Integration of Notch 1 and calcineurin/NFAT signaling pathways in keratinocyte growth and differentiation control.

The Notch and Calcineurin/NFAT pathways have both been implicated in control of keratinocyte differentiation. Induction of the p21(WAF1/Cip1) gene by Notch 1 activation in differentiating keratinocytes is associated with direct targeting of the RBP-Jkappa protein to the p21 promoter. We show here that Notch 1 activation functions also through a second Calcineurin-dependent mechanism acting on the p21 TATA box-proximal region. Increased Calcineurin/NFAT activity by Notch signaling involves downregulation of Calcipressin, an endogenous Calcineurin inhibitor, through a HES-1-dependent mechanism. Besides control of the p21 gene, Calcineurin contributes significantly to the transcriptional response of keratinocytes to Notch 1 activation, both in vitro and in vivo. In fact, deletion of the Calcineurin B1 gene in the skin results in a cyclic alopecia phenotype, associated with altered expression of Notch-responsive genes involved in hair follicle structure and/or adhesion to the surrounding mesenchyme. Thus, an important interconnection exists between Notch 1 and Calcineurin-NFAT pathways in keratinocyte growth/differentiation control.

An operon of three transcriptional regulators controls horizontal gene transfer of the integrative and conjugative element ICEclc in Pseudomonas knackmussii B13.

The integrative and conjugative element ICEclc is a mobile genetic element in Pseudomonas knackmussii B13, and an experimental model for a widely distributed group of elements in Proteobacteria. ICEclc is transferred from specialized transfer competent cells, which arise at a frequency of 3-5% in a population at stationary phase. Very little is known about the different factors that control the transfer frequency of this ICE family. Here we report the discovery of a three-gene operon encoded by ICEclc, which exerts global control on transfer initiation. The operon consists of three consecutive regulatory genes, encoding a TetR-type repressor MfsR, a MarR-type regulator and a LysR-type activator TciR. We show that MfsR autoregulates expression of the operon, whereas TciR is a global activator of ICEclc gene expression, but no clear role was yet found for MarR. Deletion of mfsR increases expression of tciR and marR, causing the proportion of transfer competent cells to reach almost 100% and transfer frequencies to approach 1 per donor. mfsR deletion also caused a two orders of magnitude loss in population viability, individual cell growth arrest and loss of ICEclc. This indicates that autoregulation is an important feature maintaining ICE transfer but avoiding fitness loss. Bioinformatic analysis showed that the mfsR-marR-tciR operon is unique for ICEclc and a few highly related ICE, whereas tciR orthologues occur more widely in a large variety of suspected ICE among Proteobacteria.

Global transcriptional programs in peripheral nerve endoneurium and DRG are resistant to the onset of type 1 diabetic neuropathy in Ins2 mice.

While the morphological and electrophysiological changes underlying diabetic peripheral neuropathy (DPN) are relatively well described, the involved molecular mechanisms remain poorly understood. In this study, we investigated whether phenotypic changes associated with early DPN are correlated with transcriptional alterations in the neuronal (dorsal root ganglia [DRG]) or the glial (endoneurium) compartments of the peripheral nerve. We used Ins2(Akita/+) mice to study transcriptional changes underlying the onset of DPN in type 1 diabetes mellitus (DM). Weight, blood glucose and motor nerve conduction velocity (MNCV) were measured in Ins2(Akita/+) and control mice during the first three months of life in order to determine the onset of DPN. Based on this phenotypic characterization, we performed gene expression profiling using sciatic nerve endoneurium and DRG isolated from pre-symptomatic and early symptomatic Ins2(Akita/+) mice and sex-matched littermate controls. Our phenotypic analysis of Ins2(Akita/+) mice revealed that DPN, as measured by reduced MNCV, is detectable in affected animals already one week after the onset of hyperglycemia. Surprisingly, the onset of DPN was not associated with any major persistent changes in gene expression profiles in either sciatic nerve endoneurium or DRG. Our data thus demonstrated that the transcriptional programs in both endoneurial and neuronal compartments of the peripheral nerve are relatively resistant to the onset of hyperglycemia and hypoinsulinemia suggesting that either minor transcriptional alterations or changes on the proteomic level are responsible for the functional deficits associated with the onset of DPN in type 1 DM.

Transcriptional regulator PRDM12 is essential for human pain perception.

