Exploring Parallels Between Molecular Changes Induced in PNS by Aging and Demyelinating Neuropathies

The peripheral nervous system (PNS) is involved in many age-dependent neurological deficits, including numbness, pain, restless legs, trouble with walking and balance that are commonly found in the elderly. These symptoms generally result from demyelination and/or loss of axonal integrity. However, the precise identity of age-regulated molecular changes in either neuronal or glial compartments of the nerve is unclear. Interestingly, these deficiencies are also present in inherited neuropathies, where the expressivity of the rapid and early onset phenotypes is undeniably more severe than in normal aging. Nevertheless, especially the molecular changes underlying loss of axonal integrity in neuropathy condition are also poorly understood. To unravel molecular mechanisms affected by PNS aging, we used wildtype mice at 17 time-points from day of birth until senescence (28 months-old). For the neuropathy study, we focused on 56 day-old Schwann cell-specific neuropathy-inducing mutants, MPZCre/1/ LpinfE2-3/fE2-3 and MPZCre/1/ScapfE1/fE1 mice, that have, at this age, already developed neuropathic symptoms. Transcriptomes of dissected Schwann cell-containing endoneurium or sensory neuron-containing dorsal root ganglia have been analyzed throughout time or genotypes, using Illumina Bead Chips. Following data validation, we identified groups of differentially expressed genes in the development, aging and in the neuropathic mutants, in both glial and neuronal compartments. We detected substantial differences in the dynamics of changes in gene expression during development and aging between these two compartments. Furthermore, considering the above-mentioned phenotypic similarities, we integrated aging and mutant data. Interestingly, we observed that there are some parallels at the molecular level between processes involved in aging, which leads to less severe and more progressive PNS alterations, and in the rapid onset peripheral neuropathies. Apart from helping the understanding of molecular alterations underlying age-related PNS phenotypes, this data should also contribute to the identification of pathways that could be used as targets for therapeutical approaches to prevent complications associated with both aging and inherited forms of neuropathies.

Switching between apparently redundant iron-uptake mechanisms benefits bacteria in changeable environments.

Bacteria often possess multiple siderophore-based iron uptake systems for scavenging this vital resource from their environment. However, some siderophores seem redundant, because they have limited iron-binding efficiency and are seldom expressed under iron limitation. Here, we investigate the conundrum of why selection does not eliminate this apparent redundancy. We focus on Pseudomonas aeruginosa, a bacterium that can produce two siderophores-the highly efficient but metabolically expensive pyoverdine, and the inefficient but metabolically cheap pyochelin. We found that the bacteria possess molecular mechanisms to phenotypically switch from mainly producing pyoverdine under severe iron limitation to mainly producing pyochelin when iron is only moderately limited. We further show that strains exclusively producing pyochelin grew significantly better than strains exclusively producing pyoverdine under moderate iron limitation, whereas the inverse was seen under severe iron limitation. This suggests that pyochelin is not redundant, but that switching between siderophore strategies might be beneficial to trade off efficiencies versus costs of siderophores. Indeed, simulations parameterized from our data confirmed that strains retaining the capacity to switch between siderophores significantly outcompeted strains defective for one or the other siderophore under fluctuating iron availabilities. Finally, we discuss how siderophore switching can be viewed as a form of collective decision-making, whereby a coordinated shift in behaviour at the group level emerges as a result of positive and negative feedback loops operating among individuals at the local scale.

The pollutant diethylhexyl phthalate regulates hepatic energy metabolism via species-specific PPARalpha-dependent mechanisms.

Background: The modulation of energetic homeostasis by pollutants has recently emerged as a potential contributor to the onset of metabolic disorders. Diethylhexyl phthalate (DEHP) is a widely used industrial plasticizer to which humans are widely exposed. Phthalates can activate the three peroxisome proliferatoractivated receptor (PPAR) isotypes on cellular models and induce peroxisome proliferation in rodents.Objectives: In this study, we aimed to evaluate the systemic and metabolic consequences of DEHP exposure that have remained so far unexplored and to characterize the underlying molecular mechanisms of action.Methods: As a proof of concept and mechanism, genetically engineered mouse models of PPARs were exposed to high doses of DEHP, followed by metabolic and molecular analyses.Results: DEHP-treated mice were protected from diet-induced obesity via PPARalpha-dependent activation of hepatic fatty acid catabolism, whereas the activity of neither PPARbeta nor PPARgamma was affected. However, the lean phenotype observed in response to DEHP in wild-type mice was surprisingly abolished in PPARalpha-humanized mice. These species differences are associated with a different pattern of coregulator recruitment.Conclusion: These results demonstrate that DEHP exerts species-specific metabolic actions that rely to a large extent on PPARalpha signaling and highlight the metabolic importance of the species-specific activation of PPARalpha by xenobiotic compounds. Editor's SummaryDiethylhexyl phthalate (DEHP) is an industrial plasticizer used in cosmetics, medical devices, food packaging, and other applications. Evidence that DEHP metabolites can activate peroxisome proliferatoractivated receptors (PPARs) involved in fatty acid oxidation (PPARalpha and PPARbeta) and adiposite function and insulin resistance (PPARgamma) has raised concerns about potential effects of DEHP on metabolic homeostasis. In rodents, PPARalpha activation also induces hepatic peroxisome proliferation, but this response to PPARalpha activation is not observed in humans. Feige et al. (p. 234) evaluated systemic and metabolic consequences of high-dose oral DEHP in combination with a high-fat diet in wild-type mice and genetically engineered mouse PPAR models. The authors report that mice exposed to DEHP gained less weight than controls, without modifying their feeding behavior; they also exhibited lower triglyceride levels, smaller adipocytes, and improved glucose tolerance compared with controls. These effects, which were observed in mice fed both high-fat and standard diets, appeared to be mediated by PPARalpha-dependent activation of hepatic fatty acid catabolism without apparent involvement of PPARbeta or PPARgamma. However, mouse models that expressed human (versus mouse) PPARalpha tended to gain more weight on a high-fat diet than their DHEP-unexposed counterparts. The authors conclude that findings support species-specific metabolic effects of DEHP mediated by PPARalpha activation.

