Using life strategies to explore the vulnerability of ecosystem services to invasion by alien plants

Invasive plants can have different effects of ecosystem functioning and on the provision of ecosystem services, from strongly deleterious impacts to positive effects. The nature and intensity of such effects will depend on the service and ecosystem being considered, but also on features of life strategies of invaders that influence their invasiveness as well as their influence of key processes of receiving ecosystems. To address the combined effect of these various factors we developed a robust and efficient methodological framework that allows to identify areas of possible conflict between ecosystem services and alien invasive plants, considering interactions between landscape invasibility and species invasiveness. Our framework combines the statistical robustness of multi-model inference, efficient techniques to map ecosystem services, and life strategies as a functional link between invasion, functional changes and potential provision of services by invaded ecosystems. The framework was applied to a test region in Portugal, for which we could successfully predict the current patterns of plant invasion, of ecosystem service provision, and finally of probable conflict (expressing concern for negative impacts, and value for positive impacts on services) between alien species richness (total and per plant life strategy) and the potential provision of selected services. Potential conflicts were identified for all combinations of plant strategy and ecosystem service, with an emphasis for those concerning conflicts with carbon sequestration, water regulation and wood production. Lower levels of conflict were obtained between invasive plant strategies and the habitat for biodiversity supporting service. The added value of the proposed framework in the context of landscape management and planning is discussed in perspective of anticipation of conflicts, mitigation of negative impacts, and potentiation of positive effects of plant invasions on ecosystems and their services.

A novel gene expression signature in peripheral blood mononuclear cells for early detection of colorectal cancer.

BACKGROUND: Early detection and treatment of colorectal adenomatous polyps (AP) and colorectal cancer (CRC) is associated with decreased mortality for CRC. However, accurate, non-invasive and compliant tests to screen for AP and early stages of CRC are not yet available. A blood-based screening test is highly attractive due to limited invasiveness and high acceptance rate among patients. AIM: To demonstrate whether gene expression signatures in the peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were able to detect the presence of AP and early stages CRC. METHODS: A total of 85 PBMC samples derived from colonoscopy-verified subjects without lesion (controls) (n = 41), with AP (n = 21) or with CRC (n = 23) were used as training sets. A 42-gene panel for CRC and AP discrimination, including genes identified by Digital Gene Expression-tag profiling of PBMC, and genes previously characterised and reported in the literature, was validated on the training set by qPCR. Logistic regression analysis followed by bootstrap validation determined CRC- and AP-specific classifiers, which discriminate patients with CRC and AP from controls. RESULTS: The CRC and AP classifiers were able to detect CRC with a sensitivity of 78% and AP with a sensitivity of 46% respectively. Both classifiers had a specificity of 92% with very low false-positive detection when applied on subjects with inflammatory bowel disease (n = 23) or tumours other than CRC (n = 14). CONCLUSION: This pilot study demonstrates the potential of developing a minimally invasive, accurate test to screen patients at average risk for colorectal cancer, based on gene expression analysis of peripheral blood mononuclear cells obtained from a simple blood sample.

L'ultrasonographie endorectale dans les cancers du rectum [Endorectal ultrasound of rectal cancers].

Endorectal ultrasonography has become the preferred exam to assess the local extent of rectal cancers. From 1990 to 1992, we have examined 28 patients with a rectal cancer. The tumours were classified according to the TNM. The objective of this exam is to identify patients whose tumours have invaded the perirectal fat. These patients are first treated in our clinic by an accelerated hyperfractionated radiotherapy and then operated. The preoperative staging made with the endorectal ultrasound was then compared with the anatomopathologic staging. The depth of the invasion was assessed precisely in 78.5% of cases. The exam's sensitivity to detect the invasion of the perirectal fat was 96% and its specificity 75%. Lymph node involvement was accurately identified in 67.8% of cases with a sensitivity of 81% and a specificity of 50%. This short retrospective study confirms that endorectal ultrasonography is a highly accurate tool for the staging of rectal carcinoma prior to operation and hence to select the patients that can benefit from preoperative irradiation.

