A long non-coding RNA targets microRNA miR-34a to regulate colon cancer stem cell asymmetric division.

The roles of long non-coding RNAs (lncRNAs) in regulating cancer and stem cells are being increasingly appreciated. Its diverse mechanisms provide the regulatory network with a bigger repertoire to increase complexity. Here we report a novel LncRNA, Lnc34a, that is enriched in colon cancer stem cells (CCSCs) and initiates asymmetric division by directly targeting the microRNA miR-34a to cause its spatial imbalance. Lnc34a recruits Dnmt3a via PHB2 and HDAC1 to methylate and deacetylate the miR-34a promoter simultaneously, hence epigenetically silencing miR-34a expression independent of its upstream regulator, p53. Lnc34a levels affect CCSC self-renewal and colorectal cancer (CRC) growth in xenograft models. Lnc34a is upregulated in late-stage CRCs, contributing to epigenetic miR-34a silencing and CRC proliferation. The fact that lncRNA targets microRNA highlights the regulatory complexity of non-coding RNAs (ncRNAs), which occupy the bulk of the genome.

Asymmetric cell division in Mycobacterium tuberculosis and its unique features

Recently, several reports showed that about 80 % of mid-log phase Mycobacterium smegmatis, Mycobacterium marinum, and Mycobacterium bovis BCG cells divide symmetrically with 5-10 % deviation in the septum position from the median. However, the mode of cell division of the pathogenic mycobacterial species, Mycobacterium tuberculosis, remained unclear. Therefore, in the present study, using electron microscopy, fluorescence microscopy of septum- and nucleoid-stained live and fixed cells, and live cell time-lapse imaging, we show the occurrence of asymmetric cell division with unusually deviated septum/constriction in 20 % of the 15 % septating M. tuberculosis cells in the mid-log phase population. The remaining 80 % of the 15 % septating cells divided symmetrically but with 2-5 % deviation in the septum/constriction position, as reported for M. smegmatis, M. marinum, and M. bovis BCG cells. Both the long and the short portions of the asymmetrically dividing M. tuberculosis cells with unusually deviated septum contained nucleoids, thereby generating viable short and long cells from each asymmetric division. M. tuberculosis short cells were acid fast positive and, like the long cells, further readily underwent growth and division to generate micro-colony, thereby showing that they were neither mini cells, spores nor dormant forms of mycobacteria. The freshly diagnosed pulmonary tuberculosis patients' sputum samples, which are known for the prevalence of oxidative stress conditions, also contained short cells at the same proportion as that in the mid-log phase population. The probable physiological significance of the generation of the short cells through unusually deviated asymmetric cell division is discussed.

A miR-34a-Numb Feedforward Loop Triggered by Inflammation Regulates Asymmetric Stem Cell Division in Intestine and Colon Cancer.

Emerging evidence suggests that microRNAs can initiate asymmetric division, but whether microRNA and protein cell fate determinants coordinate with each other remains unclear. Here, we show that miR-34a directly suppresses Numb in early-stage colon cancer stem cells (CCSCs), forming an incoherent feedforward loop (IFFL) targeting Notch to separate stem and non-stem cell fates robustly. Perturbation of the IFFL leads to a new intermediate cell population with plastic and ambiguous identity. Lgr5+ mouse intestinal/colon stem cells (ISCs) predominantly undergo symmetric division but turn on asymmetric division to curb the number of ISCs when proinflammatory response causes excessive proliferation. Deletion of miR-34a inhibits asymmetric division and exacerbates Lgr5+ ISC proliferation under such stress. Collectively, our data indicate that microRNA and protein cell fate determinants coordinate to enhance robustness of cell fate decision, and they provide a safeguard mechanism against stem cell proliferation induced by inflammation or oncogenic mutation.

