9-cis-retinoic acid enhances fatty acid-induced expression of the liver fatty acid-binding protein gene.

The role of retinoic acids (RA) on liver fatty acid-binding protein (L-FABP) expression was investigated in the well differentiated FAO rat hepatoma cell line. 9-cis-Retinoic acid (9-cis-RA) specifically enhanced L-FABP mRNA levels in a time- and dose-dependent manner. The higher induction was found 6 h after addition of 10(-6) M 9-cis-RA in the medium. RA also enhanced further both L-FABP mRNA levels and cytosolic L-FABP protein content induced by oleic acid. The retinoid X receptor (RXR) and the peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR), which are known to be activated, respectively, by 9-cis-RA and long chain fatty acid (LCFA), co-operated to bind specifically the peroxisome proliferator-responsive element (PPRE) found upstream of the L-FABP gene. Our result suggest that the PPAR-RXR complex is the molecular target by which 9-cis-RA and LCFA regulate the L-FABP gene.

The role of the vacuolar H+ - ATPase in membrane fusion

RésuméLa H+-ATPase vacuolaire (V-ATPase) est un complexe enzymatique composé de deux secteurs multimériques (VQ et Vi) dont l'association dans la cellule est réversible. Le secteur intramembranaire de la V-ATPase (V0) interagit physiquement avec des protéines SNARE et stimule la fusion homotypique des vacuoles de la levure (lysosomes), la sécrétion de neurotransmetteurs et d'insuline, la fusion entre phagosome et lysosome ainsi que la sécrétion des corps multivésiculaires par un mécanisme inconnu. Dans cette étude j'ai identifié des résidues d'acides amines situés dans des sous-unités de V0 impliqués dans le mécanisme de fusion des vacuoles mais non essentiels pour l'acidification vacuolaire par la V-ATPase. j'ai utilisé un protocole de mutagenèse aléatoire pour produire des libraries de mutants des sous unités de V0. Ces libraries ont été analysées in vivo afin d'identifier des alleles qui permettent la translocation des protons mais produisent une vacuole fragmentée, phénotype indiquant un défaut dans la fusion membranaire. Les vacuoles des mutants ont été isolées et caractéisées en utilisant une grande variété d'outils biochimiques pour déterminer précisément l'impact des différentes mutations sur l'accomplissement d'événements clés du processus de fusion.J'ai identifié des mutations associées à des défauts spécifiques de la fusion dans plusieurs sous-unités de V0. Dans les protéolipides c, c' et c" ces mutations se concentrent dans la partie cytosolique des domaines transmembranaires. Elles renforcent les associations entre les secteurs de la V-ATPase et entre V0 et les SNAREs. Dans la fusion vacuolaire ces mutations permettent la formation de complexes SNAREs en trans mais inhibent l'induction de la fusion. Par contre, la deletion de la sous- unité d influence les étapes de la fusion qui précèdent la formation des complexes trans-SNAREs. Mes résultats démontrent que V0 joue des rôles différents dans plusieurs étapes de la fusion et que ces fonctions sont liées au système des SNAREs. Ils différencient génétiquement les activités de V0 dans la translocation des protons et dans la fusion et identifient de nombreux résidus importants pour la fusion vacuolaire. De plus, compte tenu de la grande conservation de sequence des protéolipides chez les eukaryotes les mutations identifiées dans cette l'étude apportent de nouvelles informations pour analyser la fonction de V0 dans des organismes multicellulaires pour lesquels la function catalytique de la V-ATPase est essentielle à la survie.Résumé pour le large publicLe transport de protéines et de membranes est important pour maintenir la fonction des organelles dans la cellule. Il s'excerce au niveau des vesicules. La fusion membranaire est un processus élémentaire de ce transport. Pour fusionner deux membranes, il faut la coordination de deux activités: le rapprochement et la déstabiiization des deux membranes. La collaboration d'un ensemble de proteins conservés chez les eukaryotes, est nécessaire pour catalyser ces activités. Les proteins SNAREs sont les protagonistes principaux dans la fusion membranaire. Néanmoins, d'autres protéines, comme des Rab-GTPases et des chaperonnes, sont nécessaires pour permettre ce phénomène de fusion. Toutes ces protéines sont temporairement associées avec les SNAREs et leur fonction dans la fusion membranaire est souvent directement liée à leur activité dans cette association. Le secteur transmembranaire V0 de la V-ATPase rnteragit avec des SNAREs et est essentiel pour la fusion dans une variété de systèmes modèles comme la mouche, la souris et la levure. Le secteur V0 est composé de six protéines différentes. Avec te secteur Va, qui réside dans le cytosol, il forme la V-ATPase dont la fonction principale est l'acidification des organelles par translocation des protons à travers la membrane par un mécanisme ressemblant à celui d'une pompe. V0joue un role dans la fusion membranaire, indépendamment de son activité catalytique liée au pompage des protons, et ce rôle est encore largement méconnu à ce jour. Le but de ma thèse était de mieux comprendre l'implication de V0 dans ce contexte.Pour étudier des activités liées à la V-ATPase, la levure est un excellent modèle d'étude car elle survie à une inactivation de l'enzyme alors que le meme traitement serait léthal pour des organismes multicellulaires. Dans ma thèse j'ai utilisé la fusion homotypique de la vacuole de levure comme système modèle pour étudier le rôle de V0 dans la fusion. J'ai muté des gènes qui encodent des sous- unités de V0 et les ai introduit dans des souches privées des gènes respectifs. Dans les librairies de souches portant différentes versions de ces gènes j'ai cherché des clones exprimant une V-ATPase intacte et fonctionnelle mais qui possèdent une vacuole fragmentée. Le plus souvent, une vacuole fragmentée indique un défaut dans la fusion vacuolaire. Dans les trois types de protéolipides qui composent un cylindre dans le secteur V0, j'ai trouvé des clones avec une vacuole fragmentée. Après avoir isolé les mutations responsable de ce type de morphologie vacuolaire, j'ai isolé les vacuoles de ces clones pour étudier leur activités dans différentes étapes de la fusion vacuolaire. Les résultats de ces analyses mettent en évidence une implication de V0 dans plusieurs étapes de la fusion vacuolaire. Certaines mutations sélectionnées dans mon étude inhibent une étape précoce de la fusion qui inclue la dissociation des complexes SNARE, tandis que d'autres mutations inhibent une étape tardive du processus de fusion qui inclue la transmission d'une force disruptive dans la membrane.AbstractThe membrane-integral V0 sector of the vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) interacts with SNARE proteins. V0 stimulates fusion between yeast vacuoles (lysosomes) (Peters et al., 2001b), secretion of neurotransmitters and insulin (Hiesinger et al., 2005a, Sun-Wada et al., 2006a), phagosome-lysosome fusion (Peri and Nusslein-Volhard, 2008) and secretion of multivesicular bodies (Liegeois et al., 2006b) by a yet unknown mechanism. In my thesis, I identified sites in V0 subunits that are involved in yeast vacuole fusion but dispensable for the proton pumping by the V-ATPase. I randomly mutagenized V0 subunits and screened in vivo for mutant alleles that support proton pumping but cause fragmented vacuoles, a phenotype indicative of a fusion defect. Mutant vacuoles were isolated and analyzed in a cell-free system, allowing assay of key events in fusion, such as trans-SNARE pairing, lipid transition and fusion pore opening (Reese et al., 2005b).Mutants with selective fusion defects were found in several V0 subunits. In the proteolipids c, c' and c", critical mutations are concentated in the cytosolic half of the transmembrane domains. These mutations rendered the V-ATPase holoenzyme more stable and modulated V0-SNARE associations. In vacuole fusion critical proteolipid mutations permitted trans-SNARE pairing but impeded the induction of lipid flow between the membranes. Deletion of subunit d, by contrast, influenced early stages of fusion that precede trans-SNARE pairing. My results show that V0 acts in several steps of the fusion process and that its function is intimately connected to the SNARE system. They genetically separate the proton pump and fusion activities of V0 and identify numerous critical residues. Given the high sequence conservation of proteolipids in eukaryotic life, the identified mutations may be helpful in analyzing the fusion function of V0 also in mammalian cells, where V- ATPase pump function is essential for survival.

