A Novel Volume-Age-KPS (VAK) Glioblastoma Classification Identifies a Prognostic Cognate microRNA-Gene Signature.

BACKGROUND: Several studies have established Glioblastoma Multiforme (GBM) prognostic and predictive models based on age and Karnofsky Performance Status (KPS), while very few studies evaluated the prognostic and predictive significance of preoperative MR-imaging. However, to date, there is no simple preoperative GBM classification that also correlates with a highly prognostic genomic signature. Thus, we present for the first time a biologically relevant, and clinically applicable tumor Volume, patient Age, and KPS (VAK) GBM classification that can easily and non-invasively be determined upon patient admission. METHODS: We quantitatively analyzed the volumes of 78 GBM patient MRIs present in The Cancer Imaging Archive (TCIA) corresponding to patients in The Cancer Genome Atlas (TCGA) with VAK annotation. The variables were then combined using a simple 3-point scoring system to form the VAK classification. A validation set (N = 64) from both the TCGA and Rembrandt databases was used to confirm the classification. Transcription factor and genomic correlations were performed using the gene pattern suite and Ingenuity Pathway Analysis. RESULTS: VAK-A and VAK-B classes showed significant median survival differences in discovery (P = 0.007) and validation sets (P = 0.008). VAK-A is significantly associated with P53 activation, while VAK-B shows significant P53 inhibition. Furthermore, a molecular gene signature comprised of a total of 25 genes and microRNAs was significantly associated with the classes and predicted survival in an independent validation set (P = 0.001). A favorable MGMT promoter methylation status resulted in a 10.5 months additional survival benefit for VAK-A compared to VAK-B patients. CONCLUSIONS: The non-invasively determined VAK classification with its implication of VAK-specific molecular regulatory networks, can serve as a very robust initial prognostic tool, clinical trial selection criteria, and important step toward the refinement of genomics-based personalized therapy for GBM patients.

Cognate microRNA-Gene Regulatory Networks Mediating Glioblastoma Oncogenic Properties

Malignant gliomas, including the most common and fatal form glioblastoma (GBM, WHO grade IV astrocytoma), remain a challenge to treat. In the United States and Europe, more than 30,000 patients per year are newly diagnosed with GBM. Despite ongoing trials, the best currently available multimodal treatment approaches include surgical resection followed by concomitant and adjuvant radiation (RT) and temozolomide (TMZ) therapy, resulting in a low median overall survival (OS) rate ranging from 12.2 - 15.9 months. The important role of genetic and epigenetic changes in DNA, RNA, and protein alteration as well as epigenetic changes secondary to the tumor microenvironment and outside selection pressure (therapeutic interventions), are increasingly being recognized. In GBM treatment, the focus is shifting toward a more patient-centered (personalized) therapy. In this regard, in particular, microRNAs are being increasingly studied. MicroRNAs are non¬protein coding small RNAs that serve as negative gene regulators by binding to a specific sequence in the promoter region of a target gene, thus regulating gene expression. A single microRNA potentially targets hundreds of genes; thus, microRNAs and their cognate target genes have important roles as tumor suppressors and oncogenes as well as regulators of various cancer- specific cellular features, such as proliferation, apoptosis, invasion, and metastasis. The identification of distinct microRNA-gene regulatory networks in GBM patients can be expected to provide novel therapeutic insights by identifying candidate patients for targeted therapies. To this end, in this work we identified and validated clinically relevant and meaningful novel gene- microRNA regulatory networks that correlated with MR tumor phenotypes, histopathology, and patient survival and response rates to therapy. - Le traitement des gliomes malins, y compris sous leur forme la plus commune et meurtrière, le glioblastome (GBM, ou astrocytome de grade IV selon l'OMS), demeure à ce jour un défi. Aux États-Unis et en Europe, un nouveau diagnostic de GBM est prononcé dans plus de 30Ό00 cas par an. En dépit de tests en cours, les meilleures approches thérapeutiques combinées actuellement disponibles comprennent la résection chirurgicale de la tumeur, suivie d'une radiothérapie adjuvante ainsi que d'un traitement au temozolomide (RT/TMZ), thérapies dont résulte une médiane de survie globale basse (overall survival, OS), comprise entre 12.2 et 15.9 mois. On reconnaît de plus en plus le rôle majeur de l'ADN, de l'ARN et de l'altération des protéines ainsi que des modifications épigénétiques, secondaires par rapport au microenvironnement de la tumeur et à la pression de sélection extérieure (les interventions thérapeutiques). Dans le traitement du GBM, le centre d'intérêt se déplace vers une thérapie centrée sur le cas individuel du patient. Dans ce but, en particulier les microARN sont de plus en plus analysés. Les microARN sont de petits ARN non-codants (les protéines) qui servent de régulateurs négatifs de gènes en s'attachant à une séquence spécifique dans la région promotrice d'un gène-cible, régulant ainsi l'expression du gène. Un seul microARN cible potentiellement des centaines de gènes; on a ainsi découvert que les microARN et leurs gènes-cibles apparentés ont une fonction importante en tant que suppresseurs de tumeurs et d'oncogènes, ainsi que comme régulateurs de diverses caractéristiques cellulaires spécifiques du cancer, comme la prolifération, l'apoptose, l'invasion et la métastase. On peut s'attendre à ce que l'identification de réseaux microARN régulateurs de gènes, distincts selon les patients de GBM, fournisse une approche thérapeutique inédite par la détermination des patients susceptibles de réagir favorablement à des thérapies ciblées.