L’étude du rôle d’ARF1 dans la migration et la prolifération des cellules du cancer du sein

Les facteurs d’ADP-ribosylation (ARFs) sont des petites GTPases impliquées dans le transport vésiculaire, la synthèse des lipides membranaires et la réorganisation du cytosquelette d’actine. Les isoformes 1 (ARF1) et 6 (ARF6) sont les plus étudiées. ARF1 est connue pour être distribuée à l’appareil de Golgi, alors qu’ARF6 est confinée principalement à la membrane plasmique. Récemment, il a été démontré qu’ARF6 est hautement exprimée et activée dans plusieurs cellules de cancer du sein invasif et que celle-ci contrôle les processus de migration et d’invasion. Cependant, le rôle d’ARF1 dans ces processus biologiques impliqués dans la formation de métastases du cancer du sein demeure méconnu. Dans la présente étude, nous avons utilisé comme modèle d’étude pour ARF1 les MDA-MB-231, une lignée de cellules invasives du cancer du sein exprimant de haut niveau de récepteurs au facteur de croissance épidermique (EGFR). Afin d’évaluer le rôle d’ARF1 dans la migration, dans la transition épithéliale mésenchymateuse (EMT) et dans la prolifération cellulaire, nous avons procédé à deux types d’approches expérimentales, soit l’inhibition de l’expression endogène d’ARF1 par l’interférence à l’ARN de même que la surexpression de formes mutantes dominante négative (ARF1T31N) et constitutivement active d’ARF1 (ARF1Q71L), qui miment les formes inactive et active de la GTPase, respectivement. De manière intéressante, la suppression d’ARF1 et la surexpression de la forme inactive d’ARF1 induisent l’arrêt de la migration et de la prolifération des MDA-MB-231 de manière dépendante à l’activation de l’EGFR et ce, en bloquant l’activation de la voie PI3Kinase. De plus, nous démontrons qu’ARF1, de même que les ARF GEFs Cytohésine-1 et Cytohésine-2, contribuent au phénotype invasif des cellules tumorales de cancer du sein. Dans les mêmes approches expérimentales, nous montrons que l’inactivation d’ARF1 dans les MDA-MB-231 déclenche un arrêt de croissance irréversible associé à l’induction de la sénescence et ce, en régulant la fonction de la protéine du rétinoblastome pRb. Enfin, cette étude a permis de mettre en évidence le rôle physiologique d’ARF1 dans les processus de migration et de prolifération cellulaire, deux événements biologiques responsables de la progression du cancer du sein.

Analyse des relations entre plasticité architecturale des buissons et prolifération de leurs populations

Réalisé en cotutelle avec l'Université Montpellier II

Modèle cellulaire de carcinogenèse pour les cancers de l’oropharynx induits par le VPH

