Arenavirus envelope glycoproteins mimic autoprocessing sites of the cellular proprotein convertase subtilisin kexin isozyme-1/site-1 protease.

A crucial step in the arenavirus life cycle is the proteolytic processing of the viral envelope glycoprotein precursor (GPC) by the cellular proprotein convertase (PC) subtilisin kexin isozyme-1 (SKI-1)/site-1 protease (S1P). Here we conducted a systematic and quantitative analysis of SKI-1/S1P processing of peptides derived from the recognition sites of GPCs of different Old World and New World arenaviruses. We found that SKI-1/S1P showed a strong preference for arenaviral sequences resembling its autoprocessing sites, which are recurrent motifs in arenaviral GPCs. The African arenaviruses Lassa, Mobala, and Mopeia resemble the SKI-1/S1P autoprocessing C-site, whereas sequences derived from Clade B New World viruses Junin and Tacaribe have similarities to the autoprocessing B-site. In contrast, analogous peptides derived from cellular SKI-1/S1P substrates were remarkably poor substrates. The data suggest that arenavirus GPCs evolved to mimic SKI-1/S1P autoprocessing sites, likely ensuring efficient cleavage and perhaps avoiding competition with SKI-1/S1P's cellular substrates.

The proprotein convertase PC5/6 is protective against intestinal tumorigenesis: in vivo mouse model

BACKGROUND: The secretory basic amino acid-specific proprotein convertases (PCs) have often been associated with cancer/metastasis. By controlling the cleavage of cancer-associated proteins, PCs play key roles in multiple steps of cancer development. Most analyses of the implication of PCs in cancer/metastasis relied on the use of in vitro overexpression systems or inhibitors that can affect more than one PC. Aside from the role of furin in salivary gland tumorigenesis, no other in vivo genetic model of PC-knockout was reported in relation to cancer development. RESULTS: Since PC5/6 is highly expressed in the small intestine, the present study examined its in vivo role in intestinal tumorigenesis. Analysis of human intestinal tumors at various stages showed a systematic down-regulation of PC5/6 expression. Since gene inactivation of PC5/6 leads to lethality at birth, we generated mice lacking PC5/6 in enterocytes and analyzed the impact of the presence or absence of this PC in the mouse ApcMin/+ model that develops numerous adenocarcinomas along the intestinal tract. This resulted in viable mice with almost no expression of PC5/6 in small intestine, but with no overt phenotype. The data showed that by themselves ApcMin/+ tumors express lower levels of PC5/6 mRNA, and that the lack of PC5/6 in enterocytes results in a significantly higher tumor number in the duodenum, with a similar trend in other intestinal segments. Finally, the absence of PC5/6 is also associated with a premature mortality of ApcMin/+ mice. CONCLUSION: Overall, these data suggest that intestinal PC5/6 is protective towards tumorigenesis, especially in mouse duodenum, and possibly in human colon.

The proprotein convertase PC5/6 is protective against intestinal tumorigenesis: In vivo mouse model

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Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 in human disease