Comparative genomics of ParaHox clusters of teleost fishes: gene cluster breakup and the retention of gene sets following whole genome duplications.

BACKGROUND: The evolutionary lineage leading to the teleost fish underwent a whole genome duplication termed FSGD or 3R in addition to two prior genome duplications that took place earlier during vertebrate evolution (termed 1R and 2R). Resulting from the FSGD, additional copies of genes are present in fish, compared to tetrapods whose lineage did not experience the 3R genome duplication. Interestingly, we find that ParaHox genes do not differ in number in extant teleost fishes despite their additional genome duplication from the genomic situation in mammals, but they are distributed over twice as many paralogous regions in fish genomes. RESULTS: We determined the DNA sequence of the entire ParaHox C1 paralogon in the East African cichlid fish Astatotilapia burtoni, and compared it to orthologous regions in other vertebrate genomes as well as to the paralogous vertebrate ParaHox D paralogons. Evolutionary relationships among genes from these four chromosomal regions were studied with several phylogenetic algorithms. We provide evidence that the genes of the ParaHox C paralogous cluster are duplicated in teleosts, just as it had been shown previously for the D paralogon genes. Overall, however, synteny and cluster integrity seems to be less conserved in ParaHox gene clusters than in Hox gene clusters. Comparative analyses of non-coding sequences uncovered conserved, possibly co-regulatory elements, which are likely to contain promoter motives of the genes belonging to the ParaHox paralogons. CONCLUSION: There seems to be strong stabilizing selection for gene order as well as gene orientation in the ParaHox C paralogon, since with a few exceptions, only the lengths of the introns and intergenic regions differ between the distantly related species examined. The high degree of evolutionary conservation of this gene cluster's architecture in particular - but possibly clusters of genes more generally - might be linked to the presence of promoter, enhancer or inhibitor motifs that serve to regulate more than just one gene. Therefore, deletions, inversions or relocations of individual genes could destroy the regulation of the clustered genes in this region. The existence of such a regulation network might explain the evolutionary conservation of gene order and orientation over the course of hundreds of millions of years of vertebrate evolution. Another possible explanation for the highly conserved gene order might be the existence of a regulator not located immediately next to its corresponding gene but further away since a relocation or inversion would possibly interrupt this interaction. Different ParaHox clusters were found to have experienced differential gene loss in teleosts. Yet the complete set of these homeobox genes was maintained, albeit distributed over almost twice the number of chromosomes. Selection due to dosage effects and/or stoichiometric disturbance might act more strongly to maintain a modal number of homeobox genes (and possibly transcription factors more generally) per genome, yet permit the accumulation of other (non regulatory) genes associated with these homeobox gene clusters.

Gene expression profiling of human glioblastomas for the identification of predictive factors and characterisation of molecular mechanism implicated in response to therapy and outcome

ABSTRACT Poor outcome for glioblastoma patients is largely due to resistance to chemoradiation therapy. While epigenetic inactivation of MGMT mediated DNA repair is highly predictive for benefit from the alkylating agent therapy Temozolomide, additional mechanisms for resistance associated with molecular alterations exist. Furthermore, new concepts in cancer suggest that resistance to treatment may be linked to cancer stem cells that escape therapy and act as source for tumour recurrence. We determined gene expression signatures associated with outcome in glioblastoma patients enrolled in a phase II and phase III clinical trial establishing the new combination therapy of radiation plus concomitant and adjuvant Temozolomide. Correlating stable gene clusters emerging from unsupervised analysis with survival of 42 treated patients identified a number of biological processes associated with outcome. Most prominent, a gene cluster dominated by HOX genes and comprising PROM1, was associated with resistance. PROM1 encodes CD133, a marker for a subpopulation of tumour cells enriched for glioblastoma stem- like cells. The core of this correlated HOX cluster was comprised in the top genes of a "self-renewal signature" defined in a mouse model for MLL-AF9 initiated leukaemia. The association of the HOX gene cluster with tumour resistance was confirmed in two external data sets of 146 malignant glioma As additional resistance factors we identified over-expression of the epidermal growth factor receptor gene, EGFR, while increased gene expression related to biological features of tumour host interaction, including markers for tumour vascular and cell adhesion, and innate immune response, were associated with better outcome. The "self-renewal" signature associated with resistance to the new combination chemoradiation therapy provides first clinical evidence that glioma stem like cells may implicated in resistance in a uniformly treated cohort of glioblastoma patients. This study underlines the need to target the tumour stem cell compartment, and provides some testable hypothesis for biological mechanisms relevant for malignant behaviour of glioblastoma that may be targeted in new treatment approaches. Résumé Le glioblastome, tumeur cérébrale primaire maligne la plus fréquente, est connue pour son mauvais pronostique. Des avancées chimiothérapeutiques récentes avec des agents alkylants comme le témozolomide (TMZ), ont permis une amélioration notable dans la survie de certains patients. Les bénéficiaires ont la caractéristique commune de présenter une particularité génétique, la methylation du MGMT (methylguanine methyltransferase). Néanmoins, d'autres mécanismes de résistance en fonction des aberrations moléculaires existent. Nous avons établi les profils d'expressions génétiques des patients traités par irradiation et TMZ dans des études cliniques de phase II et III. En combinant des méthodes non-supervisées et supervisées, de l'étude de la cohorte des patients traités nous avons découvert des groupes de gènes associés à la survie. Un ensemble de gènes contenant les gènes Hox semble lié au mécanisme de résistance au traitement. Récemment, les gènes Hox ont été décrits comme faisant partie d"une signature d'autorenouvellement (self-renewal) des cellules souches cancéreuses de la leucémie. L'autorenouvellement est un processus grâce auquel les cellules souches se maintiennent tout au long de la vie. Cette association à la résistance est confirmée dans deux autres études indépendantes. Un autre facteur de résistance au traitement est la surexpression du gène EGFR. D'autre part, deux groupes de gènes associés à la relation entre hôte-tumeur tels que les marqueurs des vaisseaux tumoraux et de la réponse immunitaire innée s'avèrent avoir un effet positif sur la survie des patients traités. La découverte de la signature d'autorenouvellement comme facteur de résistance à la nouvelle chimio-radiothérapie offre une preuve clinique que les cellules souches cancéreuses sont impliquées dans la résistance au traitement. If est donc logique de penser que le traitement ciblé contre des cellules souches cancéreuses va dans l'avenir permettre des thérapies anticancéreuses plus performantes.

