Heat stress adaptation in hyperthermophiles: bosynthesis of inositol-containing compatible solutes

Dissertation presented to obtain the Ph.D. degree in Biochemistry

Achieving K/DOQI Targets with Cinacalcet in Dialysis Patients with Secondary Hyperparathyroidism. A Portuguese Observational Study

Secondary hyperparathyroidism is a common complication of chronic kidney disease. The elevated serum intact parathyroid hormone, phosphorus, calcium and calcium x phosphorus product have been independently associated with an increased relative risk of mortality. The standard therapy for secondary hyperparathyroidism, including active vitamin D analogues and phosphate binders, is often insufficient to allow patients to achieve the recommended Kidney Disease Outcomes Quality Initiative targets for bone and mineral metabolism. Randomised controlled phase III clinical studies in chronic kidney disease patients with secondary hyperparathyroidism have shown that cinacalcet treatment increases the proportion of patients achieving the recommended Kidney Disease Outcomes Quality Initiative targets for intact parathyroid hormone, phosphorus, calcium and calcium x phosphorus product. Aims: This observational multicentre study aims to evaluate cinacalcet’s ability to achieve and maintain Kidney Disease Outcomes Quality Initiative targets in a population with secondary hyperparathyroidism on chronic haemodialysis in Portugal. Patients and Methods: Patients on chronic dialysis that received cinacalcet during a free sampling programme were enrolled. Retrospective and prospective monthly data were collected from 3 months before until 6 months after the beginning of cinacalcet treatment. Additional assessment included a 12 month evaluation of all parameters. Results: 140 dialysis patients with secondary hyperparathyroidism were enrolled, 60% male, mean age 57.4±14.1 years. The mean intact parathyroid hormone, calcium, phosphorus, and calcium x phosphorus product values at baseline were 751.7±498.8 pg/ml, 9.7±3.8 mg/dl, 5.5±1.5 mg/dl, and 52.7±25.3 mg2/dl2, respectively. After 6 months’ cinacalcet treatment, 26.2%, 53.6%, 59.3%, and 81.0% of the patients achieved the Kidney Disease Outcomes Quality Initiative recommended levels for intact parathyroid hormone, calcium, phosphorus, and calcium x phosphorus product, respectively. The mean dose of cinacalcet at 6 months was 57.1±29.7 mg/day. Conclusions: The use of cinacalcet in clinical practice is an effective option for the treatment of secondary hyperparathyroidism in chronic dialysis patients, allowing more patients to reach and maintain the Kidney Disease Outcomes Quality Initiative targets.

Initial clinical experience with the admiral oxygenator combined with separated suction.

The Admiral, a new microporous membrane oxygenator with a low surface area, decreased priming volume and two separate reservoirs, was tested in 30 adult patients. This study was undertaken to evaluate blood path resistance, gas exchange capabilities and blood trauma in clinical use, with and without shed blood separation. Patients were divided into 3 groups. Group 1 had valve surgery without separation of suction, Group 2 had coronary artery bypass grafting (CABG) with direct blood aspiration and Group 3 had coronary artery bypass grafting with shed blood separation. The suctioned, separated, cardiotomy blood in Group 3 was treated with an autotransfusion device at the end of bypass before being returned to the patient. Theoretical blood flow could be achieved in all cases without problem. The pressure drop through the oxygenator averaged 88 +/- 13 mmHg at 4 l/min and 109 +/- 12 mmHg at 5 l/min. O(2) transfer was 163 +/- 27 ml/min. Free plasma haemoglobin rose in all groups, but significantly less in group 3. Lactate dehydrogenase (LDH) rose significantly in Groups 1 and 2. Platelets decreased in all groups without significant differences. Clinical experience with this new oxygenator was safe, the reduced membrane surface did not impair gas exchange and blood trauma could be minimized easily by separating shed blood, using the second cardiotomy reservoir.

Early diabetes and abnormal postnatal pancreatic islet development in mice lacking Glut-2.

Glut-2 is a low-affinity transporter present in the plasma membrane of pancreatic beta-cells, hepatocytes and intestine and kidney absorptive epithelial cells of mice. In beta-cells, Glut-2 has been proposed to be active in the control of glucose-stimulated insulin secretion (GSIS; ref. 2), and its expression is strongly reduced in glucose-unresponsive islets from different animal models of diabetes. However, recent investigations have yielded conflicting data on the possible role of Glut-2 in GSIS. Whereas some reports have supported a specific role for Glut-2 (refs 5,6), others have suggested that GSIS could proceed normally even in the presence of low or almost undetectable levels of this transporter. Here we show that homozygous, but not heterozygous, mice deficient in Glut-2 are hyperglycaemic and relatively hypo-insulinaemic and have elevated plasma levels of glucagon, free fatty acids and beta-hydroxybutyrate. In vivo, their glucose tolerance is abnormal. In vitro, beta-cells display loss of control of insulin gene expression by glucose and impaired GSIS with a loss of first phase but preserved second phase of secretion, while the secretory response to non-glucidic nutrients or to D-glyceraldehyde is normal. This is accompanied by alterations in the postnatal development of pancreatic islets, evidenced by an inversion of the alpha- to beta-cell ratio. Glut-2 is thus required to maintain normal glucose homeostasis and normal function and development of the endocrine pancreas. Its absence leads to symptoms characteristic of non-insulin-dependent diabetes mellitus.

