Point Mutations in the Monocarboxylate Transporter SLC16A12 Lead to Juvenile and Age-Related Cataract

Purpose: Previously we reported on a premature termination mutation in SLC16A12 that leads to dominant juvenile cataract and renal glucosuria. To assess the mutation rate and genotype-phenotype correlations of SLC16A12 in juvenile or age-related forms of cataract, we performed a mutation screen in cataract patients. Methods: Clinical data of approximately 660 patients were collected, genomic DNA was isolated and analyzed. Exons 3 to 8 including flanking intron sequences of SLC16A12 were PCR amplified and DNA sequence was determined. Selected mutations were tested by cell culture assays, in silico analysis and RT-PCR. Results: We found sequence alterations at a rate of approximately 1/75 patients. None of them was found in 360 control alleles. Alterations affect splice site and regulatory region but most mutations caused an amino acid substitution. The majority of the coding region mutations maps to trans-membrane domains. One mutation located to the 5'UTR. It affects translational efficiency of SLC16A12. In addition, we identified a cataract-predisposing SNP in the non-coding region that causes allele-specific splicing of the 5'UTR region. Conclusions: Altered translational efficiency of the solute carrier SLC16A12 and its allele-specific splicing strongly support a model of challenged homeostasis to cause various forms of cataract. In addition, the pathogenic property of the here reported sequence alterations is supported by the lack of known sequence variations within the coding region of SLC16A12. Due to the relatively high mutation rate, we suggest to include SLC16A12 in diagnostic cataract screening. Generally, our data recommend the assessment of regulatory sequences for diagnostic purposes.

Circulating microRNAs as biomarkers for detection of autologous blood transfusion.

MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs that regulate various biological processes. Cell-free miRNAs measured in blood plasma have emerged as specific and sensitive markers of physiological processes and disease. In this study, we investigated whether circulating miRNAs can serve as biomarkers for the detection of autologous blood transfusion, a major doping technique that is still undetectable. Plasma miRNA levels were analyzed using high-throughput quantitative real-time PCR. Plasma samples were obtained before and at several time points after autologous blood transfusion (blood bag storage time 42 days) in 10 healthy subjects and 10 controls without transfusion. Other serum markers of erythropoiesis were determined in the same samples. Our results revealed a distinct change in the pattern of circulating miRNAs. Ten miRNAs were upregulated in transfusion samples compared with control samples. Among these, miR-30b, miR-30c, and miR-26b increased significantly and showed a 3.9-, 4.0-, and 3.0-fold change, respectively. The origin of these miRNAs was related to pulmonary and liver tissues. Erythropoietin (EPO) concentration decreased after blood reinfusion. A combination of miRNAs and EPO measurement in a mathematical model enhanced the efficiency of autologous transfusion detection through miRNA analysis. Therefore, our results lay the foundation for the development of miRNAs as novel blood-based biomarkers to detect autologous transfusion.

New insights into the role of microRNAs in pancreatic ß-cell maturation and plasticity