Multigenic lentiviral vectors for combined and tissue-specific expression of miRNA- and protein-based antiangiogenic factors.

Lentivirus-based gene delivery vectors carrying multiple gene cassettes are powerful tools in gene transfer studies and gene therapy, allowing coexpression of multiple therapeutic factors and, if desired, fluorescent reporters. Current strategies to express transgenes and microRNA (miRNA) clusters from a single vector have certain limitations that affect transgene expression levels and/or vector titers. In this study, we describe a novel vector design that facilitates combined expression of therapeutic RNA- and protein-based antiangiogenic factors as well as a fluorescent reporter from back-to-back RNApolII-driven expression cassettes. This configuration allows effective production of intron-embedded miRNAs that are released upon transduction of target cells. Exploiting such multigenic lentiviral vectors, we demonstrate robust miRNA-directed downregulation of vascular endothelial growth factor (VEGF) expression, leading to reduced angiogenesis, and parallel impairment of angiogenic pathways by codelivering the gene encoding pigment epithelium-derived factor (PEDF). Notably, subretinal injections of lentiviral vectors reveal efficient retinal pigment epithelium-specific gene expression driven by the VMD2 promoter, verifying that multigenic lentiviral vectors can be produced with high titers sufficient for in vivo applications. Altogether, our results suggest the potential applicability of combined miRNA- and protein-encoding lentiviral vectors in antiangiogenic gene therapy, including new combination therapies for amelioration of age-related macular degeneration.

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.

Genome-Wide Analysis of Salicylate and Dibenzofuran Metabolism in Sphingomonas Wittichii RW1.

Sphingomonas wittichii RW1 is a bacterium isolated for its ability to degrade the xenobiotic compounds dibenzodioxin and dibenzofuran (DBF). A number of genes involved in DBF degradation have been previously characterized, such as the dxn cluster, dbfB, and the electron transfer components fdx1, fdx3, and redA2. Here we use a combination of whole genome transcriptome analysis and transposon library screening to characterize RW1 catabolic and other genes implicated in the reaction to or degradation of DBF. To detect differentially expressed genes upon exposure to DBF, we applied three different growth exposure experiments, using either short DBF exposures to actively growing cells or growing them with DBF as sole carbon and energy source. Genome-wide gene expression was examined using a custom-made microarray. In addition, proportional abundance determination of transposon insertions in RW1 libraries grown on salicylate or DBF by ultra-high throughput sequencing was used to infer genes whose interruption caused a fitness loss for growth on DBF. Expression patterns showed that batch and chemostat growth conditions, and short or long exposure of cells to DBF produced very different responses. Numerous other uncharacterized catabolic gene clusters putatively involved in aromatic compound metabolism increased expression in response to DBF. In addition, only very few transposon insertions completely abolished growth on DBF. Some of those (e.g., in dxnA1) were expected, whereas others (in a gene cluster for phenylacetate degradation) were not. Both transcriptomic data and transposon screening suggest operation of multiple redundant and parallel aromatic pathways, depending on DBF exposure. In addition, increased expression of other non-catabolic genes suggests that during initial exposure, S. wittichii RW1 perceives DBF as a stressor, whereas after longer exposure, the compound is recognized as a carbon source and metabolized using several pathways in parallel.

Genomics of secondary metabolite production by Pseudomonas fluorescens Pf-5

The complete sequence of the 7.07 Mb genome of the biological control agent Pseudomonas fluorescens Pf-5 is now available, providing a new opportunity to advance knowledge of biological control through genomics. P. fluorescens Pf-5 is a rhizosphere bacterium that suppresses seedling emergence diseases and produces a spectrum of antibiotics toxic to plant-pathogenic fungi and oomycetes. In addition to six known secondary metabolites produced by Pf-5, three novel secondary metabolite biosynthesis gene clusters identified in the genome could also contribute to biological control. The genomic sequence provides numerous clues as to mechanisms used by the bacterium to survive in the spermosphere and rhizosphere. These features include broad catabolic and transport capabilities for utilizing seed and root exudates, an expanded collection of efflux systems for defense against environmental stress and microbial competition, and the presence of 45 outer membrane receptors that should allow for the uptake of iron from a wide array of siderophores produced by soil microorganisms. As expected for a bacterium with a large genome that lives in a rapidly changing environment, Pf-5 has an extensive collection of regulatory genes, only some of which have been characterized for their roles in regulation of secondary metabolite production or biological control. Consistent with its commensal lifestyle, Pf-5 appears to lack a number of virulence and pathogenicity factors found in plant pathogen.