Identification of GPx8 as a novel cellular substrate of the hepatitis C virus NS3-4A protease

Background: The hepatitis C virus (HCV) NS3-4A protease is not only an essential component of the viral replication complex and a prime target for a ntiviral intervention but also a key player i n the persistence and pathogenesis of HCV. It cleaves and thereby inactivates two crucial adaptor proteins in viral RNA sensing and innate immunity (MAVS and TRIF) as well as a phosphatase involved in growth factor signaling (TCPTP). T he aim of this study was to identify novel cellular substrates o f the N S3-4A protease and to investigate their role in the replication and pathogenesis of HCV. Methods: Cell lines inducibly expressing t he NS3-4A protease were analyzed in basal as well as interferon-α-stimulated states by stable isotopic l abeling using amino acids in cell culture (SILAC) coupled with protein separation and mass spectrometry. Candidates fulfilling stringent criteria for potential substrates or products of the NS3-4A protease were further i nvestigated in different experimental systems as well a s in liver biopsies from patients with chronic hepatitis C. Results: SILAC coupled with protein separation and mass spectrometry yielded > 5000 proteins of which 18 candidates were selected for further analyses. These allowed us to identify GPx8, a membrane-associated peroxidase involved in disulfide bond formation in the endoplasmic reticulum, as a n ovel cellular substrate of the H CV NS3-4A protease. Cleavage occurs at cysteine in position 11, removing the cytosolic tip of GPx8, and was observed in different experimental systems as well as in liver biopsies from patients with chronic hepatitis C. Further functional studies, involving overexpression and RNA silencing, revealed that GPx8 is a p roviral factor involved in viral particle production but not in HCV entry or HCV RNA replication. Conclusions: GPx8 is a proviral host factor cleaved by the HCV NS3-4A protease. Studies investigating the consequences of GPx8 cleavage for protein function are underway. The identification of novel cellular substrates o f the HCV N S3-4A protease should yield new insights i nto the HCV life cycle and the pathogenesis of hepatitis C and may reveal novel targets for antiviral intervention.