Le diabète est une maladie chronique caractérisée par une élévation du taux de sucre dans le sang aussi appelé « glycémie » reflétant un état pathologique. L'élévation de la glycémie au long cours a des répercussions délétères sur nombreux de nos tissus et organes d'où l'apparition de complications sévères chez les sujets diabétiques pouvant atteindre les yeux, les reins, le système nerveux, le système cardiovasculaire et les membres inférieurs. La carence en une hormone essentielle à notre organisme, l'insuline, est au coeur du développement de la maladie. L'insuline induit la captation du glucose circulant dans le sang en excès suite à une prise alimentaire riche en glucides et favorise son utilisation et éventuellement son stockage dans les tissus tels que le foie, le tissu adipeux et les muscles. Ainsi, l'insuline est vitale pour réguler et maintenir stable notre niveau de glycémie. Les cellules bêta du pancréas sont les seules entités de notre corps capables de produire de l'insuline et une perte de fonctionnalité associée à leur destruction ont été mises en cause dans le processus pathologique du diabète de type 2. Cependant la pleine fonctionnalité et la maturation des cellules bêta n'apparaissent qu'après la naissance lorsque le pancréas en développement a atteint sa masse adulte définitive. Enfin, une fois la masse des cellules bêta définitive établie, leur nombre et volume restent relativement constants au cours de la vie adulte chez un sujet sain. Néanmoins, au cours de périodes critiques les besoins en insuline sont augmentés tel qu'observé chez les femmes enceintes et les personnes obèses qui ont une perte de sensibilité à l'insuline qui se traduit par la nécessité de sécréter plus d'insuline afin de maintenir une glycémie normale. Dans l'hypothèse où la compensation n'a pas lieu ou n'est pas aboutie, le diabète se développe. Le processus de maturation postnatale ainsi que les événements compensatoires sont donc des étapes essentielles et de nombreuses questions sont encore non résolues concernant l'identification des mécanismes les régulant. Parmi les acteurs potentiels figurent de petites molécules d'ARN découvertes récemment appelées microARNs et qui ont été rapidement suggérées très prometteuses dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans le cadre du diabète et d'autres pathologies. Les microARNs vont réguler l'expression de notre génome sans en modifier la séquence, phénomène également appelé épigénétique, ce qui résulte en des différences de comportement et de fonction cellulaires. Les microARNs sont donc susceptibles de jouer un rôle clé dans l'ensemble des processus biologiques et notre environnement associé à nos prédispositions génétiques peuvent grandement modifier leur niveau et donc leur action, qui à son tour se répercutera sur notre état physiologique. En effet nous avons identifié des changements de microARNs dans les cellules d'îlots pancréatiques de modèles animaux (rats et souris) associés à un état de résistance à l'insuline (grossesse et obésité). Par le biais d'expériences in vitro sur des cellules bêta extraites de rats et conservées en culture, nous avons pu analyser de plus près l'implication des microARNs dans la capacité des cellules bêta à sécréter de l'insuline mais aussi à se multiplier et à survivre au sein d'un environnement toxique. Ainsi, nous avons identifié des microARNs qui participent positivement à la compensation des cellules bêta, sous la direction d'hormones telles les estrogènes ou d'une hormone libérée par l'intestin au cours de la digestion (l'inerétine GLP1) et qui est largement utilisée comme agent thérapeutique dans la médication contre le diabète. Dans un second temps nous avons utilisé une stratégie similaire afin de déterminer le rôle de microARNs préalablement détectés comme étant changés au cours du développement postnatal des cellules bêta chez le rat. Cette étude a également mené à l'identification de microARNs participant à la maturation et à l'expansion de la masse des cellules bêta sous l'influence de la composition du régime alimentaire et des besoins en insuline adéquats qui en dépendent. Ces études apportent la vision de nouveaux mécanismes moléculaires impliquant les microARNs et démontrant leur importance pour le bon fonctionnement des cellules bêta et leur capacité d'adaptation à l'environnement. -- Les cellules bêta sont une composante des îlots pancréatiques de Langerhans et sont des cellules hautement différenciées qui ont l'unique capacité de sécréter de l'insuline sous l'influence des nutriments suite à une prise alimentaire. L'insuline facilite l'incorporation de glucose dans ses tissus cibles tels le foie, le tissu adipeux et les muscles. Bien que les besoins en insuline soient relativement constants au cours de la vie d'un individu sain, certaines conditions associées à un état de résistance à l'insuline, telles la grossesse ou l'obésité, requièrent une libération d'insuline majorée. En cas de résistance à l'insuline, une dysfonction des cellules bêta plus ou moins associée à leur mort cellulaire, conduisent à une sécrétion d'insuline insuffisante et au développement d'une hyperglycémie chronique, caractéristique du diabète de type 2. Jusqu'à présent, les mécanismes moléculaires sous- jacents à la compensation des cellules bêta ou encore menant à leur dysfonction restent peu connus. Découverts récemment, les petits ARNs non-codant appelés microARNs (miARNs), suscitent un intérêt grandissant de par leur potentiel thérapeutique pour la prise en charge et le traitement du diabète. Les miARNs sont de puissants régulateurs de l'expression génique qui lient directement le 3'UTR de leurs ARN messagers cibles afin d'inhiber leur traduction ou d'induire leur dégradation, ce qui leur permet de contrôler des fonctions biologiques multiples. Ainsi, nous avons pris pour hypothèse que les miARNs pourraient jouer un rôle essentiel en maintenant la fonction des cellules bêta et des processus compensatoires afin de prévenir le développement du diabète. Lors d'une première étude, une analyse transcriptomique a permis l'identification de miARNs différemment exprimés au sein d'îlots pancréatiques de rattes gestantes. Parmi eux, le miR-338-3p a démontré la capacité de promouvoir la prolifération et la survie des cellules bêta exposées à des acides gras saturés et des cytokines pro-inflammatoires, sans altérer leur propriété sécrétrice d'insuline. Nous avons également identifié deux hormones reconnues pour leurs propriétés bénéfiques pour la physiologie de la cellule bêta, l'estradiol et l'incrétine GLP1, qui régulent les niveaux du miR-338-3p. Ce miARN intègre parfaitement les voies de signalisation de ces deux hormones dépendantes de l'AMP cyclique, afin de contrôler l'expression de nombreux gènes conduisant à son action biologique. Dans un projet ultérieur, notre objectif était de déterminer la contribution de miARNs dans l'acquisition de l'identité fonctionnelle des cellules bêta en période postnatale. En effet, directement après la naissance les cellules bêta sont reconnues pour être encore immatures et incapables de sécréter de l'insuline spécifiquement en réponse à l'élévation de la glycémie. Au contraire, la réponse insulinique induite par les acides aminés ainsi que la biosynthèse d'insuline sont déjà fonctionnelles. Nos recherches ont permis de montrer que les changements de miARNs corrélés avec l'apparition du phénotype sécrétoire en réponse au glucose, sont régis par la composition nutritionnelle du régime alimentaire et des besoins en insuline qui en découlent. En parallèle, le taux de prolifération des cellules bêta est considérablement réduit. Les miARNs que nous avons étudiés coordonnent des changements d'expression de gènes clés impliqués dans l'acquisition de propriétés vitales de la cellule bêta et dans la maintenancé de son identité propre. Enfin, ces études ont permis de clairement démontrer l'importance des miARNs dans la régulation de la fonction des cellules bêta pancréatiques. -- Beta-cells are highly differentiated cells localized in the pancreatic islets and are characterized by the unique property of secreting insulin in response to nutrient stimulation after meal intake. Insulin is then in charge of facilitating glucose uptake by insulin target tissues such as liver, adipose tissue and muscles. Despite insulin needs stay more or less constant throughout life of healthy individuals, there are circumstances such as during pregnancy or obesity which are associated to insulin resistance, where insulin needs are increased. In this context, defects in beta-cell function, sometimes associated with beta-cell loss, may result in the release of inappropriate amounts of insulin leading to chronic hyperglycemia, properly defined as type 2 diabetes mellitus. So far, the mechanisms underlying beta- cell compensation as well as beta-cell failure remain to be established. The recently discovered small non-coding RNAs called microRNAs (miRNAs) are emerging as interesting therapeutic targets and are bringing new hope for the treatment of diabetes. miRNAs display a massive potential in regulating gene expression by directly binding to the 3'UTR of messenger RNAs and by inhibiting their translation and/or stability, enabling them to modify a wide range of biological functions. In view of this, we hypothesized that miRNAs may play an essential role in preserving the functional beta-cell mass and permitting to fight against beta-cell exhaustion and decompensation that can lead to diabetes development. In a first study, global profiling in pancreatic islets of pregnant rats, a model of insulin resistance, led to the identification of a set of differentially expressed miRNAs. Among them, miR-338- 3p was found to promote beta-cell proliferation and survival upon exposure of islet cells to pro- apoptotic stimuli such as saturated fatty acids or pro-inflammatory cytokines, without impairment in their capacity to release insulin. We also discovered that miR-338-3p changes are driven by two hormones, the estradiol and the incretin GLP1, both well known for their beneficial impact on beta- cell physiology. Consistently, we found that miR-338-3p integrates the cAMP-dependent signaling pathways regulated by these two hormones in order to control the expression of numerous genes and execute its biological functions. In a second project, we aimed at determining whether miRNAs contribute to the acquisition of beta-cell identity. Indeed, we confirmed that right after birth beta-cells are still immature and are unable to secrete insulin specifically in response to elevated concentrations of glucose. In contrast, amino acid-stimulated insulin release as well as insulin biosynthesis are already fully functional. In parallel, newborn beta-cells are proliferating intensively within the expanding pancreas. Interestingly, we demonstrated that the miRNA changes and the subsequent acquisition of glucose responsiveness is influenced by the diet composition and the resulting insulin needs. At the same time, beta-cell proliferation declines. The miRNAs that we have identified orchestrate expression changes of essential genes involved in the acquisition of specific beta-cell properties and in the maintenance of a mature beta-cell identity. Altogether, these studies clearly demonstrate that miRNAs play important roles in the regulation of beta-cell function.

