Generation and Characterization of Knockout Mice and Analysis of Patient Material Demonstrates a Role for Tissue Inhibitor of Metalloproteinases 4 (Timp4) in the Cardiovascular System and Tumor Metastasis

This thesis focuses on tissue inhibitor of metalloproteinases 4 (TIMP4) which is the newest member of a small gene and protein family of four closely related endogenous inhibitors of extracellular matrix (ECM) degrading enzymes. Existing data on TIMP4 suggested that it exhibits a more restricted expression pattern than the other TIMPs with high expression levels in heart, brain, ovary and skeletal muscle. These observations and the fact that the ECM is of special importance to provide the cardiovascular system with structural strength combined with elasticity and distensibility, prompted the present molecular biologic investigation on TIMP4. In the first part of the study the murine Timp4 gene was cloned and characterized in detail. The structure of murine Timp4 genomic locus resembles that in other species and of the other Timps. The highest Timp4 expression was detected in heart, ovary and brain. As the expression pattern of Timp4 gives only limited information about its role in physiology and pathology, Timp4 knockout mice were generated next. The analysis of Timp4 knockout mice revealed that Timp4 deficiency has no obvious effect on the development, growth or fertility of mice. Therefore, Timp4 deficient mice were challenged using available cardiovascular models, i.e. experimental cardiac pressure overload and myocardial infarction. In the former model, Timp4 deficiency was found to be compensated by Timp2 overexpression, whereas in the myocardial infarct model, Timp4 deficiency resulted in increased mortality due to increased susceptibility for cardiac rupture. In the wound healing model, Timp4 deficiency was shown to result in transient retardation of re-epithelialization of cutaneous wounds. Melanoma tumor growth was similar in Timp4 deficient and control mice. Despite of this, lung metastasis of melanoma cells was significantly increased in Timp4 null mice. In an attempt to translate the current findings to patient material, TIMP4 expression was studied in human specimens representing different inflammatory cardiovascular pathologies, i.e. giant cell arteritis, atherosclerotic coronary arteries and heart allografts exhibiting signs of chronic rejection. The results showed that cardiovascular expression of TIMP4 is elevated particularly in areas exhibiting inflammation. The results of the present studies suggest that TIMP4 has a special role in the regulation of tissue repair processes in the heart, and also in healing wounds and metastases. Furthermore, evidence is provided suggesting the usefulness of TIMP4 as a novel systemic marker for vascular inflammation.

MicroRNAs as novel regulators of skeletal homeostasis

The human skeleton is composed of bone and cartilage. The differentiation of bone and cartilage cells from their bone marrow progenitors is regulated by an intrinsic network of intracellular and extracellular signaling molecules. In addition, cells coordinate their differentiation and function through reciprocal cell‐to‐cell interactions. MicroRNAs (miRNAs) are small, single‐stranded RNA molecules that inhibit protein translation by binding to messenger RNAs (mRNAs). Recent evidence demonstrates the involvement of miRNAs in multiple biological processes. However, their role in skeletal development and bone remodeling is still poorly understood. The aim of this thesis was to elucidate miRNA‐mediated gene regulation in bone and cartilage cells, namely in osteoblasts, osteoclasts, chondrocytes and bone marrow adipocytes. Comparison of miRNA expression during osteogenic and chondrogenic differentiation of bone marrow‐derived mesenchymal stem cells (MSCs) revealed several miRNAs with substantial difference between bone and cartilage cells. These miRNAs were predicted to target genes essentially involved in MSC differentiation. Three miRNAs, miR‐96, miR‐124 and miR‐199a, showed marked upregulation upon osteogenic, chondrogenic or adipogenic differentiation. Based on functional studies, these miRNAs regulate gene expression in MSCs and may thereby play a role in the commitment and/or differentiation of MSCs. Characterization of miRNA expression during osteoclastogenesis of mouse bone marrow cells revealed a unique expression pattern for several miRNAs. Potential targets of the differentially expressed miRNAs included many molecules essentially involved in osteoclast differentiation. These results provide novel insights into the expression and function of miRNAs during the differentiation of bone and cartilage cells. This information may be useful for the development of novel stem cell‐based treatments for skeletal defects and diseases.

