Molecular Techniques (2015-2016). Lesson 9

Powerpoint slides for Lesson 9.

Galectina-3 : indicador de prognóstico : alvo de intervenção terapêutica?

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

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.

Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

SnRK1-triggered switch of bZIP63 dimerization mediates the low-energy response in plants

Metabolic adjustment to changing environmental conditions, particularly balancing of growth and defense responses, is crucial for all organisms to survive. The evolutionary conserved AMPK/Snf1/SnRK1 kinases are well-known metabolic master regulators in the low-energy response in animals, yeast and plants. They act at two different levels: by modulating the activity of key metabolic enzymes, and by massive transcriptional reprogramming. While the first part is well established, the latter function is only partially understood in animals and not at all in plants. Here we identified the Arabidopsis transcription factor bZIP63 as key regulator of the starvation response and direct target of the SnRK1 kinase. Phosphorylation of bZIP63 by SnRK1 changed its dimerization preference, thereby affecting target gene expression and ultimately primary metabolism. A bzip63 knock-out mutant exhibited starvation-related phenotypes, which could be functionally complemented by wild type bZIP63, but not by a version harboring point mutations in the identified SnRK1 target sites.

Clinical Streptococcus pneumoniae isolates induce differing CXCL8 responses from human nasopharyngeal epithelial cells which are reduced by liposomes.

BACKGROUND: Streptococcus pneumoniae causes several human diseases, including pneumonia and meningitis, in which pathology is associated with an excessive inflammatory response. A major inducer of this response is the cholesterol dependent pneumococcal toxin, pneumolysin. Here, we measured the amount of inflammatory cytokine CXCL8 (interleukin (IL)-8) by ELISA released by human nasopharyngeal epithelial (Detroit 562) cells as inflammatory response to a 24 h exposure to different pneumococcal strains. RESULTS: We found pneumolysin to be the major factor influencing the CXCL8 response. Cholesterol and sphingomyelin-containing liposomes designed to sequester pneumolysin were highly effective at reducing CXCL8 levels from epithelial cells exposed to different clinical pneumococcal isolates. These liposomes also reduced CXCL8 response from epithelial cells exposed to pneumolysin knock-out mutants of S. pneumoniae indicating that they also reduce the CXCL8-inducing effect of an unidentified pneumococcal virulence factor, in addition to pneumolysin. CONCLUSION: The results indicate the potential of liposomes in attenuating excessive inflammation as a future adjunctive treatment of pneumococcal diseases.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Impaired memory and olfactory performance in NaSi-1 sulphate transporter deficient mice

In the present study, NaSi-l sulphate transporter knock-out (Nas1-/-) mice, an animal model of hyposulphataernia, were examined for spatial memory and learning in a Morris water maze, and for olfactory function in a cookie test. The Nas1-/- mice displayed significantly (P < 0.05) increased latencies to find an escape platform in the reversal teaming trials at 2 days but not 1 day after the last acquisition trial in a Morris water maze test. suggesting that Nas1-/- mice may have proactive memory interference. While the wild-type (Ncis1+/+) mice showed a significant (P < 0.02) decrease in time to locate a hidden food reward over four trials after overnight fasting, Nas1-/- mice did not change their performance, resulting in significantly (P < 0.05) higher latencies when compared to their Nas1+/+ littermates. There were no significant differences between Nas1-/- and Nas1+/+ mice in the cookie test after moderate food deprivation. In addition, both Nas1-/- and Nas1+/+ mice displayed similar escape latencies in the acquisition phase of the Morris water maze test, suggesting that learning, motivation, vision and motor skills required for the task may not be affected in Nas1-/- mice. This is the first study to demonstrate an impairment in memory and olfactory performance in the hyposulphataemic Nas1-/- mouse. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Neonatal calyceal dilation and renal fibrosis resulting from loss of Adamts-1 in mouse kidney is due to a developmental dysgenesis