Les maladies cardiovasculaires (MCV) demeurent au tournant de ce siècle la principale cause de mortalité dans le monde. Parmi les facteurs de risque, l’hypercholestérolémie et l’obésité abdominale sont directement liées au développement précoce de l’athérosclérose. L’hypercholestérolémie familiale, communément associée à une déficience des récepteurs des lipoprotéines de basse densité (LDLR), est connue comme cause de maladie précoce d’athérosclérose et de calcification aortique chez l’humain. La subtilisine convertase proprotéine/kexine du type 9 (PCSK9), membre de la famille des proprotéines convertases, est trouvée indirectement associée aux MCV par son implication dans la dégradation du LDLR. Chez l'humain, des mutations du gène PCSK9 conduisent soit à une hypercholestérolémie familiale, soit à une hypocholestérolémie, selon que la mutation entraîne un gain ou une perte de fonction, respectivement. Il demeure incertain si les individus porteurs de mutations causant un gain de fonction de la PCSK9 développeront une calcification aortique ou si des mutations entraînant une perte de fonction provoqueront une obésité abdominale. Dans cette étude, nous avons examiné : 1) l’effet d’une surexpression de PCSK9 dans le foie de souris sur la calcification aortique ; 2) les conséquences d’une déficience en PCSK9 (Pcsk9 KO), mimant une inhibition pharmacologique, sur le tissu graisseux. Nous avons utilisé un modèle de souris transgénique (Tg) surexprimant le cDNA de PCSK9 de souris dans les hépatocytes de souris et démontrons par tomographie calculée qu’une calcification survient de façon moins étendue chez les souris PCSK9 Tg que chez les souris déficientes en LDLR. Alors que le PCSK9 Tg et la déficience en LDLR causaient tous deux une hypercholestérolémie familiale, les niveaux seuls de cholestérol circulant ne parvenaient pas à prédire le degré de calcification aortique. Dans une seconde étude, nous utilisions des souris génétiquement manipulées dépourvues de PSCK9 et démontrons que l’accumulation de graisses viscérales (adipogenèse) apparaît régulée par la PCSK9 circulante. Ainsi, en l’absence de PCSK9, l’adipogenèse viscérale augmente vraisemblablement par régulation post-traductionnelle des récepteurs à lipoprotéines de très basse densité (VLDLR) dans le tissu adipeux. Ces deux modèles mettent en évidence un équilibre dynamique de la PCSK9 dans des voies métaboliques différentes, réalisant un élément clé dans la santé cardiovasculaire. Par conséquent, les essais d’investigations et d’altérations biologiques de la PCSK9 devraient être pris en compte dans un modèle animal valide utilisant une méthode sensible et en portant une attention prudente aux effets secondaires de toute intervention.

Novel association to the proprotein convertase PCSK7 gene locus revealed by analysing soluble transferrin receptor (sTfR) levels

The level of body iron storage and the erythropoietic need for iron are indicated by the serum levels of ferritin and soluble transferrin receptor (sTfR), respectively. A meta-analysis of five genome-wide association studies on sTfR and ferritin revealed novel association to the PCSK7 and TMPRSS6 loci for sTfR and the HFE locus for both parameters. The PCSK7 association was the most significant (rs236918, P = 1.1 × 10E-27) suggesting that proprotein convertase 7, the gene product of PCSK7, may be involved in sTfR generation and/or iron homeostasis. Conditioning the sTfR analyses on transferrin saturation abolished the HFE signal and substantially diminished the TMPRSS6 signal while the PCSK7 association was unaffected, suggesting that the former may be mediated by transferrin saturation whereas the PCSK7-associated effect on sTfR generation appears to be more direct.

Congenital proprotein convertase 1/3 deficiency causes malabsorptive diarrhea and other endocrinopathies in a pediatric cohort

BACKGROUND & AIMS Proprotein convertase 1/3 (PC1/3) deficiency, an autosomal-recessive disorder caused by rare mutations in the proprotein convertase subtilisin/kexin type 1 (PCSK1) gene, has been associated with obesity, severe malabsorptive diarrhea, and certain endocrine abnormalities. Common variants in PCSK1 also have been associated with obesity in heterozygotes in several population-based studies. PC1/3 is an endoprotease that processes many prohormones expressed in endocrine and neuronal cells. We investigated clinical and molecular features of PC1/3 deficiency. METHODS We studied the clinical features of 13 children with PC1/3 deficiency and performed sequence analysis of PCSK1. We measured enzymatic activity of recombinant PC1/3 proteins. RESULTS We identified a pattern of endocrinopathies that develop in an age-dependent manner. Eight of the mutations had severe biochemical consequences in vitro. Neonates had severe malabsorptive diarrhea and failure to thrive, required prolonged parenteral nutrition support, and had high mortality. Additional endocrine abnormalities developed as the disease progressed, including diabetes insipidus, growth hormone deficiency, primary hypogonadism, adrenal insufficiency, and hypothyroidism. We identified growth hormone deficiency, central diabetes insipidus, and male hypogonadism as new features of PCSK1 insufficiency. Interestingly, despite early growth abnormalities, moderate obesity, associated with severe polyphagia, generally appears. CONCLUSIONS In a study of 13 children with PC1/3 deficiency caused by disruption of PCSK1, failure of enteroendocrine cells to produce functional hormones resulted in generalized malabsorption. These findings indicate that PC1/3 is involved in the processing of one or more enteric hormones that are required for nutrient absorption.