Toxic and drug-induced peripheral neuropathies: updates on causes, mechanisms and management.

PURPOSE OF REVIEW: This review discusses publications highlighting current research on toxic, chemotherapy-induced peripheral neuropathies (CIPNs), and drug-induced peripheral neuropathies (DIPNs). RECENT FINDINGS: The emphasis in clinical studies is on the early detection and grading of peripheral neuropathies, whereas recent studies in animal models have given insights into molecular mechanisms, with the discovery of novel neuronal, axonal, and Schwann cell targets. Some substances trigger inflammatory changes in the peripheral nerves. Pharmacogenetic techniques are underway to identify genes that may help to predict individuals at higher risk of developing DIPNs. Several papers have been published on chemoprotectants; however, to date, this approach has not been shown effective in clinical trials. SUMMARY: Both length and nonlength-dependent neuropathies are encountered, including small-fiber involvement. The introduction of new diagnostic techniques, such as excitability studies, skin laser Doppler flowmetry, and pharmacogenetics, holds promise for early detection and to elucidate underlying mechanisms. New approaches to improve functions and quality of life in CIPN patients are discussed. Apart from developing less neurotoxic anticancer therapies, there is still hope to identify chemoprotective agents (erythropoietin and substances involved in the endocannabinoid system are promising) able to prevent or correct painful CIPNs.

The use of biodiversity as source of new chemical entities against defined molecular targets for treatment of malaria, tuberculosis, and T-cell mediated diseases: a review

The modern approach to the development of new chemical entities against complex diseases, especially the neglected endemic diseases such as tuberculosis and malaria, is based on the use of defined molecular targets. Among the advantages, this approach allows (i) the search and identification of lead compounds with defined molecular mechanisms against a defined target (e.g. enzymes from defined pathways), (ii) the analysis of a great number of compounds with a favorable cost/benefit ratio, (iii) the development even in the initial stages of compounds with selective toxicity (the fundamental principle of chemotherapy), (iv) the evaluation of plant extracts as well as of pure substances. The current use of such technology, unfortunately, is concentrated in developed countries, especially in the big pharma. This fact contributes in a significant way to hamper the development of innovative new compounds to treat neglected diseases. The large biodiversity within the territory of Brazil puts the country in a strategic position to develop the rational and sustained exploration of new metabolites of therapeutic value. The extension of the country covers a wide range of climates, soil types, and altitudes, providing a unique set of selective pressures for the adaptation of plant life in these scenarios. Chemical diversity is also driven by these forces, in an attempt to best fit the plant communities to the particular abiotic stresses, fauna, and microbes that co-exist with them. Certain areas of vegetation (Amazonian Forest, Atlantic Forest, Araucaria Forest, Cerrado-Brazilian Savanna, and Caatinga) are rich in species and types of environments to be used to search for natural compounds active against tuberculosis, malaria, and chronic-degenerative diseases. The present review describes some strategies to search for natural compounds, whose choice can be based on ethnobotanical and chemotaxonomical studies, and screen for their ability to bind to immobilized drug targets and to inhibit their activities. Molecular cloning, gene knockout, protein expression and purification, N-terminal sequencing, and mass spectrometry are the methods of choice to provide homogeneous drug targets for immobilization by optimized chemical reactions. Plant extract preparations, fractionation of promising plant extracts, propagation protocols and definition of in planta studies to maximize product yield of plant species producing active compounds have to be performed to provide a continuing supply of bioactive materials. Chemical characterization of natural compounds, determination of mode of action by kinetics and other spectroscopic methods (MS, X-ray, NMR), as well as in vitro and in vivo biological assays, chemical derivatization, and structure-activity relationships have to be carried out to provide a thorough knowledge on which to base the search for natural compounds or their derivatives with biological activity.

Revisiting steroid treatment for septic shock: molecular actions and clinical effects - a review

Corticosteroids are widely used to treat a diversity of pathological conditions including allergic, autoimmune and some infectious diseases. These drugs have complex mechanisms of action involving both genomic and non-genomic mechanisms and interfere with different signal transduction pathways in the cell. The use of corticosteroids to treat critically ill patients with acute respiratory distress syndrome and severe infections, such as sepsis and pneumonia, is still a matter of intense debate in the scientific and medical community with evidence both for and against its use in these patients. Here, we review the basic molecular mechanisms important for corticosteroid action as well as current evidence for their use, or not, in septic patients. We also present an analysis of the reasons why this is still such a controversial point in the literature.

Molecular dissection of Arabidopsis thaliana endodermis development, structure and function