Background. A disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs 1, Adamts-1, is important for the development and function of the kidney. Mice lacking this protein present with renal lesions comprising enlarged calyces, and reduced cortex and medulla layers. Our current findings are consistent with the defect occurring due to a developmental dysgenesis. Methods. We generated Adamts-1 null mice, and further investigated their kidney phenotype in a time course study ranging from E18.5 to 12 months of age. Immunohistochemistry was used to assess the localization of type IV collagen, TGF-beta and F4/80-positive macrophages in the kidneys of Adcants-1 null mice compared to wild-type control animals. The expression of Adamts-1 mRNA was determined in metanephric kidney explants by in situ hybridization. Results. Adamts-1 null mice have a gross kidney defect. At day 18.5 of gestation, the Adcants-1 null kidney has a normal appearance but at birth when the kidney begins to function, the defect becomes evident. During development of the kidney Adamts-1 expression was specifically detected in the developing loops of Henle, as well as in the proximal and distal convoluted tubules. Expression was not detected in the ureter, ureteric bud or its derivatives as had been previously suggested. At 6 months and I year of age, the Adamts-1 null mice displayed interstitial fibrosis in the cortical and medullary regions of the kidney. At I year of age, the Adamts-1 null mice displayed mild interstitial matrix expansion associated with increased collagen type IV expression, without apparent tubular dilatation, compared to wild-type animals. Immunohistochemical analysis demonstrated TGF-beta protein localized to infiltrating macrophages and glomeruli of Adamts-1 null mice. Conclusions. Adamts-1 is required for the normal development of the kidney. The defect observed in its absence results from a dysgenic malformation affecting the medulla that becomes apparent at birth, once the kidneys start to function.

The SEN1 gene of Arabidopsis is regulated by signals that link plant defence responses and senescence

Plant defence and senescence share many similarities as evidenced by extensive co-regulation of many genes during these responses. To better understand the nature of signals that are common to plant defence and senescence, we studied the regulation of SEN1 encoding a senescence-associated protein during plant defence responses in Arabidopsis. Pathogen inoculations and treatments with defence-related chemical signals, salicylic acid and methyl jasmonate induced changes in SEN1 transcript levels. Analysis of transgenic plants expressing the SEN1 promoter fused to uidA reporter gene confirmed the responsiveness of the SEN1 promoter to defence- and senescence-associated signals. Expression analysis of SEN1 in a number of defence signalling mutants indicated that activation of this gene by pathogen occurs predominantly via the salicylic and jasmonic acid signalling pathways, involving the functions of EDS5, NPR1 and JAR1 In addition, in the absence of pathogen challenge, the cpr5/hys1 mutant showed elevated SEN1 expression and displayed an accelerated senescence response following inoculation with the necrotrophic fungal pathogen Fusarhan oxysporum. Although the analysis of the sen1-1 knock-out mutant did not reveal any obvious role for this gene in defence or senescence-associated events, our results presented here show that SEN1 is regulated by signals that link plant defence and senescence responses and thus represents a useful marker gene to study the overlap between these two important physiological events. (c) 2005 Elsevier SAS. All rights reserved.

Cholesterol-induced caveolin targeting to lipid droplets in adipocytes: A role for caveolar endocytosis

We have investigated the targeting of caveolin to lipid bodies in adipocytes that express high levels of caveolins and contain well-developed lipid droplets. We observed that the lipid droplets isolated from adipocytes of caveolin-1 knock out mice contained dramatically reduced levels of cholesterol, indicating that caveolin is required for maintaining the cholesterol content of this organelle. Analysis of caveolin distribution by cell fractionation and fluorescent light microscopy in 3T3-L1 adipocytes indicated that addition of cholesterol rapidly stimulated translocation of caveolin to lipid droplets. The cholesterol-induced trafficking of caveolins to lipid droplets was shown to be dynamin- and protein kinase C (PKC)-dependent and modulated by src tyrosine kinase activation, suggesting a role for caveolar endocytosis in this novel trafficking pathway. Consistent with this, caveolae budding was stimulated by cholesterol addition. The present data identify lipid droplets as potential target organelles for caveolar endocytosis and demonstrate a role for caveolin-1 in the maintenance of free cholesterol levels in adipocyte lipid droplets.

Solution structure and characterization of the LGR8 receptor binding surface of insulin-like peptide 3

Insulin-like peptide 3 (INSL3), a member of the relaxin peptide family, is produced in testicular Leydig cells and ovarian thecal cells. Gene knock-out experiments have identified a key biological role in initiating testes descent during fetal development. Additionally, INSL3 has an important function in mediating male and female germ cell function. These actions are elicited via its recently identified receptor, LGR8, a member of the leucine-rich repeat-containing G-protein- coupled receptor family. To identify the structural features that are responsible for the interaction of INSL3 with its receptor, its solution structure was determined by NMR spectroscopy together with in vitro assays of a series of B-chain alanine-substituted analogs. Synthetic human INSL3 was found to adopt a characteristic relaxin/ insulin-like fold in solution but is a highly dynamic molecule. The four termini of this two-chain peptide are disordered, and additional conformational exchange is evident in the molecular core. Alanine-substituted analogs were used to identify the key residues of INSL3 that are responsible for the interaction with the ectodomain of LGR8. These include Arg(B16) and Val(B19), with His(B12) and Arg(B20) playing a secondary role, as evident from the synergistic effect on the activity in double and triple mutants involving these residues. Together, these amino acids combine with the previously identified critical residue, Trp(B27), to form the receptor binding surface. The current results provide clear direction for the design of novel specific agonists and antagonists of this receptor.

