanisms leading to apoptosis, to improve our understanding of pathological processes, and generate more subtle apoptosis-modulating therapies to fight cancer and other diseases. In order to identify new components of the Fas signaling pathway, a screen based on the mechanism of RNA interference was undertaken. After a first and a second manual whole-kinome screen, we identified several strong positive hits that showed a protection against Fas ligand-induced apoptosis with distinct siRNAs, notably STK11, an interesting tumor suppressor mutated in several sporadic and inherited cancers. The STK11 functional characterization reveals that this kinase represents an apically acting general pro-apoptotic modulator of the extrinsic pathway (FasL, TRAIL, TNF-induced apoptosis), but not of the intrinsic apoptotic pathway. The STK11 action on the Fas pathway was shown to be dependent on its kinase activity, but independent of AMPK, a well-characterized STK11 downstream substrate. Furthermore, STK11 was shown to interact with caspase-8, a major mediator of the extrinsic pathway, and modulate its activity through an unclear mechanism that may involve an STK11-dependant caspase-8 phosphorylation. This modification may allow a proper caspase-8 polyubiquitination and activation in p62 sequestosmes aggregates, but may also increase the activation of caspase-8 at the DISC level. In addition, we observed that STK11 modulate not only the apoptotic pathway induced by Fas engagement, but also FasL-induced JNK and NF- KB, sustaining an upstream role of this kinase in the pathway. In conclusion, our report reveals that STK11 is an important pro-apoptotic modulator of the Fas pathway in particular, and extrinsic pathway in general. Our finding could explain, at least partially, why inactivating mutations of the kinase leads to cancer, by allowing resistance to apoptosis and accordingly evasion of immune surveillance. Résumé : L'apoptose est un mécanisme de suicide cellulaire, conservé dans diverses espèces, et qui au niveau moléculaire est déclenché par différentes voies de signalisation, comme par exemple lors de l'activation du récepteur Fas. La liaison du ligand FasL au récepteur de la mort Fas, induit une cascade de signalisation qui conduit à l'activation des caspases. Les lymphocytes Τ cytotoxiques peuvent utiliser la voie Fas pour induire la mort et se débarrasser de cellules dangereuses pour le reste de l'organisme, tel que les cellules transformées. La dysrégulation de l'apoptose en général, et de la voie Fas en particulier, peut contribuer à diverses maladies telles que le cancer. Même si ces dernières décennies, les mécanismes moléculaires conduisant à l'apoptose ont été extensivement étudiés, il reste néanmoins important de mieux comprendre le phénomène d'apoptose, pour améliorer notre compréhension des processus pathologiques, mais surtout dans le but de développer de nouvelles thérapies ciblant l'apoptose contre le cancer et d'autres pathologies. Pour identifier de nouveau constituants de la voie Fas, un criblage génétique basé sur l'interférence à l'ARN a été entrepris. Après un premier et un deuxième criblage d'une librairie du kinome, nous avons identifié différentes protéines qui pourraient jouer un rôle positif dans la voie Fas, et en particulier la protéine suppresseur de tumeur STK11, qui est fréquemment mutée dans divers cancers sporadiques et héréditaires. La caractérisation fonctionnelle de STK11 a révélé que cette kinase était un modulateur apical de la voie extrinsèque de l'apoptose en général (Fas, TNF, TRAIL), mais pas de la voie intrinsèque. L'action de STK11 sur la voie Fas est dépendante de sa fonction kinase, mais indépendante de l'AMPK, un substrat bien caractérisé de STK11. De plus, STK11 interagît avec la caspase-8, un constituant majeur de la voie Fas, et module son activité, par un mécanisme encore peu clair qui pourrait impliquer une phosphorylation de la caspase-8 par STK11. Cette modification pourrait permettre une activation optimale de la caspase-8 en jouant un rôle dans le processus de polyubiquitination de la caspase-8, phénomène qui semble être important pour l'activation de la caspase-8 dans des agrégats protéiques avec p62, mais qui pourrait aussi augmenter son activation au niveau du DISC. Finalement, nous avons observé que STK11 modulait non seulement la voie apoptotique déclenchée par l'activation de Fas, mais aussi les voies non-apoptotiques de Fas, comme JNK et NF-KB. En conclusion notre étude, révèle que STK11 est un important modulateur pro- apoptotique de la voie Fas, et de la voie extrinsèque en général. Cette découverte pourrait expliquer, du moins partiellement, pourquoi les mutations inactivatrices de STK11 conduisent au cancer, par une augmentation de la résistance à l'apoptose et donc par l'évasion de la surveillance immunitaire.