Pain perception has evolved as a warning mechanism to alert organisms to tissue damage and dangerous environments. In humans, however, undesirable, excessive or chronic pain is a common and major societal burden for which available medical treatments are currently suboptimal. New therapeutic options have recently been derived from studies of individuals with congenital insensitivity to pain (CIP). Here we identified 10 different homozygous mutations in PRDM12 (encoding PRDI-BF1 and RIZ homology domain-containing protein 12) in subjects with CIP from 11 families. Prdm proteins are a family of epigenetic regulators that control neural specification and neurogenesis. We determined that Prdm12 is expressed in nociceptors and their progenitors and participates in the development of sensory neurons in Xenopus embryos. Moreover, CIP-associated mutants abrogate the histone-modifying potential associated with wild-type Prdm12. Prdm12 emerges as a key factor in the orchestration of sensory neurogenesis and may hold promise as a target for new pain therapeutics.

Post-transcriptional regulation of circadian gene expression by miRNAs

La grande majorité des organismes vivants ont développé un système d'horloges biologiques internes, appelées aussi horloges circadiennes, contrôlant l'expression de gênes impliqués dans de nombreux processus moléculaires et comportementaux. Au cours de la dernière décennie, des analyses « microarray » et séquençages à haut débit sur divers tissus de mammifères, indiquent que jusqu'à 20% du transcriptome serait sous contrôle circadien. Il était jusqu'à présent admis que la majorité des ARNm ayant une accumulation rythmique était générée par une transcription qui était elle-même rythmique. Toutefois, de récentes études ont suggéré qu'une proportion considérable des ARNm cycliques serait en fait générée par des mécanismes post-transcriptionnelles, incluant une régulation par micro-ARN (miARN). Lorsque j'ai débuté mon travail de thèse, l'influence des miARN sur l'expression des gènes circadiens, au niveau pangénomique, était encore méconnue. Par l'utilisation d'un modèle murin, dont la biogenèse des miARN a été spécifiquement désactivée au niveau des cellules hépatiques (knockout conditionnel pour Dicer), je me suis donc intéressée au rôle que jouaient ces molécules régulatrices sur la rythmicité de l'expression génique dans le foie. Des séquençages sur l'ensemble du transcriptome révèlent que l'horloge interne du foie est étonnement résistante à la perte totale des miARN. Nous avons cependant trouvé que les miARN agissent de façon importante sur la régulation de l'expression des gènes contrôlés par l'horloge moléculaire. La corégulation par les miARN, affectant jusqu'à 30% des gènes transcrits de façon rythmiques, conduit ainsi à une modulation de phase et d'amplitude du rythme de l'abondance des ARNm. En revanche, seuls peu de transcrits dépendent uniquement des miARN pour la rythmicité de leur accumulation. Enfin, mon travail met en évidence plusieurs miARN spécifiques, qui semblent préférentiellement moduler l'expression des gènes cycliques et permet l'identification de voies hépatiques particulièrement sujettes à une double régulation par les miARN et l'horloge biologique interne. La première masse d'analyses a essentiellement porté sur le rôle que jouent les miARN au niveau de l'expression des gènes contrôlés par l'horloge interne. Dans deux études de suivi, je me suis penchée sur deux aspects supplémentaires et complémentaires de la manière dont les miARN et l'oscillation de l'expression des gènes interagissent. Dans les hépatocytes murins, spécifiquement privés de Dicer, je me suis demandée si un phénotype horloge avait pu être masqué, dû à un entraînement stable de l'horloge du foie par l'horloge maîtresse du cerveau. J'ai donc commencé une série d'expériences ambitieuses (impliquant la mesure de la rythmicité du foie in vivo, chez l'animal vivant) afin de déséquilibrer l'entrainement de l'horloge hépatique via l'utilisation d'un protocole nutritionnel spécifique. Les premiers résultats suggèrent que dans des conditions où l'animal subit une restriction alimentaire pendant la journée, les miARN sont importants dans la cinétique d'adaptation des organes périphériques à un nouvel horaire de sustentation. Dans une deuxième ligne de recherche, j'ai plus profondément étudié quels seraient les miARN responsables des rythmes post-transcriptionnels des ARNm, en utilisant le séquençage de « small » ARN sur 24h. L'analyse est en cours et se poursuivra après l'obtention de mon diplôme. De façon générale, mon travail révèle d'importants et nouveaux rôles des miARN dans la modulation de l'expression circadienne des gènes hépatiques. De plus, le set de données générées dans l'étude déjà publiée, peut dorénavant servir de ressource valable pour de prochaines investigations sur le rôle physiologique que les miARN jouent au niveau du foie. -- Most living organisms have developed internal timing systems, called circadian clocks, to drive the rhythmic expression of genes involved in many molecular and behavioral processes. Over the last decade, microarray analyses and high- throughput sequencing from various mammalian tissues have indicated that up to 20% of the transcriptome are under circadian control. It was generally assumed that the majority of rhythmic mRNA accumulation is generated by rhythmic transcription. However, recent studies have suggested that a considerable proportion of mRNA cycling may actually be generated by post-transcriptional mechanisms, including by microRNAs. When I started my thesis work, it was still unknown how miRNAs influence circadian gene expression in a genome-wide fashion. Using a mouse model in which miRNA biogenesis can be inactivated in hepatocytes (conditional Dicer knockout mouse), I have thus addressed the role that these regulatory molecules play in rhythmic gene expression in the liver. Whole transcriptome sequencing revealed that the hepatic core clock was surprisingly resilient to total miRNA loss. However, we found that miRNAs acted as important regulators of clock-controlled gene expression. Co- regulation by miRNAs, which affected up to 30% of rhythmically transcribed genes, thus led to the modulation of phases