Gene expression profiling of clinical stages II and III breast cancer

Clinical stage (CS) is an established indicator of breast cancer outcome. In the present study, a cDNA microarray platform containing 692 genes was used to identify molecular differences between CSII and CSIII disease. Tumor samples were collected from patients with CSII or CSIII breast cancer, and normal breast tissue was collected from women without invasive cancer. Seventy-eight genes were deregulated in CSIII tumors and 22 in CSII tumors when compared to normal tissue, and 20 of them were differentially expressed in both CSII and CSIII tumors. In addition, 58 genes were specifically altered in CSIII and expression of 6 of them was tested by real time RT-PCR in another cohort of patients with CSII or CSIII breast cancer and in women without cancer. Among these genes, MAX, KRT15 and S100A14, but not APOBEC3G or KRT19, were differentially expressed on both CSIII and CSII tumors as compared to normal tissue. Increased HMOX1 levels were detected only in CSIII tumors and may represent a molecular marker of this stage. A clear difference in gene expression pattern occurs at the normal-to-cancer transition; however, most of the differentially expressed genes are deregulated in tumors of both CS (II and III) compared to normal breast tissue.

The expression of melanopsin and clock genes in Xenopus laevis melanophores and their modulation by melatonin

Vertebrates have a central clock and also several peripheral clocks. Light responses might result from the integration of light signals by these clocks. The dermal melanophores of Xenopus laevis have a photoreceptor molecule denominated melanopsin (OPN4x). The mechanisms of the circadian clock involve positive and negative feedback. We hypothesize that these dermal melanophores also present peripheral clock characteristics. Using quantitative PCR, we analyzed the pattern of temporal expression of Opn4x and the clock genes Per1, Per2, Bmal1, and Clock in these cells, subjected to a 14-h light:10-h dark (14L:10D) regime or constant darkness (DD). Also, in view of the physiological role of melatonin in the dermal melanophores of X. laevis, we determined whether melatonin modulates the expression of these clock genes. These genes show a time-dependent expression pattern when these cells are exposed to 14L:10D, which differs from the pattern observed under DD. Cells kept in DD for 5 days exhibited overall increased mRNA expression for Opn4x and Clock, and a lower expression for Per1, Per2, and Bmal1. When the cells were kept in DD for 5 days and treated with melatonin for 1 h, 24 h before extraction, the mRNA levels tended to decrease for Opn4x and Clock, did not change for Bmal1, and increased for Per1 and Per2 at different Zeitgeber times (ZT). Although these data are limited to one-day data collection, and therefore preliminary, we suggest that the dermal melanophores of X. laevis might have some characteristics of a peripheral clock, and that melatonin modulates, to a certain extent, melanopsin and clock gene expression.

Physical training prevents body weight gain but does not modify adipose tissue gene expression

The relationship of body weight (BW) with white adipose tissue (WAT) mass and WAT gene expression pattern was investigated in mice submitted to physical training (PT). Adult male C57BL/6 mice were submitted to two 1.5-h daily swimming sessions (T, N = 18), 5 days/week for 4 weeks or maintained sedentary (S, N = 15). Citrate synthase activity increased significantly in the T group (P < 0.05). S mice had a substantial weight gain compared to T mice (4.06 ± 0.43 vs 0.38 ± 0.28 g, P < 0.01). WAT mass, adipocyte size, and the weights of gastrocnemius and soleus muscles, lung, kidney, and adrenal gland were not different. Liver and heart were larger and the spleen was smaller in T compared to S mice (P < 0.05). Food intake was higher in T than S mice (4.7 ± 0.2 vs 4.0 ± 0.3 g/animal, P < 0.05) but oxygen consumption at rest did not differ between groups. T animals showed higher serum leptin concentration compared to S animals (6.37 ± 0.5 vs 3.11 ± 0.12 ng/mL). WAT gene expression pattern obtained by transcription factor adipocyte determination and differentiation-dependent factor 1, fatty acid synthase, malic enzyme, hormone-sensitive lipase, adipocyte lipid binding protein, leptin, and adiponectin did not differ significantly between groups. Collectively, our results showed that PT prevents BW gain and maintains WAT mass due to an increase in food intake and unchanged resting metabolic rate. These responses are closely related to unchanged WAT gene expression patterns.