THE NEW ROLE OF PROPROTEIN CONVERTASE SUBTILISIN/KEXIN TYPE 9: A CONNECTION OF PROPROTEIN CONVERTASE SUBTILISIN/KEXIN TYPE 9, APOLIPOPROTEIN B, and AUTOPHAGY

Plasma low-density lipoprotein (LDL) levels are positively correlated with the incidence of coronary artery disease. In the circulation, the plasma LDL clearance is mainly achieved by the uptake via LDL receptor (LDLR). Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) is a newly discovered gene, playing an important role in LDL metabolism. Gain-of-function mutations of PCSK9 lead to hypercholesterolemia and loss-of-function mutations of PCSK9 are associated with decrease of LDL cholesterol. The effects of PCSK9 on cholesterol levels are the consequence of a strong interaction between the catalytic domain of PCSK9 and epidermal growth factor-like repeat A (EGF-A) domain of LDLR on the cell surface of hepatocytes. This PCSK9/LDLR complex enters the cell via endocytosis, where both PCSK9 and LDLR are removed via the lysosome pathway, resulting in decreased levels of LDLR and accumulation of LDL in the plasma. However, whether this is the exclusive function of PCSK9 on LDL metabolism was challenged by us; we observed PCSK9 interacted with apolipoprotein B (apoB) and increased apoB production, irrespective of the LDLR. ApoB is the primary structure protein of LDL particle and it also serves as the ligand for the LDL receptor. There is ample evidence showing that the levels of apoB are a better indicator for heart disease than either total cholesterol or LDL cholesterol levels. We used a second-generation adenoviral vector to overexpress PCSK9 (Ad-PCSK9) in wild-type C57BL/6 and LDLR deficient mice (Ldlr-/- and Ldlr-/-Apobec1-/-). Our study revealed that overexpression of PCSK9 promoted the production and secretion of apoB in the form of very-low density lipoprotein (VLDL), which is the precursor of LDL, in the 3 mouse models studied (C57BL/6J, Ldlr-/-, and Ldlr-/-Apobec1-/-). The increased apoB production in mice was regulated at post-transcriptional levels, since there was no difference in apoB mRNA levels between mice treated with Ad-PCSK9 and control vector Ad-Null. By using pulse-chase experiment on primary hepatocytes, we showed that overexpression of PCSK9 increased the secretion of apoB, independent of LDLR. In the circulation, we showed that PCSK9 was associated with LDL particles. By using 3 different protein–protein interaction assays of co-immunoprecipitation, mammalian two-hybrid system, and in situ proximity ligation assay, we demonstrated a direct protein–protein interaction between PCSK9 and apoB. The impact of this interaction inhibited the physiological removal process of apoB via autophagosome/lysosome pathway in an LDLR-independent fashion, resulting in increased production and secretion of apoB-containing lipoproteins. The significance of this process was shown in the Pcsk9 knockout mice in the background of Ldlr-/-Apobec1-/- mice (triple knockout mice); in the absence of Pcsk9 (triple knockout mice) the levels of cholesterol, triacylglycerol, and apoB decreased significantly in comparison to that of Ldlr-/-Apobec1-/- mice. Taken together, our study demonstrated a direct intracellular interaction of PCSK9 with apoB, resulting in the inhibition of apoB degradation via the autophagosome/lysosome pathway independent of LDLR. This discovery provides a new concept of the importance of PCSK9 and suggests new approaches for the therapeutic intervention of hyperlipidemia.

cDNA structure, tissue distribution, and chromosomal localization of rat PC7, a novel mammalian proprotein convertase closest to yeast kexin-like proteinases.