The recent breakthroughs in the understanding of host genomics in hepatitis C.

BACKGROUND: Hepatitis C Virus (HCV) infection is spontaneously resolved in about 30% of acutely infected individuals. In those who progress to chronic hepatitis C, HCV therapy permanently eradicates infection in about 40% of cases. It has long been suspected that host genetic factors are key determinants for the control of HCV infection. DESIGN: We will review in this study four genome-wide association studies (GWAS) and two large candidate gene studies that assessed the role of host genetic variation for the natural and treatment-induced control of HCV infection. RESULTS: The studies consistently identified genetic variation in interleukin 28B (IL28B) as the strongest predictor for the control of HCV infection. Importantly, single nucleotide polymorphisms (SNPs) in IL28B strongly predicted both spontaneous and treatment-induced HCV recovery. IL28B is located on chromosome 19 and encodes interferon-λ, a type III interferon with antiviral activity, which is mediated through the JAK-STAT pathway by inducing interferon-stimulated genes. The SNPs identified in the GWAS are in high linkage disequilibrium with coding or functional non-coding SNPs that might modulate function and/or expression of IL28B. The role of the different IL28B alleles on gene expression and cytokine function has not yet been established. CONCLUSIONS: These findings provide strong genetic evidence for the influence of interferon-λ for both the natural and treatment-induced control of HCV infection, and support the further investigation of interferon-λ for the treatment of chronic hepatitis C. Furthermore, genetic testing before HCV therapy could provide important information towards an individualized HCV treatment.

Dicer1 depletion in male germ cells leads to infertility due to cumulative meiotic and spermiogenic defects.

Background: Spermatogenesis is a complex biological process that requires a highly specialized control of gene expression. In the past decade, small non-coding RNAs have emerged as critical regulators of gene expression both at the transcriptional and post-transcriptional level. DICER1, an RNAse III endonuclease, is essential for the biogenesis of several classes of small RNAs, including microRNAs (miRNAs) and endogenous small interfering RNAs (endo-siRNAs), but is also critical for the degradation of toxic transposable elements. In this study, we investigated to which extent DICER1 is required for germ cell development and the progress of spermatogenesis in mice.Principal Findings: We show that the selective ablation of Dicer1 at the early onset of male germ cell development leads to infertility, due to multiple cumulative defects at the meiotic and post-meiotic stages culminating with the absence of functional spermatozoa. Alterations were observed in the first spermatogenic wave and include delayed progression of spermatocytes to prophase I and increased apoptosis, resulting in a reduced number of round spermatids. The transition from round to mature spermatozoa was also severely affected, since the few spermatozoa formed in mutant animals were immobile and misshapen, exhibiting morphological defects of the head and flagellum. We also found evidence that the expression of transposable elements of the SINE family is up-regulated in Dicer1-depleted spermatocytes.Conclusions/Significance: Our findings indicate that DICER1 is dispensable for spermatogonial stem cell renewal and mitotic proliferation, but is required for germ cell differentiation through the meiotic and haploid phases of spermatogenesis.