Régulation de la division asymétrique chez C. elegans

La division asymétrique est essentielle pour générer la diversité au cours du développement et permet aussi de réguler la balance entre renouvellement et différenciation des cellules souches chez l’adulte. Dans ces deux cas de figure, elle dépend respectivement d’une polarité intrinsèque ou d’une polarité extrinsèque. C. elegans est un excellent modèle pour étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires de la division asymétrique in vivo. Chez l’embryon, le maintien d’un axe de polarité antéro-postérieur dépend des protéines PAR conservées et localisées de façon asymétrique en deux groupes mutuellement exclusifs; le groupe antérieur avec PAR-3, PAR-6, PKC-3 et le groupe postérieur avec PAR-2 et PAR-1. L’absence d’une protéine PAR entraine une perte de polarité et une létalité embryonnaire. Lors d’un crible par ARN interférence mené par Jean-Claude Labbé pour identifier les suppresseurs de la létalité associée à la perte de PAR-2, deux cyclines de type B, CYB-2.1 et CYB-2.2 ont été trouvées. J’ai déterminé que CYB-2.1 et CYB-2.2 interviennent dans la polarité sans perturber le cycle cellulaire et agissent vraisemblablement avec leur kinase associée, CDK-1, pour stabiliser les niveaux protéiques de PAR-6. Ces travaux permettent de mieux définir les liens étroits entre polarité et cycle cellulaire. La lignée germinale de C. elegans est un excellent modèle pour étudier les divisions des cellules souches germinales in vivo. Par contre, l’absence d’orientation préférentielle de ces divisions laisse envisager que la complexité morphologique de la niche pourrait engendrer une diversité d’axe possible. J’ai étudié la régulation morphologique de cette niche, une unique cellule somatique appelée distal tip cell (DTC), qui arborise de longues extensions au stade adulte. Mes résultats préliminaires favorisent un modèle dans lequel les cellules souches et progéniteurs germinaux (CSPG) supportent la formation de ces extensions. Enfin, j’ai obtenu des conditions favorables à l’étude de la division asymétrique extrinsèque dans ce modèle, en simplifiant l’architecture de la niche dans des conditions qui préservent les divisions cellulaires des cellules souches. Mes travaux ont permis de mieux comprendre les liens unissant les différents processus biologiques impliqués dans la division asymétrique, d’une part par l’étude du rôle qu’y jouent des régulateurs clés du cycle cellulaire au cours du développement et d’autre part par la caractérisation d’une communication bidirectionnelle entre la niche et les cellules souches chez l’adulte.

Overview of mesenchymal stem cells

Stem cells are unprogrammed cells which possess plasticity and self renewal capability. The term of stem cell was first used to describe cells committed to give rise to germline cells, and to describe proposed progenitor cells of the blood system [1]. A unique feature of stem cell is to remain quiescent in vivo in an uncommitted state. They serve as reservoir or natural support system to replenish cells lost due to disease, injury or aging. When triggered by appropriate signals these cells divide and may become specialized, committed cells; however being able to control this differentiation process still remains one of the biggest challenge in stem cell research [2]. The cell division of stem cells is a distinct aspect of their biology, since this division may be either symmetric or asymmetric. Symmetric division takes place when the stem cells divides and forms two new daughter cells. Asymmetric division is thought to take place only under certain conditions where stem cells divides and gives rise to a daughter cell which remains primitive and does not proliferate, and one committed progenitor cell, which heads down a path of differentiation. Asymmetric division of stem cells helps reparative process, and also ensures that the stem cells pool does not decrease, whereas symmetric division is responsible for stem cells undergoing self renewal and proliferation. The factors which prompt the stem cells to undergo asymmetric division are, however, not well understood, but it is clear that the delicate balance between the self renewal and differentiation is what maintains tissue homeostasis.

Ca(2+) signals coordinate zygotic polarization and cell cycle progression in the brown alga Fucus serratus

Zygotes of the fucoid brown algae provide excellent models for addressing fundamental questions about zygotic symmetry breaking. Although the acquisition of polarity is tightly coordinated with the timing and orientation of the first asymmetric division-with zygotes having to pass through a G1/S-phase checkpoint before the polarization axis can be fixed -the mechanisms behind the interdependence of polarization and cell cycle progression remain unclear. In this study, we combine in vivo Ca(2+) imaging, single cell monitoring of S-phase progression and multivariate analysis of high-throughput intracellular Ca(2+) buffer loading to demonstrate that Ca(2+) signals coordinate polarization and cell cycle progression in the Fucus serratus zygote. Consistent with earlier studies on this organism, and in contrast to animal models, we observe no fast Ca(2+) wave following fertilization. Rather, we show distinct slow localized Ca(2+) elevations associated with both fertilization and S-phase progression, and we show that both S-phase and zygotic polarization are dependent on pre-S-phase Ca(2+) increases. Surprisingly, this Ca(2+) requirement cannot be explained by co-dependence on a single G1/ S-phase checkpoint, as S phase and zygotic polarization are differentially sensitive to pre-S-phase Ca(2+) elevations and can be uncoupled. Furthermore, subsequent cell cycle progression through M phase is independent of localized actin polymerization and zygotic polarization. This absence of a morphogenesis checkpoint, together with the observed Ca(2+)dependences of S phase and polarization, show that the regulation of zygotic division in the brown algae differs from that in other eukaryotic model systems, such as yeast and Drosophila.