Determination of four sequential stages during microautophagy in vitro.

Microautophagy is the transfer of cytosolic components into the lysosome by direct invagination of the lysosomal membrane and subsequent budding of vesicles into the lysosomal lumen. This process is topologically equivalent to membrane invagination during multivesicular body formation and to the budding of enveloped viruses. Vacuoles are lysosomal compartments of yeasts. Vacuolar membrane invagination can be reconstituted in vitro with purified yeast vacuoles, serving as a model system for budding of vesicles into the lumen of an organelle. Using this in vitro system, we defined different reaction states. We identified inhibitors of microautophagy in vitro and used them as tools for kinetic analysis. This allowed us to characterize four biochemically distinguishable steps of the reaction. We propose that these correspond to sequential stages of vacuole invagination and vesicle scission. Formation of vacuolar invaginations was slow and temperature-dependent, whereas the final scission of the vesicle from a preformed invagination was fast and proceeded even on ice. Our observations suggest that the formation of invaginations rather than the scission of vesicles is the rate-limiting step of the overall reaction.

Looking for factors involved in the light-dependent degradation of phytochrome A

SUMMARY : Phytochromes constitute a family of red/far-red photoreceptors regulating all the major transitions during the life cycle of plants. In Arabidopsis, five members: phyA,_ B, C, D and E, were identified. Phytochromes are synthesized in their inactive red-light absorbing form called Pr. Upon light absorbance they convert to the far-red light absorbing Pfr form. The Pfr form is the active conformer which converts back to the Pr form either rapidly upon far-red perception or in a slower process called dark reversion. ph~A represents an exception, in that it does not significantly dark-revert and two specific processes have been developed by the plants to decrease the amount of biologically active phyA. The first one is alight-dependent repression of the PHYA gene expression and the second one is alight-dependent degradation of the phyA protein. The latter is the most efficient process to rapidly decrease the level of active phyA. The ability of plants to regulate the amount of active phyA is critical in a far-red rich environment, a situation observed under a canopy. In these conditions, phyA is essential to induce the germination and the deetiolation of the young seedling. Later in the development the ability of phyA to repress growth counteracts the shade avoidance response. Therefore decreasing the amount of phyA allows stem growth and to compete with neighbours for the light. In this thesis, I investigate the light-dependent degradation of phyA. I developed a reverse genetic approach based on the systematic analysis of the light-dependent accumulation of phyA in the different cullin mutant cull, cul3a; cul3b and cul4. This analysis allowed me to show that CUL1 and CUL3A-based E3 ligase complexes are involved in the regulation of phyA degradation. Surprisingly, our results also demonstrate that cu14 is not affected in the degradation of phyA whereas constitutive Photomorphogenic 1 (COP1) a subunit of one CUL4based E3 complex was reported to be involved. Further investigations showed that the phenotype of cop1 is conditional, the mutant being defective in phyA degradation only in the presence of metabolisable sugars. I also showed that phyA is degraded by a proteasome-dependent mechanism both in the cytoplasm and in the nucleus using mutants and transgenic lines affected in the localization of phyA. Interestingly, I observed that phyA degradation was faster in the nucleus than in the cytosol and that rapid degradation of Pr also occurred in the nucleus suggesting that cytosolic accumulation of phyA in the dark is a way to regulate its proteolysis. Finally, we identify a short region similar to a PEST sequence required for phyA stability and we developed a unbiased genetic screen to identify new components involved in the regulation of the light-dependent degradation of phyA. The significance of these results are discussed. RESUME : Les phytochromes (phy) constituent une famille de photorécepteurs absorbant la lumière rouge et rouge lointaine et régulant toutes les étapes de transitions majeures dans la vie des plantes. Chez Arabidopsis, cinq membres : phyA, B, C, D et E ont été identifiés. Les phytochromes sont synthétisés sous une forme inactive appelée Pr absorbant la lumière rouge. Après perception de lumière ils passent sous une forme active Pfr absorbant dans le rouge lointain. La forme Pfr peut retourner sous la forme Pr après absorption de lumiëre rouge lointaine ou dans un processus lent appelé «réversion à l'obscurité ». phyA représente une exception à cette règle car il ne retoune pas significativement sous sa forme inactive dans le noir. Deux processus spécifiques ont donc été développés pour diminuer le taux de phyA actif. Le premier consiste en la répression du gène PHYA en condition de lumière et le second en une dégradation induite par la lumière de la protéine phyA. Ce dernier processus est le plus efficace pour diminuer rapidement le niveau de phyA. La capacité des plantes à réguler le taux de phyA actifs est critique dans un environnement riche en lumière rouge lointaine, une situation observée sous une canopée. Sous une canopée, phyA est essentiel pour induire la germination et la dé-étiolation de la jeune pousse. Plus tard dans le développement la capacité de phyA de réprimer la croissance freine la «réponse à l'évitement de l'ombre ». Par conséquent diminuer le taux de phyA permet la croissance de la tige et donc de rentrer en compétition pour la lumière avec les plantes avoisinantes. Dans cette thèse, j'ai étudié la dégradation de phyA. J'ai développé une approche génétique inverse basée sur l'analyse systématique de l'accumulation de phyA en condition de lumière dans les différents mutants cullin, cul1, cul3a, cul3b et cul4. Ces analyses nous ont permis d'identifier qu'un complexe E3 ligase CUL1 et un complexe E3 ligase CUL3A sont impliqués dans la régulation de la dégradation de phyA. Mes résultats démontrent aussi que le mutant cul4 n'est pas affecté dans la dégradation de phyA alors que Çonstitutive Photomorphogenic 1 (COPI) une sous unité d'un complexe CUL4 à été identifier dans la régulation de cette dégradation. Des analyses supplémentaires suggèrent que l'effet de la mutation cop1 est dépendante dë la présence de sucres métabolisables. J'ai aussi montré que phyA est dégradé dans le noyau et dans le cytoplasme par un mécanisme dépendant du protéasome et que la dégradation dans le.noyau est non seulement aspécifique de la forme Pr ou Pfr mais aussi est plus rapide que dans le cytoplasme. Ceci suggère que l'accumulation de phyA dans le cytoplasme permet son accumulation à des niveaux élevés à l'obscurité. Enfin j'ai identifié une région similaire à un motif PEST requise pour la stabilité de phyA et j'ai aussi développé un criblage génétique non biaisé pour identifier de nouveaux composants impliqués dans la régulation de la dégradation de phyA. L'importance de ces résultats est discutée dans le dernier chapitre de cette thèse.

