Expression cloning of a rat hepatic reduced glutathione transporter with canalicular characteristics

Using the Xenopus oocyte expression system, we have previously identified an approximately 4-kb fraction of mRNA from rat liver that expresses sulfobromophthalein-glutathione (BSP-GSH)-insensitive reduced glutathione (GSH) transport (Fernandez-Checa, J., J. R. Yi, C. Garcia-Ruiz, Z. Knezic, S. Tahara, and N. Kaplowitz. 1993. J. Biol. Chem. 268:2324-2328). Starting with a cDNA library constructed from this fraction, we have now isolated a single clone that expresses GSH transporter activity. The cDNA for the rat canalicular GSH transporter (RcGshT) is 4.05 kb with an open reading frame of 2,505 nucleotides encoding for a polypeptide of 835 amino acids (95,785 daltons). No identifiable homologies were found in searching various databases. An approximately 96-kD protein is generated in in vitro translation of cRNA for RcGshT. Northern blot analysis reveals a single 4-kb transcript in liver, kidney, intestine, lung, and brain. The abundance of mRNA for RcGshT in rat liver increased 3, 6, and 12 h after a single dose of phenobarbital. Insensitivity to BSP-GSH and induction by phenobarbital, unique characteristics of canalicular GSH secretion, suggest that RcGshT encodes for the canalicular GSH transporter.

Epigenetic regulation of histone H3 serine 10 phosphorylation status by HCF-1 proteins in C. elegans and mammalian cells.

BACKGROUND: The human herpes simplex virus (HSV) host cell factor HCF-1 is a transcriptional coregulator that associates with both histone methyl- and acetyltransferases, and a histone deacetylase and regulates cell proliferation and division. In HSV-infected cells, HCF-1 associates with the viral protein VP16 to promote formation of a multiprotein-DNA transcriptional activator complex. The ability of HCF proteins to stabilize this VP16-induced complex has been conserved in diverse animal species including Drosophila melanogaster and Caenorhabditis elegans suggesting that VP16 targets a conserved cellular function of HCF-1. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: To investigate the role of HCF proteins in animal development, we have characterized the effects of loss of the HCF-1 homolog in C. elegans, called Ce HCF-1. Two large hcf-1 deletion mutants (pk924 and ok559) are viable but display reduced fertility. Loss of Ce HCF-1 protein at reduced temperatures (e.g., 12 degrees C), however, leads to a high incidence of embryonic lethality and early embryonic mitotic and cytokinetic defects reminiscent of mammalian cell-division defects upon loss of HCF-1 function. Even when viable, however, at normal temperature, mutant embryos display reduced levels of phospho-histone H3 serine 10 (H3S10P), a modification implicated in both transcriptional and mitotic regulation. Mammalian cells with defective HCF-1 also display defects in mitotic H3S10P status. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: These results suggest that HCF-1 proteins possess conserved roles in the regulation of cell division and mitotic histone phosphorylation.

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.

Role of prohormone convertases in pro-neuropeptide Y processing: coexpression and in vitro kinetic investigations.

Proneuropeptide Y (ProNPY) undergoes cleavage at a single dibasic site Lys38-Arg39 resulting in the formation of 1-39 amino acid NPY which is further processed successively by carboxypeptidase-like and peptidylglycine alpha-amidating monooxygenase enzymes. To investigate whether prohormone convertases are involved in ProNPY processing, a vaccinia virus derived expression system was used to coexpress recombinant ProNPY with each of the prohormone convertases PC1/3, PC2, furin, and PACE4 in Neuro2A and NIH 3T3 cell lines as regulated neuroendocrine and constitutive prototype cell lines, respectively. The analysis of processed products shows that only PC1/3 generates NPY in NIH 3T3 cells while both PC1/3 and PC2 are able to generate NPY in Neuro2A cells. The convertases furin and PACE4 are unable to process ProNPY in either cell line. Moreover, comparative in vitro cleavage of recombinant NPY precursor by the enzymes PC1/3, PC2 and furin shows that only PC1/3 and PC2 are involved in specific cleavage of the dibasic site. Kinetic studies demonstrate that PC1/3 cleaves ProNPY more efficiently than PC2. The main difference between the cleavage efficiency is observed in the Vmax values whereas no major difference is observed in Km values. In addition the cleavage by PC1/3 and PC2 of two peptides reproducing the dibasic cleavage site with different amino acid sequence lengths namely (20-49)-ProNPY and (28-43)-ProNPY was studied. These shortened ProNPY substrates, when recognized by the enzymes, are more efficiently cleaved than ProNPY itself. The shortest peptide is not cleaved by PC2 while it is by PC1/3. On the basis of these observations it is proposed, first, that the constitutive secreted NPY does not result from the cleavage carried out by ubiquitously expressed enzymes furin and PACE4; second, that PC1/3 and PC2 are not equipotent in the cleavage of ProNPY; and third, substrate peptide length might discriminate PC1/3 and PC2 processing activity.