Neonatal hyper- and hypothyroidism alter the myoglobin gene expression program in adulthood

Myoglobin acts as an oxygen store and a reactive oxygen species acceptor in muscles. We examined myoglobin mRNA in rat cardiac ventricle and skeletal muscles during the first 42 days of life and the impact of transient neonatal hypo- and hyperthyroidism on the myoglobin gene expression pattern. Cardiac ventricle and skeletal muscles of Wistar rats at 7-42 days of life were quickly removed, and myoglobin mRNA was determined by Northern blot analysis. Rats were treated with propylthiouracil (5-10 mg/100 g) and triiodothyronine (0.5-50 µg/100 g) for 5, 15, or 30 days after birth to induce hypo- and hyperthyroidism and euthanized either just after treatment or at 90 days. During postnatal (P) days 7-28, the ventricle myoglobin mRNA remained unchanged, but it gradually increased in skeletal muscle (12-fold). Triiodothyronine treatment, from days P0-P5, increased the skeletal muscle myoglobin mRNA 1.5- to 4.5-fold; a 2.5-fold increase was observed in ventricle muscle, but only when triiodothyronine treatment was extended to day P15. Conversely, hypothyroidism at P5 markedly decreased (60%) ventricular myoglobin mRNA. Moreover, transient hyperthyroidism in the neonatal period increased ventricle myoglobin mRNA (2-fold), and decreased heart rate (5%), fast muscle myoglobin mRNA (30%) and body weight (20%) in adulthood. Transient hypothyroidism in the neonatal period also permanently decreased fast muscle myoglobin mRNA (30%) and body weight (14%). These results indicated that changes in triiodothyronine supply in the neonatal period alter the myoglobin expression program in ventricle and skeletal muscle, leading to specific physiological repercussions and alterations in other parameters in adulthood.

Changes in gene expression during drying and imbibition of desiccation sensitive Magnolia ovata (A. St.-Hil.) spreng. seeds

Seeds of Magnolia ovata were dried to different water contents to assess the viability and transcript abundance of genes related to seed development, cell cycle, cytoskeleton and desiccation tolerance.The expression of development, cell cycle and cytoskeleton relative genes (ABI3, CDC2-like and ACT2) alone could not explain the germination behaviour of M. ovata seeds in relation to drying damage. Irrespective of their initial water content, the seeds performed in the same way during the initial period of germination and the deleterious effects of desiccation only occurred in later stages. Expression of PKABA1, sHSP17.5 and 2-Cys-PRX did not show a relationship with desiccation. However, the expression patterns of PKABA1 and sHSP17.5 suggested the participation of these genes in protective mechanisms during the imbibition of M. ovata seeds.

clc is co-expressed with clf or cntfr in developing mouse muscles

Affiliation: Jean-François Gauchat : Département de Pharmacologie, Faculté de médecine, Université de Montréal

Dissection du programme développemental du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus.