Restriction of intramuscular neurite branching and extension is lost in agrin and rapsyn-deficient mice

The phrenic nerve enters the diaphragm at approximately embryonic day 12.5 (E12.5) in the mouse. The secondary nerve trunk advances along the centre of the diaphragm muscle and extends tertiary branches primarily towards the lateral side during normal embryonic development. In the present study we quantified the intramuscular neurite branching in the most ventral region of the diaphragm at E15.5 and E18.5 in wild-type mice, agrin knock-out mice (KOAG) and rapsyn knock-out mice (KORAP). KOAG and KORAP have decreased muscle contraction due to their inability to maintain/form acetylcholine receptor (AChR) clusters during embryonic development. Heterozygote mothers were anaesthetised via an overdose of Nembutal (30 mg; Boeringer Ingelheim, Ridgefield, CT, USA) and killed via cervical dislocation. There were increases in the number of branches exiting the medial side of the phrenic nerve trunk in KOAG and KORAP compared to wild-type mice, but not on the lateral side at E15.5 and E18.5. However, the number of bifurcations in the periphery significantly increased on both the medial and lateral sides of the diaphragm at E15.5 and E18.5 in KOAG and KORAP compared to control mice. Furthermore, neurites extended further on both the medial and lateral sides of the diaphragm at E15.5 and E18.5 in KOAG and KORAP compared to wild-type mice. Together these results show that the restriction of neurite extension and bifurcations from the secondary nerve trunk is lost in both KOAG and KORAP allowing us the opportunity to investigate the factors that restrict motoneuron behaviour in mammalian muscles.

Rapid tonicity induced re-localisation of endogenous aquaporin 4 in primary rat astrocytes - a therapeutic target for cytotoxic brain oedema?

It is estimated that 69-75 million people worldwide will suffer a traumatic brain injury (TBI) or stroke each year. Brain oedema caused by TBI or following a stroke, together with other disorders of the brain cost Europe €770 billion in 2014. Aquaporins (AQP) are transmembrane water channels involved in many physiologies and are responsible for the maintenance of water homeostasis. They react rapidly to changes in osmolarity by transporting water through their highly selective central pore to maintain tonicity and aid in cell volume regulation. We have previously shown that recombinant AQP1-GFP trafficking occurs in a proteinkinase C-microtubule dependant manner in HEK-293 cells in response to hypotonicity. This trafficking mechanism is also reliant on the presence of calcium and its messenger-binding protein calmodulin and results in increased cell surface expression of AQP1 in a time-scale of ~30 seconds. There is currently very little research into the trafficking mechanisms of endogenous AQPs in primary cells. AQP4 is the most abundantly expressed AQP within the brain, it is localised to the astrocytic end-feet, in contact with the blood vessels at the blood-brain-barrier. In situations where the exquisitely-tuned osmotic balance is disturbed, high water permeability can become detrimental. AQP4-mediated water influx causes rapid brain swelling, resulting in death or long term brain damage. Previous research has shown that AQP4 knock-out mice were protected from the formation of cytotoxic brain oedema in a stroke model, highlighting AQP4 as a key drug target for this pathology. As there are currently no treatments available to restrict the flow of water through AQP4 as all known inhibitors are either cytotoxic or non-specific, controlling the mechanisms involved in the regulation of AQP4 in the brain could provide a therapeutic solution to such diseases. Using cell surface biontinylation of endogenous AQP4 in primary rat astrocytes followed by neutraavidin based ELISA we have shown that AQP4 cell surface localisation increases by 2.7 fold after 5 minutes hypotonic treatment at around 85 mOsm/kg H2O. We have also shown that this rapid relocalisation of AQP4 is regulated by PKA, calmodulin, extra-cellular calcium and actin. In summary we have shown that rapid translocation of endogenous AQP4 occurs in primary rat astrocytes in response to hypotonic stimuli; this mechanism is PKA, calcium, actin and calmodulin dependant. AQP4 has the potential to provide a treatment for the development of brain oedema.