By using reverse transcription-coupled PCR on rat anterior pituitary RNA, we isolated a 285-bp cDNA coding for a novel subtilisin/kexin-like protein convertase (PC), called rat (r) PC7. By screening rat spleen and PC12 cell lambda gt11 cDNA libraries, we obtained a composite 3.5-kb full-length cDNA sequence of rPC7. The open reading frame codes for a prepro-PC with a 36-amino acid signal peptide, a 104-amino acid prosegment ending with a cleavable RAKR sequence, and a 747-amino acid type I membrane-bound glycoprotein, representing the mature form of this serine proteinase. Phylogenetic analysis suggests that PC7 represents the most divergent enzyme of the mammalian convertase family and that it is the closest member to the yeast convertases krp and kexin. Northern blot analyses demonstrated a widespread expression with the richest source of rPC7 mRNA being the colon and lymphoid-associated tissues. In situ hybridization revealed a distinctive tissue distribution that sometimes overlaps with that of furin, suggesting that PC7 has widespread proteolytic functions. The gene for PC7 (Pcsk7) was mapped to mouse chromosome 9 by linkage analysis of an interspecific backcross DNA panel.

Régulation de la proprotéine convertase subtilisine / kexine type 9 (PCSK9) dans les cellules intestinales Caco-2/15

La proprotéine convertase subtilisine/kexine type 9 (PCSK9) favorise la dégradation post-transcriptionnelle du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLr) dans les hépatocytes et augmente le LDL-cholestérol dans le plasma. Cependant, il n’est pas clair si la PCSK9 joue un rôle dans l’intestin. Dans cette étude, nous caractérisons les variations de la PCSK9 et du LDLr dans les cellules Caco-2/15 différentiées en fonction d’une variété d’effecteurs potentiels. Le cholestérol (100 µM) lié à l’albumine ou présenté en micelles a réduit de façon significative l’expression génique (30%, p<0,05) et l’expression protéique (50%, p<0,05) de la PCSK9. Étonnamment, une diminution similaire dans le LDLr protéique a été enregistrée (45%, p<0,05). Les cellules traitées avec le 25-hydroxycholestérol (50 µM) présentent également des réductions significatives dans l’ARNm (37%, p<0,01) et la protéine (75%, p<0,001) de la PCSK9. Une baisse des expressions génique (30%, p<0,05) et protéique (57%, p<0,01) a également été constatée dans le LDLr. Des diminutions ont aussi été observées pour la HMG CoA réductase et la protéine liant l’élément de réponse aux stérols SREBP-2. Il a été démontré que le SREBP-2 peut activer transcriptionnellement la PCSK9 par le biais de la liaison de SREBP-2 à son élément de réponse aux stérols situé dans la région proximale du promoteur de la PCSK9. Inversement, la déplétion du contenu cellulaire en cholestérol par l’hydroxypropyl-β-cyclodextrine a augmenté l’expression génique de la PCSK9 (20%, p<0,05) et son contenu protéique (540%, p<0,001), en parallèle avec les niveaux protéiques de SREBP-2. L’ajout des acides biliaires taurocholate et déoxycholate dans le milieu apical des cellules intestinales Caco-2/15 a provoqué une baisse d’expression génique (30%, p<0,01) et une hausse d’expression protéique (43%, p<0,01) de la PCSK9 respectivement, probablement via la modulation du FXR (farnesoid X receptor). Ces données combinées semblent donc indiquer que la PCSK9 fonctionne comme un senseur de stérols dans le petit intestin.