Problématique: Le virus du papillome humain (VPH) est présent dans près de 50% des cancers de l’oropharynx. Le potentiel oncogénique du VPH est encodé dans les oncoprotéines E6 et E7, qui agissent en modulant différents gènes, dont les gènes suppresseurs de tumeur p53 et pRb. Les cellules VPH positives démontrent une altération au niveau de la signalisation de la réponse aux dommages à l’ADN (RDA), un mécanisme de contrôle dans l’arrêt de la croissance des cellules ayant subit des dommages au niveau de leur ADN. Hypothèse et objectifs : Nous croyons que les défauts au niveau de la RDA des cancers VPH positifs peuvent être exploités afin de sensibiliser préférentiellement les cellules cancéreuses aux traitements de radiothérapie. Cette stratégie de recherche nécessite l’élaboration d’un modèle cellulaire de carcinogenèse isogénique pour le cancer de l’oropharynx que nous proposons de développer et de caractériser. L’étude vise à dériver des lignées isogéniques à partir de kératinocytes primaires et cellules épithéliales de l’oropharynx pour ensuite valider la carcinogenèse de notre modèle in vitro & in vivo Méthodologie : Des lignées cellulaires de kératinocytes primaires et de cellules épithéliales de l’oropharynx ont été successivement modifiées par transduction afin de présenter les mutations associées aux cancers de l’oropharynx induits par le VPH. Les cellules ont été modifiées avec des lentivirus codants pour la télomérase (hTERT), les oncogènes E6, E7 et RasV12. Afin de valider la cancérogenèse in vitro de notre modèle, des études d’invasion en matrigel et de croissance sans ancrage en agar mou ont été réalisées. Les populations cellulaires transformées ont été ensuite introduites dans des souris immunodéficientes afin d’évaluer leur tumorogénicité in vivo. Résultats : À partir des plasmides recombinés construits par méthodes de clonage traditionnelle et de recombinaison « Gateway », nous avons produit des lentivirus codants pour la télomérase humaine (hTERT), les oncogènes viraux E6 et E7 et l’oncogène Ras. Les kératinocytes primaires et cellules épithéliales de l’oropharynx ont été infectés successivement par transduction et sélectionnés. Nous avons validé l’expression de nos transgènes par méthode d’immunofluorescence, de Western Blot et de réaction de polymérisation en chaîne quantitative en temps réel (qRT-PCR). Nous avons établi trois lignées des cellules épithéliales de l’oropharynx (HNOE) à partir d’échantillons tissulaires prélevés lors d’amygdalectomie (HNOE42, HNO45, HNOE46). Les cellules transduites avec le lentivirus exprimant le promoteur fort CMV/TO de l’oncogène RasV12 ont présenté un changement morphologique compatible avec une sénescence prématurée induite par l’oncogène Ras. En exprimant des quantités plus faibles du RasV12 mutant, la lignée cellulaire HEKn hTERT-E6-E7 PGK RasV12 a réussi à échapper à la sénescence induite par l’oncogène Ras. La population cellulaire exprimant HEKn hTERT-E6-E7-PGK RasV12 a présenté un phénotype malin en culture et à l’étude d'invasion, mais n’a pas démontré de résultats positifs à l’étude de croissance sans ancrage en agar mou ni en xénogreffe en souris immunodéficientes. Conclusion : Nos résultats démontrent qu’en présence des oncogènes viraux E6 et E7, il y a un troisième mécanisme suppresseur de tumeur qui médie la sénescence induite par l’oncogène Ras. Nous avons identifié que la présence de E6 seule ne suffit pas à immortaliser les kératinocytes primaires humains (HEKn). Nous n’avons pas réussi à créer un modèle in vitro de carcinogenèse pour les cancers de l’oropharynx induits par le VPH.

Rôles de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans l'angiogenèse, la perméabilité vasculaire et la progression tumorale