ATP citrate lyase activity is post-translationally regulated by sink strength and impacts the wax, cutin and rubber biosynthetic pathways.

Cytosolic acetyl-CoA is involved in the synthesis of a variety of compounds, including waxes, sterols and rubber, and is generated by the ATP citrate lyase (ACL). Plants over-expressing ACL were generated in an effort to understand the contribution of ACL activity to the carbon flux of acetyl-CoA to metabolic pathways occurring in the cytosol. Transgenic Arabidopsis plants synthesizing the polyester polyhydroxybutyrate (PHB) from cytosolic acetyl-CoA have reduced growth and wax content, consistent with a reduction in the availability of cytosolic acetyl-CoA to endogenous pathways. Increasing the ACL activity via the over-expression of the ACLA and ACLB subunits reversed the phenotypes associated with PHB synthesis while maintaining polymer synthesis. PHB production by itself was associated with an increase in ACL activity that occurred in the absence of changes in steady-state mRNA or protein level, indicating a post-translational regulation of ACL activity in response to sink strength. Over-expression of ACL in Arabidopsis was associated with a 30% increase in wax on stems, while over-expression of a chimeric homomeric ACL in the laticifer of roots of dandelion led to a four- and two-fold increase in rubber and triterpene content, respectively. Synthesis of PHB and over-expression of ACL also changed the amount of the cutin monomer octadecadien-1,18-dioic acid, revealing an unsuspected link between cytosolic acetyl-CoA and cutin biosynthesis. Together, these results reveal the complexity of ACL regulation and its central role in influencing the carbon flux to metabolic pathways using cytosolic acetyl-CoA, including wax and polyisoprenoids.