Mass spectrometry as a rapid and powerful alternative to antibodies for detecting LPXTG wall-associated proteins of Staphylococcus aureus

Functional characterization of transformed or natively present bacterial virulence proteins can be achieved employing various model systems. A prerequisite is to verify the correct expression of the transformed protein or the presence of the native protein in the microbe. Traditionally, antibodies are raised against the protein or a peptide thereof, followed by Western blot analysis or by fluorescence-activated cell sorting. Alternatively, the protein-coding gene can be fused with a downstream reporter gene, the expression of which reports the simultaneous expression of the upstream recombinant protein. Although being powerful, these methods are time consuming, especially when multiple proteins must be assessed. Here we describe a novel way to validate the expression of Gram-positive surface proteins covalently attached to the peptidoglycan. Eighteen out of the 21 known LPXTG-motif carrying cell wall-associated proteins of Staphylococcus aureus were cloned in Lactoccocus lactis either alone, in combinations or as truncated forms, and their correct expression was assessed by liquid chromatography coupled to mass spectrometry (LC-MS). The method is rapid, sensitive and precise. It can identify multiple proteins in transformed constructs without the time and cost needed for raising and testing multiple sets of antibodies.

Systems biology of plants : from intraspecific genome variation to computational morphodynamics

Recently, the introduction of second generation sequencing and further advance-ments in confocal microscopy have enabled system-level studies for the functional characterization of genes. The degree of complexity intrinsic to these approaches needs the development of bioinformatics methodologies and computational models for extracting meaningful biological knowledge from the enormous amount of experi¬mental data which is continuously generated. This PhD thesis presents several novel bioinformatics methods and computational models to address specific biological questions in Plant Biology by using the plant Arabidopsis thaliana as a model system. First, a spatio-temporal qualitative analysis of quantitative transcript and protein profiles is applied to show the role of the BREVIS RADIX (BRX) protein in the auxin- cytokinin crosstalk for root meristem growth. Core of this PhD work is the functional characterization of the interplay between the BRX protein and the plant hormone auxin in the root meristem by using a computational model based on experimental evidence. Hyphotesis generated by the modelled to the discovery of a differential endocytosis pattern in the root meristem that splits the auxin transcriptional response via the plasma membrane to nucleus partitioning of BRX. This positional information system creates an auxin transcriptional pattern that deviates from the canonical auxin response and is necessary to sustain the expression of a subset of BRX-dependent auxin-responsive genes to drive root meristem growth. In the second part of this PhD thesis, we characterized the genome-wide impact of large scale deletions on four divergent Arabidopsis natural strains, through the integration of Ultra-High Throughput Sequencing data with data from genomic hybridizations on tiling arrays. Analysis of the identified deletions revealed a considerable portion of protein coding genes affected and supported a history of genomic rearrangements shaped by evolution. In the last part of the thesis, we showed that VIP3 gene in Arabidopsis has an evo-lutionary conserved role in the 3' to 5' mRNA degradation machinery, by applying a novel approach for the analysis of mRNA-Seq data from random-primed mRNA. Altogether, this PhD research contains major advancements in the study of natural genomic variation in plants and in the application of computational morphodynamics models for the functional characterization of biological pathways essential for the plant. - Récemment, l'introduction du séquençage de seconde génération et les avancées dans la microscopie confocale ont permis des études à l'échelle des différents systèmes cellulaires pour la caractérisation fonctionnelle de gènes. Le degrés de complexité intrinsèque à ces approches ont requis le développement de méthodologies bioinformatiques et de modèles mathématiques afin d'extraire de la masse de données expérimentale générée, des information biologiques significatives. Ce doctorat présente à la fois des méthodes bioinformatiques originales et des modèles mathématiques pour répondre à certaines questions spécifiques de Biologie Végétale en utilisant la plante Arabidopsis thaliana comme modèle. Premièrement, une analyse