L’angiogenèse et l’augmentation de la perméabilité vasculaire sont des éléments clés pour la croissance et la progression tumorale. Par conséquent, de nombreux efforts sont déployés à comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la formation et le remodelage des vaisseaux sanguins de manière à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. De cette optique, les travaux de cette thèse se sont concentrés sur la protéine tyrosine phosphatase DEP-1, initialement identifiée comme un régulateur négatif de la prolifération et de la phosphorylation du VEGFR2 lorsque fortement exprimée dans les cellules endothéliales. Toutefois, en utilisant une approche d’ARNi, il a été démontré que via sa capacité à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529), DEP-1 était également un régulateur positif de l’activation de Src dans les cellules endothéliales stimulées au VEGF. Puisque Src joue un rôle central dans la promotion de l’angiogenèse et la perméabilité vasculaire, nous avons en plus démontré que DEP-1 était un promoteur de ces fonctions in vitro et que la tyrosine phosphorylation de sa queue C-terminale, permettant l’interaction et l’activation de Src, était requise. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent dans un premier temps à partir d’une souris Dep1 KO, dont le développement ne présente aucun phénotype apparent, que la perte de l’expression de DEP-1 se traduit en une inhibition de l’activation de Src et de l’un de ses substrats, la VE-Cadherine, en réponse au VEGF chez la souris adulte. Nos résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle primordial de DEP-1 dans l’induction de la perméabilité vasculaire et de la formation de capillaires in vivo. Conséquemment, la croissance tumorale et la formation de métastases aux poumons sont réduites due à une inhibition de leur vascularisation ce qui se traduit par une diminution de la prolifération et une augmentation de l’apoptose des cellules cancéreuses. De façon intéressante, l’expression élevée de DEP-1 dans les vaisseaux sanguins tumoraux de patientes atteintes du cancer du sein corrèle avec une vascularisation accrue de la tumeur. En plus du rôle de DEP-1 dans la réponse angiogénqiue à l’âge adulte, nos travaux ont également démontré le rôle important de DEP-1 lors de la vascularisation de la rétine, un modèle in vivo d’angiogenèse développementale. Dans ce contexte, DEP-1 inhibe la prolifération des cellules endothéliales et limite leur bourgeonnement et la complexification du réseau vasculaire rétinien en permettant l’expression adéquate du Dll4, un régulateur crucial de l’organisation de la vascularisation développementale. Cette expression du Dll4 découlerait de la stabilisation de la β-caténine par l’inactivation de la GSK3β, un régulateur important de la dégradation de la β-caténine, en réponse au VEGF selon la voie de signalisation VEGFR2-Src-PI3K-Akt-GSK3β. Ainsi, ces travaux identifient DEP-1 comme un régulateur important de l’organisation vasculaire rétinienne. Les rôles positifs de DEP-1 dans les cellules endothéliales découlent principalement de sa capacité à lier et activer la kinase Src. En plus de contribuer à la réponse angiogénique, Src est également un oncogène bien caractérisé notamment pour sa contribution au programme invasif des cellules cancéreuses mammaires. Les travaux de cette thèse illustrent que DEP-1 est préférentiellement exprimée dans les cellules cancéreuses mammaires invasives et qu’il régule l’activation de Src, de voies de signalisation invasives et, par le fait même, de l’invasivité de ces cellules in vitro et in vivo. De façon intéressante, ces observations corrèlent avec des données cliniques où l’expression modérée de DEP-1 est associée à un mauvais pronostic de survie et de rechute. Ces résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle positif de DEP-1 dans l’activation de Src au niveau des cellules endothéliales et des cellules cancéreuses mammaires ce qui permet la régulation du bourgeonnement endothélial, de la perméabilité vasculaire, de l’angiogenèse normale et pathologique en plus de l’invasion tumorale.

Phenotypic and proteomic characterization of multiply antibiotic-resistant variants of Salmonella entetica serovar typhimurium selected following exposure to disinfectants

In previous work, Salmonella enterica serovar Typhimurium strain SL1344 was exposed to sublethal concentrations of three widely used farm disinfectants in daily serial passages for 7 days in an attempt to investigate possible links between the use of disinfectants and antimicrobial resistance. Stable variants OXCR1, QACFGR2, and TOPR2 were obtained following treatment with an oxidizing compound blend, a quaternary ammonium disinfectant containing formaldehyde and glutaraldehyde, and a tar acid-based disinfectant, respectively. All variants exhibited ca. fourfold-reduced susceptibility to ciprofloxacin, chloramphenicol, tetracycline, and ampicillin. This coincided with reduced levels of outer membrane proteins for all strains and high levels of AcrAB-To1C for OXCR1 and QACFGR2, as demonstrated by two-dimensional high-performance liquid chromatography-mass spectrometry. The protein profiles of OXCR1 and QACFGR2 were similar, but they were different from that of TOPR2. An array of different proteins protecting against oxidants, nitroaromatics, disulfides, and peroxides were overexpressed in all strains. The growth and motility of variants were reduced compared to the growth and motility of the parent strain, the expression of several virulence proteins was altered, and the invasiveness in an enteric epithelial cell line was reduced. The colony morphology of OXCR1 and QACFGR2 was smooth, and both variants exhibited a loss of modal distribution of the lipopolysaccharide O-antigen chain length, favoring the production of short O-antigen chain molecules. Metabolic changes were also detected, suggesting that there was increased protein synthesis and a shift from oxidative phosphorylation to substrate level phosphorylation. In this study, we obtained evidence that farm disinfectants can select for strains with reduced susceptibility to antibiotics, and here we describe changes in protein expression in such strains.