Characterization of cytoplasmic antiviral signaling pathways

Summary Multicellular organisms have evolved the immune system to protect from pathogen such as viruses, bacteria, fungi or parasites. Detection of invading pathogens by the host innate immune system is crucial for mounting protective responses and depends on the recognition of microbial components by specific receptors. The results presented in this manuscript focus on the signaling pathways involved in the detection of viral infection by the sensing of viral nucleic acids. First, we describe a new regulatory mechanism controlling RNA-sensing antiviral pathways. Our results indicate that TRIF and Cardif, the crucial adaptor proteins for endosomal and cytoplasmic RNA detection signaling pathway, are processed and inactivated by caspases. The second aspect investigated here involves a signaling pathway triggered upon cytosolic DNA sensing. The interferon inducible protein DAI was recently described as a DNA sensor able to induce the activation of IRFs and NF-κΒ transcription factors leading to type I interferon production. Here we identify two RIP homotypic interaction motifs (RHIMs) in DAI and demonstrate that they mediate the recruitment of RIP1 and RIP3 and the subsequent NF-κΒ activation. Moreover, we observed that the mouse cytomegalovirus RHIM- containing protein M45 has the potential to block this signaling cascade by interfering with the formation of the DAI-RIP1/3 signaling complex. Finally, we report the generation and the initial characterization of NLRX1-deficient mice. NLRX1 is a member of the NOD-like receptor family localized to the mitochondria. The function of NLRX1 is still controversial: one study proposed that NLRX1 acts as an inhibitor of the RIG-like receptor (RLR) antiviral pathway by binding the adaptor protein Cardif, whereas another report implicated NLRX1 in the generation of reactive oxygen species (ROS) and the amplification of NF-κΒ and JNK triggered by TNF-α, poly(I:C) or Shigella infection. Collectively, our results indicate that NLRX1-deficiency does not affect RLR signaling nor TNF-α induced responses. Proteomics analysis identified UQCRC2, a subunit of the complex III of the mitochondrial respiratory chain, as a NLRX1 binding partner. This observation might reveal a possible functional link between NLRX1 and mitochondrial respiration and/or ROS generation. Résumé Au cours de l'évolution, les organismes multicellulaires ont développé le système immunitaire afin de se protéger contre les pathogènes. Une étape cruciale pour le déclenchement des réponses protectrices est la reconnaissance par les cellules du système immunitaire de molécules propres aux microbes grâce à des récepteurs spécifiques. Les résultats présentés dans cette thèse décrivent des nouveaux aspects concernant les voies de signalisation impliquées dans la détection des virus. Le premier projet décrit un mécanisme de régulation des voies activées par la détection d'ARN virale. Nos résultats montrent que TRIF et Cardif, des protéines adaptatrices des voies déclenchées par la reconnaissance de ces acides nucléiques au niveau des endosomes et du cytoplasme, sont clivés et inactivés par les caspases. Le projet suivant de notre recherche concerne une voie de signalisation activée par la détection d'ADN au niveau du cytoplasme. La protéine DAI a été récemment décrite comme un senseur pour cet ADN capable d'activer les facteurs de transcription IRF et NF-κΒ et d'induire ainsi la production des interférons de type I. Ici on démontre que DAI interagit avec RIP1 et RIP3 par le biais de domaines appelés RHIM et que ce complexe est responsable de l'activation de NF-κΒ. On a aussi identifié une protéine du cytomégalovirus de la souris, M45, qui contient ce même domaine et on a pu démontrer qu'elle a la capacité d'interférer avec la formation du complexe entre DAI et RIP1/RIP3 bloquant ainsi l'activation de NF-κΒ. Enfin on décrit ici la génération de souris déficientes pour le gène qui code pour la protéine NLRX1. Cette protéine fait partie de la famille des récepteurs NOD et est localisée dans la mitochondrie. Une étude a suggéré que NLRX1 agit comme un inhibiteur des voies antivirales activées par les récepteurs du type RIG-I (RLR) en interagissant avec la protéine adaptatrice Cardif. Une autre étude propose par contre que NLRX1 participe à la production des dérivés réactifs de l'oxygène et contribue ainsi à augmenter l'activation de NF- κΒ et JNK induite par le TNF-α ou le poly(I:C). Nos résultats montrent que l'absence de NLRX1 ne modifie ni la voie de signalisation RLR ni les réponses induites par le TNF-α. Des analyses ultérieures ont permis d'identifier comme partenaire d'interaction de NLRX1 la protéine UQCRC2, une des sous-unités qui composent le complexe III de la chaîne respiratoire mitochondriale. Cette observation pourrait indiquer un lien fonctionnel entre NLRX1 et la respiration mitochondriale ou la production des dérivés réactifs de l'oxygène au niveau de cette organelle.

Selective ion changes during spontaneous mitochondrial transients in intact astrocytes.