Stem cell-related "self-renewal" signature and high epidermal growth factor receptor expression associated with resistance to concomitant chemoradiotherapy in glioblastoma.

PURPOSE: Glioblastomas are notorious for resistance to therapy, which has been attributed to DNA-repair proficiency, a multitude of deregulated molecular pathways, and, more recently, to the particular biologic behavior of tumor stem-like cells. Here, we aimed to identify molecular profiles specific for treatment resistance to the current standard of care of concomitant chemoradiotherapy with the alkylating agent temozolomide. PATIENTS AND METHODS: Gene expression profiles of 80 glioblastomas were interrogated for associations with resistance to therapy. Patients were treated within clinical trials testing the addition of concomitant and adjuvant temozolomide to radiotherapy. RESULTS: An expression signature dominated by HOX genes, which comprises Prominin-1 (CD133), emerged as a predictor for poor survival in patients treated with concomitant chemoradiotherapy (n = 42; hazard ratio = 2.69; 95% CI, 1.38 to 5.26; P = .004). This association could be validated in an independent data set. Provocatively, the HOX cluster was reminiscent of a "self-renewal" signature (P = .008; Gene Set Enrichment Analysis) recently characterized in a mouse leukemia model. The HOX signature and EGFR expression were independent prognostic factors in multivariate analysis, adjusted for the O-6-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT) methylation status, a known predictive factor for benefit from temozolomide, and age. Better outcome was associated with gene clusters characterizing features of tumor-host interaction including tumor vascularization and cell adhesion, and innate immune response. CONCLUSION: This study provides first clinical evidence for the implication of a "glioma stem cell" or "self-renewal" phenotype in treatment resistance of glioblastoma. Biologic mechanisms identified here to be relevant for resistance will guide future targeted therapies and respective marker development for individualized treatment and patient selection.

KRAB-zinc finger proteins and KAP1 can mediate long-range transcriptional repression through heterochromatin spreading.

Krüppel-associated box domain-zinc finger proteins (KRAB-ZFPs) are tetrapod-specific transcriptional repressors encoded in the hundreds by the human genome. In order to explore their as yet ill-defined impact on gene expression, we developed an ectopic repressor assay, allowing the study of KRAB-mediated transcriptional regulation at hundreds of different transcriptional units. By targeting a drug-controllable KRAB-containing repressor to gene-trapping lentiviral vectors, we demonstrate that KRAB and its corepressor KAP1 can silence promoters located several tens of kilobases (kb) away from their DNA binding sites, with an efficiency which is generally higher for promoters located within 15 kb or less. Silenced promoters exhibit a loss of histone H3-acetylation, an increase in H3 lysine 9 trimethylation (H3K9me3), and a drop in RNA Pol II recruitment, consistent with a block of transcriptional initiation following the establishment of silencing marks. Furthermore, we reveal that KRAB-mediated repression is established by the long-range spreading of H3K9me3 and heterochromatin protein 1 beta (HP1beta) between the repressor binding site and the promoter. We confirm the biological relevance of this phenomenon by documenting KAP1-dependent transcriptional repression at an endogenous KRAB-ZFP gene cluster, where KAP1 binds to the 3' end of genes and mediates propagation of H3K9me3 and HP1beta towards their 5' end. Together, our data support a model in which KRAB/KAP1 recruitment induces long-range repression through the spread of heterochromatin. This finding not only suggests auto-regulatory mechanisms in the control of KRAB-ZFP gene clusters, but also provides important cues for interpreting future genome-wide DNA binding data of KRAB-ZFPs and KAP1.

Predicting prognosis using molecular profiling in estrogen receptor-positive breast cancer treated with tamoxifen.

Background: Estrogen receptor positive (ER+) breast cancers (BC) are heterogeneous with regard to their clinical behavior and response to therapies. The ER is currently the best predictor of response to the anti-estrogen agent tamoxifen, yet up to 30-40% of ER+ BC will relapse despite tamoxifen treatment. New prognostic biomarkers and further biological understanding of tamoxifen resistance are required. We used gene expression profiling to develop an outcome-based predictor using a training set of 255 ER+ BC samples from women treated with adjuvant tamoxifen monotherapy. We used clusters of highly correlated genes to develop our predictor to facilitate both signature stability and biological interpretation. Independent validation was performed using 362 tamoxifen-treated ER+ BC samples obtained from multiple institutions and treated with tamoxifen only in the adjuvant and metastatic settings.Results: We developed a gene classifier consisting of 181 genes belonging to 13 biological clusters. In the independent set of adjuvantly-treated samples, it was able to define two distinct prognostic groups (HR 2.01 95% CI: 1.29-3.13; p = 0.002). Six of the 13 gene clusters represented pathways involved in cell cycle and proliferation. In 112 metastatic breast cancer patients treated with tamoxifen, one of the classifier components suggesting a cellular inflammatory mechanism was significantly predictive of response.Conclusion: We have developed a gene classifier that can predict clinical outcome in tamoxifen-treated ER+ BC patients. Whilst our study emphasizes the important role of proliferation genes in prognosis, our approach proposes other genes and pathways that may elucidate further mechanisms that influence clinical outcome and prediction of response to tamoxifen.