and amplitudes of mRNA abundance rhythms. By contrast, only very few transcripts were strictly dependent on miRNAs for their rhythmic accumulation. Finally, my work highlights several specific miRNAs that appear to preferentially modulate cyclic gene expression, and identifies pathways in the liver that are particularly prone to dual regulation through miRNAs and the clock. The first bulk of analyses mainly dealt with the role that miRNAs play at the level of rhythmic clock output gene expression. In two follow-up studies I further delved into two additional, complementary aspects of how miRNAs and gene expression oscillations interact. First, I addressed whether a core clock phenotype in the hepatocyte-specific Dicer knockout could have been masked due to the stable entrainment of the liver clock by the animals' master clock in the brain. I thus started a series of ambitious experiments (involving the in vivo recording of liver rhythms in live animals) to bring the stable entrainment of the liver clock out of equilibrium using specific feeding protocols. My first results suggest that under conditions when animals are challenged by food restriction to daytime, miRNAs are important for the kinetics of adapting to unusual mealtime in peripheral tissue. In a second line of research, I have more carefully investigated which miRNAs are responsible for post- transcriptional mRNA rhythms using small RNA sequencing around-the-clock. The analyses are ongoing and will be continued after my graduation. Overall, my work uncovered important and novel roles of miRNA activity in shaping hepatic circadian gene expression; moreover, the datasets collect in the published studies can serve as a valuable resource for further investigations into the physiological roles that miRNAs play in liver. -- L'alternance du jour et de la nuit dirige depuis longtemps la vie quotidienne des êtres humains et de la plupart des organismes sur terre. Ce cycle de 24 heures façonne beaucoup de changements comportementaux et physiologiques tels que la vigilance, la température corporelle et le sommeil. Les rythmes journaliers, appelés rythmes circadiens, sont dirigés par des horloges biologiques tournant dans presque chaque cellule du corps. Une structure dans le cerveau agit en tant qu'horloge maitresse pour synchroniser les horloges internes entre elles et en fonction des signaux de jour/nuit extérieurs. Dans les cellules "les gènes de l'horloge" sont activés et désactivés une fois par jour ce qui déclenche des cycles dans lesquels des protéines sont produites de manière circadienne. Ces rythmes protéiques sont spécialisés pour chaque tissu ou organe et peuvent les aider à réaliser leurs tâches quotidiennes. Les rythmes circadiens peuvent être générés d'autres manières n'impliquant pas directement les composants des gènes de l'horloge. Les ARN messagers (ARNm) sont des molécules intermédiaires dans la production de protéines à partir d'ADN. Dans le foie des souris jusqu'à 20% des molécules d'ARNm sont produites suivant des rythmes circadiens. Le foie réalise des tâches essentielles dans le contrôle du métabolisme incluant celui des hydrates de carbone, des graisses et du cholestérol. Un timing précis est important afin de traiter les substances nutritives correctement lors des repas il en résulte une variation des quantités de certains ARNm et protéines coïncidant avec les repas. Les microARNs constituent une autre classe de molécules ARN de très petite taille qui régulent l'efficacité de traduction des ARNm en protéines et la stabilité des ARNm. Lors de mon travail de thèse, j'ai exploré de manière approfondie l'influence de ces petits régulateurs sur les rythmes circadiens du foie de souris. Ces expériences qui impliquaient le "Knock-out" d'un gène essentiel à la production de microARNs montrent qu'au lieu de générer les rythmes des ARNm, les microARNs les ajustent pour répondre aux besoins spécifiques du foie comme assurer leur pic au bon moment de la journée. Le ciblage de microARNs spécifiques peut révéler de nouvelles stratégies pour rectifier ces rythmes lorsque par exemple les fonctions métaboliques ne fonctionnent plus normalement. -- The rising and setting of the sun have long driven the daily schedules of humans and most organisms on the earth. This 24-hr cycle shapes many behavioural and physiological changes, such as alertness, body temperature, and sleep. These daily rhythms, which are called circadian rhythms, are dictated by biological clocks that are ticking in almost every single cell of the body. A region in the brain acts as a master clock to synchronize the internal clocks with each other and with the outside light/dark cycles. In cells, "core clock genes" are turned on and off once per day, which triggers cycles that cause some proteins to be produced in a circadian manner. The protein rhythms are specialized to a particular tissue or organ, and may help them to carry out their designated daily tasks. However, circadian rhythms might also be produced by other ways that do not involve these core clock components. Messenger RNAs (mRNAs) are intermediate molecules in the production of proteins from DNA. In the mouse liver, up to 20% of mRNA molecules are produced in circadian cycles. The liver performs essential tasks that control metabolism-including that of carbohydrates, fats, and cholesterol. Precisely timing when certain mRNAs and proteins reach peaks and troughs in their activities to coincide with mealtimes is important for nutrients to be properly processed. Other RNA molecules called microRNAs, i.e. RNAs of very small size, regulate at which rate mRNA molecules are translated into proteins. In my thesis work, I have explored at the influence of these small regulators on circadian rhythms in the mouse liver in greater detail. These experiments, which involved "knocking out" a gene that is essential for the production of microRNAs, show that rather than generating the mRNA rhythms, the microRNAs appear to adjust them to meet the specific needs of the liver, such as ensuring that they peak at the right time-of-day. Targeting specific microRNA molecules may reveal new strategies to tweak these rhythms, which could help to improve conditions when metabolic functions go wrong.