In vascular plants, the endodermis establishes a protective diffusion barrier surrounding the vasculature preventing the passive, uncontrolled entry of nutrients absorbed by the plant. It does so by means of a differentiation feature, the "Casparian Strip" (CS), a highly localized cell wall impregnation made of lignin, which seals the extracellular space. Although the existence of this differentiation feature has been intensively described, the mechanisms establishing this hallmark remain obscure. In this work I report, the developmental sequence of events that leads to a differentiated endodermis, in the plant model Arabidopsis thaliana. In addition, my descriptive approach gave important insights as to how these cells define membrane domains involved in the directional transport of nutrients. I also participated in characterizing a new transmembrane protein family, the CASPs, localized to the membrane domain underlying the CS, which we accordingly named the Casparian Strip membrane Domain (CSD). Our molecular analysis indicates that these proteins drive CS establishment. To identify more molecular factors of CS establishment, I performed a forward genetic screen. This screen led to the identification of 11 endodermis permissive mutants, which we named schengen (sgn) mutants. The causative mutations have been mapped to 5 independent loci: SGN1 to SGN5. SGN1 and SGN3 encode Receptor Like Kinases involved in the correct establishment of the CSD. A lack of those kinases leads to an incomplete CSD, which gives rise to interrupted CS barriers. Interestingly, SGN1 seems to also regulate CSD positioning to the middle of endodermal transversal walls. SGN4 encodes an NADPH oxidase involved in lignin polymerization essential for CS formation. The sgn5 mutant induces extra divisions of cortical cells strongly affecting the cell identity, but also leading to incorrect differentiation. A thorough characterization of the sgn2 mutant will follow elsewhere, yet preliminary results indicate that SGN2 encodes an Acyl-CoA N-acyltransferase. . In summary, with my work I have contributed a first set of molecular players of Casparian strip formation and initiated their characterization. Eventually, this might lead to an understanding of the molecular mechanisms of CS establishment in A.thaliana . This in turn will hopefully help to better understand nutrient uptake in higher plants and their response to environmental stresses. - Au sein des plantes vasculaires, l'endoderme représente un tissu protecteur mettant en place une barrière imperméable, empêchant n'importe quel élément de rejoindre les tissus conducteurs par simple diffusion. Cette barrière, appelée « Cadre de Caspary », correspond à une lignification de la paroi de l'endoderme et donne lieu à un cloisonnement de l'espace intercellulaire. Bien que cet élément de différenciation soit décrit en détail, sa mise en place reste incomprise. Cette étude indique la suite d'événements aboutissant à l'établissement du cadre de Caspary chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. De plus, ce travail apporte de nouvelles connaissances expliquant comment ces cellules définissent des domaines membranaires importants pour le transport des nutriments. Nous décrivons une nouvelle famille de protéines membranaires, les CASPs (« CAparian Strip membrane domain Proteins »), localisées dans un domaine membranaire longeant le cadre de Caspary : le domaine de Caspary (CSD). L'analyse moléculaire des CASPs indique qu'elles dirigent la formation du cadre de Caspary. Par ailleurs, une approche génétique directe nous a permis d'identifier 11 mutants ayant un endoderme perméable. Nous avons nommé ces mutants Schengen, en référence à la zone de libre échange européenne. Les mutations impliquées dans ces mutants affectent 5 gènes désignés de SGN1 à SGN5. SGN1 et SGN3 produisent des protéines de type kinases (« Receptor-like Kinases », RLK) qui participent à la délimitation du CSD. L'absence de ces kinases aboutit à un domaine CSD incomplet, se traduisant par un cadre de Caspary discontinu. De plus, SGN1 semble réguler le positionnement du CSD au milieu de la paroi transversale de l'endoderme. SGN4 produit une enzyme de type NADPH oxydase impliquée dans la polymérisation du cadre de Caspary. Dans le mutant sgn5, on observe une division anormale des cellules du cortex créant ainsi une nouvelle couche cellulaire incapable d'achever sa différenciation en endoderme. Quant à la mutation sgn2, bien que nous pensons qu'elle affecte une Acyl-CoA N-acyltransferase, sa caractérisation ne sera réalisée que prochainement. Au final, ce travail procure de nouveaux éléments sur l'établissement du cadre de Caspary qui pourraient être importants afin de comprendre comment les plantes sélectionnent leurs nutriments et résistent à des conditions environnementales parfois hostiles. - De par leur immobilité, les plantes terrestres n'ont pas d'autre choix que de puiser leurs ressources dans leur environnement direct. La plante extrait du sol les nutriments qui lui sont nécessaires et les redistribue grâce à des tissus conducteurs. Afin de ne pas s'intoxiquer, il est donc essentiel de pouvoir sélectionner les éléments entrant dans la racine. Etonnement, ce n'est pas la surface des racines qui permet ce contrôle mais un tissu interne appelé endoderme. Ce dernier forme une barrière imperméable qui entoure chaque cellule et crée une jointure permettant de bloquer le passage des éléments entre les cellules. Cette structure, appelée « cadre de Caspary », oblige les éléments à entrer dans les cellules de l'endoderme et à être ainsi sélectionnés. Bien que cette structure soit décrite en détail, sa mise en place reste incomprise. Cette étude indique la suite d'événements qui aboutit à la formation du cadre de Caspary chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Ce travail apporte également de nouvelles connaissances expliquant comment ces cellules définissent, organisent et dirigent le transport des nutriments. Nous décrivons comment certains éléments de la cellule, les protéines CASPs (CAsparian Strip membrane domain Proteins), sont organisées un domaine particulier des membranes afin de créer une plateforme de construction longeant le cadre de Caspary : le domaine de Caspary (CSD). Afin de déterminer ce qu'il se passerait si une plante ne possédait pas de cadre de Caspary, nous avons réalisé une mutagénèse, ou approche génétique directe, et identifié 11 mutants (individu ayant un gène défectueux conduisant à la perte d'une fonction) ayant un endoderme perméable. Nous avons nommé ces mutants schengen, en référence à la zone de libre échange européenne. Les mutations impliquées dans ces mutants affectent 5 gènes désignés de SGN1 à SGN5. Les gènes SGN1 et SGN3 produisent des protéines de type kinases (« Receptor-like Kinases », RLK) servant à l'établissement de la plateforme de construction. L'absence de ces kinases aboutit à une base incomplète, se traduisant par un cadre de Caspary discontinu. Qui plus est, la kinase SGN1 semble réguler le positionnement de la plateforme au milieu de l'endoderme. Le gène SGN4 est par contre, impliqué dans la construction à proprement dite du cadre de Caspary. Dans le mutant sgn5, on observe une nouvelle couche de cellules ressemblant à de l'endoderme mais incapable de former correctement une barrière identique au cadre de Caspary. Quant au dernier mutant, sgn2, bien que cette étude fournisse des indices permettant de comprendre pourquoi le mutant sgn2 est défectueux, nous n'expliquerons ce cas que prochainement. En résumé, ce travail procure de nouvelles connaissances sur l'établissement du cadre de Caspary qui pourraient être importantes afin de comprendre comment les plantes sélectionnent leurs nutriments et résistent à des conditions environnementales parfois hostiles.