Regulation of bistable ICEclc transfer in pseudomonas knackmussii B13

L'élément génétique intégratif et conjugatif auto-transférable de 103 kb qui se trouve dans le génome de Pseudomonas knackmussii B13 (ICEc/c) confère la capacité de dégrader le 3-chlorobenzoate et le 2-aminophénol. L'élément ICE c/c peut être transféré par conjugaison de la souche B13 à diverses bêta- et gamma- protéobactéries. Seule une sous-population de 3 à 5% des cellules transfère l'élément, les cellules dites "compétentes pour le transfert". L'acquisition de la compétence pour le transfert est vraisemblablement la conséquence d'une régulation bistable, conduisant une partie des cellules au transfert de l'élément ICE c/c tandis que, dans les autres, l'élément reste quiescent et ne se transfère pas. À ce jour, les mécanismes et les acteurs moléculaires qui régulent l'activation bistable de l'élément sont restés inconnus. Mon travail de doctorat visait à identifier les éléments bistables du régulon de la compétence pour le transfert et d'analyser les fondements moléculaires de la bistabilité de l'élément ICE c/c chez P. knackmussii. Le premier chapitre introduit le thème du transfert génétique horizontal avec un accent particulier sur les éléments intégratifs et conjugatifs (ICE) et ICEcIc. L'état actuel des connaissances sur l'organisation génétique, la régulation, l'intégration et le transfert de différents modèles de ICEs est exposé en détail. En outre, je m'étends sur les phénomènes d'hétérogénéité et de bistabilité phénotyplques, qu'on peut distinguer dans une population isogénique dans des conditions de culture homogènes, et qui sont susceptibles de jouer un rôle dans le transfert de l'élément ICE c/c, dans la mesure où il ne s'active et n'est transférable que dans une très petite sous-population de cellules. Dans le chapitre 2, je présente une analyse globale des régions promotrices minimales des gènes appartenant au régulon de la compétence pour le transfert de l'élément ICE c/c. Nous avons étudié les caractéristiques d'expression des promoteurs et, s'ils s'avéraient bistables, leur activation dans le temps par comparaison avec le mutant lntB13. Pour ce faire, nous avons utilisé des fusions de promoteurs avec des gènes rapporteurs et testé l'expression bistable chez P. knackmussii par microscopie à épifluorescence. Pour six promoteurs présentant une expression bistable, nous avons employé de la microscopie temporelle pour déterminer la chronologie de leur expression par rapport à Pint et PinR. Parmi eux, nous avons identifié deux gènes exprimés précocement et trois gènes exprimés tardivement dans le processus d'acquisition de la compétence de transfert. Dans le chapitre 3, j'expose une analyse d'expression génétique pour l'un des groupes de gènes dont la transcription est la plus élevée dans la région conservée de ICE c/c, les gènes orf81655-orf68241 contenus dans une région de 14 kb. Nous montrons d'abord que cet opéron fait partie du même régulon bistable que intB13 et inrR et analysons les caractéristiques génétiques qui conduisent à une transcription élevée. Nous étudions les fonctions biologiques de ce groupe de gènes par des délétlons ciblées et montrons que certaines d'entre elles empêchent le transfert de l'élément. Nous approfondissons la caractérlsatlon de I'orf8l655 en construisant une fusion transcrlptionnelle avec le gène codant pour la protéine fluorescente verte (egfp) (en utilisant le système minl-Tn5). L'expression de Vorf81655 dans des cellules individuelles est comparée au signal mesuré par hybridation in situ en fluorescence (FISH) sur le ARN messager du gène. En utilisant FISH, des délétlons du promoteur et de l'analyse directe de transcription, nous avons localisé la région promotrice du groupe de gènes. En outre, nous avons utilisé des mutations dirigées pour comprendre la bistabilité de cette région promotrice, caractérisée par une transcription très élevée et une traduction lente de l'ARN messager.  Dans le chapitre 4, nous nous efforçons de comprendre comment la bistabilité est générée au sein du régulon te de l'élément ICE c/c. Pour ce faire, nous avons tenté de reconstituer une expression bistable, dans un hôte qui ne présente pas de bistabilité naturellement, à partir d'éléments génétiques individuels. L'hôte choisi est Pseudomonas putida dans lequel nous avons introduit une copie unique de Pint, PinR ou PaipA fusionnés à la egfp, construits qui permettent d'observer l'apparition de bistabilité. Nous avons ensuite construit différents assemblages de composants génétiques de l'élément ICE c/c, en nous concentrant sur la région parA-inrR. En effet, nous avons pu démontrer qu'une expression bistable apparaît dans P. putida grâce à ces éléments en l'absence de l'élément ICE c/c complet. À noter que la plupart des construits génétiques activent PaipA ou P|,,R, mais qu'un seul recrée la bistabilité de Pint, ce qui suggère que la région parA-inrR permet à la fois d'engendrer la bistabilité et d'opérer la transition entre les promoteurs précoces et les promoteurs tardifs du régulon de la bistabilité. Dans le chapitre 5, nous concluons sur une discussion de la pertinence de nos résultats et sur de futures perspectives de recherche. -- The 103-kb self-transmissible integrative and conjugative element (ICE) of Pseudomonas knackmussii B13 (ICEc/c) confers the capacity to degrade 3- chlorobenzoate and 2-aminophenol. ICEc/c can be conjugated from strain B13 to a variety of Beta- and Gammaproteobacteria. Interestingly, ICE c/c transfer is observed in a subpopulatlon of cells (3-5%) only, the so-called 'transfer competent' cells. The formation of transfer competence (tc) is thought to be the consequence of a 'bistable' decision, which forces those cells to follow the developmental path which leads to ICEc/c transfer, whereas in others ICE c/c remains silent and does not transfer. So far, the mechanisms and molecular partners generating this bistable transfer activation in cells of P. knackmussii B13 remain mostly unidentified. This thesis aimed at understanding the extent of the tc bistability regulon and to dissect the molecular basis of bistabillty formation of ICEc/c in P. knackmussii. The first chapter is a general Introduction on horizontal gene transfer (HGT) with particular emphasis on ICEs and ICE c/c. The emphasis is made on the current knowledge about the HGT gene organization, regulation and specific integration and transfer aspects of the different ICEs models. Furthermore, I focus on the phenomena of phenotypic heterogeneity and bistability (the property of two distinguishable phenotypes existing within an isogenic population under homogeneous conditions), which may play a particular role in ICEc/c behaviour, since ICE activation and transfer only occurs in a very small subpopulation of cells. In Chapter Two, I focus on a global analysis of the different core promoters that might belong to the ICEc/c tc pathway regulon. We studied both expression patterns of ICEc/c promoters and, once being identified as "bistable", their temporal activation compared to that of intB13. In order to do this, we used promoter reporter fusions and tested blstability expression in P. knackmussii using epifluorescence microscopy. For the 6 promoters that showed bistable expression, we used time-lapse microscopy to study the timing of promoter expression in comparison to that of P,,,t or PlnR. We could establish two "early" and 3 "late" phase promoters in the process of transfer competence. In Chapter Three, I focused my attention on analysis of gene expression of one of the most highly transcribed gene clusters in the conserved core region of ICEc/c, a 14-kb gene cluster formed by the genes orf81655-orf68241. First we showed that this operon is part of the same bistability 'regulon' as intB13 and inrR, and analysed the genetic features that lead to high transcription. We studied the potential biological function of this cluster for ICE c/c by making specific gene deletions, showing that some interrupt ICEc/c transfer. We further analysed the orfdl655 promoter by constructing transcriptional egfp fusion reporter strains using the miniTn5 delivery system. Expression of the orf81655 promoter in single cells was compared to signals measured by Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) on orfSl655 mRNA. We localized the promoter region of the gene cluster using FISH, promoter deletions, and by direct transcript analysis. We further used site-directed mutagenesis to understand the bistability character of the promoter region and the extremely high transcription but low translation from this mRNA. In Chapter Four, we set out to understand how bistability is generated in the tc pathway of ICEc/c. For this we tried rebuilding bistable expression from ICEc/c individual gene components in a host, which normally does not display bistability. As host we used P. putida without ICEc/c but with a single copy Pint-, PlnR- or PalpA- egfp fusion that enabled us to verify bistability formation. Subsequently, we built different assemblages of ICEc/c gene components, focusing on the parA-inrR region. Indeed, we found that bistable expression can be build from those components in P. putida without ICEc/c. Interestingly, most genetic constructs activated PaipA or PlnR, but only one resulted in bistable activation of PinT. This suggests that the parA-inrR region acts as a bistability "generator", but also as a bistability "relay" from early to late promoters in the tc pathway hierarchy. In the final fifth chapter, we conclude with a discussion of the relevance of the present thesis and the resulting perspectives for future studies.