Circulating miRNAs: a new generation of anti-doping biomarkers

MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs that regulate a variety of biological processes. Cell-free miRNAs detected in blood plasma are used as specific and sensitive markers of physiological processes and some diseases. Circulating miRNAs are highly stable in body fluids, for example plasma. Therefore, profiles of circulating miRNAs have been investigated for potential use as novel, non-invasive anti-doping biomarkers. This review describes the biological mechanisms underlying the variation of circulating miRNAs, revealing that they have great potential as a new class of biomarker for detection of doping substances. The latest developments in extraction and profiling technology, and the technical design of experiments useful for anti-doping, are also discussed. Longitudinal measurements of circulating miRNAs in the context of the athlete biological passport are proposed as an efficient strategy for the use of these new markers. The review also emphasizes potential challenges for the translation of circulating miRNAs from research into practical anti-doping applications.

Circulating microRNAs as novel biomarkers for diabetes mellitus.

Diabetes mellitus is characterized by insulin secretion from pancreatic β cells that is insufficient to maintain blood glucose homeostasis. Autoimmune destruction of β cells results in type 1 diabetes mellitus, whereas conditions that reduce insulin sensitivity and negatively affect β-cell activities result in type 2 diabetes mellitus. Without proper management, patients with diabetes mellitus develop serious complications that reduce their quality of life and life expectancy. Biomarkers for early detection of the disease and identification of individuals at risk of developing complications would greatly improve the care of these patients. Small non-coding RNAs called microRNAs (miRNAs) control gene expression and participate in many physiopathological processes. Hundreds of miRNAs are actively or passively released in the circulation and can be used to evaluate health status and disease progression. Both type 1 diabetes mellitus and type 2 diabetes mellitus are associated with distinct modifications in the profile of miRNAs in the blood, which are sometimes detectable several years before the disease manifests. Moreover, circulating levels of certain miRNAs seem to be predictive of long-term complications. Technical and scientific obstacles still exist that need to be overcome, but circulating miRNAs might soon become part of the diagnostic arsenal to identify individuals at risk of developing diabetes mellitus and its devastating complications.

Mutational screening of splicing factor genes in cases with autosomal dominant retinitis pigmentosa.

PURPOSE: Mutations in genes encoding proteins from the tri-snRNP complex of the spliceosome account for more than 12% of cases of autosomal dominant retinitis pigmentosa (adRP). Although the exact mechanism by which splicing factor defects trigger photoreceptor death is not completely clear, their role in retinitis pigmentosa has been demonstrated by several genetic and functional studies. To test for possible novel associations between splicing factors and adRP, we screened four tri-snRNP splicing factor genes (EFTUD2, PRPF4, NHP2L1, and AAR2) as candidate disease genes. METHODS: We screened up to 303 patients with adRP from Europe and North America who did not carry known RP mutations. Exon-PCR and Sanger methods were used to sequence the NHP2L1 and AAR2 genes, while the sequences of EFTUD2 and PRPF4 were obtained by using long-range PCRs spanning coding and non-coding regions followed by next-generation sequencing. RESULTS: We detected novel missense changes in individual patients in the sequence of the genes PRPF4 and EFTUD2, but the role of these changes in relationship to disease could not be verified. In one other patient we identified a novel nucleotide substitution in the 5' untranslated region (UTR) of NHP2L1, which did not segregate with the disease in the family. CONCLUSIONS: The absence of clearly pathogenic mutations in the candidate genes screened in our cohort suggests that EFTUD2, PRPF4, NHP2L1, and AAR2 are either not involved in adRP or are associated with the disease in rare instances, at least as observed in this study in patients of European and North American origin.

Control of gene expression in melanocytes and RPE by conserved distal regulatory elements