Une cascade de facteurs de transcription composée de SIM1, ARNT2, OTP, BRN2 et SIM2 est requise pour la différenciation des cinq types cellulaires qui peuplent le noyau paraventriculaire (PVN) de l’hypothalamus, un régulateur critique de plusieurs processus physiologiques essentiels à la survie. De plus, l’haploinsuffisance de Sim1 est aussi une cause d’hyperphagie isolée chez la souris et chez l’homme. Nous désirons disséquer le programme développemental du PVN, via une approche intégrative, afin d’identifier de nouveaux gènes qui ont le potentiel de réguler l’homéostasie chez l’individu adulte. Premièrement, nous avons utilisé une approche incluant l’analyse du transcriptome du PVN à différents stades du développement de la souris pour identifier de tels gènes. Nous avons comparé les transcriptomes de l’hypothalamus antérieur chez des embryons de souris Sim1+/+ et Sim1-/- à E12.5 issus de la même portée. De cette manière, nous avons identifié 56 gènes agissant en aval de Sim1 dont 5 facteurs de transcription - Irx3, Sax1, Rxrg, Ror et Neurod6. Nous avons également proposé un modèle de développement à deux couches de l’hypothalamus antérieur. Selon ce modèle, les gènes qui occupent un domaine médial dans la zone du manteau caractérisent des cellules qui peupleront le PVN alors que les gènes qui ont une expression latérale identifient des cellules qui donneront plus tard naissance aux structures ventrolatérales de l’hypothalamus. Nous avons aussi démontré que Sim1 est impliqué à la fois dans la différenciation, la migration et la prolifération des neurones qui peuplent le PVN tout comme Otp. Nous avons également isolé par microdissection au laser le PVN et l’hypothalamus médiobasal chez des souris de type sauvage à E14.5 pour en comparer les transcriptomes. Ceci nous a permis d’identifier 34 facteurs de transcription spécifiques au PVN et 76 facteurs spécifiques à l’hypothalamus médiobasal. Ces gènes représentent des régulateurs potentiels du développement hypothalamique. Deuxièmement, nous avons identifié 3 blocs de séquences au sein de la région 5’ d’Otp qui sont conservés chez l’homme, la souris et le poisson. Nous avons construit un transgène qui est composé d’un fragment de 7 kb contenant ces blocs de séquences et d’un gène rapporteur. L’analyse de 4 lignées de souris a montré que ce transgène est uniquement exprimé dans le PVN en développement. Nous avons généré un deuxième transgène dans lequel le fragment de 7 kb est inséré en amont de l’ADNc de Brn2 ou Sim1 et de Gfp. Nous avons obtenu quatre lignées de souris dans lesquels le profil d’expression de Brn2 et de Gfp reproduit celui d’Otp. Nous étudierons le développement du PVN et la prise alimentaire chez ces souris. En parallèle, nous croisons ces lignées avec les souris déficientes en Sim1 pour déterminer si l’expression de Brn2 permet le développement des cellules du PVN en absence de Sim1. En résumé, nous avons généré le premier transgène qui est exprimé spécifiquement dans le PVN. Ce transgène constitue un outil critique pour la dissection du programme développemental de l’hypothalamus. Troisièmement, nous avons caractérisé le développement de l’hypothalamus antérieur chez l’embryon de poulet qui représente un modèle intéressant pour réaliser des études de perte et de gain de fonction au cours du développement de cette structure. Il faut souligner que le modèle de développement à deux couches de l’hypothalamus antérieur semble être conservé chez l’embryon de poulet où il est aussi possible de classer les gènes selon leur profil d’expression médio-latéral et le devenir des régions qu’ils définissent. Finalement, nous croyons que cette approche intégrative nous permettra d’identifier et de caractériser des régulateurs du développement du PVN qui pourront potentiellement être associés à des pathologies chez l’adulte telles que l’obésité ou l’hypertension.

Regulation of HMG-CoA reductase, HSL and ACAT expression and activity in testicular cholesterol metabolism in mink and in mouse following experimental genetic deletion