Molecular basis and regulation of insect pathogenicity in plant-beneficial pseudomonads

Les bactéries du genre Pseudomonas ont la capacité étonnante de s'adapter à différents habitats et d'y survivre, ce qui leur a permis de conquérir un large éventail de niches écologiques et d'interagir avec différents organismes hôte. Les espèces du groupe Pseudomonas fluorescens peuvent être facilement isolées de la rhizosphère et sont communément connues comme des Pseudomonas bénéfiques pour les plantes. Elles sont capables d'induire la résistance systémique des plantes, d'induire leur croissance et de contrer des phytopathogènes du sol. Un sous-groupe de ces Pseudomonas a de plus développé la capacité d'infecter et de tuer certaines espèces d'insectes. Approfondir les connaissances sur l'interaction de ces bactéries avec les insectes pourraient conduire au développement de nouveaux biopesticides pour la protection des cultures. Le but de cette thèse est donc de mieux comprendre la base moléculaire, l'évolution et la régulation de la pathogénicité des Pseudomonas plante-bénéfiques envers les insectes. Plus spécifiquement, ce travail a été orienté sur l'étude de la production de la toxine insecticide appelée Fit et sur l'indentification d'autres facteurs de virulence participant à la toxicité de la bactérie envers les insectes. Dans la première partie de ce travail, la régulation de la production de la toxine Fit a été évaluée par microscopie à épifluorescence en utilisant des souches rapportrices de Pseudomonas protegens CHA0 qui expriment la toxine insecticide fusionnée à une protéine fluorescente rouge, au site natif du gène de la toxine. Celle-ci a été détectée uniquement dans l'hémolymphe des insectes et pas sur les racines des plantes, ni dans les milieux de laboratoire standards, indiquant une production dépendante de l'hôte. L'activation de la production de la toxine est contrôlée par trois protéines régulatrices dont l'histidine kinase FitF, essentielle pour un contrôle précis de l'expression et possédant un domaine "senseur" similaire à celui de la kinase DctB qui régule l'absorption de carbone chez les Protéobactéries. Il est donc probable que, durant l'évolution de FitF, un réarrangement de ce domaine "senseur" largement répandu ait contribué à une production hôte-spécifique de la toxine. Les résultats de cette étude suggèrent aussi que l'expression de la toxine Fit est plutôt réprimée en présence de composés dérivés des plantes qu'induite par la perception d'un signal d'insecte spécifique. Dans la deuxième partie de ce travail, des souches mutantes ciblant des facteurs de virulence importants identifiés dans des pathogènes connus ont été générées, dans le but d'identifier ceux avec une virulence envers les insectes atténuée. Les résultats ont suggéré que l'antigène O du lipopolysaccharide (LPS) et le système régulateur à deux composantes PhoP/PhoQ contribuent significativement à la virulence de P. protegens CHA0. La base génétique de la biosynthèse de l'antigène O dans les Pseudomonas plante-bénéfiques et avec une activité insecticide a été élucidée et a révélé des différences considérables entre les lignées suite à des pertes de gènes ou des acquisitions de gènes par transfert horizontal durant l'évolution de certaines souches. Les chaînes latérales du LPS ont été montrées comme vitales pour une infection des insectes réussie par la souche CHA0, après ingestion ou injection. Les Pseudomonas plante-bénéfiques, avec une activité insecticide sont naturellement résistants à la polymyxine B, un peptide antimicrobien modèle. La protection contre ce composé antimicrobien particulier dépend de la présence de l'antigène O et de la modification du lipide A, une partie du LPS, avec du 4-aminoarabinose. Comme les peptides antimicrobiens cationiques jouent un rôle important dans le système immunitaire des insectes, l'antigène O pourrait être important chez les Pseudomonas insecticides pour surmonter les mécanismes de défense de l'hôte. Le système PhoP/PhoQ, connu pour contrôler les modifications du lipide A chez plusieurs bactéries pathogènes, a été identifié chez Pseudomonas chlororaphis PCL1391 et P. protegens CHA0. Pour l'instant, il n'y a pas d'évidence que des modifications du lipide A contribuent à la pathogénicité de cette bactérie envers les insectes. Cependant, le senseur-kinase PhoQ est requis pour une virulence optimale de la souche CHA0, ce qui suggère qu'il régule aussi l'expression des facteurs de virulence de cette bactérie. Les découvertes de cette thèse démontrent que certains Pseudomonas associés aux plantes sont de véritables pathogènes d'insectes et donnent quelques indices sur l'évolution de ces microbes pour survivre dans l'insecte-hôte et éventuellement le tuer. Les résultats suggèrent également qu'une recherche plus approfondie est nécessaire pour comprendre comment ces bactéries sont capables de contourner ou surmonter la réponse immunitaire de l'hôte et de briser les barrières physiques pour envahir l'insecte lors d'une infection orale. Pour cela, les futures études ne devraient pas uniquement se concentrer sur le côté bactérien de l'interaction hôte-microbe, mais