Activité des cellules souches : identification de nouveaux effecteurs dans le système hématopoïétique

Les cellules souches somatiques présentent habituellement un comportement très différent des cellules souches pluripotentes. Les bases moléculaires de l’auto-renouvellement des cellules souches embryonnaires ont été récemment déchiffrées grâce à la facilité avec laquelle nous pouvons maintenant les purifier et les maintenir en culture durant de longues périodes de temps. Par contre, il en va tout autrement pour les cellules souches hématopoïétiques. Dans le but d’en apprendre davantage sur le fonctionnement moléculaire de l’auto-renouvellement des cellules souches hématopoïétiques, j’ai d’abord conçu une nouvelle méthode de criblage gain-de-fonction qui répond aux caprices particuliers de ces cellules. Partant d’une liste de plus de 700 facteurs nucléaires et facteurs de division asymétrique candidats, j’ai identifié 24 nouveaux facteurs qui augmentent l’activité des cellules souches hématopoïétiques lorsqu’ils sont surexprimés. J’ai par la suite démontré que neuf de ces facteurs agissent de manière extrinsèque aux cellules souches hématopoïétiques, c’est-à-dire que l’effet provient des cellules nourricières modifiées en co-culture. J’ai également mis à jour un nouveau réseau de régulation de transcription qui implique cinq des facteurs identifiés, c’est-à-dire PRDM16, SPI1, KLF10, FOS et TFEC. Ce réseau ressemble étrangement à celui soutenant l’ostéoclastogénèse. Ces résultats soulèvent l’hypothèse selon laquelle les ostéoclastes pourraient aussi faire partie de la niche fonctionnelle des cellules souches hématopoïétiques dans la moelle osseuse. De plus, j’ai identifié un second réseau de régulation impliquant SOX4, SMARCC1 et plusieurs facteurs identifiés précédemment dans le laboratoire, c’est-à-dire BMI1, MSI2 et KDM5B. D’autre part, plusieurs indices accumulés tendent à démontrer qu’il existe des différences fondamentales entre le fonctionnement des cellules souches hématopoïétiques murines et humaines.

Analysis of the genetic diversity and structure across a wide range of germplasm reveals prominent gene flow in apple at the European level

Abstract Background: The amount and structure of genetic diversity in dessert apple germplasm conserved at a European level is mostly unknown, since all diversity studies conducted in Europe until now have been performed on regional or national collections. Here, we applied a common set of 16 SSR markers to genotype more than 2,400 accessions across 14 collections representing three broad European geographic regions (North+East, West and South) with the aim to analyze the extent, distribution and structure of variation in the apple genetic resources in Europe. Results: A Bayesian model-based clustering approach showed that diversity was organized in three groups, although these were only moderately differentiated (FST=0.031). A nested Bayesian clustering approach allowed identification of subgroups which revealed internal patterns of substructure within the groups, allowing a finer delineation of the variation into eight subgroups (FST=0.044). The first level of stratification revealed an asymmetric division of the germplasm among the three groups, and a clear association was found with the geographical regions of origin of the cultivars. The substructure revealed clear partitioning of genetic groups among countries, but also interesting associations between subgroups and breeding purposes of recent cultivars or particular usage such as cider production. Additional parentage analyses allowed us to identify both putative parents of more than 40 old and/or local cultivars giving interesting insights in the pedigree of some emblematic cultivars. Conclusions: The variation found at group and sub-group levels may reflect a combination of historical processes of migration/selection and adaptive factors to diverse agricultural environments that, together with genetic drift, have resulted in extensive genetic variation but limited population structure. The European dessert apple germplasm represents an important source of genetic diversity with a strong historical and patrimonial value. The present work thus constitutes a decisive step in the field of conservation genetics. Moreover, the obtained data can be used for defining a European apple core collection useful for further identification of genomic regions associated with commercially important horticultural traits in apple through genome-wide association studies.