Introduction: L'homéostasie du cholestérol est indispensable à la synthèse de la testostérone dans le tissu interstitiel et la production de gamètes mâles fertiles dans les tubules séminifères. Les facteurs enzymatiques contribuent au maintien de cet équilibre intracellulaire du cholestérol. L'absence d'un ou de plusieurs enzymes telles que la HMG-CoA réductase, la HSL et l'ACAT-1 a été associée à l'infertilité masculine. Toutefois, les facteurs enzymatiques qui contribuent au maintien de l'équilibre intra-tissulaire du cholestérol n'ont pas été étudiés. Cette étude a pour but de tester l'hypothèse que le maintien des taux de cholestérol compatibles avec la spermatogenèse nécessite une coordination de la fonction intracellulaire des enzymes HMG-CoA réductase, ACAT1 et ACAT2 et la HSL. Méthodes: Nous avons analysé l'expression de l’ARNm et de la protéine de ces enzymes dans les fractions enrichies en tubules séminifères (STf) de vison durant le développement postnatal et le cycle reproductif annuel et dans les fractions enrichies en tissu interstitiel (ITf) et de STf durant le développement postnatal chez la souris. Nous avons développé deux nouvelles techniques pour la mesure de l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de celle de l'ACAT1 et ACAT2. En outre, l'immunohistochimie a été utilisée pour localiser les enzymes dans le testicule. Enfin, les souris génétiquement déficientes en HSL, en SR-BI et en CD36 ont été utilisées pour élucider la contribution de la HMG-CoA réductase, l'ACAT1 et l'ACAT2 et la HSL à l'homéostasie du cholestérol. Résultats: 1) HMG-CoA réductase: (Vison) La variation du taux d’expression de l’ARNm de la HMG-CoA réductase était corrélée à celle de l'isoforme de 90 kDa de la protéine HMG-CoA réductase durant le développement postnatal et chez l'adulte durant le cycle reproductif saisonnier. L'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase augmentait de façon concomitante avec le taux protéinique pour atteindre son niveau le plus élevé à 240 jours (3.6411e-7 mol/min/μg de protéines) au cours du développement et en Février (1.2132e-6 mol/min/μg de protéines) durant le cycle reproductif chez l’adulte. (Souris), Les niveaux d'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase étaient maximales à 42 jours. A l'opposé, le taux protéinique diminuait au cours du développement. 2) HSL: (Vison), l'expression de la protéine de 90 kDa de la HSL était élevée à 180- et 240 jours après la naissance, ainsi qu'en Janvier durant le cycle saisonnier chez l'adulte. L'activité enzymatique de la HSL augmentait durant le développement pour atteindre un pic à 270 jours (36,45 nM/min/μg). Chez l'adulte, l'activité enzymatique de la HSL était maximale en Février. (Souris) Le niveau d’expression de l'ARNm de la HSL augmentait significativement à 21-, 28- et 35 jours après la naissance concomitamment avec le taux d'expression protéinique. L'activité enzymatique de la HSL était maximale à 42 jours suivie d'une baisse significative chez l'adulte. 3) ACAT-1 et ACAT-2: Le présent rapport est le premier à identifier l’expression de l'ACAT-1 et de l'ACAT-2 dans les STf de visons et de souris. (Vison) L'activité enzymatique de l'ACAT-2 était maximale à la complétion du développement à 270 jour (1190.00 CPMB/200 μg de protéines) et en janvier (2643 CPMB/200 μg de protéines) chez l'adulte. En revanche, l'activité enzymatique de l'ACAT-1 piquait à 90 jours et en août respectivement durant le développement et chez l'adulte. (Souris) Les niveaux d'expression de l'ARNm et la protéine de l'ACAT-1 diminuait au cours du développement. Le taux de l'ARNm de l'ACAT-2, à l’opposé du taux protéinique, augmentait au cours du développement. L'activité enzymatique de l'ACAT-1 diminuait au cours du développement tandis que celle de l'ACAT-2 augmentait pour atteindre son niveau maximal à 42 jours. 4) Souris HSL-/ -: Le taux d’expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase diminuaient significativement dans les STf de souris HSL-/- comparés aux souris HSL+/+. Par contre, les taux de l'ARNm et les niveaux des activités enzymatiques de l'ACAT-1 et de l'ACAT-2 étaient significativement plus élevés dans les STf de souris HSL-/- comparés aux souris HSL+/+ 5) Souris SR-BI-/-: L'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de l'ACAT-1 étaient plus basses dans les STf de souris SR-BI-/- comparées aux souris SR-BI+/+. A l'opposé, le taux d'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HSL étaient augmentées chez les souris SR-BI-/- comparées aux souris SR-BI+/+. 6) Souris CD36-/-: L'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de l'ACAT-2 étaient significativement plus faibles tandis que celles de la HSL et de l'ACAT-1 étaient inchangées dans les STf de souris CD36-/- comparées aux souris CD36+/+. Conclusion: Nos résultats suggèrent que: 1) L'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de la HSL sont associées à l'activité spermatogénétique et que ces activités ne seraient pas régulées au niveau transcriptionnel. 2) L'ACAT-1 et de l'ACAT-2 sont exprimées dans des cellules différentes au sein des tubules séminifères, suggérant des fonctions distinctes pour ces deux isoformes: l'estérification du cholestérol libre dans les cellules germinales pour l'ACAT-1 et l'efflux du cholestérol en excès dans les cellules de Sertoli au cours de la spermatogenèse pour l'ACAT-2. 3) La suppression génétique de la HSL diminuait la HMG-CoA réductase et augmentait les deux isoformes de l'ACAT, suggérant que ces enzymes jouent un rôle critique dans le métabolisme du cholestérol intratubulaire. 4) La suppression génétique des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI et CD36 affecte l'expression (ARNm et protéine) et l'activité des enzymes HMG-CoA réductase, HSL, ACAT-1 et ACAT-2, suggérant l'existence d’un effet compensatoire entre facteurs enzymatiques et non-enzymatiques du métabolisme du cholestérol dans les fractions tubulaires. Ensemble, les résultats de notre étude suggèrent que les enzymes impliquées dans la régulation du cholestérol intratubulaire agissent de concert avec les transporteurs sélectifs de cholestérol dans le but de maintenir l'homéostasie du cholestérol intra-tissulaire du testicule.