aussi étudier l'infection du point de vue de l'hôte. Les connaissances gagnées sur la pathogénicité envers les insectes des Pseudomonas plante-bénéfiques donnent un espoir pour une future application en agriculture, pour protéger les plantes, non seulement contre les maladies, mais aussi contre les insectes ravageurs. -- Pseudomonas bacteria have the astonishing ability to survive within and adapt to different habitats, which has allowed them to conquer a wide range of ecological niches and to interact with different host organisms. Species of the Pseudomonas fluorescens group can readily be isolated from plant roots and are commonly known as plant-beneficial pseudomonads. They are capable of promoting plant growth, inducing systemic resistance in the plant host and antagonizing soil-borne phytopathogens. A defined subgroup of these pseudomonads evolved in addition the ability to infect and kill certain insect species. Profound knowledge about the interaction of these particular bacteria with insects could lead to the development of novel biopesticides for crop protection. This thesis thus aimed at a better understanding of the molecular basis, evolution and regulation of insect pathogenicity in plant-beneficial pseudomonads. More specifically, it was outlined to investigate the production of an insecticidal toxin termed Fit and to identify additional factors contributing to the entomopathogenicity of the bacteria. In the first part of this work, the regulation of Fit toxin production was probed by epifluorescence microscopy using reporter strains of Pseudomonas protegens CHAO that express a fusion between the insecticidal toxin and a red fluorescent protein in place of the native toxin gene. The bacterium was found to express its insecticidal toxin only in insect hemolymph but not on plant roots or in common laboratory media. The host-dependent activation of Fit toxin production is controlled by three local regulatory proteins. The histidine kinase of this regulatory system, FitF, is essential for the tight control of toxin expression and shares a sensing domain with DctB, a sensor kinase regulating carbon uptake in Proteobacteria. It is therefore likely that shuffling of a ubiquitous sensor domain during the evolution of FitF contributed to host- specific production of the Fit toxin. Findings of this study additionally suggest that host-specific expression of the Fit toxin is mainly achieved by repression in the presence of plant-derived compounds rather than by induction upon perceiving an insect-specific signal molecule. In the second part of this thesis, mutant strains were generated that lack factors previously shown to be important for virulence in prominent pathogens. A screening for attenuation in insect virulence suggested that lipopolysaccharide (LPS) O-antigen and the PhoP-PhoQ two-component regulatory system significantly contribute to virulence of P. protegens CHAO. The genetic basis of O-antigen biosynthesis in plant-beneficial pseudomonads displaying insect pathogenicity was elucidated and revealed extensive differences between lineages due to reduction and horizontal acquisition of gene clusters during the evolution of several strains. Specific 0 side chains of LPS were found to be vital for strain CHAO to successfully infect insects by ingestion or upon injection. Insecticidal pseudomonads with plant-beneficial properties were observed to be naturally resistant to polymyxin B, a model antimicrobial peptide. Protection against this particular antimicrobial compound was dependent on the presence of O-antigen and modification of the lipid A portion of LPS with 4-aminoarabinose. Since cationic antimicrobial peptides play a major role in the immune system of insects, O-antigenic polysaccharides could be important for insecticidal pseudomonads to overcome host defense mechanisms. The PhoP-PhoQ system, which is well-known to control lipid A modifications in several pathogenic bacteria, was identified in Pseudomonas chlororaphis PCL1391 and P. protegens CHAO. No evidence was found so far that lipid A modifications contribute to insect pathogenicity in this bacterium. However, the sensor kinase PhoQ was required for full virulence of strain CHAO suggesting that it additionally regulates the expression of virulence factors in this bacterium. The findings of this thesis demonstrate that certain plant-associated pseudomonads are true insect pathogens and give some insights into how these microbes evolved to survive within and eventually kill the insect host. Results however also point out that more in-depth research is needed to know how exactly these fascinating bacteria manage to bypass or overcome host immune responses and to breach physical barriers to invade insects upon oral infection. To achieve this, future studies should not only focus on the bacterial side of the microbe-host interactions but also investigate the infection from a host-oriented view. The knowledge gained about the entomopathogenicity of plant-beneficial pseudomonads gives hope for their future application in agriculture to protect plants not only against plant diseases but also against insect pests.