Molecular analysis of non-melanoma skin cancer

SUMMARY:Cylindroma, trichoepithelioma and spiradenoma are benign tumors of hair follicle. They are caused by mutations and loss of heterozygosity in the CYLD gene. CYLD is a ubiquitously expressed, but the tumors are restricted to skin, suggesting that the tumorigenesis is influenced by skin-specific regulators and probably by mutations in other genes. The objectives of the thesis were to analyze the molecular mechanisms leading to the aforementioned tumors. In the first project, we have identified five new mutations in CYLD gene in tive families affected with different combinations of these skin appendage tumors. F our of these mutations caused the introduction of a premature stop codon in CYLD protein sequence, but one was a missense mutation changing aspartic acid 681 into glycine (D68lG), in patients exhibiting multiple trichoepitheliomas. CYLD is a deubiquitinase which can downregulate NF-κB and INK pathways through the deubiquitination of TRAF2, for example. We showed that the CYLD-D681G mutant was unable to remove polyubiquitin chains from TRAF2. We also proved that CYLD-D68lG could not inhibit TRAP 2- or TNFα- mediated NF-κB or INK activations in 293T cells. These results underlined the importance of the D68l residue for the enzymatic activity of CYLD. TRAP-interacting protein (TRIP), which is a E3-Ubiquitin ligase, is a partner of CYLD. In the second project of the thesis, we studied the function of TRIP in the epidermis. We found that TRIP was a nucleolar protein in cultured human primary keratinocytes (HEK) and HeLa cells, and was detected in the midbody of HeLa cells. Moreover, TRIP expression was shown to be downregulated through a PKC-dependent mechanism before induction of keratinocyte differentiation. We also proved that TRIP was upregulated in basal cell carcinomas. Furthermore, TRIP was found to be important for keratinocyte survival and proliferation through the regulation of the Gl/S transition. Our results suggest that TRIP may be involved in keratinocyte tumorigenesis.RÉSUMÉ :Les cylindromes, trichoépithéliomes et spiradénomes sont des tumeurs bénignes du follicule pileux causées par des mutations et une perte d'hétérozygotie du gène CYLD. CYLD est ubiquitaire mais les tumeurs sont limitées à la peau, suggérant que la tumorigénèse est influencée par des protéines spécifiques de la peau et par des mutations dans d'autres gènes. Les objectifs de la thèse étaient d'2malyser les mécanismes moléculaires aboutissant à la formation de ces tumeurs. Dans le premier projet, cinq nouvelles mutations du gène CYLD ont été identifiées chez cinq familles présentant différentes combinaisons des tumeurs citées ci- dessus. Quatre de ces mutations causaient I' introduction d'un codon stop prématuré dans la séquence protéique, mais une était une mutation «misser1se» changeant l'aspartate 681 en résidu glycine (D68lG) chez des patients présentant des trichoépithéliomes multiples. CYLD est une déubiquitinase qui inhibe les voies de signalisation de NF-κB et JNK, en déubiquitinant notamment TRAF2. Nous avons montré que la protéine mutante CYLD- D68lG ne pouvait pas cliver la chaîne de poly-ubiquitines liée à TRAF2. CYLD-D68lG était aussi incapable d'inhiber l'activation de NF-κB ou de JNK induite par TRAF2 ou TNF-o dans les cellules 293T. Ces résultats ont donc souligné l'impo1tance du résidu D68l pour l'activité de CYLD. «TRAF-interacting protein (TRIP)», qui est une «E3-ubiquitin-ligase», est un partenaire de CYLD. Dans le second proj et de la thèse, nous avons étudié la fonction de TRIP dans l'épidenne. Nous avons montrépque TRIP était nucléolaire dans les cellules HeLa et les kératinocytes primaires humains en culture et était détectée dans le «midbody» des cellules HeLa. Nous avons prouvé que l'ARNm de TRIP était diminué avant l'induction de la différentiation des kératinocytes, par un mécanisme dépendent de la protéine kinase C, tandis qu'il était augmenté dans les carcinomes baso-cellulaires. Nous avons aussi montré que TRIP influençait la prolifération et la survie des kératinocytes en régulant la transition G1/S, Nos résultats suggèrent que TRIP est peut-être impliquée dans la tumorigénèse des kératinocytes. 7

From molecular action to physiological outputs: peroxisome proliferator-activated receptors are nuclear receptors at the crossroads of key cellular functions.

Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) compose a family of three nuclear receptors which act as lipid sensors to modulate gene expression. As such, PPARs are implicated in major metabolic and inflammatory regulations with far-reaching medical consequences, as well as in important processes controlling cellular fate. Throughout this review, we focus on the cellular functions of these receptors. The molecular mechanisms through which PPARs regulate transcription are thoroughly addressed with particular emphasis on the latest results on corepressor and coactivator action. Their implication in cellular metabolism and in the control of the balance between cell proliferation, differentiation and survival is then reviewed. Finally, we discuss how the integration of various intra-cellular signaling pathways allows PPARs to participate to whole-body homeostasis by mediating regulatory crosstalks between organs.