Development of a dose-controlled multiculture cell exposure chamber for efficient delivery of airborne and engineered nanoparticles

In order to study the various health influencing parameters related to engineered nanoparticles as well as to soot emitted b diesel engines, there is an urgent need for appropriate sampling devices and methods for cell exposure studies that simulate the respiratory system and facilitate associated biological and toxicological tests. The objective of the present work was the further advancement of a Multiculture Exposure Chamber (MEC) into a dose-controlled system for efficient delivery of nanoparticles to cells. It was validated with various types of nanoparticles (diesel engine soot aggregates, engineered nanoparticles for various applications) and with state-of-the-art nanoparticle measurement instrumentation to assess the local deposition of nanoparticles on the cell cultures. The dose of nanoparticles to which cell cultures are being exposed was evaluated in the normal operation of the in vitro cell culture exposure chamber based on measurements of the size specific nanoparticle collection efficiency of a cell free device. The average efficiency in delivering nanoparticles in the MEC was approximately 82%. The nanoparticle deposition was demonstrated by Transmission Electron Microscopy (TEM). Analysis and design of the MEC employs Computational Fluid Dynamics (CFD) and true to geometry representations of nanoparticles with the aim to assess the uniformity of nanoparticle deposition among the culture wells. Final testing of the dose-controlled cell exposure system was performed by exposing A549 lung cell cultures to fluorescently labeled nanoparticles. Delivery of aerosolized nanoparticles was demonstrated by visualization of the nanoparticle fluorescence in the cell cultures following exposure. Also monitored was the potential of the aerosolized nanoparticles to generate reactive oxygen species (ROS) (e.g. free radicals and peroxides generation), thus expressing the oxidative stress of the cells which can cause extensive cellular damage or damage on DNA.

Smart suction device for less blood trauma: a comparison with Cell Saver.

OBJECTIVE: The major source of hemolysis during cardiopulmonary bypass remains the cardiotomy suction and is primarily due to the interaction between air and blood. The Smart suction system involves an automatically controlled aspiration designed to avoid the mixture of blood with air. This study was set-up to compare this recently designed suction system to a Cell Saver system in order to investigate their effects on blood elements during prolonged intrathoracic aspiration. METHODS: In a calf model (n=10; mean weight, 69.3+/-4.5 kg), a standardized hole was created in the right atrium allowing a blood loss of 100 ml/min, with a suction cannula placed into the chest cavity into a fixed position during 6 h. The blood was continuously aspirated either with the Smart suction system (five animals) or the Cell Saver system (five animals). Blood samples were taken hourly for blood cell counts and biochemistry. RESULTS: In the Smart suction group, red cell count, plasma protein and free hemoglobin levels remained stable, while platelet count exhibited a significant drop from the fifth hour onwards (prebypass: 683+/-201*10(9)/l, 5 h: 280+/-142*10(9)/l, P=0.046). In the Cell Saver group, there was a significant drop of the red cell count from the third hour onwards (prebypass: 8.6+/-0.9*10(12)/l, 6 h: 6.3+/-0.4*10(12)/l, P=0.02), of the platelet count from the first hour onwards (prebypass: 630+/-97*10(9)/l, 1 h: 224+/-75*10(9)/l, P<0.01), and of the plasma protein level from the first hour onwards (prebypass: 61.7+/-0.6 g/l, 1 h: 29.3+/-9.1 g/l, P<0.01). CONCLUSIONS: In this experimental set-up, the Smart suction system avoids damage to red cells and affects platelet count less than the Cell Saver system which induces important blood cell destruction, as any suction device mixing air and blood, as well as severe hypoproteinemia with its metabolic, clotting and hemodynamic consequences.

Emerging functions of myelin associated proteins during development neuronal plasticity and and neurpdegeneration.