The hpx genetic system for hypoxanthine assimilation as a nitrogen source in Klebsiella pneumoniae: gene organization and transcriptional regulation.

Growth experiments showed that adenine and hypoxanthine can be used as nitrogen sources by several strains of K. pneumoniae under aerobic conditions. The assimilation of all nitrogens from these purines indicates that the catabolic pathway is complete and proceeds past allantoin. Here we identify the genetic system responsible for the oxidation of hypoxanthine to allantoin in K. pneumoniae. The hpx cluster consists of seven genes, for which an organization in four transcriptional units, hpxDE, hpxR, hpxO and hpxPQT, is proposed. The proteins involved in the oxidation of hypoxanthine (HpxDE) or uric acid (HpxO) did not display any similarity to other reported enzymes known to catalyze these reactions, but instead are similar to oxygenases acting on aromatic compounds. Expression of the hpx system is activated by nitrogen limitation and by the presence of specific substrates, with hpxDE and hpxPQT controlled by both signals. Nitrogen control of hpxPQT transcription, which depends on 54, is mediated by the Ntr system. In contrast, neither NtrC nor NAC is involved in the nitrogen control of hpxDE, which is dependent on 70 for transcription. Activation of these operons by the specific substrates is also mediated by different effectors and regulatory proteins. Induction of hpxPQT requires uric acid formation, whereas expression of hpxDE is induced by the presence of hypoxanthine through the regulatory protein HpxR. This LysR-type regulator binds to a TCTGC-N4-GCAAA site in the intergenic hpxD-hpxR region. When bound to this site for hpxDE activation, HpxR negatively controls its own transcription.