qualitative spatio-temporelle de profiles quantitatifs de transcripts et de protéines est utilisée pour montrer le rôle de la protéine BREVIS RADIX (BRX) dans le dialogue entre l'auxine et les cytokinines, des phytohormones, dans la croissance du méristème racinaire. Le noyau de ce travail de thèse est la caractérisation fonctionnelle de l'interaction entre la protéine BRX et la phytohormone auxine dans le méristème de la racine en utilisant des modèles informatiques basés sur des preuves expérimentales. Les hypothèses produites par le modèle ont mené à la découverte d'un schéma différentiel d'endocytose dans le méristème racinaire qui divise la réponse transcriptionnelle à l'auxine par le partitionnement de BRX de la membrane plasmique au noyau de la cellule. Cette information positionnelle crée une réponse transcriptionnelle à l'auxine qui dévie de la réponse canonique à l'auxine et est nécessaire pour soutenir l'expression d'un sous ensemble de gènes répondant à l'auxine et dépendant de BRX pour conduire la croissance du méristème. Dans la seconde partie de cette thèse de doctorat, nous avons caractérisé l'impact sur l'ensemble du génome des délétions à grande échelle sur quatre souches divergentes naturelles d'Arabidopsis, à travers l'intégration du séquençage à ultra-haut-débit avec l'hybridation génomique sur puces ADN. L'analyse des délétions identifiées a révélé qu'une proportion considérable de gènes codant était affectée, supportant l'idée d'un historique de réarrangement génomique modelé durant l'évolution. Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons montré que le gène VÏP3 dans Arabidopsis a conservé un rôle évolutif dans la machinerie de dégradation des ARNm dans le sens 3' à 5', en appliquant une nouvelle approche pour l'analyse des données de séquençage d'ARNm issue de transcripts amplifiés aléatoirement. Dans son ensemble, cette recherche de doctorat contient des avancées majeures dans l'étude des variations génomiques naturelles des plantes et dans l'application de modèles morphodynamiques informatiques pour la caractérisation de réseaux biologiques essentiels à la plante. - Le développement des plantes est écrit dans leurs codes génétiques. Pour comprendre comment les plantes sont capables de s'adapter aux changements environnementaux, il est essentiel d'étudier comment leurs gènes gouvernent leur formation. Plus nous essayons de comprendre le fonctionnement d'une plante, plus nous réalisons la complexité des mécanismes biologiques, à tel point que l'utilisation d'outils et de modèles mathématiques devient indispensable. Dans ce travail, avec l'utilisation de la plante modèle Arabidopsis thalicinci nous avons résolu des problèmes biologiques spécifiques à travers le développement et l'application de méthodes informatiques concrètes. Dans un premier temps, nous avons investigué comment le gène BREVIS RADIX (BRX) régule le développement de la racine en contrôlant la réponse à deux hormones : l'auxine et la cytokinine. Nous avons employé une analyse statistique sur des mesures quantitatives de transcripts et de produits de gènes afin de démontrer que BRX joue un rôle antagonisant dans le dialogue entre ces deux hormones. Lorsque ce-dialogue moléculaire est perturbé, la racine primaire voit sa longueur dramatiquement réduite. Pour comprendre comment BRX répond à l'auxine, nous avons développé un modèle informatique basé sur des résultats expérimentaux. Les simulations successives ont mené à la découverte d'un signal positionnel qui contrôle la réponse de la racine à l'auxine par la régulation du mouvement intracellulaire de BRX. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons analysé le génome entier de quatre souches naturelles d'Arabidopsis et nous avons trouvé qu'une grande partie de leurs gènes étaient manquant par rapport à la souche de référence. Ce résultat indique que l'historique des modifications génomiques conduites par l'évolution détermine une disponibilité différentielle des gènes fonctionnels dans ces plantes. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons analysé les données du transcriptome de la plante où le gène VIP3 était non fonctionnel. Ceci nous a permis de découvrir le rôle double de VIP3 dans la régulation de l'initiation de la transcription et dans la dégradation des transcripts. Ce rôle double n'avait jusqu'alors été démontrée que chez l'homme. Ce travail de doctorat supporte le développement et l'application de méthodologies informatiques comme outils inestimables pour résoudre la complexité des problèmes biologiques dans la recherche végétale. L'intégration de la biologie végétale et l'informatique est devenue de plus en plus importante pour l'avancée de nos connaissances sur le fonctionnement et le développement des plantes.