Adult mammalian central nervous system (CNS) axons have a limited regrowth capacity following injury. Myelin-associated inhibitors (MAIs) limit axonal outgrowth and their blockage improves the regeneration of damaged fiber tracts. Three of these proteins, Nogo-A, MAG and OMgp, share two common neuronal receptors: NgR1, together with its co-receptors (p75(NTR), TROY and Lingo-1), and the recently described paired immunoglobulin-like receptor B (PirB). These proteins impair neuronal regeneration by limiting axonal sprouting. Some of the elements involved in the myelin inhibitory pathways may still be unknown, but the discovery that blocking both PirB and NgR1 activities leads to near-complete release from myelin inhibition, sheds light on one of the most competitive and intense fields of neuroregeneration study during in recent decades. In parallel with the identification and characterization of the roles and functions of these inhibitory molecules in axonal regeneration, data gathered in the field strongly suggest that most of these proteins have roles other than axonal growth inhibition. The discovery of a new group of interacting partners for myelin-associated receptors and ligands, as well as functional studies within or outside the CNS environment, highlights the potential new physiological roles for these proteins in processes such as development, neuronal homeostasis, plasticity and neurodegeneration.

N-Glycosylation and conserved cysteine residues in RAMP3 play a critical role for the functional expression of CRLR/RAMP3 adrenomedullin receptor.

The calcitonin receptor-like receptor (CRLR) and receptor activity modifying protein-3 (RAMP3) can assemble into a CRLR/RAMP3 heterodimeric receptor that exhibits the characteristics of a high affinity adrenomedullin receptor. RAMP3 participates in adrenomedullin (AM) binding via its extracellular N-terminus characterized by the presence of six highly conserved cysteine residues and four N-glycosylation consensus sites. Here, we assessed the usage of these conserved residues in cotranslational modifications of RAMP3 and addressed their role in functional expression of the CRLR/RAMP3 receptor. Using a Xenopus oocyte expression system, we show that (i) RAMP3 is assembled with CRLR as a multiple N-glycosylated species in which two, three, or four consensus sites are used; (ii) elimination of all N-glycans in RAMP3 results in a significant inhibition of receptor [(125)I]AM binding and an increase in the EC(50) value for AM; (iii) several lines of indirect evidence indicate that each of the six cysteines is involved in disulfide bond formation; (iv) when all cysteines are mutated to serines, RAMP3 is N-glycosylated at all four consensus sites, suggesting that disulfide bond formation inhibits N-gylcosylation; and (v) elimination of all cysteines abolishes adrenomedullin binding and leads to a complete loss of receptor function. Our data demonstrate that cotranslational modifications of RAMP3 play a critical role in the function of the CRLR/RAMP3 adrenomedullin receptor.

Regulation of frizzled receptor activity at the plasma membrane : an interplay of the receptor, the trimeric G protein Go, and RGS protein and a scaffolding protein Kermit