Control of gene expression in Trypanosomatidae

The study of mechanisms which control gene expression in trypanosomatids has developed at an increasing rate since 1989 when the first successful DNA transfection experiments were reported. Using primarily Trypanosoma brucei as a model, several groups have begun to elucidate the basic control mechanisms and to define the cellular factors involved in mRNA transcription, processing and translation in these parasites. This review focuses on the most recent studies regarding a subset of genes that are expressed differentially during the life cycle of three groups of parasites. In addition to T. brucei, I will address studies on gene regulation in a few species of Leishmania and the results obtained by a much more limited group of laboratories studying gene expression in Trypanosoma cruzi. It is becoming evident that the regulatory strategies chosen by different species of trypanosomatids are not similar, and that for these very successful parasites it is probably advantageous to employ multiple mechanisms simultaneously. In addition, with the increasing numbers of parasite genes that have now been submitted to molecular dissection, it is also becoming evident that, among the various strategies for gene expression control, there is a predominance of regulatory pathways acting at the post-transcriptional level.

Transcriptional up-regulation of PHLDA1 by 17β-estradiol in MCF-7 breast cancer cells

Most breast cancer risk factors are associated with prolonged exposure of the mammary gland to high levels of estrogens. The actions of estrogens are predominantly mediated by two receptors, ERα and ERβ, which act as transcription factors binding with high affinity to estrogen response elements in the promoter region of target genes. However, most target genes do not contain the consensus estrogen response elements, but rather degenerated palindromic sequences showing one or more mutations and other ER-binding sites such as AP-1 and SP-1. Using the differential display reverse transcription-polymerase chain reaction technique, our group identified several genes differentially expressed in normal tissue and in ER-positive and ER-negative primary breast tumors. One of the genes shown to be down-regulated in breast tumors compared to normal breast tissue was the PHLDA1 (Pleckstrin homology-like domain, family A, member 1). In the present study, we investigated the potential of PHLDA1 to be regulated by estrogen via ER in MCF-7 breast cancer cells. The promoter region of PHLDA1 shows an imperfect palindrome, an AP-1- and three SP-1-binding sites potentially regulated by estrogens. We also assessed the effects of 17β-estradiol on PHLDA1 mRNA expression in MCF-7 breast cancer cells. MCF-7 cells exposed to 10 nM 17β-estradiol showed more than 2-fold increased expression of the PHLDA1 transcripts compared to control cells (P = 0.05). The anti-estrogen ICI 182,780 (1 µM) inhibited PHLDA1 mRNA expression and completely abolished the effect of 10 nM 17β-estradiol on PHLDA1 expression (P < 0.05), suggesting that PHLDA1 is regulated by estrogen via ER.

Central actions of glucocorticoids in the control of body fluid homeostasis: Review

The involvement of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis in the control of body fluid homeostasis has been extensively investigated in the past few years. In the present study, we reviewed the recent results obtained using different approaches to investigate the effects of glucocorticoids on the mechanisms of oxytocin and vasopressin synthesis and secretion in response to acute and chronic plasma volume and osmolality changes. The data presented here suggest that glucocorticoids are not only involved in the mechanisms underlying the fast release but also in the transcriptional events that lead to decreased synthesis and secretion of these neuropeptides, particularly oxytocin, under diverse experimental conditions of altered fluid volume and tonicity. The endocannabinoid system, through its effects on glutamatergic neurotransmission within the hypothalamus and the nuclear factor κB-mediated transcriptional activity, seems to be also involved in the specific mechanisms by which glucocorticoids exert their central effects on neurohypophyseal hormone synthesis and secretion.

Effects of a methanolic fraction of soybean seeds on the transcriptional activity of peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR)

Since the anti-inflammatory, antidiabetic and hypolipidemic effects of soy isoflavones may be mediated by activation of peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR), the present study investigated whether the methanolic fractions obtained from soybean seeds (E1) and soybean seed coats with hypocotyls (E2) could influence PPARα, PPARγ and PPARβ/δ transcriptional activity. The isoflavones from E1 and E2 were quantified by HPLC analysis. E1 and E2 were rich in isoflavones (daidzin, glycitin, genistin, malonyldaidzin, malonylglycitin, malonylgenistin, daidzein, glycitein, and genistein). Moreover, E1 and E2 showed no evidence of genetically modified material containing the gene CP4 EPSPS. To investigate PPAR transcriptional activity, human promonocytic U-937 cells were treated with E1 and E2 (200, 400, 800, and 1600 µg/mL), positive controls or vehicle. Data are reported as fold-activation of the luciferase reporter driven by the PPAR-responsive element. Dose-response analysis revealed that E1 and E2 induced the transcriptional activity of PPARα (P < 0.001), with activation comparable to that obtained with 0.1 mM bezafibrate (positive control) at 1600 µg/mL (4-fold) and 800 µg/mL (9-fold), respectively. In addition, dose-response analysis revealed that E1 and E2 activated PPARβ/δ (P < 0.05), and the activation at 800 µg/mL (4- and 9-fold, respectively) was comparable to that of 0.1 mM bezafibrate (positive control). However, no effect on PPARγ was observed. Activation of PPARα is consistent with the lipid-lowering activity of soy isoflavones in vivo, but further studies are needed to determine the physiological significance of PPARβ/δ activation.