Expression et localisation du système endocannabinoïde dans la rétine du singe

Les effets de la marijuana, un médicament utilisé par l’homme depuis des millénaires, sur le système visuel sont peu connus. Une meilleure connaissance de la distribution du système endocannabinoïde (eCB) de la rétine pourrait expliquer comment cette drogue affecte la vision. Cette étude vise à caractériser la distribution du récepteur cannabinoïde CB1 (CB1R) et de l’enzyme de dégradation FAAH (“fatty acid amide hydrolase”) des ligands du CB1R dans la rétine du singe Vert (Chlorocebus sabaeus). De plus, elle vise à déterminer quelles sous-populations cellulaires de la rétine expriment ces composantes. La plupart des études à ce jour ont été conduites surtout sur les rongeurs et peu de travaux ont été réalisés chez le singe. Notre étude vient donc combler cette carence. Par le biais de méthodes immunohistochimiques, nous avons investigué la localisation du CB1R et de l’enzyme FAAH à différentes excentricités rétiniennes, de la fovéa centralis vers la périphérie. Nos résultats, en accord avec notre hypothèse de travail, démontrent que CB1R et FAAH sont exprimés à travers toute la rétine mais avec, cependant, des différences notoires. Au niveau de la couche des photorécepteurs, CB1R est exprimé préférentiellement dans les cônes et ce patron d’expression suit la distribution des photorécepteurs centre-périphérie. De plus, CB1R se retrouve surtout dans les pédicules des cônes de la couche plexiforme externe. CB1R et FAAH sont abondants dans les cellules bipolaires tant au centre qu’en périphérie. Le soma et l’axone des cellules ganglionnaires expriment aussi CB1R et FAAH. Ces données suggèrent que le système eCB est présent à travers toute la rétine du primate et pourrait expliquer les perturbations visuelles entrainées par la marijuana, telles la photosensibilité et la vision des couleurs.

Caractérisation fonctionnelle chez le poisson zèbre de l'isoforme protéique WNK1/HSN2 mutée dans la neuropathie héréditaire sensitive et autonome de type 2