Bicc1 links the regulation of cAMP signaling in polycystic kidneys to microRNA-induced gene silencing.

Genetic defects in autosomal-dominant polycystic kidney disease (ADPKD) promote cystic growth of renal tubules, at least in part by stimulating the accumulation of cAMP. How renal cAMP levels are regulated is incompletely understood. We show that cAMP and the expression of its synthetic enzyme adenylate cyclase-6 (AC6) are up-regulated in cystic kidneys of Bicc1(-)(/-) knockout mice. Bicc1, a protein comprising three K homology (KH) domains and a sterile alpha motif (SAM), is expressed in proximal tubules. The KH domains independently bind AC6 mRNA and recruit the miR-125a from Dicer, whereas the SAM domain enables silencing by Argonaute and TNRC6A/GW182. Bicc1 similarly induces silencing of the protein kinase inhibitor PKIα by miR-27a. Thus, Bicc1 is needed on these target mRNAs for silencing by specific miRNAs. The repression of AC6 by Bicc1 might explain why cysts in ADPKD patients preferentially arise from distal tubules.

Genetic clusters and sex-biased gene flow in a unicolonial Formica ant.

BACKGROUND: Animal societies are diverse, ranging from small family-based groups to extraordinarily large social networks in which many unrelated individuals interact. At the extreme of this continuum, some ant species form unicolonial populations in which workers and queens can move among multiple interconnected nests without eliciting aggression. Although unicoloniality has been mostly studied in invasive ants, it also occurs in some native non-invasive species. Unicoloniality is commonly associated with very high queen number, which may result in levels of relatedness among nestmates being so low as to raise the question of the maintenance of altruism by kin selection in such systems. However, the actual relatedness among cooperating individuals critically depends on effective dispersal and the ensuing pattern of genetic structuring. In order to better understand the evolution of unicoloniality in native non-invasive ants, we investigated the fine-scale population genetic structure and gene flow in three unicolonial populations of the wood ant F. paralugubris. RESULTS: The analysis of geo-referenced microsatellite genotypes and mitochondrial haplotypes revealed the presence of cryptic clusters of genetically-differentiated nests in the three populations of F. paralugubris. Because of this spatial genetic heterogeneity, members of the same clusters were moderately but significantly related. The comparison of nuclear (microsatellite) and mitochondrial differentiation indicated that effective gene flow was male-biased in all populations. CONCLUSION: The three unicolonial populations exhibited male-biased and mostly local gene flow. The high number of queens per nest, exchanges among neighbouring nests and restricted long-distance gene flow resulted in large clusters of genetically similar nests. The positive relatedness among clustermates suggests that kin selection may still contribute to the maintenance of altruism in unicolonial populations if competition occurs among clusters.