Exploring the mechanisms regulating nutrient bioavailability and lipid metabolism through a nutrigenomics approach

SUMMARY Following the complete sequencing of the human genome, the field of nutrition has begun utilizing this vast quantity of information to comprehensively explore the interactions between diet and genes. This approach, coined nutrigenomics, aims to determine the influence of common dietary ingredients on the genome, and attempts to relate the resulting different phenotypes to differences in the cellular and/or genetic response of the biological system. However, complementary to defining the biological outcomes of dietary ingredients, we must also understand the influence of the multiple factors (such as the microbiota, bile, and function of transporters) that may contribute to the bioavailability, and ultimately bioefficacy, of these ingredients. The gastrointestinal tract (GIT) is the body's foremost tissue boundary, interacting with nutrients, exogenous compounds and microbiota, and whose condition is influenced by the complex interplay between these environmental factors and genetic elements. In order to understand GIT nutrient-gene interactions, our goal was to comprehensively elucidate the region-specific gene expression underlying intestinal functions. We found important regional differences in the expression of members of the ATP-binding cassette family of transporters in the mouse intestine, suggesting that absorption of dietary compounds may vary along the GIT. Furthermore, the influence of the microbiota on host gene expression indicated that this luminal factor predominantly influences immune function and water transport throughout the GIT; however, the identification of region-specific functions suggest distinct host-bacterial interactions along the GIT. Thus, these findings reinforce that to understand nutrient bioavailability and GIT function, one must consider the physiologically distinct regions of the gut. Nutritional molecules absorbed by the enterocytes of the GIT enter circulation and will be selectively absorbed and metabolised by tissues throughout the body; however, their bioefficacy in the body will depend on the unique and shared molecular mechanisms of the various tissues. Using a nutrigenomic approach, the biological responses of the liver and hippocampus of mice fed different long chain-polyunsaturated fatty acids diets revealed tissue-specific responses. Furthermore, we identified stearoyl-CoA desaturase as a hepatic target for arachidonic acid, suggesting a potentially novel molecular mechanism that may protect against diet-induced obesity. In summary, this work begins to unveil the fundamentally important role that nutrigenomics will play in unravelling the molecular mechanisms, and those exogenous factors capable of influencing these mechanisms, that regulate the bioefficacy of nutritional molecules. RÉSUMÉ Suite au séquençage complet du génome humain, le domaine de la nutrition a commencé à utiliser cette vaste quantité d'information pour explorer de manière globale les interactions entre la nourriture et les gènes. Cette approche, appelée « nutrigenomics », a pour but de déterminer l'influence d'ingrédients couramment utilisés dans l'alimentation sur le génome, et d'essayer de relier ces différents phénotypes, ainsi révélés, à des différences de réponses cellulaires et/ou génétiques. Cependant, en plus de définir les effets biologiques d'ingrédients alimentaires, il est important de comprendre l'influence des multiples facteurs (telle que la microflore, la bile et la fonction des transporteurs) pouvant contribuer à la bio- disponibilité et par conséquent à l'efficacité de ces ingrédients. Le tractus gastro-intestinal (TGI), qui est la première barrière vers les tissus, interagit avec les nutriments, les composés exogènes et la microflore. La fonction de cet organe est influencée par les interactions complexes entre les facteurs environnementaux et les éléments génétiques. Dans le but de comprendre les interactions entre les nutriments et les gènes au niveau du TGI, notre objectif a été de décrire de manière globale l'expression génique spécifique de chaque région de l'intestin définissant leurs fonctions. Nous avons trouvé d'importantes différences régionales dans l'expression des transporteurs de la famille des « ATP-binding cassette transporter » dans l'intestin de souris, suggérant que l'absorption des composés alimentaires puisse varier le long de l'intestin. De plus, l'étude des effets de la microflore sur l'expression des gènes hôtes a indiqué que ce facteur de la lumière intestinale influence surtout la fonction immunitaire et le transport de l'eau à travers l'intestin. Cependant, l'identification des fonctions spécifiques de chaque région suggère des interactions distinctes entre l'hôte et les bactéries le long de l'intestin. Ainsi, ces résultats renforcent l'idée que la compréhension de la bio-disponibilité des nutriments, et par conséquent la fonction du TGI, doit prendre en considération les différences régionales. Les molécules nutritionnelles transportées par les entérocytes jusqu'à la circulation sanguine, sont ensuite sélectivement absorbées et métabolisées par les différents tissus de l'organisme. Cependant, leur efficacité biologique dépendra du mécanisme commun ou spécifique de chaque tissu. En utilisant une approche « nutriogenomics », nous avons pu mettre en évidence les réponses biologiques spécifiques du foie et de l'hippocampe de souris nourris avec des régimes supplémentés avec différents acides gras poly-insaturés à chaîne longue. De plus, nous avons identifié la stearoyl-CoA desaturase comme une cible hépatique pour l'acide arachidonique, suggérant un nouveau mécanisme moléculaire pouvant potentiellement protéger contre le développement de l'obésité. En résumé, ce travail a permis de dévoiler le rôle fondamental qu'une approche telle que la « nutrigenomics » peut jouer dans le décryptage des mécanismes moléculaires et de leur régulation par des facteurs exogènes, qui ensemble vont contrôler l'efficacité biologique des nutriments.

Integrating receptor interactions and dynamics and Interference with endocrine disruptors in the mechanisms of action of PPAR nuclear receptors