Résumé Durant le développement embryonnaire, les cellules pigmentaires des mammifères se développent à partir de deux origines différentes : les melanocytes se développent à partir de la crête neurale alors que les cellules de la rétine pigmentaire (RP) ont une origine neuronale. Un grand nombre de gènes sont impliqués dans la pigmentation dont les gènes de la famille tyrosinase à savoir Tyr, Tyrp1 et Dct. Certaines études ont suggéré que les gènes de la pigmentation sont régulés de manière différentielle dans les mélanocytes et dans la RP. Dans ce travail, les gènes de la famille tyrosinase ont été étudiés comme modèle de la régulation des gènes de la pigmentation par des éléments régulateurs agissant à distance. II a été montré que le promoteur du gène Tyrp1pouvait induire l'expression d'un transgène uniquement dans la RP alors que ce gène est aussi exprimé dans les mélanocytes comme le montre le phénotype des souris mutantes pour Tyrp1. Ce résultat suggère que les éléments régulateurs du promoteur sont suffisants pour l'expression dans la RP mais pas pour l'expression dans les mélanocytes. J'ai donc cherché à identifier la séquence qui régule l'expression dans les mélanocytes. Un chromosome artificiel bactérien (CAB) contenant le gène Tyrp1 s'est avéré suffisant pour induire l'expression dans les mélanocytes, comme démontré par la correction du phénotype mutant. La séquence de ce CAB contient plusieurs régions très conservées qui pourraient représenter de nouveaux éléments régulateurs. Par la suite, j'ai focalisé mon analyse sur une séquence située à -I5 kb qui s'est révélée être un amplificateur spécifique aux mélanocytes comme démontré par des expériences de cultures cellulaire et de transgenèse. De plus, une analyse poussée de cet élément a révélé que le facteur de transcription Sox 10 représentait un transactivateur de cet amplificateur. Comme pour Tyrp1, la régulation du gène tyrosinase est contrôlée par différents éléments régulateurs dans les mélanocytes et la RP. Il a été montré que le promoteur de tyrosinase n'était pas suffisant pour une forte expression dans les mélanocytes et la RP. De plus, l'analyse de la région située en amont a révélé la présence d'un amplificateur nécessaire à l'expression dans les mélanocytes à la position -15 kb. Cet amplificateur n'est toutefois pas actif dans la RP mais agit comme un répresseur dans ces cellules. Ces résultats indiquent que certains éléments nécessaires à l'expression dans les deux types de cellules pigmentaires sont absents de ces constructions. Comme pour Tyrp1, j'ai en premier lieu démontré qu'un CAB était capable de corriger le phénotype albinique, puis ai inséré un gène reporter (lacZ) dans le CAB par recombinaison homologue et ai finalement analysé l'expression du reporter en transgenèse. Ces souris ont montré une expression forte du lacZ dans les mélanocytes et la RP, ce qui indique que le CAB contient les séquences régulatrices nécessaires à l'expression correcte de tyrosinase. Afin de localiser plus précisément les éléments régulateurs, j'ai ensuite généré des délétions dans le CAB et analysé l'expression du lacZ en transgenèse. La comparaison de séquences génomiques provenant de différentes espèces a permis par la suite d'identifier des régions représentant de nouveaux éléments régulateurs potentiels. En utilisant cette approche, j'ai identifié une région qui se comporte comme un amplificateur dans la RP et qui est nécessaire à l'expression de tyrosinase dans ce tissu. De plus, j'ai identifié les facteurs de transcription Mitf et Sox10 comme transactivateurs de l'amplificateur spécifique aux mélanocytes situé à -15 kb. L'identification et la caractérisation des ces éléments régulateurs des gènes tyrosinase et Tyrp1confirme donc que la régulation différentielle des gènes dans les mélanocytes et la RP est liée à des éléments régulateurs séparés. Summary Pigment cells of mammals originate from two different lineages: melanocytes arise from the neural crest, whereas cells of the retinal pigment epithelium (RPE) originate from the optic cup of the developing forebrain. A large set of genes are involved in pigmentation, including the members of the tyrosinase gene family, namely tyrosinase, Tyrp1 and Dct. Previous studies have suggested that pigmentation genes are differentially regulated in melanocytes and RPE. In this work, the tyrosinase gene family was used as a model for studying the involvement of distal regulatory elements in pigment cell-specific gene expression. The promoter of the Tyrp1 gene has been shown to drive detectable transgene expression only to the RPE, even though the gene is also expressed in melanocytes as evident from Tyrp1-mutant mice. This indicates that the regulatory elements responsible for Tyrp1 gene expression in the RPE are not sufficient for expression in melanocytes. I thus searched for a putative melanocyte-specific regulatory sequence and demonstrate that a bacterial artificial chromosome (BAC) containing the Tyrp1 gene and surrounding sequences is able to target transgenic expression to melanocytes and to rescue the Tyrp1 b (brown) phenotype. This BAC contains several highly conserved non-coding sequences that might represent novel regulatory elements. I further focused on a sequence located at -15 kb which I identified as amelanocyte-specific enhancer as shown by cell culture and transgenic mice. In addition, further functional analysis identified the transcription factor Sox10 as being able to bind and transactivate this enhancer. As for Tyrp1, tyrosinase gene regulation is mediated by different cis-regulatory elements in melanocytes and RPE. It was shown that the tyrosinase promoter was not sufficient to confer strong and specific expression in melanocytes and RPE. Moreover, analysis of tyrosinase upstream sequence, revealed the presence of a specific enhancer at position -15 kb which was necessary to confer strong expression in melanocytes. This enhancer element however failed to act as an enhancer in the RPE, but rather repressed expression. This indicates that some regulatory elements required for tyrosinase expression in both RPE and melanocytes are still missing from these constructs. As for Tyrp1, I first demonstrated that a BAC containing the Tyr gene is able to rescue the Tyr c (albino) phenotype in mice, then I inserted a lacZ reporter gene in the BAC by homologous recombination, and finally analysed the pattern of lacZ expression in transgenic mice. These mice showed strong lacZ expression in both RPE and melanocytes, indicating that the BAC contains the regulatory sequences required for proper tyrosinase expression. In order to localize more precisely these regulatory elements, I have then generated several deletions in the BAC and analysed lacZ expression in transgenic mice. Multi-species comparative genomic analysis then allowed identifying conserved sequences that potentially represent novel regulatory elements. Using this experimental approach, I identified a region that behaves as a RPE-specific enhancer and that is required for tyrosinase expression in the retina] pigment epithelium. In addition, I identified the transcription factors Mitf and Sox l0 as being transactivators of the melanocyte-specific enhancer located at -l5 kb. The identification and characterization of these tyrosinase and Tyrp1 distal regulatory element supports the idea that separate regulatory sequences mediate differential gene expression in melanocytes and RPE.