La neuropathie humaine sensitive et autonome de type 2 (NHSA 2) est une pathologie héréditaire rare caractérisée par une apparition précoce des symptômes et une absence d’affectation motrice. Cette pathologie entraîne la perte de perception de la douleur, de la chaleur et du froid ainsi que de la pression (toucher) dans les membres supérieurs et inférieurs et est due à des mutations autosomales récessives confinées à l’exon HSN2 de la protéine kinase à sérine/thréonine WNK1 (with-no-lysine protein kinase 1). Cet exon spécifique permettrait de conférer une spécificité au système nerveux à l’isoforme protéique WNK1/HSN2. La kinase WNK1 est étudiée en détails, en particulier au niveau du rein, mais son rôle au sein du système nerveux demeure inconnu. Considérant le début précoce de la neuropathie et le manque d’innervation sensorielle révélé par des biopsies chez les patients NHSA2, notre hypothèse de recherche est que les mutations tronquantes menant à la NHSA de type 2 causent une perte de fonction de l’isoforme WNK1/HSN2 spécifique au système nerveux entraînant un défaut dans le développement du système nerveux sensoriel périphérique. Chez l’embryon du poisson zèbre, WNK1/HSN2 est exprimé au niveau des neuromastes de la ligne latérale postérieure, un système mécanosensoriel périphérique. Nous avons obtenu des embryons knockdown pour WNK1/HSN2 par usage d’oligonucléotides morpholino antisens (AMO). Nos trois approches AMO ont révélé des embryons présentant des défauts d’établissement au niveau de la ligne latérale postérieure. Afin de déterminer la voie pathogène impliquant l’isoforme WNK1/HSN2, nous nous sommes intéressés à l’interaction rapportée entre la kinase WNK1 et le co-transporteur neuronal KCC2. Ce dernier est une cible de phosphorylation de WNK1 et son rôle dans la promotion de la neurogenèse est bien connu. Nous avons détecté l’expression de KCC2 au niveau de neuromastes de la ligne latérale postérieure et observé une expression accrue de KCC2 chez les embryons knockdown pour WNK1/HSN2 à l’aide de RT-PCR semi-quantitative. De plus, une sur-expression d’ARN humain de KCC2 chez des embryons a produit des défauts dans la ligne latérale postérieure, phénocopiant le knockdown de WNK1/HSN2. Ces résultats furent validés par un double knockdown, produisant des embryons n’exprimant ni KCC2, ni WNK1/HSN2, dont le phénotype fut atténué. Ces résultats nous mènent à suggérer une voie de signalisation où WNK1/HSN2 est en amont de KCC2, régulant son activation, et possiblement son expression. Nous proposons donc que la perte de fonction de l’isoforme spécifique cause un débalancement dans les niveaux de KCC2 activée, menant à une prolifération et une différenciation réduites des progéniteurs neuronaux du système nerveux périphérique. Les défauts associés à la NHSA de type 2 seraient donc de nature développementale et non neurodégénérative.

Implication des protéines WHIRLY dans la biogénèse du chloroplaste en association avec la protéine SIG6

Le mode vie autotrophique des plantes repose entièrement sur l’intégrité du chloroplaste et notamment l’étape de la biogénèse. La transcription des gènes chloroplastiques, assurée par une PEP (ARN polymérase encodée par le chloroplaste) et deux NEPs (ARN polymérase encodée par le noyau), est l’une des étapes primordiales dans le développement d’un chloroplaste photosynthétique. On distingue trois classes de gènes chloroplastiques : les gènes de classe I, transcrit par la PEP exclusivement; les gènes de classe II, transcrits par la PEP ou les NEPs; et les gènes de classe III, transcrits exclusivement par les NEPs. Pour assurer sa fonction, la PEP doit être associée à des facteurs sigmas. L’un de ceux-ci, la protéine SIG6, est un facteur sigma général et, associé à la PEP, assure la transcription de l’ensemble des gènes de classe I et II lors du développement du chloroplaste photosynthétique. Ainsi, le mutant sig6 présente un phénotype de cotylédons pâles, associé à un retard de biogénèse chloroplastique, ainsi qu’une diminution de la transcription des gènes de classe I, provoquant la diminution de la quantité de protéines de classe I. Dans le laboratoire, nous étudions les deux protéines WHIRLY chloroplastiques (WHY1 et WHY3) pour leur rôle dans le maintien de la stabilité génomique chloroplastique. Toutefois, peu de choses sont encore connues sur leur rôle potentiel dans la transcription ou la biogénèse chloroplastique. Par exemple, lorsque l’on tente de purifier la PEP, on obtient un gros complexe transcriptionnel nommé PTAC (Plastid Transcriptionally Active Chromosome) dans lequel sont retrouvées les deux protéines WHIRLY, suggérant qu’elles pourraient être impliquées dans la transcription chloroplastique. De plus, un possible rôle dans la biogénèse chloroplastique leur a été prêté, notamment chez le maïs. Dans cette étude, nous avons donc cherché à vérifier l’implication des protéines WHIRLY dans la biogénèse chloroplastique par une approche génétique de croisements entre les mutants sig6 et why1why3. Pour cela, nous avons isolé des doubles mutants sig6why1 et sig6why3, ainsi qu’un triple mutant sig6why1why3. À l’aide d’une caractérisation phénotypique et de la quantification de quelques protéines chloroplastiques, nous avons remarqué que la perte d’un des WHIRLY permet de complémenter le phénotype de cotylédons pâles du mutant sig6 et favorise l’expression normale de protéines en principe sous-exprimées dans le mutant sig6. Toutefois, la perte des deux WHIRLY ne permet pas de compenser le phénotype de cotylédons pâles et provoque l’apparition d’un phénotype persistant associé à une expression anormale des protéines chloroplastiques. Ces résultats ne peuvent être expliqués par le rôle des WHIRLY dans le maintien de la stabilité génomique chloroplastique étant donné que le triple mutant sig6why1why3 présente moins de réarrangements que le double mutant why1why3. Finalement, nous montrons que les effets de la perte d’un WHIRLY sur le mutant sig6 peuvent être mimés par l’utilisation de la rifampicine, une drogue inhibant l’ARN polymérase chloroplastique de type bactérienne (PEP). Ensemble, ces résultats démontrent donc l’implication des protéines WHIRLY chloroplastiques dans la biogénèse chloroplastique en association avec la protéine SIG6. Nous proposons un modèle selon lequel les deux protéines WHIRLY permettraient de favoriser l’activité de l’ARN polymérase de type bactérienne, notamment lors du développement du chloroplaste photosynthétique. En cas d’absence d’une des deux protéines, cette diminution partielle d’activité de la PEP favoriserait la mise en place d’un mécanisme de complémentation par le NEPs, permettant finalement de rétablir la biogénèse chloroplastique dans un mutant sig6. En l’absence des deux WHIRLY, le mécanisme de complémentation par les NEPs serait incapable de compenser la forte inhibition de la PEP, se traduisant par une aggravation du retard de développement du chloroplaste dans le mutant sig6.