G-protein-signaling pathways convey extracellular signals inside the cells and regulate distinct physiological responses. This type of signaling pathways consists of three major components: G-protein-coupled receptors (GPCRs), heterotrimeric G proteins (G-proteins) and downstream effectors. Upon ligand binding, GPCRs activate heterotrimeric G proteins to initiate the signaling cascade. Dysfunction of GPCR signaling correlates with numerous diseases such as diabetes, nervous and immune system deficiency, and cancer. As the signaling switcher, G-proteins (Gs, Gq/11, G12/13, and Gi/o) have been an appealing topic of research for decades. A heterotrimeric G-protein is composed of three subunits, the guanine nucleotide associated a-subunit, ß and y subunits. In general, the duration of signaling is determined by the lifetime of activated (GTP bound) Ga subunits. Identification of novel communication partners of Ga subunits appears to be an attractive way to understand the machinery of GPCR signaling. In our lab, we mainly focus on Gao, which is abundantly expressed in the nervous system. Here we present two novel interacting partners of Drosophila Gao: Dhit and Kermit, identified through yeast two-hybrid screening and genetic screening respectively. Dhit is characterized by a small size with a conserved RGS domain and an N-terminal cysteine rich motif. The RGS domain possesses the GAP (GTPase activating protein) activity towards G proteins. However, we found that Dhit exerts not only the GAP activity but also the GDI (guanine nucleotide dissociation inhibitor) activity towards Gao. The unexpected GDI activity is preserved in GAIP/RGS19 - a mammalian homologue of Dhit. Further experiments confirmed the GDI activity of Dhit and GAIP/RGS19 in Drosophila and mammalian cell models. Therefore, we propose that Dhit and its mammalian homologues modulate GPCR signaling by a double suppression of Ga subunits - suppression of their nucleotide exchange with GTP and acceleration of their hydrolysis of GTP. Kermit/GEPC was first identified as a binding partner of GAIP/RGS19 in a yeast two- hybrid screen. Instead of interacting with the Drosophila homologue of GAIP/RGS19 (Dhit), Kermit binds to Gao in vivo and in vitro. The functional consequence of Kermit/Gao interaction is the regulation of localization of Vang (one of the planar cell polarity core components) at the apical membrane. Overall, my work elaborated the action of Gao with its two interaction partners in Gao- mediated signaling pathway. Conceivably, the understanding of GPCR signaling including Gao and its regulators or effectors will ultimately shed light on future pharmaceutical research. - Les voies de signalisation médiées par les protéines G transmettent des signaux extracellulaires à l'intérieur des cellules pour réguler des réponses physiologiques distinctes. Cette voie de signalisation consiste en trois composants majeurs : les récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs), les protéines G hétérotrimériques (G-proteins) et les effecteurs en aval. Suite à la liaison du ligand, les GPCRs activent les protéines G hétérotrimériques qui initient la cascade de signalisation. Des dysfonctions dans la signalisation médiée par les GPCRs sont corrélées avec de nombreuses maladies comme le diabète, des déficiences immunes et nerveuses, ainsi que le cancer. Puisque la voie de signalisation s'active et se désactive, les protéines G (Gs, Gq/11, G12/13 et Gi/o) ont été un sujet de recherche attrayant pendant des décennies. Une protéine G hétérotrimérique est composée de trois sous-unités, la sous-unité a associée au nucléotide guanine, ainsi que les sous-unités ß et y. En général, la durée du signal est déterminée par le temps de demi-vie des sous-unités Ga activées (Ga liées au GTP). Identifier de nouveaux partenaires de communication des sous-unités Ga se révèle être un moyen attractif de comprendre la machinerie de la signalisation par les GPCRs. Dans notre laboratoire nous nous sommes concentrés principalement sur Gao qui est exprimée de manière abondante dans le système nerveux. Nous présentons ici deux nouveaux partenaires qui interagissent avec Gao chez la drosophile: Dhit et Kermit, qui ont été identifiés respectivement par la méthode du yeast two-hybrid et par criblage génétique. Dhit est caractérisé par une petite taille, avec un domaine RGS conservé et un motif N- terminal riche en cystéines. Le domaine RGS contient une activité GAP (GTPase activating protein) pour les protéines G. Toutefois, nous avons découvert que Dhit exerce non seulement une activité GAP mais aussi une activité GDI (guanine nucleotide dissociation inhibitor) à l'égard de Gao. Cette activité GDI inattendue est préservée dans RGS19 - un homologue de Dhit chez les mammifères. Des expériences supplémentaires ont confirmé l'activité GDI de Dhit et de RGS19 chez Drosophila melanogaster et les modèles cellulaires mammifères. Par conséquent, nous proposons que Dhit et ses homologues mammifères modulent la signalisation GPCR par une double suppression des sous-unités Ga - suppression de leur nucléotide d'échange avec le GTP et une accélération dans leur hydrolyse du GTP. Kermit/GIPC a été premièrement identifié comme un partenaire de liaison de RGS19 dans le criblage par yeast two-hybrid. Au lieu d'interagir avec l'homologue chez la drosophile de RGS19 (Dhit), Kermit se lie à Gao in vivo et in vitro. La conséquence fonctionnelle de l'interaction Kermit/Gao est la régulation de la localisation de Vang, un des composants essentiel de la polarité planaire cellulaire, à la membrane apicale. Globalement, mon travail a démontré l'action de Gao avec ses deux partenaires d'interaction dans la voie de signalisation médiée par Gao. La compréhension de la signalisation par les GPCRs incluant Gao et ses régulateurs ou effecteurs aboutira à mettre en lumière de futurs axes dans la recherche pharmacologique.

A high-efficiency HeLa cell nuclear transcription extract.

A HeLa cell nuclear transcription extract that is approximately 20 times more efficient than standard HeLa cell transcription extracts was developed. Transcription of the strong adenovirus II major late promoter by this extract results in the synthesis of 1.5-4 molecules of product RNA per molecule of template, indicating that the extract is capable of multiple rounds of initiation. Standard HeLa cell nuclear extracts transcribe closed circular and linear adenovirus major late promoter templates with equal efficiency. In contrast, the new extract exhibits an increase of approximately twofold on transcription of a closed circular, as opposed to a linear, major late promoter template.

In vivo administration of a lentiviral vaccine targets DCs and induces efficient CD8(+) T cell responses.