Étude du trafic cellulaire de la convertase de proprotéine PCSK9 responsable de la dégradation du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLR)

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de mortalité dans les pays industrialisés. L'hypercholestérolémie constitue un facteur de risque majeur pour les MCV. Elle est caractérisée par des niveaux élevés de lipoprotéines de faible densité (LDL, aussi appelé “mauvais cholestérol”). La présence prolongée de haut niveaux de LDL dans la circulation augmente le risque de formation de plaques athérosclérotiques, ce qui peut conduire à l'obstruction des artères et l'infarctus du myocarde. Le LDL est normalement extrait du sang par sa liaison au récepteur du LDL (LDLR) qui est responsable de son endocytose dans les hépatocytes. Des études génétiques humaines ont identifié PCSK9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) comme le troisième locus responsable de l'hypercholestérolémie autosomique dominante après le LDLR et son ligand l’apolipoprotéine B-100. PCSK9 interagit avec le LDLR et induit sa dégradation, augmentant ainsi les niveaux plasmatiques de LDL. Les mutations gain de fonction (GF) de PCSK9 sont associées à des niveaux plasmatiques élevés de LDL et à l'apparition précoce des MCV, alors que les mutations perte de fonction (PF) de PCSK9 diminuent le risque de MCV jusqu’à ~ 88% grâce à une réduction du LDL circulant. De ce fait, PCSK9 constitue une cible pharmacologique importante pour réduire le risque de MCV. PCSK9 lie le LDLR à la surface cellulaire et/ou dans l'appareil de Golgi des hépatocytes et provoque sa dégradation dans les lysosomes par un mécanisme encore mal compris. Le but de cette étude est de déterminer pourquoi certaines mutations humaines de PCSK9 sont incapables de dégrader le LDLR tandis que d'autres augmentent sa dégradation dans les lysosomes. Plusieurs mutations GF et PF de PCSK9 ont été fusionnées à la protéine fluorecente mCherry dans le but d'étudier leur mobilité moléculaire dans les cellules hépatiques vivantes. Nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence après photoblanchiment (FRAP) ont montré que les mutations GF (S127R et D129G) avaient une mobilité protéique plus élevée (> 35% par rapport au WT) dans le réseau trans- Golgien. En outre, nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence inverse après photoblanchiment (iFRAP) ont montré que les mutations PF de PCSK9 (R46L) avaient une mobilité protéique plus lente (<22% par rapport au WT) et une fraction mobile beaucoup plus petite (<40% par rapport au WT). Par ailleurs, nos analyses de microscopie confocale et électronique démontrent pour la toute première fois que PCSK9 est localisée et concentrée dans le TGN des hépatocytes humains via son domaine Cterminal (CHRD) qui est essentiel à la dégradation du LDLR. De plus, nos analyses sur des cellules vivantes démontrent pour la première fois que le CHRD n'est pas nécessaire à l'internalisation de PCSK9. Ces résultats apportent de nouveaux éléments importants sur le mécanisme d'action de PCSK9 et pourront contribuer ultimement au développement d'inhibiteurs de la dégradation du LDLR induite par PCSK9.

Analysis of peptides in prohormone convertase 1/3 null mouse brain using quantitative peptidomics

P>Neuropeptides are produced from larger precursors by limited proteolysis, first by endopeptidases and then by carboxypeptidases. Major endopeptidases required for these cleavages include prohormone convertase (PC) 1/3 and PC2. In this study, quantitative peptidomics analysis was used to characterize the specific role PC1/3 plays in this process. Peptides isolated from hypothalamus, amygdala, and striatum of PC1/3 null mice were compared with those from heterozygous and wild-type mice. Extracts were labeled with stable isotopic tags and fractionated by HPLC, after which relative peptide levels were determined using tandem mass spectrometry. In total, 92 peptides were found, of which 35 were known neuropeptides or related peptides derived from 15 distinct secretory pathway proteins: 7B2, chromogranin A and B, cocaine- and amphetamine-regulated transcript, procholecystokinin, proenkephalin, promelanin concentrating hormone, proneurotensin, propituitary adenylate cyclase-activating peptide, proSAAS, prosomatosatin, provasoactive intestinal peptide, provasopressin, secretogranin III, and VGF. Among the peptides derived from these proteins, similar to 1/3 were decreased in the PC1/3 null mice relative to wild-type mice, similar to 1/3 showed no change, and similar to 1/3 increased in PC1/3 null. Cleavage sites were analyzed in peptides that showed no change or that decreased in PC1/3 mice, and these results were compared with peptides that showed no change or decreased in previous peptidomic studies with PC2 null mice. Analysis of these sites showed that while PC1/3 and PC2 have overlapping substrate preferences, there are particular cleavage site residues that distinguish peptides preferred by each PC.