A functional variant in the Stearoyl-CoA desaturase gene promoter enhances fatty acid desaturation in pork

There is growing public concern about reducing saturated fat intake. Stearoyl-CoA desaturase (SCD) is the lipogenic enzyme responsible for the biosynthesis of oleic acid (18:1) by desaturating stearic acid (18:0). Here we describe a total of 18 mutations in the promoter and 3′ non-coding region of the pig SCD gene and provide evidence that allele T at AY487830:g.2228T>C in the promoter region enhances fat desaturation (the ratio 18:1/18:0 in muscle increases from 3.78 to 4.43 in opposite homozygotes) without affecting fat content (18:0+18:1, intramuscular fat content, and backfat thickness). No mutations that could affect the functionality of the protein were found in the coding region. First, we proved in a purebred Duroc line that the C-T-A haplotype of the 3 single nucleotide polymorphisms (SNPs) (g.2108C>T; g.2228T>C; g.2281A>G) of the promoter region was additively associated to enhanced 18:1/18:0 both in muscle and subcutaneous fat, but not in liver. We show that this association was consistent over a 10-year period of overlapping generations and, in line with these results, that the C-T-A haplotype displayed greater SCD mRNA expression in muscle. The effect of this haplotype was validated both internally, by comparing opposite homozygote siblings, and externally, by using experimental Duroc-based crossbreds. Second, the g.2281A>G and the g.2108C>T SNPs were excluded as causative mutations using new and previously published data, restricting the causality to g.2228T>C SNP, the last source of genetic variation within the haplotype. This mutation is positioned in the core sequence of several putative transcription factor binding sites, so that there are several plausible mechanisms by which allele T enhances 18:1/18:0 and, consequently, the proportion of monounsaturated to saturated fat.

miR-143 Interferes with ERK5 Signaling, and Abrogates Prostate Cancer Progression in Mice

Abstract Background: Micro RNAs are small, non-coding, single-stranded RNAs that negatively regulate gene expression at the post-transcriptional level. Since miR-143 was found to be down-regulated in prostate cancer cells, we wanted to analyze its expression in human prostate cancer, and test the ability of miR-43 to arrest prostate cancer cell growth in vitro and in vivo. Results: Expression of miR-143 was analyzed in human prostate cancers by quantitative PCR, and by in situ hybridization. miR-143 was introduced in cancer cells in vivo by electroporation. Bioinformatics analysis and luciferase-based assays were used to determine miR-143 targets. We show in this study that miR-143 levels are inversely correlated with advanced stages of prostate cancer. Rescue of miR-143 expression in cancer cells results in the arrest of cell proliferation and the abrogation of tumor growth in mice. Furthermore, we show that the effects of miR-143 are mediated, at least in part by the inhibition of extracellular signal-regulated kinase-5 (ERK5) activity. We show here that ERK5 is a miR-143 target in prostate cancer. Conclusions: miR-143 is as a new target for prostate cancer treatment.

Horizontal transfer of exosomal microRNAs transduce apoptotic signals between pancreatic beta-cells.

BACKGROUND: Diabetes mellitus is a common metabolic disorder characterized by dysfunction of insulin-secreting pancreatic beta-cells. MicroRNAs are important regulators of beta-cell activities. These non-coding RNAs have recently been discovered to exert their effects not only inside the cell producing them but, upon exosome-mediated transfer, also in other recipient cells. This novel communication mode remains unexplored in pancreatic beta-cells. In the present study, the microRNA content of exosomes released by beta-cells in physiological and physiopathological conditions was analyzed and the biological impact of their transfer to recipient cells investigated. RESULTS: Exosomes were isolated from the culture media of MIN6B1 and INS-1 derived 832/13 beta-cell lines and from mice, rat or human islets. Global profiling revealed that the microRNAs released in MIN6B1 exosomes do not simply reflect the content of the cells of origin. Indeed, while a subset of microRNAs was preferentially released in exosomes others were selectively retained in the cells. Moreover, exposure of MIN6B1 cells to inflammatory cytokines changed the release of several microRNAs. The dynamics of microRNA secretion and their potential transfer to recipient cells were next investigated. As a proof-of-concept, we demonstrate that if cel-miR-238, a C. Elegans microRNA not present in mammalian cells, is expressed in MIN6B1 cells a fraction of it is released in exosomes and is transferred to recipient beta-cells. Furthermore, incubation of untreated MIN6B1 or mice islet cells in the presence of microRNA-containing exosomes isolated from the culture media of cytokine-treated MIN6B1 cells triggers apoptosis of recipient cells. In contrast, exosomes originating from cells not exposed to cytokines have no impact on cell survival. Apoptosis induced by exosomes produced by cytokine-treated cells was prevented by down-regulation of the microRNA-mediating silencing protein Ago2 in recipient cells, suggesting that the effect is mediated by the non-coding RNAs. CONCLUSIONS: Taken together, our results suggest that beta-cells secrete microRNAs that can be transferred to neighboring beta-cells. Exposure of donor cells to pathophysiological conditions commonly associated with diabetes modifies the release of microRNAs and affects survival of recipient beta-cells. Our results support the concept that exosomal microRNAs transfer constitutes a novel cell-to-cell communication mechanism regulating the activity of pancreatic beta-cells.