Production of recombinant TRAIL and TRAIL receptor: Fc chimeric proteins.

The tumor necrosis factor (TNF)/TNF receptor (TNFR) families of ligands and receptors are implicated in a variety of physiological and pathological processes and regulate cellular functions as diverse as proliferation, differentiation, and death. Recombinant forms of these ligands and receptors can act to agonize or antagonize these functions and are therefore useful for laboratory studies and may have clinical applications. A protocol is presented for the expression and purification of dimeric soluble receptors fused to the Fc portion of human IgG1 and of soluble, N-terminally Flag-tagged ligands. Soluble recombinant proteins are easier to handle than membrane-bound proteins and the use of tags greatly facilitates their detection and purification. In addition, some tags may provide enhanced biological activity to the recombinant proteins (mainly by oligomerization and stabilization effects) and facilitate their functional characterization. Expression in bacterial (for selected ligands) and eukaryotic expression systems (for ligands and receptors) was performed using M15 pREP4 bacteria and human embryonic kidney 293 cells, respectively. The yield of purified protein is about 1 mg/liter for the mammalian expression system and several milligrams per liter for the bacterial expression system. Protocols are given for a specific ligand-receptor pair, namely TRAIL (Apo-2L) and TRAIL receptor 2 (DR5), but can be applied to other ligands and receptors of the TNF family.

IL-12 controls cytotoxicity of a novel subset of self-antigen-specific human CD28+ cytolytic T cells.

Activated CD8 T cells develop cytotoxicity against autologous cells bearing foreign Ags and self/tumor Ags. However, self-specific cytolysis needs to be kept under control to avoid overwhelming immunopathology. After peptide vaccination of melanoma patients, we studied molecular and functional properties of T cell subsets specific for the self/tumor Ag Melan-A/MART-1. Ex vivo analysis revealed three Ag-specific effector memory (EM) populations, as follows: CD28-negative EM (EM28(-)) T cells strongly expressing granzyme/perforin, and two EM28(+) subsets, one with high and the other with low level expression of these cytotoxic proteins. For further functional characterization, we generated 117 stable CD8 T cell clones by ex vivo flow cytometry-based sorting of these subsets. All EM28(-)-derived clones lysed target cells with high efficacy. In contrast, EM28(+)-derived clones were heterogenous, and could be classified in two groups, one with high and the other with low killing capacity, correlating with granzyme/perforin expression. High and low killer phenotypes remained surprisingly stable for several months. However, strongly increased granzyme expression and cytotoxicity were observed after exposure to IL-12. Thus, the data reveal a newly identified subset of CD28(+) conditional killer T cells. Because CD28 can mediate strong costimulatory signals, tight cytotoxicity control, as shown in this study through IL-12, may be particularly important for subsets of T cells expressing CD28.

Targeted Gene Deletion and In Vivo Analysis of Putative Virulence Gene Function in the Pathogenic Dermatophyte Arthroderma benhamiae.

Dermatophytes cause the majority of superficial mycoses in humans and animals. However, little is known about the pathogenicity of this specialized group of filamentous fungi, for which molecular research has been limited thus far. During experimental infection of guinea pigs by the human pathogenic dermatophyte Arthroderma benhamiae, we recently detected the activation of the fungal gene encoding malate synthase AcuE, a key enzyme of the glyoxylate cycle. By the establishment of the first genetic system for A. benhamiae, specific ΔacuE mutants were constructed in a wild-type strain and, in addition, in a derivative in which we inactivated the nonhomologous end-joining pathway by deletion of the A. benhamiae KU70 gene. The absence of AbenKU70 resulted in an increased frequency of the targeted insertion of linear DNA by homologous recombination, without notably altering the monitored in vitro growth abilities of the fungus or its virulence in a guinea pig infection model. Phenotypic analyses of ΔacuE mutants and complemented strains depicted that malate synthase is required for the growth of A. benhamiae on lipids, major constituents of the skin. However, mutant analysis did not reveal a pathogenic role of the A. benhamiae enzyme in guinea pig dermatophytosis or during epidermal invasion of the fungus in an in vitro model of reconstituted human epidermis. The presented efficient system for targeted genetic manipulation in A. benhamiae, paired with the analyzed infection models, will advance the functional characterization of putative virulence determinants in medically important dermatophytes.