Abstract Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPARs) form a family of three nuclear receptors regulating important cellular and metabolic functions. PPARs control gene expression by directly binding to target promoters as heterodimers with the Retinoid X Receptor (RXR), and their transcriptional activity is enhanced upon activation by natural or pharmacological ligands. The binding of PPAR/RXR heterodimers on target promoters allows the anchoring of a series of coactivators and corepressors involved in promoter remodeling and the recruitment of the transcription machinery. The transcriptional output finally depends on a complex interplay between (i) the respective expression levels of PPARs, RXRs and of other nuclear receptors competing for DNA binding and RXR recruitment, (ii) the availability and the nature of PPAR and RXR ligands, (iii) the expression levels and the nature of the different coactivators and corepressors and (iv) the sequence and the epigenetic status of the promoter. Understanding how all these factors and signals integrate and fine-tune transcription remains a challenge but is necessary to understand the specificity of the physiological functions regulated by PPARs. The work presented herein focuses on the molecular mechanisms of PPAR action and aims at understanding how the interactions and mobility of the receptor modulate transcription in the physiological context of a living cell: Such observations in vivo rely on the use of engineered fluorescent protein chimeras and require the development and the application of complementary imaging techniques such as Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP), Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) and Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS). Using such techniques, PPARs are shown to reside solely in the nucleus where they are constitutively associated with RXR but transcriptional activation by ligand binding -does not promote the formation of sub-nuclear structures as observed with other nuclear receptors. In addition, the engagement of unliganded PPARs in large complexes of cofactors in living cells provides a molecular basis for their ligand-independent activity. Ligand binding reduces receptor diffusion by promoting the recruitment of coactivators which further enlarge the size of PPAR complexes to acquire full transcriptional competence. Using these molecular approaches, we deciphered the molecular mechanisms through which phthalates, a class of pollutants from the plastic industry, interfere with PPARγ signaling. Mono-ethyl-hexyl-phthalate (MEHP) binding induces the recruitment of a specific subset of cofactors and translates into the expression of a specific subset of target genes, the transcriptional output being strongly conditioned by the differentiation status of the cell. This selective PPARγ modulation induces limited adipogenic effects in cellular models while exposure to phthalates in animal models leads to protective effects on glucose tolerance and diet-induced obesity. These results demonstrate that phthalates influence lipid and carbohydrate metabolism through complex mechanisms which most likely involve PPARγ but also probably PPARα and PPARß, Altogether, the molecular and physiological demonstration of the interference of pollutants with PPAR action outlines an important role of chemical exposure in metabolic regulations. Résumé Les PPARs (Peroxisome Proliferator-Activated Receptors) forment une famille de récepteurs nucléaires qui régulent des fonctions cellulaires et métaboliques importantes. Les PPARs contrôlent l'expression des gènes en se liant directement à leurs promoteurs sous forme d'hétérodimères avec les récepteurs RXR (Retinoid X Receptor), et leur activité transcriptionnelle est stimulée par la liaison de ligands naturels ou pharmacologiques. L'association des hétérodimères PPAR/RXR avec les promoteurs des gènes cibles permet le recrutement de coactivateurs et de corépresseurs qui vont permettre le remodelage de la chromatine et le recrutement de la machinerie transcriptionnelle. Les actions transcriptionnelles du récepteur dépendent toutefois d'interactions complexes qui sont régulées par (i) le niveau d'expression des PPARs, des RXRs et d'autres récepteurs nucléaires entrant en compétition pour la liaison à l'ADN et l'association avec RXR, (ii) la disponibilité et la nature de ligands de PPAR et de RXR, (iii) les niveaux d'expression et la nature des différents coactivateurs et corépresseurs et (iv) la séquence et le marquage épigénétique des promoteurs. La compréhension des mécanismes qui permettent d'intégrer ces aspects pour assurer une régulation fine de l'activité transcriptionnelle est un défi qu'il est nécessaire de relever pour comprendre la spécificité des fonctions physiologiques régulées par les PPARs. Ce travail concerne l'étude des mécanismes d'action moléculaire des PPARs et vise à mieux comprendre comment les interactions du récepteur avec d'autres protéines ainsi que la mobilité de ce dernier régulent son activité transcriptionnelle dans le contexte physiologique des cellules vivantes. De telles observations reposent sur l'emploi de protéines fusionnées à des protéines fluorescentes ainsi que sur le développement et l'utilisation de techniques d'imagerie complémentaires telles que le FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching), le FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) ou la FCS (Fluorescence Corrélation Spectroscopy). En appliquant ces méthodes, nous avons pu montrer que les PPARs résident toujours dans le noyau où ils sont associés de manière constitutive à RXR, mais que l'ajout de ligand n'induit pas la formation de structures sub-nucléaires comme cela a pu être décrit pour d'autres récepteurs nucléaires. De plus, les PPARs sont engagés dans de larges complexes protéiques de cofacteurs en absence de ligand, ce qui procure une explication moléculaire à leur activité ligand-indépendante. La liaison du ligand réduit la vitesse de diffusion du récepteur en induisant le recrutement de coactivateurs qui augmente encore plus la taille des complexes afin d'acquérir un potentiel d'activation maximal. En utilisant ces approches moléculaires, nous avons pu caractériser les mécanismes permettant aux phtalates, une classe de polluants provenant de l'industrie plastique, d'interférer avec PPARγ. La liaison du mono-ethyl-hexyl-phtalate (NERF) à PPARγ induit un recrutement sélectif de cofacteurs, se traduisant par l'induction spécifique d'un sous-ensemble de gènes qui varie en fonction du niveau de différentiation cellulaire. La modulation sélective de PPARγ par le MEHP provoque une adipogenèse modérée dans des modèles cellulaires alors que l'exposition de modèles animaux aux phtalates induit des effets bénéfiques sur la tolérance au glucose et sur le développement de l'obésité. Toutefois, les phtalates ont une action complexe sur le métabolisme glucido-lipidique en faisant intervenir PPARγ mais aussi probablement PPARα et PPARß. Cette démonstration moléculaire et physiologique de l'interférence des polluants avec les récepteurs nucléaires PPAR souligne un rôle important de l'exposition à de tels composés dans les régulations métaboliques.