The present study evaluates the potential of third-generation lentivirus vectors with respect to their use as in vivo-administered T cell vaccines. We demonstrate that lentivector injection into the footpad of mice transduces DCs that appear in the draining lymph node and in the spleen. In addition, a lentivector vaccine bearing a T cell antigen induced very strong systemic antigen-specific cytotoxic T lymphocyte (CTL) responses in mice. Comparative vaccination performed in two different antigen models demonstrated that in vivo administration of lentivector was superior to transfer of transduced DCs or peptide/adjuvant vaccination in terms of both amplitude and longevity of the CTL response. Our data suggest that a decisive factor for efficient T cell priming by lentivector might be the targeting of DCs in situ and their subsequent migration to secondary lymphoid organs. The combination of performance, ease of application, and absence of pre-existing immunity in humans make lentivector-based vaccines an attractive candidate for cancer immunotherapy.

Sensing pheromones : a role for the CNGA4 and TRPC2 proteins

Chez les mammifères, les phéromones sont des molécules clés dans la régulation des comportements sociaux au sein d'une espèce. Chez la souris, la détection de ces molécules se fait dans l'organe voméronasal (VNO] et implique le canal TRPC2 afin de dépolariser les neurones. Des différences de comportement entre des souris Trpc2-/- et des souris sans VNO suggèrent l'implication d'une autre protéine effectrice dans la voie de signalisation des phéromones. L'hypothèse étant que cette protéine formerait un canal hétéromérique avec TRPC2. CNGA4 est une protéine sans fonction connue dans le VNO des rongeurs. Elle appartient à la famille des protéines CNG qui joue un rôle important dans différentes voies de signalisation comme la vision ou l'olfaction. Etant donné sa présence dans le VNO, son rôle inconnu dans cet organe et son rôle important dans de nombreuses voies de signalisation, nous avons décidé d'étudier CNGA4 afin de connaître sa localisation, ses propriétés ou encore sa structure. Nous avons découvert que CNGA4 est exprimée dans les axons, les neurones immatures ainsi que sur les microvillosités des neurones de VNO. A l'aide de souris portant une version non fonctionnelle de CNGA4, nous avons pu montrer que cette protéine joue un rôle majeur dans la voie de signalisation des phéromones. Ainsi, les neurones du VNO portant une version non fonctionnelle de CNGA4 répondent moins fréquemment aux phéromones et par conséquent les phéromones activent également moins de neurones dans le bulbe olfactif accessoire, premier relais du VNO avec le cortex. Cette détection défaillante se traduit par une absence d'agressivité des souris mutantes ainsi que par une incapacité de ces souris à discriminer le sexe de leur conspécifique. Etant donné les propriétés similaires de CNGA4 et de TRPC2, nous avons supposé que les deux protéines pourraient interagir. Cette hypothèse a été confortée par l'observation que CNGA4 n'est plus exprimée dans les microvillosités du VNO des souris Trpc2-/-. A l'aide d'expériences d'expression hétérologue, nous avons pu observer que les deux protéines interagissent et forment un canal activé par un analogue du diacylglycérol suggérant que ce canal est fonctionnel. Ces résultats indiquent que CNGA4 formerait un canal hétéromérique avec TRPC2 et aurait dans ce canal une fonction modulatrice. Des expériences complémentaires sont nécessaires afin de connaître le rôle de chacune de ces protéines dans la voie de signalisation des phéromones. Sensing pheromones: a role for the CNGA4 and TRPC2 proteins Mammalian pheromones are key chemical signals in the regulation of intraspecies social behaviors. Detection of these pheromones, which takes place in sensory neurons of the vomeronasal organ (VNO), implies the activation of the transient receptor potential canonical channel 2 (TRPC2) as the final effector. Interestingly, discrepancies between Trpc2 /- mice and mice lacking a VNO suggest the implication of another protein in the pheromone signaling pathway. This protein could either form a heteromeric channel with TRPC2 or a separate homomeric ion channel. The cyclic nucleotide-gated channel subunit CNGA4 is also expressed in the rodent VNO but its role and properties in this organ remain unknown. CNGA4 belongs to the CNG channel family which is playing an important role in different sensory pathways such as in light and odorant detection. We thus decided to study the role of the CNGA4 protein in the mouse VNO. We found CNGA4 to be expressed in axons, dendrites and in the sensory microvilli. Using mice bearing a non-functional form of CNGA4 we further demonstrated the importance of the CNGA4 protein for the pheromone signaling pathway as neurons from mutant mice were responding less frequently to chemosensory cues. As a result, mutant mice displayed a non-aggressive behavior and an impaired sexual discrimination ability. Based on the CNGA4 localization and its role in the pheromone signaling pathway we hypothesized a possible interaction between CNGA4 and TRPC2 forming a heteromeric channel. First evidences for this interaction came from the absence of CNGA4 expression in the sensory microvilli of Trpc2-/- mice. Second, using transfected HEK cells as an expression system we could observe that CNGA4 and TRPC2 interact and translocate to the plasma membrane. Perfusion of a DAG analogue on co-transfected HEK cells resulted in a strong calcium entry suggesting that the two proteins form a functional channel. These results might suggest a modulatory role for CNGA4 in a heteromeric TRPC2+CNGA4 ion channel. Further experiments will give more insights on the combined role of these transduction ion channels in pheromone detection.