Circulating microRNAs: The Future of Biomarkers in Anti-doping Field.

microRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs that regulate various biological processes. Cell-free miRNAs have been proposed as biomarkers of disease, including diagnosis, prognosis, and monitoring of treatment responses. These circulating miRNAs are highly stable in several body fluids, including plasma and serum; hence, in view of their potential use as novel, non-invasive biomarkers, the profiles of circulating miRNAs have been explored in the field of anti-doping. This chapter describes the enormous potential of circulating miRNAs as a new class of biomarkers for the detection of doping substances, and highlights the advantages of measuring these stable species over other methods that have already been implemented in anti-doping regimes. Incorporating longitudinal measurements of circulating miRNAs into the Athlete Biological Passport is proposed as an efficient strategy for the implementation of these new biomarkers. Furthermore, potential challenges related to the transition of measurements of circulating miRNAs from research settings to practical anti-doping applications are presented.

MicroRNAs and the functional β cell mass: For better or worse.

Insulin secretion from pancreatic β cells plays a central role in the control of blood glucose levels. The amount of insulin released by β cells is precisely adjusted to match organism requirements. A number of conditions that arise during life, including pregnancy and obesity, can result in a decreased sensitivity of insulin target tissues and a consequent rise in insulin needs. To preserve glucose homoeostasis, the augmented insulin demand requires a compensatory expansion of the pancreatic β cell mass and an increase in its secretory activity. This compensatory process is accompanied by modifications in β cell gene expression, although the molecular mechanisms underlying the phenomenon are still poorly understood. Emerging evidence indicates that at least part of these compensatory events may be orchestrated by changes in the level of a novel class of gene regulators, the microRNAs. Indeed, several of these small, non-coding RNAs have either positive or negative impacts on β cell proliferation and survival. The studies reviewed here suggest that the balance between the actions of these two groups of microRNAs, which have opposing functional effects, can determine whether β cells expand sufficiently to maintain blood glucose levels in the normal range or fail to meet insulin demand and thus lead, as a consequence, towards diabetes manifestation. A better understanding of the mechanisms governing changes in the microRNA profile will open the way for the development of new strategies to prevent and/or treat both type 2 and gestational diabetes.