Combinatorial Anti-arenaviral Therapy with the Small Molecule SKI-1/S1P Inhibitor PF-429242 and Ribavirin

Arenaviruses are enveloped negative strand viruses that cause acute and chronic infections. Several Arenaviruses can cause severe hemorrhagic fever in humans. In West Africa Lassa virus causes several hundred thousand infections per year, while Junin, Machupo, Guanarito, and Sabia virus have emerged in South America. So far, only one drug is licensed against arenaviruses, the nucleoside analogue Ribavirin (Rib), which is effective when given early in disease, but shows only minor therapeutic effects in late stages of the infection. Previous works demonstrated that processing of the arenavirus glycoprotein precursor (GPC) by the cellular proprotein convertase site 1 protease (S1P), also known as subtilisin-kexinisozyme 1 (SKI-1), is crucial for cell-to-cell propagation of infectionand production of infectious virus. Recently, the SKI-1/S1P inhibitor PF-429242wasshownto inhibit Old World arenavirusGPCprocessing, cell-to-cell propagation, and infectious virus production. In the present study, we assessed the activity of PF-429242 against processing of the GPCs of the genetically and structurally more distant New World arenaviruses and found potent inhibition of processing of the GPCs of Junin, Machupo, and Guanarito virus. Using the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV), we studied the potency of PF-429242 in the context of acute and chronic infection. In line with published data, PF-429242 potently inhibited acute LCMV infection. PF-429242 was also highly active against chronic infection and drug treatment resulted in rapid extinction of the virus without emergence of drug-resistant variants. In a combinatorial drug approach, we found that PF-429242 potentiated the anti-viral effect of Rib in treatment of acute andchronic infection. Taken together, we showed that the SKI-1/S1P inhibitor PF-429242 is broadly active against GPC processing of all major human pathogenic arenaviruses. Apart from being potent in acute infection, the drug is remarkably active in clearing chronic infection and potentiated the anti-arenaviral activity of Rib.

Zymogen activation and subcellular activity of subtilisin kexin isozyme 1/site 1 protease.

The proprotein convertase subtilisin kexin isozyme 1 (SKI-1)/site 1 protease (S1P) plays crucial roles in cellular homeostatic functions and is hijacked by pathogenic viruses for the processing of their envelope glycoproteins. Zymogen activation of SKI-1/S1P involves sequential autocatalytic processing of its N-terminal prodomain at sites B'/B followed by the herein newly identified C'/C sites. We found that SKI-1/S1P autoprocessing results in intermediates whose catalytic domain remains associated with prodomain fragments of different lengths. In contrast to other zymogen proprotein convertases, all incompletely matured intermediates of SKI-1/S1P showed full catalytic activity toward cellular substrates, whereas optimal cleavage of viral glycoproteins depended on B'/B processing. Incompletely matured forms of SKI-1/S1P further process cellular and viral substrates in distinct subcellular compartments. Using a cell-based sensor for SKI-1/S1P activity, we found that 9 amino acid residues at the cleavage site (P1-P8) and P1' are necessary and sufficient to define the subcellular location of processing and to determine to what extent processing of a substrate depends on SKI-1/S1P maturation. In sum, our study reveals novel and unexpected features of SKI-1/S1P zymogen activation and subcellular specificity of activity toward cellular and pathogen-derived substrates.

The role of proteolytic processing and the stable signal peptide in expression of the Old World arenavirus envelope glycoprotein ectodomain.