Placentation and maternal investment in mammals

The mammalian placenta exhibits striking interspecific morphological variation, yet the implications of such diversity for reproductive strategies and fetal development remain obscure. More invasive hemochorial placentas, in which fetal tissues directly contact the maternal blood supply, are believed to facilitate nutrient transfer, resulting in higher fetal growth rates, and to be a state of relative fetal advantage in the evolution of maternal-offspring conflict. The extent of interdigitation between maternal and fetal tissues has received less attention than invasiveness but is also potentially important because it influences the surface area for exchange. We show that although increased placental invasiveness and interdigitation are both associated with shorter gestations, interdigitation is the key variable. Gestation times associated with highly interdigitated labyrinthine placentas are 44% of those associated with less interdigitated villous and trabecular placentas. There is, however, no relationship between placental traits and neonatal body and brain size. Hence, species with more interdigitated placentas produce neonates of similar body and brain size but in less than half the time. We suggest that the effects of placental interdigitation on growth rates and the way that these are traded off against gestation length may be promising avenues for understanding the evolutionary dynamics of parentoffspring conflict. Keywords: placenta, parent-offspring conflict, life history, brain evolution, reproductive strategies, gestation.

Expression of metallothionein in ameloblastoma. A regulatory molecule?

BACKGROUND: Ameloblastoma is a benign odontogenic tumor, exhibiting local invasiveness and high rate of recurrence. Metallothionein is a protein associated with tumorigenesis, serving as prognostic factor in different neoplasms. We are interested in mechanisms underlying ameloblastoma local invasiveness. Thus, we decided to analyze expression of metallothionein in this tumor. MATERIALS AND METHODS: An immunohistochemical evaluation of metallothionein in ameloblastoma was carried out. As control, we assessed expression of the same molecule in calcifying cystic odontogenic tumor (CCOT), a non-invasive odontogenic neoplasm with ameloblastomatous epithelium. RESULTS: We studied 12 cases of solid/multicystic ameloblastomas. Metallothionein was observed in all samples. This molecule was observed in columnar cells in the periphery and in central polyhedral cells. CCOT (four cases) also showed the presence of metallothionein. Morphometry of stained areas showed that expression of metallothionein in ameloblastoma was significantly higher compared to CCOT (P < 0.0001). CONCLUSIONS: This protein may have an impact on ameloblastoma behavior. Metallothionein would act as a zinc reservoir for important proteases related to ameloblastoma biology, such as MMPs. This protein could also display pro-mitotic and anti-apoptotic features in the tumor. J Oral Pathol Med (2011) 40: 516-519

Matrix metalloproteinases, TIMPs and growth factors regulating ameloblastoma behaviour

Aims: Ameloblastoma is an odontogenic neoplasm with local invasiveness and recurrence. We have previously suggested that growth factors and matrix metalloproteinases (MMPs) influence ameloblastoma invasiveness(1). The aim was to study expression of MMPs, tissue inhibitor of metalloproteinases (TIMPs) and growth factors in ameloblastoma. Methods and results: Thirteen cases of solid/multicystic ameloblastoma were examined. As a control, calcifying cystic odontogenic tumour (CCOT), a non-invasive odontogenic neoplasm with ameloblastomatous epithelium was also studied. Immunohistochemistry detected MMPs, TIMPs and growth factors in ameloblastoma and CCOT. The labelling index (LI) of MMP-9 and TIMP-2 was significantly higher in ameloblastoma compared with CCOT. The LI of epidermal growth factor (EGF), transforming growth factor (TGF)-alpha and epidermal growth factor receptor (EGFR) was also increased in ameloblastoma. This neoplasm showed greater expression of MMPs, TIMPs and growth factors compared with CCOT. We then analysed these molecules in ameloblastoma cells and stroma. Ameloblastoma cells exhibited increased LI of MMP-1, -2 and EGFR. We found a positive correlation between EGF and TIMP-1, and between TGF-alpha and TIMP-2. It is known that signals generated by growth factors are transduced by the ERK pathway. Ameloblastoma stroma exhibited the phosphorylated (activated) form of ERK. Conclusions: These results suggest an interplay involving growth factors MMPs and TIMPs that may contribute to ameloblastoma behaviour. Signals generated by this molecular network would be transduced by ERK 1/2 pathway.