Control of pancreatic β-cell mass and function by gluco-incretin hormones : identification of novel regulatory mechanisms for the treatment of diabetes

Summary : Control of pancreatic ß-cell mass and function by gluco-incretin hormones: Identification of novel regulatory mechanisms for the treatment of diabetes The ß-cells of islets of Langerhans secrete insulin to reduce hyperglycemia. The number of pancreatic islet ß-cells and their capacity to secrete insulin is modulated in normal physiological conditions to respond to the metabolic demand of the organism. A failure of the endocrine pancreas to maintain an adequate insulin secretory capacity due to a reduced ß-cell number and function underlies the pathogenesis of both type 1 and type 2 diabetes. The molecular mechanisms controlling the glucose competence of mature ß-cells, i.e., the magnitude of their insulin secretion response to glucose, ß-cell replication, their differentiation from precursor cells and protection against apoptosis are poorly understood. To investigate these mechanisms, we studied the effects on ß-cells of the gluco-incretin hormones, glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) and glucagon-like peptide-1 (GLP-1) which are secreted by intestinal endocrine cells after food intake. Besides acutely potentiating glucose-stimulated insulin secretion, these hormones induce ß-cell differentiation from precursor cells, stimulate mature ß-cell replication, and protect them against apoptosis. Therefore, understanding the molecular basis for gluco-incretin action may lead to the uncovering of novel ß-cell regulatory events with potential application for the treatment or prevention of diabetes. Islets from mice with inactivation of both GIP and GLP-1 receptor genes (dK0) present a defect in glucose-induced insulin secretion and are more sensitive than control islets to cytokine-induced apoptosis. To search for regulatory genes, that may control both glucose competence and protection against apoptosis, we performed comparative transcriptomic analysis of islets from control and dK0 mice. We found a strong down-regulation of the IGF1 Rexpression in dK0 islets. We demonstrated in both a mouse insulin-secreting cell line and primary islets, that GLP-1 stimulated IGF-1R expression and signaling. Importantly, GLP-1induced IGF-1R-dependent Akt phosphorylation required active secretion, indicating the presence of an autocrine activation mechanism. We further showed that activation of IGF-1R signaling was dependent on the secretion of IGF-2 and IGF-2 expression was regulated by nutrients. Finally, we demonstrated that the IGF-Z/IGF-1R autocrine loop was required for GLP-1 i) to protect ß-cells against cytokine-induced apoptosis, ii) to enhance their glucose competence and iii) to increase ß-cell proliferation. Résumé : Contrôle de la masse des cellules ß pancréatiques et de leur fonction par les hormones glucoincrétines: Identification de nouveaux mécanismes régulateurs pour le traitement du diabète Les cellules ß des îlots de Langerhans sécrètent l'insuline pour diminuer l'hyperglycémie. Le nombre de cellules ß et leur capacité à sécréter l'insuline sont modulés dans les conditions physiologiques normales pour répondre à la demande métabolique de l'organisme. Un échec du pancréas endocrine à maintenir sa capacité sécrétoire d'insuline dû à une diminution du nombre et de la fonction des cellules ß conduit au diabète de type 1 et de type 2. Les mécanismes moléculaires contrôlant la compétence au glucose des cellules ß matures, tels que, l'augmentation de la sécrétion d'insuline en réponse au glucose, la réplication des cellules ß, leur différentiation à partir de cellules précurseurs et la protection contre l'apoptose sont encore peu connus. Afin d'examiner ces mécanismes, nous avons étudié les effets sur les cellules ß des hormones gluco-incrétines, glucose-dépendent insulinotropic polypeptide (G1P) et glucagon-like peptide-1 (GLP-1) qui sont sécrétées par les cellules endocrines de l'intestin après la prise alimentaire. En plus de potentialiser la sécrétion d'insuline induite par le glucose, ces hormones induisent la différentiation de cellules ß à partir de cellules précurseurs, stimulent leur prolifération et les protègent contre l'apoptose. Par conséquent, comprendre les mécanismes d'action des gluco-incrétines permettrait de découvrir de nouveaux processus régulant les cellules ß avec d'éventuelles applications dans le traitement ou la prévention du diabète. Les îlots de souris ayant une double inactivation des gènes pour les récepteurs du GIP et du GLP-1 (dK0) présentent un défaut de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose et une sensibilité accrue à l'apoptose induite par les cytokines. Afin de déterminer les gènes régulés, qui pourraient contrôler à la fois la compétence au glucose et la protection contre l'apoptose, nous avons effectué une analyse comparative transcriptomique sur des îlots de souris contrôles et dKO. Nous avons constaté une forte diminution de l'expression d'IGF-1R dans les îlots dKO. Nous avons démontré, à la fois dans une lignée cellulaire murine sécrétant l'insuline et dans îlots primaires, que le GLP-1 stimulait l'expression d'IGF-1R et sa voie de signalisation. Par ailleurs, la phosphorylation d'Akt dépendante d'IGF1-R induite parle GLP-1 nécessite une sécrétion active, indiquant la présence d'un mécanisme d'activation autocrine. Nous avons ensuite montré que l'activation de la voie de signalisation d'IGF-1R était dépendante de la sécrétion d'IGF-2, dont l'expression est régulée par les nutriments. Finalement, nous avons démontré que la boucle autocrine IGF-2/IGF-1R est nécessaire pour le GLP-1 i) pour protéger les cellules ß contre l'apoptose induite par les cytokines, ii) pour améliorer la compétence au glucose et iii) pour augmenter la prolifération des cellules ß. Résumé tout public : Contrôle de la masse des cellules ß pancréatiques et de leur fonction par les hormones gluco-incrétines: Identification de nouveaux mécanismes régulateurs pour le traitement du diabète Chez les mammifères, la concentration de glucose sanguine (glycémie) est régulée et maintenue à une valeur relativement constante d'environ 5 mM. Cette régulation est principalement contrôlée par 2 hormones produites par les îlots pancréatiques de Langerhans: l'insuline sécrétée par les cellules ß et le glucagon sécrété par les cellules a. A la suite d'un repas, l'augmentation de la glycémie entraîne la sécrétion d'insuline ce qui permet le stockage du glucose dans le foie, les muscles et le tissu adipeux afin de diminuer le taux de glucose circulant. Lors d'un jeûne, la diminution de la glycémie permet la sécrétion de glucagon favorisant alors la production de glucose par le foie, normalisant ainsi la glycémie. Le nombre de cellules ß et leur capacité sécrétoire s'adaptent aux variations de la demande métabolique pour assurer une normoglycémie. Une destruction complète ou partielle des cellules ß conduit respectivement au diabète de type 1 et de type 2. Bien que l'augmentation de la glycémie soit le facteur stimulant de la sécrétion d'insuline, des hormones gluco-incrétines, principalement le GLP-1 (glucagon-like peptide-1) et le GIP (glucose-dependent insulinotropic polypeptide) sont libérées par l'intestin en réponse aux nutriments (glucose, acides gras) et agissent au niveau des cellules ß, potentialisant la sécrétion d'insuline induite par le glucose, stimulant leur prolifération, induisant la différentiation de cellules précurseurs en cellules ß matures et les protègent contre la mort cellulaire (apoptose). Afin d'étudier plus en détail ces mécanismes, nous avons généré des souris déficientes pour les récepteurs du GIP et du GLP-l. Les îlots pancréatiques de ces souris présentent un défaut de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose et une sensibilité accrue à l'apoptose par rapport aux îlots de souris contrôles. Nous avons donc cherché les gènes régulés pas ces hormones contrôlant la sécrétion d'insuline et la protection contre l'apoptose. Nous avons constaté une forte diminution de l'expression du récepteur à l'IGF-1 (IGF-1R) dans les îlots de souris déficientes pour les récepteurs des gluco-incrétines. Nous avons démontré dans un model de cellules ß en culture et d'îlots que le GLP-1 augmentait l'expression d'IGF-1R et la sécrétion de son ligand (IGF-2) permettant l'activation de la voie de signalisation. Finalement, nous avons montré que l'activation de la boucle IGF-2/IGF-1R induite par le GLP-1 était nécessaire pour la protection contre l'apoptose, l'augmentation de la sécrétion et la prolifération des cellules ß.