Maturation of the arenavirus GP precursor (GPC) involves proteolytic processing by cellular signal peptidase and the proprotein convertase subtilisin kexin isozyme 1 (SKI-1)/site 1 protease (S1P), yielding a tripartite complex comprised of a stable signal peptide (SSP), the receptor-binding GP1, and the fusion-active transmembrane GP2. Here we investigated the roles of SKI-1/S1P processing and SSP in the biosynthesis of the recombinant GP ectodomains of lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) and Lassa virus (LASV). When expressed in mammalian cells, the LCMV and LASV GP ectodomains underwent processing by SKI-1/S1P, followed by dissociation of GP1 from GP2. The GP2 ectodomain spontaneously formed trimers as revealed by chemical cross-linking. The endogenous SSP, known to be crucial for maturation and transport of full-length arenavirus GPC was dispensable for processing and secretion of the soluble GP ectodomain, suggesting a specific role of SSP in the stable prefusion conformation and transport of full-length GPC.

Ontogeny of Sleeping in Color - Linking melanism to sleep architecture and rhythmicity variation in wild barn owl nestlings

The function of sleep remains unknown. To gain insight into the function of sleep in natural conditions, I assessed variation in sleep architecture and its link with fitness-related phenotypic traits. I considered melanin-based coloration because its underlying genetic basis is very well known giving an opportunity to examine whether some genes pleiotropically regulate both coloration and sleep. The melanocortin system is known to generate covariation between melanin-based coloration and other phenotypes like behaviour, physiology and life history traits. I investigated whether this system of genes could participate in the co-expression of coloration and sleep. I carried out a study with nestling barn owls (Tyto alba) in order to tackle the potential link between variation in color traits and the ontogeny of sleep under natural conditions. For this I established a suitable method for recording the brain activity (electroencephalogram) of owls in nature. Birds are especially interesting, because they convergently evolved sleep states similar to those exhibited by mammals. As in mammals, I found that in owlets time spent in rapid eye movement (REM) sleep declines with age, a relationship thought to eflect developmental changes in the brain. Thus this developmental trajectory appears to reflect a fundamental feature of sleep. Additionally, I discovered an association between a gene involved in melanism expressed in the feather follicles (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2) and the age-related changes in sleep in the brain. Nestlings with higher expression levels of PCSK2 showed a more precocial pattern of sleep development and a higher degree of melanin-based coloration compared to nestlings with lower PCSK2 expression. Also sleep architecture and the development of rhythmicity in brain and physical activity was related to plumage traits of the nestlings and their biological parents. This pattern during ontogeny might reflect differences in life l history strategies, antipredator behaviour and developmental pace. Therefore, differently colored individuals may differentially deal with trade-offs between the costs and benefits of sleep which in turn lead to differences in brain organization and ultimately fitness. These results should stimulate evolutionary biologists to consider sleep as a major life history trait. Résumé La fonction du sommeil reste inconnue. Afin d'acquérir une meilleur compréhension de la fonction du sommeil dans les conditions naturelles, j'ai analysé la variation dans l'architecture du sommeil et son lien avec d'autres traits phénotypiques liés au succès reproducteur (fitness). J'ai choisi et examiné la coloration mélanique, car ses bases génétiques sont bien connues et il est ainsi possible d'étudier si certains gènes, de façon pléiotropique régulent à la fois la coloration et le sommeil. J'ai exploré si ce système génétique était impliqué dans la co-expression de la coloration et du sommeil. J'ai effectué mon étude sur des poussins de chouette effraie (Tyto alba) en condition naturelle, pour rechercher ce lien potentiel entre la variation de la coloration et l'ontogenèse du sommeil. Dans ce but, j'ai établi une méthodologie permettant