ACID-SENSING ION CHANNELS: functional and molecular characterization in putative nociceptors, and modulation by nerve injury and serine protease

Résumé Les canaux ioniques ASICs (acid-sensing ion channels) appartiennent à la famille des canaux ENaC/Degenerin. Pour l'instant, quatre gènes (1 à 4) ont été clonés dont certains présentent des variants d'épissage. Leur activation par une acidification rapide du milieu extracellulaire génère un courant entrant transitoire essentiellement sodique accompagné pour certains types d'ASICs d'une phase soutenue. Les ASICs sont exprimés dans le système nerveux, central (SNC) et périphérique (SNP). On leur attribue un rôle dans l'apprentissage, la mémoire et l'ischémie cérébrale au niveau central ainsi que dans la nociception (douleur aiguë et inflammatoire) et la méchanotransduction au niveau périphérique. Toutefois, les données sont parfois contradictoires. Certaines études suggèrent qu'ils sont des senseurs primordiaux impliqués dans la détection de l'acidification et la douleur. D'autres études suggèrent plutôt qu'ils ont un rôle modulateur inhibiteur dans la douleur. De plus, le fait que leur activation génère majoritairement un courant transitoire alors que les fibres nerveuses impliquées dans la douleur répondent à un stimulus nocif avec une adaptation lente suggère que leurs propriétés doivent être modulés par des molécules endogènes. Dans une première partie de ma thèse, nous avons abordé la question de l'expression fonctionnelle des ASICs dans les neurones sensoriels primaires afférents du rat adulte pour clarifier le rôle des ASICs dans les neurones sensoriels. Nous avons caractérisé leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques par la technique du patch-clamp en configuration « whole-cell ». Nous avons pu démontrer que près de 60% des neurones sensoriels de petit diamètre expriment des courants ASICs. Nous avons mis en évidence trois types de courant ASIC dans ces neurones. Les types 1 et 3 ont des propriétés compatibles avec un rôle de senseur du pH alors que le type 2 est majoritairement activé par des pH inférieurs à pH6. Le type 1 est médié par des homomers de la sous-unité ASIC1 a qui sont perméables aux Ca2+. Nous avons étudié leur co-expression avec des marqueurs des nocicepteurs ainsi que la possibilité d'induire une activité neuronale suite à une acidification qui soit dépendante des ASICs. Le but était d'associer un type de courant ASIC avec une fonction potentielle dans les neurones sensoriels. Une majorité des neurones exprimant les courants ASIC co-expriment des marqueurs des nocicepteurs. Toutefois, une plus grande proportion des neurones exprimant le type 1 n'est pas associée à la nociception par rapport aux types 2 et 3. Nous avons montré qu'il est possible d'induire des potentiels d'actions suite à une acidification. La probabilité d'induction est proportionnelle à la densité des courants ASIC et à l'acidité de la stimulation. Puis, nous avons utilisé cette classification comme un outil pour appréhender les potentielles modulations fonctionnelles des ASICs dans un model de neuropathie (spared nerve injury). Cette approche fut complétée par des expériences de «quantitative RT-PCR ». En situation de neuropathie, les courants ASIC sont dramatiquement changés au niveau de leur expression fonctionnelle et transcriptionnelle dans les neurones lésés ainsi que non-lésés. Dans une deuxième partie de ma thèse, suite au test de différentes substances sécrétées lors de l'inflammation et l'ischémie sur les propriétés des ASICs, nous avons caractérisé en détail la modulation des propriétés des courants ASICs notamment ASIC1 par les sérines protéases dans des systèmes d'expression recombinants ainsi que dans des neurones d'hippocampe. Nous avons montré que l'exposition aux sérine-protéases décale la dépendance au pH de l'activation ainsi que la « steady-state inactivation »des ASICs -1a et -1b vers des valeurs plus acidiques. Ainsi, l'exposition aux serine protéases conduit à une diminution du courant quand l'acidification a lieu à partir d'un pH7.4 et conduit à une augmentation du courant quand l'acidification alleu à partir d'un pH7. Nous avons aussi montré que cette régulation a lieu des les neurones d'hippocampe. Nos résultats dans les neurones sensoriels suggèrent que certains courants ASICs sont impliqués dans la transduction de l'acidification et de la douleur ainsi que dans une des phases du processus conduisant à la neuropathie. Une partie des courants de type 1 perméables au Ca 2+ peuvent être impliqués dans la neurosécrétion. La modulation par les sérines protéases pourrait expliquer qu'en situation d'acidose les canaux ASICs soient toujours activables. Résumé grand publique Les neurones sont les principales cellules du système nerveux. Le système nerveux est formé par le système nerveux central - principalement le cerveau, le cervelet et la moelle épinière - et le système nerveux périphérique -principalement les nerfs et les neurones sensoriels. Grâce à leur nombreux "bras" (les neurites), les neurones sont connectés entre eux, formant un véritable réseau de communication qui s'étend dans tout le corps. L'information se propage sous forme d'un phénomène électrique, l'influx nerveux (ou potentiels d'actions). A la base des phénomènes électriques dans les neurones il y a ce que l'on appelle les canaux ioniques. Un canal ionique est une sorte de tunnel qui traverse l'enveloppe qui entoure les cellules (la membrane) et par lequel passent les ions. La plupart de ces canaux sont normalement fermés et nécessitent d'être activés pour