A mechanism for co-transcriptional recruitment of mRNA localization factor on nascent mRNAs in budding yeast

Le transport et la localisation des ARN messagers permettent de réguler l’expression spatiale et temporelle de facteurs spécifiques impliqués dans la détermination du destin cellulaire, la plasticité synaptique, la polarité cellulaire et la division asymétrique des cellules. Chez S.cerevisiæ, plus de trente transcrits sont transportés activement vers le bourgeon cellulaire. Parmi ces transcrits, l’ARNm ASH1 (asymetric synthesis of HO) est localisé à l’extrémité du bourgeon pendant l’anaphase. Ce processus va entrainer une localisation asymétrique de la protéine Ash1p, qui sera importée uniquement dans le noyau de la cellule fille, où elle entraine le changement de type sexuel. La localisation asymétrique de l’ARNm ASH1, et donc de Ash1p, implique la présence de différents facteurs de localisation. Parmi ces facteurs, les protéines She (She1p/Myo4p, She2p et She3p) et les répresseurs traductionnels (Puf6p, Loc1p et Khd1p) participent à ce mécanisme. La protéine navette She2p est capable de lier l’ARNm ASH1 et va entrainer le ciblage de cet ARNm vers l’extrémité du bourgeon en recrutant le complexe She3p-Myo4p. Des répresseurs traductionnels régulent la traduction de cet ARNm et évitent l’expression ectopique de la protéine Ash1p pendant son transport. Alors que la fonction cytoplasmique de She2p sur la localisation des ARNm est connue, sa fonction nucléaire est encore inconnue. Nous avons montré que She2p contient une séquence de localisation nucléaire non classique qui est essentielle à son import nucléaire médié par l’importine α (Srp1p). L’exclusion de She2p du noyau par mutation de son NLS empêche la liaison de Loc1p et Puf6p sur l’ARNm ASH1, entrainant un défaut de localisation de l’ARNm et de la protéine. Pour étudier plus en détail l’assemblage de la machinerie de localisation des ARNm dans le noyau, nous avons utilisé des techniques d’immunoprécipitation de chromatine afin de suivre le recrutement des facteurs de localisation et des répresseurs traductionnels sur les ARNm naissants. Nous avons montré que She2p est recruté sur le gène ASH1 pendant sa transcription, via son interaction avec l’ARNm ASH1 naissant. Puf6p est également recruté sur ASH1, mais d’une manière dépendante de la présence de She2p. De façon intéressante, nous avons détecté une interaction entre She2p et la plus grande sous-unité de l’ARN polymérase II (Rpb1p). Cette interaction est détectée avec la forme active en élongation de l’ARN polymérase II. Nous avons également démontré que She2p interagit avec le complexe d’élongation de la transcription Spt4p/Spt5p. Une délétion de SPT4 ou une mutation dans SPT5 (Ts spt5) à température restrictive empêche l’interaction entre She2p et Rpb1p, et diminue le recrutement de She2p au gène ASH1, entrainant un défaut de localisation de l’ARNm et un défaut de localisation asymétrique de la protéine Ash1p. De manière globale, nos résultats montrent que les facteurs impliqués dans la localisation cytoplasmique des ARNm et dans leur contrôle traductionnel sont recrutés de façon co-transcriptionnelle sur les ARNm naissants via leur interaction avec la machinerie de transcription, suggèrant un rôle important de la machinerie transcriptionelle dans la localisation des ARNm.