Genetic dissection of azole resistance mechanisms in Candida albicans and their validation in a mouse model of disseminated infection.

Principal mechanisms of resistance to azole antifungals include the upregulation of multidrug transporters and the modification of the target enzyme, a cytochrome P450 (Erg11) involved in the 14alpha-demethylation of ergosterol. These mechanisms are often combined in azole-resistant Candida albicans isolates recovered from patients. However, the precise contributions of individual mechanisms to C. albicans resistance to specific azoles have been difficult to establish because of the technical difficulties in the genetic manipulation of this diploid species. Recent advances have made genetic manipulations easier, and we therefore undertook the genetic dissection of resistance mechanisms in an azole-resistant clinical isolate. This isolate (DSY296) upregulates the multidrug transporter genes CDR1 and CDR2 and has acquired a G464S substitution in both ERG11 alleles. In DSY296, inactivation of TAC1, a transcription factor containing a gain-of-function mutation, followed by sequential replacement of ERG11 mutant alleles with wild-type alleles, restored azole susceptibility to the levels measured for a parent azole-susceptible isolate (DSY294). These sequential genetic manipulations not only demonstrated that these two resistance mechanisms were those responsible for the development of resistance in DSY296 but also indicated that the quantitative level of resistance as measured in vitro by MIC determinations was a function of the number of genetic resistance mechanisms operating in any strain. The engineered strains were also tested for their responses to fluconazole treatment in a novel 3-day model of invasive C. albicans infection of mice. Fifty percent effective doses (ED(50)s) of fluconazole were highest for DSY296 and decreased proportionally with the sequential removal of each resistance mechanism. However, while the fold differences in ED(50) were proportional to the fold differences in MICs, their magnitude was lower than that measured in vitro and depended on the specific resistance mechanism operating.

Mechanisms regulating the proliferative potential of human CD8+ T lymphocytes overexpressing telomerase.

In human somatic cells, including T lymphocytes, telomeres progressively shorten with each cell division, eventually leading to a state of cellular senescence. Ectopic expression of telomerase results in the extension of their replicative life spans without inducing changes associated with transformation. However, it is yet unknown whether somatic cells that overexpress telomerase are physiologically indistinguishable from normal cells. Using CD8+ T lymphocyte clones overexpressing telomerase, we investigated the molecular mechanisms that regulate T cell proliferation. In this study, we show that early passage T cell clones transduced or not with human telomerase reverse transcriptase displayed identical growth rates upon mitogenic stimulation and no marked global changes in gene expression. Surprisingly, reduced proliferative responses were observed in human telomerase reverse transcriptase-transduced cells with extended life spans. These cells, despite maintaining high expression levels of genes involved in the cell cycle progression, also showed increased expression in several genes found in common with normal aging T lymphocytes. Strikingly, late passage T cells overexpressing telomerase accumulated the cyclin-dependent inhibitors p16Ink4a and p21Cip1 that have largely been associated with in vitro growth arrest. We conclude that alternative growth arrest mechanisms such as those mediated by p16Ink4a and p21Cip1 still remained intact and regulated the growth potential of cells independently of their telomere status.

Molecular insights for optimizing T cell receptor specificity against cancer.

Cytotoxic CD8 T cells mediate immunity to pathogens and they are able to eliminate malignant cells. Immunity to viruses and bacteria primarily involves CD8 T cells bearing high affinity T cell receptors (TCRs), which are specific to pathogen-derived (non-self) antigens. Given the thorough elimination of high affinity self/tumor-antigen reactive T cells by central and peripheral tolerance mechanisms, anti-cancer immunity mostly depends on TCRs with intermediate-to-low affinity for self-antigens. Because of this, a promising novel therapeutic approach to increase the efficacy of tumor-reactive T cells is to engineer their TCRs, with the aim to enhance their binding kinetics to pMHC complexes, or to directly manipulate the TCR-signaling cascades. Such manipulations require a detailed knowledge on how pMHC-TCR and co-receptors binding kinetics impact the T cell response. In this review, we present the current knowledge in this field. We discuss future challenges in identifying and targeting the molecular mechanisms to enhance the function of natural or TCR-affinity optimized T cells, and we provide perspectives for the development of protective anti-tumor T cell responses.