FACS-based purification of Arabidopsis microspores, sperm cells and vegetative nuclei

Background: The male germline in flowering plants differentiates by asymmetric division of haploid uninucleated microspores, giving rise to a vegetative cell enclosing a smaller generative cell, which eventually undergoes a second mitosis to originate two sperm cells. The vegetative cell and the sperm cells activate distinct genetic and epigenetic mechanisms to control pollen tube growth and germ cell specification, respectively. Therefore, a comprehensive characterization of these processes relies on efficient methods to isolate each of the different cell types throughout male gametogenesis. Results: We developed stable transgenic Arabidopsis lines and reliable purification tools based on Fluorescence-Activated Cell Sorting (FACS) in order to isolate highly pure and viable fractions of each cell/nuclei type before and after pollen mitosis. In the case of mature pollen, this was accomplished by expressing GFP and RFP in the sperm and vegetative nuclei, respectively, resulting in 99% pure sorted populations. Microspores were also purified by FACS taking advantage of their characteristic small size and autofluorescent properties, and were confirmed to be 98% pure. Conclusions: We provide simple and efficient FACS-based purification protocols for Arabidopsis microspores, vegetative nuclei and sperm cells. This paves the way for subsequent molecular analysis such as transcriptomics, DNA methylation analysis and chromatin immunoprecipitation, in the developmental context of microgametogenesis in Arabidopsis.

Understanding the role of CAP proteins in the polarization process of C. elegans

La division cellulaire asymétrique est un processus crucial dans le développement des organismes multicellulaires puisqu’elle permet la génération de la diversité cellulaire. Les cellules qui se divisent de façon asymétrique doivent tout d’abord se polariser et correctement orienter leur fuseau mitotique pour ségréger des déterminants cellulaires en deux entités distinctes. L’embryon du nématode C. elegans est un modèle robuste et largement utilisé pour étudier la division cellulaire asymétrique. Dans cet embryon, le point d'entrée du spermatozoïde détermine l'axe de polarité antéro-postérieur. Suite à la fécondation, le cortex embryonnaire est uniformément contractile et un complexe conservé formé des protéines PAR-3, PAR-6 et PKC-3 (nommé complexe PAR-3 ci-dessous) est localisé sur l'ensemble du cortex. La complétion de la méiose maternelle induit une relaxation corticale au postétieur et un flux cortical vers l’antérieur de l’embryon. Ces contractions corticales asymétriques mènent à la formation d'un domaine antérieur contenant le complexe PAR-3, tandis que le cortex postérieur, dont le complexe PAR-3 s’est délocalisé, est enrichi avec les protéines PAR-2 et PAR-1. Par conséquent, les domaines formés par les protéines PAR définissent un pôle antérieur et un pôle postérieur dans l'embryon suite au remodelage du cytosquelette. Les protéines PAR-4 et PAR-5 restent localisées de façon uniforme dans l'embryon. Curieusement, les protéines PAR exercent une régulation par rétroaction sur la contractilité corticale. Il a été montré qu’une des protéines PAR récemment identifiée, PAR-5, est orthologue à la protéine adaptatrice 14-3-3 et joue un rôle important dans la contractilité corticale. En dépit de son rôle central dans la contractilité corticale et le processus de polarisation cellulaire, le mécanisme par lequel PAR-5 régule la contractilité corticale n’est pas bien compris. Le but de ce projet est de mieux comprendre comment PAR-5 et ses interacteurs contrôlent la régulation des contractions corticales et, de ce fait, la polarité cellulaire. Dans un essai de capture de la protéine GST (GST pull-down), nous avons identifié plusieurs nouveaux interacteurs de PAR-5. Parmi ceux-ci, nous avons trouvé CAP-2 (protéine de coiffage de l'actine), qui a été identifiée dans des éxpériences de capture de 14-3-3 dans trois systèmes modèles différents. CAP-2 est un hétérodimère des protéines CAP, qui sont impliquées dans la régulation de l'actine. Nous avons trouvé que la déplétion des protéines CAP par interférence à l’ARN dans des vers de type sauvage mène à une augmentation létalité embryonnaire, ce qui suggère que ces protéines jouent un rôle important dans le développement embryonnaire. L'imagerie en temps réel d'embryons déplétés pour les protéines CAP montre qu’ils ont une diminution des contractions corticales avec un sillon de pseudoclivage mois stable, suggérant un défaut dans la régulation du cytosquelette d'actine-myosine. Ceci a également été confirmé par la diminution de la vitesse et du nombre de foci de NMY-2::GFP. En outre, ces embryons montrent une légère diminution de la taille du croissant cortical de PAR-2 lors de la phase d’établissement de la polarité. Les embryons déplétés en CAP-2 montrent également un retard dans la progression du cycle cellulaire, mais le lien entre ce phénotype et la régulation des contractions corticales reste à être précisé. La caractérisation des protéines CAP, des régulateurs du remodelage du cytosquelette, permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'établissement et le maintien de la polarité cellulaire, et donc la division cellulaire asymétrique.