Immune Evasion of Leptospira Species by Acquisition of Human Complement Regulator C4BP

Leptospirosis is a spirochetal zoonotic disease of global distribution with a high incidence in tropical regions. In the last 15 years it has been recognized as an important emerging infectious disease due to the occurrence of large outbreaks in warm-climate countries and, occasionally, in temperate regions. Pathogenic leptospires efficiently colonize target organs after penetrating the host. Their invasiveness is attributed to the ability to multiply in blood, adhere to host cells, and penetrate into tissues. Therefore, they must be able to evade the innate host defense. The main purpose of the present study was to evaluate how several Leptospira strains evade the protective function of the complement system. The serum resistance of six Leptospira strains was analyzed. We demonstrate that the pathogenic strain isolated from infected hamsters avoids serum bactericidal activity more efficiently than the culture-attenuated or the nonpathogenic Leptospira strains. Moreover, both the alternative and the classical pathways of complement seem to be responsible for the killing of leptospires. Serum-resistant and serum-intermediate strains are able to bind C4BP, whereas the serum-sensitive strain Patoc I is not. Surface-bound C4BP promotes factor I-mediated cleavage of C4b. Accordingly, we found that pathogenic strains displayed reduced deposition of the late complement components C5 to C9 upon exposure to serum. We conclude that binding of C4BP contributes to leptospiral serum resistance against host complement.

Expressão imuno-histoquimica de colagenase-1 e gelatinases A e B em mixomas odontogênicos e papilas de germes dentários

The odontogenic myxoma shares cellular and structural aspects with dental papilla, which has been implicated as probable origin of this neoplasm. The aim of the present study was to perform a comparative immunohistochemical analysis for the expression of collagenase-1 (MMP-1) and gelatinases A (MMP-2) and B (MMP-9) in odontogenic myxomas and dental papilla of teeth germs. Twelve cases of odontogenic myxomas and eight specimens of teeth germs were selected. It was taken into consideration the presence or absence of immunoreactivity, the pattern of immunohistochemical distribution of proteases within extracellular matrix, as well as, the number of cells revealing immunostaining for matrix metalloproteinases (MMPs). It was verified a significant difference (p<0,05) in relation to MMP-2 immunoexpression, which was observed only within extracellular matrix of myxomas. Nevertheless, MMP-1 labeling was revealed by most of the cases of odontogenic myxoma, at levels close to those observed in dental papilla. In relation to the pattern of distribution, a significant difference was obtained between specimens (p<0,05), with neoplasms predominantly exhibiting a focal pattern for MMP-1. The quantitative analysis of neoplastic cells labeled for MMPs denoted a significant difference (p<0,05), demonstrating a higher proportion of MMP-1 in comparison to MMPs-2 and -9. It can be concluded that immunohistochemical expression of MMP-1 at levels comparable to those observed in dental papilla and quantitatively superior in relation to MMPs-2 and -9, suggest an implication of this protease on extracellular matrix degradation of odontogenic myxomas. Moreover, the possibility of interactions with receptors involved in cellular adhesion, particularly with integrins, suggests a plausible function on local invasiveness of such neoplasms. Additionally, the presence of a descent immunoexpression gradient for these MMPs on odontogenic myxomas, associated to substrate specificity inherent in each enzyme, suggest the existence of a coordinated mechanism between interstitial collagenase and gelatinases A and B in order to allow an efficient degradation of extracellular matrix and local invasion by neoplastic cells

Cortactin is associated with perineural invasion in the deep invasive front area of laryngeal carcinomas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Predicting the potential distribution of the alien invasive American bullfrog (Lithobates catesbeianus) in Brazil

The non-native invasive anuran Lithobates catesbeianus is presently distributed in Brazil, especially in the Atlantic Rainforest biodiversity hotspot. Here, we use a maximum entropy ecological niche modeling algorithm (i) to model the North American native geographic distribution of this species and (ii) to project that model onto the whole of Brazil. After applying a threshold value that balances commission and omission errors, the projection results suggested high probabilities of occurrence mostly in southern and southeastern Brazil. We also present the first report on the species known distribution in Brazil, showing good agreement with model predictions. If the predictive map is interpreted as depicting invasiveness potential of L. catesbeianus, strategies to prevent further invasion in Brazil should be focused especially in the Atlantic Rainforest biodiversity hotspot.