s'ouvrire et générer un influx nerveux. Les canaux ASICs sont activés par l'acidification et sont exprimés dans tout le système nerveux. Cette acidification a lieu notamment lors d'une attaque cérébrale (ischémie cérébrale) ou lors de l'inflammation. Les expériences sur les animaux ont montré que les canaux ASICs avaient entre autre un rôle dans la mort des neurones lors d'une attaque cérébrale et dans la douleur inflammatoire. Lors de ma thèse je me suis intéressé au rôle des ASICs dans la douleur et à l'influence des substances produites pendant l'inflammation sur leur activation par l'acidification. J'ai ainsi pu montrer chez le rat que la majorité des neurones sensoriels impliqués dans la douleur ont des canaux ASICs et que l'activation de ces canaux induit des potentiels d'action. Nous avons opéré des rats pour qu'ils présentent les symptômes d'une maladie chronique appelée neuropathie. La neuropathie se caractérise par une plus grande sensibilité à la douleur. Les rats neuropathiques présentent des changements de leurs canaux ASICs suggérant que ces canaux ont une peut-être un rôle dans la genèse ou les symptômes de cette maladie. J'ai aussi montré in vitro qu'un type d'enryme produit lors de l'inflammation et l'ischémie change les propriétés des ASICs. Ces résultats confirment un rôle des ASICs dans la douleur suggérant notamment un rôle jusque là encore non étudié dans la douleur neuropathique. De plus, ces résultats mettent en évidence une régulation des ASICs qui pourrait être importante si elle se confirmait in vivo de part les différents rôles des ASICs. Abstract Acid-sensing ion channels (ASICs) are members of the ENaC/Degenerin superfamily of ion channels. Their activation by a rapid extracellular acidification generates a transient and for some ASIC types also a sustained current mainly mediated by Na+. ASICs are expressed in the central (CNS) and in the peripheral (PNS) nervous system. In the CNS, ASICs have a putative role in learning, memory and in neuronal death after cerebral ischemia. In the PNS, ASICs have a putative role in nociception (acute and inflammatory pain) and in mechanotransduction. However, studies on ASIC function are somewhat controversial. Some studies suggest a crucial role of ASICs in transduction of acidification and in pain whereas other studies suggest rather a modulatory inhibitory role of ASICs in pain. Moreover, the basic property of ASICs, that they are activated only transiently is irreconcilable with the well-known property of nociception that the firing of nociceptive fibers demonstrated very little adaptation. Endogenous molecules may exist that can modulate ASIC properties. In a first part of my thesis, we addressed the question of the functional expression of ASICs in adult rat dorsal root ganglion (DRG) neurons. Our goal was to elucidate ASIC roles in DRG neurons. We characterized biophysical and pharmacological properties of ASIC currents using the patch-clamp technique in the whole-cell configuration. We observed that around 60% of small-diameter sensory neurons express ASICs currents. We described in these neurons three ASIC current types. Types 1 and 3 have properties compatible with a role of pH-sensor whereas type 2 is mainly activated by pH lower than pH6. Type 1 is mediated by ASIC1a homomultimers which are permeable to Ca 2+. We studied ASIC co-expression with nociceptor markers. The goal was to associate an ASIC current type with a potential function in sensory neurons. Most neurons expressing ASIC currents co-expressed nociceptor markers. However, a higher proportion of the neurons expressing type 1 was not associated with nociception compared to type 2 and -3. We completed this approach with current-clamp measurements of acidification-induced action potentials (APs). We showed that activation of ASICs in small-diameter neurons can induce APs. The probability of AP induction is positively correlated with the ASIC current density and the acidity of stimulation. Then, we used this classification as a tool to characterize the potential functional modulation of ASICs in the spared nerve injury model of neuropathy. This approach was completed by quantitative RT-PCR experiments. ASICs current expression was dramatically changed at the functional and transcriptional level in injured and non-injured small-diameter DRG neurons. In a second part of my thesis, following an initial screening of the effect of various substances secreted during inflammation and ischemia on ASIC current properties, we characterized in detail the modulation of ASICs, in particular of ASIC1 by serine proteases in a recombinant expression system as well as in hippocampal neurons. We showed that protease exposure shifts the pH dependence of ASIC1 activation and steady-state inactivation to more acidic pH. As a consequence, protease exposure leads to a decrease in the current response if ASIC1 is activated by a pH drop from pH 7.4. If, however, acidification occurs from a basal pH of 7, protease-exposed ASIC1a shows higher activity than untreated ASIC1a. We provided evidence that this bi-directional regulation of ASIC1a function also occurs in hippocampal neurons. Our results in DRG neurons suggest that some ASIC currents are involved in the transduction of peripheral acidification and pain. Furthermore, ASICs may participate to the processes leading to neuropathy. Some Ca 2+-permeable type 1 currents may be involved in neurosecretion. ASIC modulation by serine proteases may be physiologically relevant, allowing ASIC activation under sustained slightly acidic conditions.