The role of the microRNAs in the age-associated oancreatic β-cell dysfunction

Le corps humain emploie le glucose comme source principale d'énergie. L'insuline, sécrétée par les cellules ß-pancreatiques situées dans les îlots de Langerhans, est l'hormone principale assurant un maintien constant du taux de glucose sanguin (glycémie). Les prédispositions génétiques, le manque d'activité physique et un régime déséquilibré peuvent entraîner une perte de sensibilité à l'insuline et des taux de glucose dans le sang élevé (hyperglycémie), une condition nommée diabète de type 2. Cette maladie est initiée par une sensibilité diminuée à l'insuline dans les tissus périphériques, entraînant une demande accrue en insuline. Cette pression continue finie par épuiser les cellules ß-pancreatiques, qui sécrètent alors des niveaux d'insuline insuffisant en trainant l'apparition du diabète. Le vieillissement est un facteur de risque important pour les maladies métaboliques dont le diabète de type 2 faits partis. En effet la majeure partie des diabétiques de type 2 ont plus de 45 ans. Il est connu que le vieillissement entraine une perte de sensibilité à l'insuline, une sécrétion altérée d'insuline, une baisse de réplication et une plus grande mort des ß-cellules pancréatiques. Le but de ma thèse était de mieux comprendre les mécanismes contribuante au dysfonctionnement des cellules ß- pancréatiques lors du vieillissement. Les travaux du « Human Genome Project » ont révélés que seulement 2% de notre génome code pour des protéines. Le reste non-codant fut alors désigné sous le nom de « ADN déchets ». Cependant, l'étude approfondie de cet ADN non-codant ces dernières deux décennies a démontré qu'une grande partie code pour des «MicroARNs », des ARNs courts (20-22 nucleotides) découverts en 1997 chez le vers C.elegans. Depuis lors ces molécules ont été intensivement étudiées, révélant un rôle crucial de ces molécules dans la fonction et la survie des cellules en conditions normales et pathologiques. Le but de cette thèse était d'étudier le rôle des microARNs dans le dysfonctionnement des cellules ß lors du vieillissement. Nos données suggèrent qu'ils peuvent jouer un rôle tantôt salutaire, tantôt nocif sur les cellules ß. Par exemple, certains microARNs réduisent la capacité des cellules ß à se multiplier ou réduisent leur survie, alors que d'autres protègent ces cellules contre la mort. Pour conclure, nous avons démontré les microARNs jouent un rôle important dans le dysfonctionnement des cellules ß lors du vieillissement. Ces nouvelles découvertes préparent le terrain pour la conception de futures stratégies visant à améliorer la résistance des cellules ß pancréatiques afin de trouver de nouveaux traitements du diabète de type 2. -- Le diabète de type 2 est une maladie métabolique due à la résistance à l'action de l'insuline des tissus cibles combinée à l'incapacité des cellules ß pancréatiques à sécréter les niveaux adéquats d'insuline. Le vieillissement est associé à un déclin global des fonctions de l'organisme incluant une diminution de la fonction et du renouvellement des cellules ß pancréatiques. Il constitue ainsi un risque majeur de développement des maladies métaboliques dont le diabète de type 2. Le but de cette thèse était d'étudier le rôle des microARNs (une classe d'ARN non- codants) dans le dysfonctionnement lié au vieillissement des cellules ß. L'analyse par microarray des niveaux d'expression des microARN dans les îlots pancréatiques de rats Wistar mâles âgés de 3 et 12 mois nous a permis d'identifier de nombreux changements d'expression de microARNs associés au vieillissement. Afin d'étudier les liens entre ces modifications et le déclin des cellules ß, les changements observés lors du vieillissement ont été reproduits spécifiquement dans une lignée cellulaire, dans des cellules ß primaires de jeune rats ou de donneurs humains sains. La diminution du miR-181a réduit la prolifération des cellules ß, tandis que la diminution du miR-130b ou l'augmentation du miR-383 protège contre l'apoptose induite par les cytokines. L'augmentation du miR-34a induit l'apoptose et inhibe la prolifération des cellules ß en réponse aux hormones Exendin-4 et prolactine et au facteur de croissance PDGF-AA. Cette perte de capacité réplicative est similaire à celle observée dans des cellules ß de rats âgés de 12 mois. Dans la littérature, la perte du récepteur au PDGF-r-a est associée à la diminution de la capacité proliférative des cellules ß observée lors du vieillissement. Nous avons pu démontrer que PDGF-r-a est une cible directe de miR- 34a, suggérant que l'effet néfaste de miR-34a sur la prolifération des cellules ß est, du moins en partie, lié à l'inhibition de l'expression de PDGF-r-a. L'expression de ce miR est aussi plus élevée dans le foie et le cerveau des animaux de 1 an et augmente avec l'âge dans les ilôts de donneurs non-diabétiques. Ces résultats suggèrent que miR-34a pourrait être non seulement impliqué dans l'affaiblissement des fonctions pancréatiques associé à l'âge, mais également jouer un rôle dans les tissus cibles de l'insuline et ainsi contribuer au vieillissement de l'organisme en général. Pour conclure, les travaux obtenus durant cette thèse suggèrent que des microARNs sont impliqués dans le dysfonctionnement des cellules ß pancréatiques durant le vieillissement. -- Type 2 diabetes is a metabolic disease characterized by impaired glucose tolerance, of the insulin sensitive tissues and insufficient insulin secretion from the pancreatic ß-cells to sustain the organism demand. Aging is a risk factor for the majority of the metabolic diseases including type 2 diabetes. With aging is observed a decline in all body function, due to decrease both in cell efficiency and renewal. The aim of this thesis was to investigate the potential role of microRNAs (short non- coding RNAs) in the pancreatic ß-cell dysfunction associated with aging. Microarray analysis of microRNA expression profile in pancreatic islets from 3 and 12 month old Wistar male rats revealed important changes in several microRNAs. To further study the link between those alterations and the decline of ß-cells, the changes observed in old rats were mimicked in immortalized ß-cell lines, primary young rat and human islets. Downregulation of miR-181a inhibited pancreatic ß-cell proliferation in response to proliferative drugs, whereas downregulation of miR-130b and upregulation of miR-383 protected pancreatic ß-cells from cytokine stimulated apoptosis. Interestingly, miR-34a augmented pancreatic ß-cell apoptosis and inhibited ß-cell proliferation in response to the proliferative chemicals Exendin-4, prolactin and PDGF-AA. This loss of replicative capacity is reminiscent of what we observed in pancreatic ß-cells isolated from 12 month old rats. We further observed a correlation between the inhibitory effect of miR-34a on pancreatic ß-cell proliferation and its direct interfering effect of this microRNA on PDGF-r-a, which was previously reported to be involved in the age-associated decline of pancreatic ß-cell proliferation. Interestingly miR-34a was upregulated in the liver and brain of 1 year old animals and positively correlated with age in pancreatic islets of normoglycemic human donors. These results suggest that miR-34a might be not only involved in the age-associated impairment of the pancreatic ß-cell functions, but also play a role in insulin target tissues and contribute to the aging phenotype on the organism level. To conclude, we have demonstrated that microRNAs are indeed involved in the age-associated pancreatic ß-cell dysfunction and they can play both beneficial and harmful roles in the context of pancreatic ß-cell aging.