Effect of oxidized low-density lipoprotein on differential gene expression in primary human endothelial cells

Oxidative modification of low-density lipoprotein (LDL) plays an important role in the initiation and progression of atherosclerosis. It has been proposed that the biological action of oxidized LDL (ox-LDL) may be partially attributed to its effect on a shift of the pattern of gene expression in endothelial cells. To examine the transcriptional response to ox-LDL, we applied cDNA array technology to cultured primary human endothelial cells challenged with oxidized human LDL. A twofold or greater difference in the expression of a particular gene was considered a significant difference in transcript abundance. Seventy-eight of the 588 genes analyzed were differentially expressed in response to the treatment. Ox-LDL significantly affected the expression of genes encoding for transcription factors, cell receptors, growth factors, adhesion molecules, extracellular matrix proteins, and enzymes involved in cholesterol metabolism. The alteration of the expression pattern of several genes was substantiated post hoc using RT-PCR. The experimental strategy identified several novel ox-LDL-sensitive genes associated with a "response to injury" providing a conceptual background to be utilized for future studies addressing the molecular basis of the early stages of atherogenesis.

The trafficking pathway of a wheat storage protein in transgenic rice endosperm

Background and Aims The trafficking of proteins in the endoplasmic reticulum (ER) of plant cells is a topic of considerable interest since this organelle serves as an entry point for proteins destined for other organelles, as well as for the ER itself. In the current work, transgenic rice was used to study the pattern and pathway of deposition of the wheat high molecular weight (HMW) glutenin sub-unit (GS) 1Dx5 within the rice endosperm using specific antibodies to determine whether it is deposited in the same or different protein bodies from the rice storage proteins, and whether it is located in the same or separate phases within these. Methods The protein distribution and the expression pattern of HMW sub-unit 1Dx5 in transgenic rice endosperm at different stages of development were determined using light and electron microscopy after labelling with antibodies. Key results The use of HMW-GS-specific antibodies showed that sub-unit 1Dx5 was expressed mainly in the sub-aleurone cells of the endosperm and that it was deposited in both types of protein body present in the rice endosperm: derived from the ER and containing prolamins, and derived from the vacuole and containing glutelins. In addition, new types of protein bodies were also formed within the endosperm cells. Conclusions The results suggest that the HMW 1Dx5 protein could be trafficked by either the ER or vacuolar pathway, possibly depending on the stage of development, and that its accumulation in the rice endosperm could compromise the structural integrity of protein bodies and their segregation into two distinct populations in the mature endosperm.