The bioenergetic status of cells is tightly regulated by the activity of cytosolic enzymes and mitochondrial ATP production. To adapt their metabolism to cellular energy needs, mitochondria have been shown to exhibit changes in their ionic composition as the result of changes in cytosolic ion concentrations. Individual mitochondria also exhibit spontaneous changes in their electrical potential without altering those of neighboring mitochondria. We recently reported that individual mitochondria of intact astrocytes exhibit spontaneous transient increases in their Na(+) concentration. Here, we investigated whether the concentration of other ionic species were involved during mitochondrial transients. By combining fluorescence imaging methods, we performed a multiparameter study of spontaneous mitochondrial transients in intact resting astrocytes. We show that mitochondria exhibit coincident changes in their Na(+) concentration, electrical potential, matrix pH and mitochondrial reactive oxygen species production during a mitochondrial transient without involving detectable changes in their Ca(2+) concentration. Using widefield and total internal reflection fluorescence imaging, we found evidence for localized transient decreases in the free Mg(2+) concentration accompanying mitochondrial Na(+) spikes that could indicate an associated local and transient enrichment in the ATP concentration. Therefore, we propose a sequential model for mitochondrial transients involving a localized ATP microdomain that triggers a Na(+)-mediated mitochondrial depolarization, transiently enhancing the activity of the mitochondrial respiratory chain. Our work provides a model describing ionic changes that could support a bidirectional cytosol-to-mitochondria ionic communication.

Histones trigger sterile inflammation by activating the NLRP3 inflammasome.

Sterile cell death mediated inflammation is linked to several pathological disorders and involves danger recognition of intracellular molecules released by necrotic cells that activate different groups of innate pattern recognition receptors. Toll-like receptors directly interact with their extrinsic or intrinsic agonists and induce multiple proinflammatory mediators. In contrast, the NLRP3 inflammasome is rather thought to represent a downstream element integrating various indirect stimuli into proteolytic cleavage of interleukin (IL)-1β and IL-18. Here, we report that histones released from necrotic cells induce IL-1β secretion in an NLRP3-ASC-caspase-1-dependent manner. Genetic deletion of NLRP3 in mice significantly attenuated histone-induced IL-1β production and neutrophil recruitment. Furthermore, necrotic cells induced neutrophil recruitment, which was significantly reduced by histone-neutralizing antibodies or depleting extracellular histones via enzymatic degradation. These results identify cytosolic uptake of necrotic cell-derived histones as a triggering mechanism of sterile inflammation, which involves NLRP3 inflammasome activation and IL-1β secretion via oxidative stress.

Final antigenic Melan-A peptides produced directly by the proteasomes are preferentially selected for presentation by HLA-A*0201 in melanoma cells.

The melanoma-associated protein Melan-A contains the immunodominant CTL epitope Melan-A(26/27-35)/HLA-A*0201 against which a high frequency of T lymphocytes has been detected in many melanoma patients. In this study we show that the in vitro degradation of a polypeptide encompassing Melan-A(26/27-35) by proteasomes produces both the final antigenic peptide and N-terminally extended intermediates. When human melanoma cells expressing the corresponding fragments were exposed to specific CTL, those expressing the minimal antigenic sequence were recognized more efficiently than those expressing the N-terminally extended intermediates. Using a tumor-reactive CTL clone, we confirmed that the recognition of melanoma cells expressing an N-terminally extended intermediate of Melan-A is inefficient. We demonstrated that the inefficient cytosolic trimming of N-terminally extended intermediates could offer a selective advantage for the preferred presentation of Melan-A peptides directly produced by the proteasomes. These results imply that both the proteasomes and postproteasomal peptidases limit the availability of antigenic peptides and that the efficiency of presentation may be affected by conditions that alter the ratio between fully and partially processed proteasomal products.

The role of the inflammasome in nonmyeloid cells.

Inflammasomes are cytosolic multiprotein complexes that can proteolytically activate caspase-1. Activated caspase-1 is needed for the maturation and secretion of interleukin (IL)-1beta and IL-18. In the past decade, there has been tremendous progress in our knowledge of inflammasome function and IL-1 signaling, mainly in cells of the innate immune system, such as monocytes, macrophages, neutrophils, and dendritic cells. Because nonimmune cells, including keratinocytes, synovial cells, or astrocytes, can form an interface between the body and the environment or a defined compartment (brain, joint), they are important guardians for the detection of danger signals and the consecutive initiation of an inflammatory response. They are present in anatomical compartments that are less accessible to myeloid cells and thus can fulfill tasks usually performed by residential macrophages. This review focuses on recent progress in our understanding of the processing and functional role of IL-1 in epithelial, mesenchymal, and neuronal cells and in conditions such as tissue repair.

Remorin, a solanaceae protein resident in membrane rafts and plasmodesmata, impairs potato virus X movement.

Remorins (REMs) are proteins of unknown function specific to vascular plants. We have used imaging and biochemical approaches and in situ labeling to demonstrate that REM clusters at plasmodesmata and in approximately 70-nm membrane domains, similar to lipid rafts, in the cytosolic leaflet of the plasma membrane. From a manipulation of REM levels in transgenic tomato (Solanum lycopersicum) plants, we show that Potato virus X (PVX) movement is inversely related to REM accumulation. We show that REM can interact physically with the movement protein TRIPLE GENE BLOCK PROTEIN1 from PVX. Based on the localization of REM and its impact on virus macromolecular trafficking, we discuss the potential for lipid rafts to act as functional components in plasmodesmata and the plasma membrane.