Doublecortin cells and neurodegenerative disease

Introduction : Doublecortin (DCX) is a microtubule associated protein expressed by migrating neural precursors. DCX is also expressed in approximately 4% of all cortical cells in adult normal primate brain. DCX expression is also enhanced locally in response to an acute insult made to the brain. This is thought to play a role in plasticity or neural repair. That being said, it would be interesting to know how the expression of DCX is modified in a more chronic insult, like in neurodegeneration such as in Parkinson's Disease (PD) and Alzheimer's Disease (AD). The aim of my study is to study the expression of DCX cells in the cortex of patients having a neurodegenerative disease, compared to control patients. Method: DCX cells quantification on 9 DCX‐stained 5 μm thick formalin fixed paraffin embedded brain sections: 3 Alzheimer's disease patients, 3 Parkinson's disease patients and 3 control patients. Each patient had several sections that we could stain with different stainings (GALLYA, TAU, DCX). By using a computerized image analysis system (Explora Nova, La Rochelle, France), cortical columns were selected on areas on the cortex with a lot of degeneration subjectively observed on GALLYA stained sections and on TAU stained sections. Then total number of cells was counted on TAU sections, where all nuclei were colored in blue. Then the DCX cells were counted on the corresponding DCX sections. These values were standardized to a reference surface area. The ratio of DCX cells over total cells was then calculated. Results : There is a difference of DCX cell expression between Alzheimer's Disease patients and control patients. The percentage of dcx cells in the cortex of an Alzheimer's patient is around 12.54% ± 2.17%, where as in the cortex of control patients, it is around 5.47% ± 0.83%. On the other hand, there is no significant difference in the ratio of DCX cells over total cells between parkinson's patients and control patients, both having around 5% of DCX cells. Discussion: There is a dramatic increase of DCX expression in AD (12.5%) compared to PD and controls (5.5%). The increase in DCX ratio in AD may have two potential causes: 1.The increased ratio is due to DCX cells being more resistant to degeneration compared to surrounding cells which are degenerating due to AD, leading to the cortical atrophy observed in AD patients. So the decrease of total cells without any change in the number of DCX cells makes the ratio bigger in AD compared to the controls. 2.The increased ratio is due to an actual increase in DCX cells. This means that there is some neural repair to compensate the degenerative process, just like the repair process observed in acute lesions to the brain. This second idea can be integrated in the broader point of view of neuroinflammation. The progression of the disease would trigger neuroinflammation and the process following the primary inflammatory response which is neural repair. So our study can show that the increase in DCX cells is an attempt to repair the degenerated neurons, in the context of neuroinflammation triggered by the physiopathological progression of the disease.