A proteome-wide strategy reveals a novel mechanism of control of cell cycle progression through modulation of cyclin mRNA stability

La quantité de données générée dans le cadre d'étude à grande échelle du réseau d'interaction protéine-protéine dépasse notre capacité à les analyser et à comprendre leur sens; d'une part, par leur complexité et leur volume, et d'un autre part, par la qualité du jeu de donnée produit qui semble bondé de faux positifs et de faux négatifs. Cette dissertation décrit une nouvelle méthode de criblage des interactions physique entre protéines à haut débit chez Saccharomyces cerevisiae, la complémentation de fragments protéiques (PCA). Cette approche est accomplie dans des cellules intactes dans les conditions natives des protéines; sous leur promoteur endogène et dans le respect des contextes de modifications post-traductionnelles et de localisations subcellulaires. Une application biologique de cette méthode a permis de démontrer la capacité de ce système rapporteur à répondre aux questions d'adaptation cellulaire à des stress, comme la famine en nutriments et un traitement à une drogue. Dans le premier chapitre de cette dissertation, nous avons présenté un criblage des paires d'interactions entre les protéines résultant des quelques 6000 cadres de lecture de Saccharomyces cerevisiae. Nous avons identifié 2770 interactions entre 1124 protéines. Nous avons estimé la qualité de notre criblage en le comparant à d'autres banques d'interaction. Nous avons réalisé que la majorité de nos interactions sont nouvelles, alors que le chevauchement avec les données des autres méthodes est large. Nous avons pris cette opportunité pour caractériser les facteurs déterminants dans la détection d'une interaction par PCA. Nous avons remarqué que notre approche est sous une contrainte stérique provenant de la nécessité des fragments rapporteurs à pouvoir se rejoindre dans l'espace cellulaire afin de récupérer l'activité observable de la sonde d'interaction. L'intégration de nos résultats aux connaissances des dynamiques de régulations génétiques et des modifications protéiques nous dirigera vers une meilleure compréhension des processus cellulaires complexes orchestrés aux niveaux moléculaires et structuraux dans les cellules vivantes. Nous avons appliqué notre méthode aux réarrangements dynamiques opérant durant l'adaptation de la cellule à des stress, comme la famine en nutriments et le traitement à une drogue. Cette investigation fait le détail de notre second chapitre. Nous avons déterminé de cette manière que l'équilibre entre les formes phosphorylées et déphosphorylées de l'arginine méthyltransférase de Saccharomyces cerevisiae, Hmt1, régulait du même coup sont assemblage en hexamère et son activité enzymatique. L'activité d'Hmt1 a directement un impact dans la progression du cycle cellulaire durant un stress, stabilisant les transcrits de CLB2 et permettant la synthèse de Cln3p. Nous avons utilisé notre criblage afin de déterminer les régulateurs de la phosphorylation d'Hmt1 dans un contexte de traitement à la rapamycin, un inhibiteur de la kinase cible de la rapamycin (TOR). Nous avons identifié la sous-unité catalytique de la phosphatase PP2a, Pph22, activé par l'inhibition de la kinase TOR et la kinase Dbf2, activé durant l'entrée en mitose de la cellule, comme la phosphatase et la kinase responsable de la modification d'Hmt1 et de ses fonctions de régulations dans le cycle cellulaire. Cette approche peut être généralisée afin d'identifier et de lier mécanistiquement les gènes, incluant ceux n'ayant aucune fonction connue, à tout processus cellulaire, comme les mécanismes régulant l'ARNm.

Genomic architecture of sickle cell disease clinical variation in children from West Africa : a case-control study design

Contexte : L’anémie falciforme ou drépanocytose est un problème de santé important, particulièrement pour les patients d’origine africaine. La variation phénotypique de l’anémie falciforme est problématique pour le suivi et le traitement des patients. L’architecture génomique responsable de cette variabilité est peu connue. Principe : Mieux saisir la contribution génétique de la variation clinique de cette maladie facilitera l’identification des patients à risque de développer des phénotypes sévères, ainsi que l’adaptation des soins. Objectifs : L’objectif général de cette thèse est de combler les lacunes relatives aux connaissances sur l’épidémiologie génomique de l’anémie falciforme à l’aide d’une cohorte issue au Bénin. Les objectifs spécifiques sont les suivants : 1) caractériser les profils d’expressions génomiques associés à la sévérité de l’anémie falciforme ; 2) identifier des biomarqueurs de la sévérité de l’anémie falciforme ; 3) identifier la régulation génétique des variations transcriptionelles ; 4) identifier des interactions statistiques entre le génotype et le niveau de sévérité associé à l’expression ; 5) identifier des cibles de médicaments pour améliorer l’état des patients atteints d’anémie falciforme. Méthode : Une étude cas-témoins de 250 patients et 61 frères et soeurs non-atteints a été menée au Centre de Prise en charge Médical Intégré du Nourrisson et de la Femme Enceinte atteints de Drépanocytose, au Bénin entre février et décembre 2010. Résultats : Notre analyse a montré que des profils d’expressions sont associés avec la sévérité de l’anémie falciforme. Ces profils sont enrichis de génes des voies biologiques qui contribuent à la progression de la maladie : l’activation plaquettaire, les lymphocytes B, le stress, l’inflammation et la prolifération cellulaire. Des biomarqueurs transcriptionnels ont permis de distinguer les patients ayant des niveaux de sévérité clinique différents. La régulation génétique de la variation de l’expression des gènes a été démontrée et des interactions ont été identifiées. Sur la base de ces résultats génétiques, des cibles de médicaments sont proposées. Conclusion: Ce travail de thèse permet de mieux comprendre l’impact de la génomique sur la sévérité de l’anémie falciforme et ouvre des perspectives de développement de traitements ciblés pour améliorer les soins offerts aux patients.