Roles of astrocytic sodium dynamics in the neurometabolic coupling : a study by cellular imaging

RESUME LARGE PUBLIC Le système nerveux central est principalement composé de deux types de cellules :les neurones et les cellules gliales. Ces dernières, bien que l'emportant en nombre sur les neurones, ont longtemps été considérées comme des cellules sans intérêts par les neuroscientifiques. Hors, les connaissances modernes à leurs sujets indiquent qu'elles participent à la plupart des tâches physiologiques du cerveau. Plus particulièrement, elles prennent part aux processus énergétiques cérébraux. Ceux-ci, en plus d'être vitaux, sont particulièrement intrigants puisque le cerveau représente seulement 2 % de la masse corporelle mais consomme environ 25 % du glucose (substrat énergétique) corporel. Les astrocytes, un type de cellules gliales, jouent un rôle primordial dans cette formidable utilisation de glucose par le cerveau. En effet, l'activité neuronale (transmission de l'influx nerveux) est accompagnée d'une augmentation de la capture de glucose, issu de la circulation sanguine, par les astrocytes. Ce phénomène est appelé le «couplage neurométabolique » entre neurones et astrocytes. L'ion sodium fait partie des mécanismes cellulaires entrant en fonction lors de ces processus. Ainsi, dans le cadre de cette thèse, les aspects dynamiques de la régulation du sodium astrocytaire et leurs implications dans le couplage neurométabolique ont été étudiés par des techniques d'imagerie cellulaires. Ces études ont démontré que les mitochondries, machineries cellulaires convertissant l'énergie contenue dans le glucose, participent à la régulation du sodium astrocytaire. De plus, ce travail de thèse a permis de découvrir que les astrocytes sont capables de se transmettre, sous forme de vagues de sodium se propageant de cellules en cellules, un message donnant l'ordre d'accroître leur consommation d'énergie. Cette voie de signalisation leur permettrait de fournir de l'énergie aux neurones suite à leur activation. RESUME Le glutamate libéré dans la fente synaptique pendant l'activité neuronale, est éliminé par les astrocytes environnants. Le glutamate est co-transporté avec des ions sodiques, induisant une augmentation intracellulaire de sodium (Na+i) dans les astrocytes. Cette élévation de Na+i déclenche une cascade de mécanismes moléculaires qui aboutissent à la production de substrats énergétiques pouvant être utilisés par les neurones. Durant cette thèse, la mesure simultanée du sodium mitochondrial (Na+mit) et cytosolique par des techniques d'imagerie utilisant des sondes fluorescentes spécifiques, a indiqué que les variations de Na+i induites par le transport du glutamate sont transmises aux mitochondries. De plus, les voies d'entrée et de sortie du sodium mitochondrial ont été identifiées. L'échangeur de Na+ et de Ca2+ mitochondrial semble jouer un rôle primordial dans l'influx de Na+mit, alors que l'efflux de Na+mit est pris en charge par l'échangeur de Na+ et de H+ mitochondrial. L'étude du Na+mit a nécessité l'utilisation d'un système de photoactivation. Les sources de lumière ultraviolette (UV) classiques utilisées à cet effet (lasers, lampes à flash) ayant plusieurs désavantages, une alternative efficace et peu coûteuse a été développée. Il s'agit d'un système compact utilisant une diode électroluminescente (LED) à haute puissance et de longueur d'onde de 365nm. En plus de leurs rôles dans le couplage neurométabolique, les astrocytes participent à la signalisation multicellulaire en transmettant des vagues intercellulaires de calcium. Ce travail de thèse démontre également que des vagues intercellulaires de sodium peuvent être évoquées en parallèle à ces vagues calciques. Le glutamate, suite à sa libération par un mécanisme dépendent du calcium, est réabsorbé par les transporteurs au glutamate. Ce mécanisme a pour conséquence la génération de vagues sodiques se propageant de cellules en cellules. De plus, ces vagues sodiques sont corrélées spatialement avec une consommation accrue de glucose par les astrocytes. En conclusion, ce travail de thèse a permis de montrer que le signal sodique astrocytaire, déclenché en réponse au glutamate, se propage à la fois de façon intracellulaire aux mitochondries et de façon intercellulaire. Ces résultats suggèrent que les astrocytes fonctionnent comme un réseau de cellules nécessaire au couplage énergétique concerté entre neurones et astrocytes et que le sodium est un élément clé dans les mécanismes de signalisations cellulaires sous-jacents. SUMMARY Glutamate, released in the synaptic cleft during neuronal activity, is removed by surrounding astrocytes. Glutamate is taken-up with Na+ ions by specific transporters, inducing an intracellular Na+ (Na+i) elevation in astrocytes which triggers a cascade of molecular mechanisms that provides metabolic substrates to neurons. Thus, astrocytic Na+i homeostasis represents a key component of the so-called neurometabolic coupling. In this context, the first part of this thesis work was aimed at investigating whether cytosolic Na+ changes are transmitted to mitochondria, which could therefore influence their function and contribute to the overall intracellular Na+ regulation. Simultaneous monitoring of both mitochondrial Na+ (Na+mit) and cytosolic Na+ changes with fluorescent dyes revealed that glutamate-evoked cytosolic Na+ elevations are indeed transmitted to mitochondria. The mitochondrial Na+/Ca2+ exchangers have a prominent role in the regulation of Na+mit influx pathway, and Na+mit extrusion appears to be mediated by Na+/H+ exchangers. To demonstrate the implication of Na+/Ca2+ exchangers, this study has required the technical development of an UV-flash photolysis system. Because light sources for flash photolysis have to be powerful and in the near UV range, the use of UV lasers or flash lamps is usually required. As an alternative to these UV sources that have several drawbaks, we developped a compact, efficient and lowcost flash photolysis system which employs a high power 365nm light emitting diode. In addition to their role in neurometabolic coupling, astrocytes participate in multicellular signaling by transmitting intercellular Ca2+ waves. The third part of this thesis show that intercellular Na+ waves can be evoked in parallel to Ca2+ waves. Glutamate released by a Ca2+ wave-dependent mechanism is taken up by glutamate transporters, resulting in a regenerative propagation of cytosolic Na+ increases. Na+ waves in turn lead to a spatially correlated increase in glucose uptake. In conclusion, the present thesis demonstrates that glutamate-induced Na+ changes occurring in the cytosol of astrocytes propagate to both the mitochondrial matrix and the astrocytic network. These results furthermore support the view that astrocytic Na+ is a signal coupled to the brain energy metabolism.