Understanding the role of CAP proteins in the polarization process of C. elegans

La division cellulaire asymétrique est un processus crucial dans le développement des organismes multicellulaires puisqu’elle permet la génération de la diversité cellulaire. Les cellules qui se divisent de façon asymétrique doivent tout d’abord se polariser et correctement orienter leur fuseau mitotique pour ségréger des déterminants cellulaires en deux entités distinctes. L’embryon du nématode C. elegans est un modèle robuste et largement utilisé pour étudier la division cellulaire asymétrique. Dans cet embryon, le point d'entrée du spermatozoïde détermine l'axe de polarité antéro-postérieur. Suite à la fécondation, le cortex embryonnaire est uniformément contractile et un complexe conservé formé des protéines PAR-3, PAR-6 et PKC-3 (nommé complexe PAR-3 ci-dessous) est localisé sur l'ensemble du cortex. La complétion de la méiose maternelle induit une relaxation corticale au postétieur et un flux cortical vers l’antérieur de l’embryon. Ces contractions corticales asymétriques mènent à la formation d'un domaine antérieur contenant le complexe PAR-3, tandis que le cortex postérieur, dont le complexe PAR-3 s’est délocalisé, est enrichi avec les protéines PAR-2 et PAR-1. Par conséquent, les domaines formés par les protéines PAR définissent un pôle antérieur et un pôle postérieur dans l'embryon suite au remodelage du cytosquelette. Les protéines PAR-4 et PAR-5 restent localisées de façon uniforme dans l'embryon. Curieusement, les protéines PAR exercent une régulation par rétroaction sur la contractilité corticale. Il a été montré qu’une des protéines PAR récemment identifiée, PAR-5, est orthologue à la protéine adaptatrice 14-3-3 et joue un rôle important dans la contractilité corticale. En dépit de son rôle central dans la contractilité corticale et le processus de polarisation cellulaire, le mécanisme par lequel PAR-5 régule la contractilité corticale n’est pas bien compris. Le but de ce projet est de mieux comprendre comment PAR-5 et ses interacteurs contrôlent la régulation des contractions corticales et, de ce fait, la polarité cellulaire. Dans un essai de capture de la protéine GST (GST pull-down), nous avons identifié plusieurs nouveaux interacteurs de PAR-5. Parmi ceux-ci, nous avons trouvé CAP-2 (protéine de coiffage de l'actine), qui a été identifiée dans des éxpériences de capture de 14-3-3 dans trois systèmes modèles différents. CAP-2 est un hétérodimère des protéines CAP, qui sont impliquées dans la régulation de l'actine. Nous avons trouvé que la déplétion des protéines CAP par interférence à l’ARN dans des vers de type sauvage mène à une augmentation létalité embryonnaire, ce qui suggère que ces protéines jouent un rôle important dans le développement embryonnaire. L'imagerie en temps réel d'embryons déplétés pour les protéines CAP montre qu’ils ont une diminution des contractions corticales avec un sillon de pseudoclivage mois stable, suggérant un défaut dans la régulation du cytosquelette d'actine-myosine. Ceci a également été confirmé par la diminution de la vitesse et du nombre de foci de NMY-2::GFP. En outre, ces embryons montrent une légère diminution de la taille du croissant cortical de PAR-2 lors de la phase d’établissement de la polarité. Les embryons déplétés en CAP-2 montrent également un retard dans la progression du cycle cellulaire, mais le lien entre ce phénotype et la régulation des contractions corticales reste à être précisé. La caractérisation des protéines CAP, des régulateurs du remodelage du cytosquelette, permettra d'améliorer notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'établissement et le maintien de la polarité cellulaire, et donc la division cellulaire asymétrique.