Transcriptional profiling of the LPS induced NF-kappaB response in macrophages

BACKGROUND: Exposure of macrophages to bacterial products such as lipopolysaccharide (LPS) results in activation of the NF-kappaB transcription factor, which orchestrates a gene expression programme that underpins the macrophage-dependent immune response. These changes include the induction or repression of a wide range of genes that regulate inflammation, cell proliferation, migration and cell survival. This process is tightly regulated and loss of control is associated with conditions such as septic shock, inflammatory diseases and cancer. To study this response, it is important to have in vitro model systems that reflect the behaviour of cells in vivo. In addition, it is necessary to understand the natural differences that can occur between individuals. In this report, we have investigated and compared the LPS response in macrophage derived cell lines and peripheral blood mononuclear cell (PBMC) derived macrophages. RESULTS: Gene expression profiles were determined following LPS treatment of THP-1 cells for 1 and 4 hours. LPS significantly induced or repressed 72 out of 465 genes selected as being known or putative NF-kappaB target genes, which exhibited 4 temporal patterns of expression. Results for 34 of these genes, including several genes not previously identified as LPS target genes, were validated using real time PCR. A high correlation between microarray and real time PCR data was found. Significantly, the LPS induced expression profile of THP-1 cells, as determined using real time PCR, was found to be very similar to that of human PBMC derived macrophages. Interestingly, some differences were observed in the LPS response between the two donor PBMC macrophage populations. Surprisingly, we found that the LPS response in U937 cells was dramatically different to both THP-1 and PBMC derived macrophages. CONCLUSION: This study revealed a dynamic and diverse transcriptional response to LPS in macrophages, involving both the induction and repression of gene expression in a time dependent manner. Moreover, we demonstrated that the LPS induced transcriptional response in the THP-1 cell line is very similar to primary PBMC derived macrophages. Therefore, THP-1 cells represent a good model system for studying the mechanisms of LPS and NF-kappaB dependent gene expression.

Transcriptional regulation differs in affected facioscapulohumeral muscular dystrophy patients compared to asymptomatic related carriers

Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD) is a progressive muscle disorder that has been associated with a contraction of 3.3-kb repeats on chromosome 4q35. FSHD is characterized by a wide clinical inter- and intrafamilial variability, ranging from wheelchair-bound patients to asymptomatic carriers. Our study is unique in comparing the gene expression profiles from related affected, asymptomatic carrier, and control individuals. Our results suggest that the expression of genes on chromosome 4q is altered in affected and asymptomatic individuals. Remarkably, the changes seen in asymptomatic samples are largely in products of genes encoding several chemokines, whereas the changes seen in affected samples are largely in genes governing the synthesis of GPI-linked proteins and histone acetylation. Besides this, the affected patient and related asymptomatic carrier share the 4qA161 haplotype. Thus, these polymorphisms by themselves do not explain the pathogenicity of the contracted allele. Interestingly, our results also suggest that the miRNAs might mediate the regulatory network in FSHD. Together, our results support the previous evidence that FSHD may be caused by transcriptional dysregulation of multiple genes, in cis and in trans, and suggest some factors potentially important for FSHD pathogenesis. The study of the gene expression profiles from asymptomatic carriers and related affected patients is a unique approach to try to enhance our understanding of the missing link between the contraction in D4Z4 repeats and muscle disease, while minimizing the effects of differences resulting from genetic background.