Storage and uptake of D-serine into astrocytic synaptic-like vesicles specify gliotransmission.

Glial cells are increasingly recognized as active players that profoundly influence neuronal synaptic transmission by specialized signaling pathways. In particular, astrocytes have been shown recently to release small molecules, such as the amino acids l-glutamate and d-serine as "gliotransmitters," which directly control the efficacy of adjacent synapses. However, it is still controversial whether gliotransmitters are released from a cytosolic pool or by Ca(2+)-dependent exocytosis from secretory vesicles, i.e., by a mechanism similar to the release of synaptic vesicles in synapses. Here we report that rat cortical astrocytes contain storage vesicles that display morphological and biochemical features similar to neuronal synaptic vesicles. These vesicles share some, but not all, membrane proteins with synaptic vesicles, including the SNARE (soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor) synaptobrevin 2, and contain both l-glutamate and d-serine. Furthermore, they show uptake of l-glutamate and d-serine that is driven by a proton electrochemical gradient. d-Serine uptake is associated with vesicle acidification and is dependent on chloride. Whereas l-serine is not transported, serine racemase, the synthesizing enzyme for d-serine, is anchored to the membrane of the vesicles, allowing local generation of d-serine. Finally, we reveal a previously unexpected mutual vesicular synergy between d-serine and l-glutamate filling in glia vesicles. We conclude that astrocytes contain vesicles capable of storing and releasing d-serine, l-glutamate, and most likely other neuromodulators in an activity-dependent manner.

Evolution of the ferric reductase domain (FRD) superfamily: modularity, functional diversification, and signature motifs.

A heme-containing transmembrane ferric reductase domain (FRD) is found in bacterial and eukaryotic protein families, including ferric reductases (FRE), and NADPH oxidases (NOX). The aim of this study was to understand the phylogeny of the FRD superfamily. Bacteria contain FRD proteins consisting only of the ferric reductase domain, such as YedZ and short bFRE proteins. Full length FRE and NOX enzymes are mostly found in eukaryotic cells and all possess a dehydrogenase domain, allowing them to catalyze electron transfer from cytosolic NADPH to extracellular metal ions (FRE) or oxygen (NOX). Metazoa possess YedZ-related STEAP proteins, possibly derived from bacteria through horizontal gene transfer. Phylogenetic analyses suggests that FRE enzymes appeared early in evolution, followed by a transition towards EF-hand containing NOX enzymes (NOX5- and DUOX-like). An ancestral gene of the NOX(1-4) family probably lost the EF-hands and new regulatory mechanisms of increasing complexity evolved in this clade. Two signature motifs were identified: NOX enzymes are distinguished from FRE enzymes through a four amino acid motif spanning from transmembrane domain 3 (TM3) to TM4, and YedZ/STEAP proteins are identified by the replacement of the first canonical heme-spanning histidine by a highly conserved arginine. The FRD superfamily most likely originated in bacteria.