Asymmetric cell division of granule neuron progenitors in the external granule layer of the mouse cerebellum

The plane of division of granule neuron progenitors (GNPs) was analysed with respect to the pial surface in P0 to P14 cerebellum and the results showed that there was a significant bias towards the plane of cell division being parallel to pial surface across this developmental window. In addition, the distribution of beta-Catenin in anaphase cells was analysed, which showed that there was a significant asymmetry in the distribution of beta-Catenin in dividing GNPs. Further, inhibition of Sonic Hedgehog (Shh) signalling had an effect on plane of cell division. Asymmetric distribution of beta-Catenin was shown to occur towards the source of a localized extracellular cue.

Asymmetric cell division intersects with cell geometry : a method to extrapolate and quantify geometrical parameters of sensory organ precursors

La division cellulaire asymétrique (DCA) consiste en une division pendant laquelle des déterminants cellulaires sont distribués préférentiellement dans une des deux cellules filles. Par l’action de ces déterminants, la DCA générera donc deux cellules filles différentes. Ainsi, la DCA est importante pour générer la diversité cellulaire et pour maintenir l’homéostasie de certaines cellules souches. Pour induire une répartition asymétrique des déterminants cellulaires, le positionnement du fuseau mitotique doit être très bien contrôlé. Fréquemment ceci génère deux cellules filles de tailles différentes, car le fuseau mitotique n’est pas centré pendant la mitose, ce qui induit un positionnement asymétrique du sillon de clivage. Bien qu’un complexe impliquant des GTPases hétérotrimériques et des protéines liant les microtubules au cortex ait été impliqué directement dans le positionnement du fuseau mitotique, le mécanisme exact induisant le positionnement asymétrique du fuseau durant la DCA n'est pas encore compris. Des études récentes suggèrent qu’une régulation asymétrique du cytosquelette d’actine pourrait être responsable de ce positionnement asymétrique du faisceau mitotique. Donc, nous émettons l'hypothèse que des contractions asymétriques d’actine pendant la division cellulaire pourraient déplacer le fuseau mitotique et le sillon de clivage pour créer une asymétrie cellulaire. Nos résultats préliminaires ont démontré que le blebbing cortical, qui est une indication de tension corticale et de contraction, se produit préférentiellement dans la moitié antérieure de cellule précurseur d’organes sensoriels (SOP) pendant le stage de télophase. Nos données soutiennent l'idée que les petites GTPases de la famille Rho pourraient être impliqués dans la régulation du fuseau mitotique et ainsi contrôler la DCA des SOP. Les paramètres expérimentaux développés pour cette thèse, pour étudier la régulation de l’orientation et le positionnement du fuseau mitotique, ouvrirons de nouvelles avenues pour contrôler ce processus, ce qui pourrait être utile pour freiner la progression de cellules cancéreuses. Les résultats préliminaires de ce projet proposeront une manière dont les petites GTPases de la famille Rho peuvent être impliqués dans le contrôle de la division cellulaire asymétrique in vivo dans les SOP. Les modèles théoriques qui sont expliqués dans cette étude pourront servir à améliorer les méthodes quantitatives de biologie cellulaire de la DCA.

Performance analysis of a metro WDM ring networks with variable-length packets under symmetric and asymmetric traffic

In this paper, we discuss and evaluate two proposed metro wavelength division multiplexing (WDM) ring network architectures for variable-length packet traffic in storage area networks (SANs) settings. The paper begins with a brief review of the relevant architectures and protocols in the literature. Subsequently, the network architectures along with their medium access control (MAC) protocols are described. Performance of the two network architectures is studied by means of computer simulation in terms of their queuing delay, node throughput and proportion of packets dropped. The network performance is evaluated under symmetric and asymmetric traffic scenarios with Poisson and self-similar traffic. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.