d'enregistrer l'activité cérébrale (électroencéphalogramme) des chouettes dans la nature. Les oiseaux sont particulièrement intéressants car ils ont développé, par évolution convergente, des phases de sommeil similaires à celles des mammifères. De manière semblable à ce qui a été montré chez les mammifères, j'ai découvert que le temps passé dans le sommeil paradoxal diminue avec l'âge des poussins. On pense que ceci est dû aux changements développementaux au niveau du cerveau. Cette trajectoire développementale semble refléter une caractéristique fondamentale du sommeil. J'ai également découvert une association entre l'un des gènes impliqué dans le mélanisme, exprimé dans les follicules plumeux (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), et les changements dans la structure du sommeil avec l'âge. Les poussins ayant un niveau d'expression génétique élevé de la PCSK2 présentent une structure du sommeil plus précoce et un taux de coloration dû à la mélanine plus élevé que des poussins avec un niveau d'expression moindre de la PCSK2. L'architecture du sommeil et le développement de la rythmicité dans le cerveau ainsi que l'activité physique sont également liés à la coloration des plumes des poussins et pourraient ainsi refléter des différences de stratégies d'histoire de vie, de comportements anti-prédateur et de vitesses développementales. Ainsi, des individus de coloration différente sembleraient traiter différemment les coûts et les bénéfices du sommeil, ce qui aurait des conséquences sur l'organisation cérébrale et pour finir, sur le succès reproducteur. Ces résultats devraient encourager les biologistes évolutionnistes à considérer le sommeil comme un important trait d'histoire de vie. Zusammenfassung Die Funktion von Schlaf ist noch unbekannt. Um mehr Einsicht in diese unter natürlichen Bedingungen zu bekommen, habe ich die Variation in der Schlafarchitektur und die Verknüpfung mit phänotypischen Merkmalen, die mit der Fitness zusammenhängen, studiert. Ich habe mir melanin-basierte Färbung angesehen, da die zugrunde liegende genetische Basis bekannt ist und somit die Möglichkeit gegeben ist, zu untersuchen, ob einige Gene beides regulieren, Färbung und Schlaf. Das melanocortin System generiert eine Kovariation zwischen melanin-basierter Färbung und anderen phänotypischer Merkmale wie Verhalten, Physiologie und Überlebensstrategien. Ich habe untersucht, ob dieses Gensystem an einer gleichzeitigen Steuerung von Färbung und Schlaf beteiligt ist. Dazu habe ich Schleiereulen (Tyto alba) studiert um einen möglichen Zusammenhang zwischen der Variation in der Pigmentierung und der Entwicklung des Schlafs unter natürlichen Bedingungen zu entdecken. Für diese Studie entwickelte ich eine Methode um die Gehirnaktivität (Elektroenzephalogramm) bei Eulen in der Natur aufzunehmen. Vögel sind besonders interessant, da sie die gleichen Schlafstadien aufweisen wie Säugetiere und diese unabhängig konvergent entwickelt haben. Genauso wie bei Säugetieren nahm die Dauer des sogenannten ,,rapid eye movement" (REM) - Schlafes mit zunehmendem Alter ab. Es wird angenommen, dass dieser Zusammenhang die Entwicklung des Gehirns widerspiegelt. Daher scheint dieses Entwicklungsmuster ein fundamentaler Aspekt von Schlaf zu sein. Zusätzlich entdeckte ich einen Zusammenhang zwischen der Aktivität eines Gens in den Federfollikeln (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), das für die Ausprägung schwarzer Punkte auf den Federn der Eulen verantwortlich ist, und den altersabhängigen Änderungen im Schlafmuster im Gehirn. Küken mit höherer Aktivität von PCSK2 zeigten eine frühreifere Schlafentwicklung und eine dunklere Färbung als Küken mit niedriger PCSK2 Aktivität. Die Architekture des Schlafes und die Entwicklung der Rhythmik im Gehirn und die der physischen Aktivität ist mit der Färbung des Gefieders von den Küken und ihren Eltern verknüpft. Dieses Muster während der Entwicklung kann Unterschiede in Überlebensstrategien, Feindabwehrverhalten und in der Entwicklungsgeschwindigkeit reflektieren. Unterschiedlich gefärbte Individuen könnten unterschiedliche Strategien haben um zwischen den Kosten und Nutzen von Schlaf zu entscheiden, was zu Unterschieden in der Gehirnstruktur führen kann und letztendlich zur Fitness. Diese Ergebnisse sollten Evolutionsbiologen stimulieren Schlaf als einen wichtigen Bestandteil des Lebens zu behandeln.