The association of genetic markers and malaria infection in the Brazilian Western Amazonian region

Almost all individuals (182) belonging to an Amazonian riverine population (Portuchuelo, RO, Brazil) were investigated for ascertaining data on epidemiological aspects of malaria. Thirteen genetic blood polymorphisms were investigated (ABO, MNSs, Rh, Kell, and Duffy systems, haptoglobins, hemoglobins, and the enzymes glucose-6-phosphate dehydrogenase, glyoxalase, phosphoglucomutase, carbonic anhydrase, red cell acid phosphatase, and esterase D). The results indicated that the Duffy system is associated with susceptibility to malaria, as observed in other endemic areas. Moreover, suggestions also arose indicating that the EsD and Rh loci may be significantly associated with resistance to malaria. If statistical type II errors and sample stratification could be ruled out, hypotheses on the existence of a causal mechanism or an unknown closely linked locus involved in susceptibility to malaria infection may explain the present findings.

Efficiency of diagnostic biomarkers among colonic schistosomiasis Egyptian patients

The schistosomal parasite plays a critical role in the development of malignant lesions in different organs. The pathogenesis of cancer is currently under intense investigation to identify reliable prognostic indices for disease detection. The objective of this paper is to evaluate certain biochemical parameters as diagnostic tools to efficiently differentiate between colonic carcinoma and colonic carcinoma associated with schistosomal infection among Egyptian patients. The parameters under investigation are interleukin 2 (IL-2), tumour necrosis factor alpha (TNF-α), carcinoembryonic antigen (CEA) levels, tissue telomerase, pyruvate kinase (PK), glucose-6-phosphate dehydrogenase (G-6-PD) and lactate dehydrogenase (LDH) enzyme activities. The results revealed a significant elevation in the level of the tumour markers IL-2, TNF-α and CEA as well as the activities of LDH, telomerase and G-6-PD among non-bilharzial and bilharzial colonic cancer groups, with a more potent effect in bilharzial infection-associated colonic cancer. A significant inhibition in PK activity was recorded in the same manner as compared to normal tissues. The efficacy of this biomarker was also evaluated through detecting sensitivity, specificity, negative and positive predictive values. In conclusion, schistosomal colonic carcinoma patients displayed more drastic changes in all parameters under investigation. The combination of the selected parameters succeeded in serving as biomarkers to differentiate between the two malignant types.

Estudi i implementació d'un cas pràctic (e-commerce) segons etapes del disseny centrat en l'usuari

La idea bàsica d'aquest disseny centrat en l'usuari és obtenir informació sobre els usuaris, les seves tasques i objectius, i fer servir tota aquesta informació per orientar el disseny i el desenvolupament de productes. Per a la realització d'aquest treball s'han establert quatre fases: (1) Investigació, (2) Disseny d'escenaris i flux d'interacció, (3) Prototipat, i (4) Avaluació. El cas pràctic que es tractarà és una cadena de supermercats ecològics que vol promocionar la compra responsable d'aliments.

Politiques et pratiques cantonales en matière de prévention VIH/sida et d'éducation sexuelle à l'école

[Table des matières] I. Introduction et méthode. 1. Evaluation globale de la stratégie de prévention VIH/sida en Suisse. 2. Questions d'évaluation. 3. Développement de la grille d'analyse. 4. Entretiens au niveau supracantonal. 5. Synthèse cantonale et procédure de validation. 6. Analyse transversale des informations. II. Contexte. 1. Structure du système éducatif. 2. Organisation administrative (communale, cantonale et fédérale). 3. Les modèles d'organisation. 4. Origines de l'introduction des trois approches en milieu scolaire. 5. Les offres et les compétences à disposition dans le canton. III. Questions d'évaluation. 1. Bases légales et administratives pour les cours de prévention VIH/sida et d'éducation sexuelle. 2. Limites de la notion d'obligation et la question de consentement parental. 3. Organisation des cours de prévention VIH/sida et d'éducation sexuelle. 4. Niveau administratif. 5. Intervenants. 6. Niveau de couverture atteint par cette éducation. 7. Contenu des cours de prévention VIH/sida et de l'éducation sexuelle. 8. Formation des intervenants : le corps enseignant chargé de l'enseignement sur le VIH et/ou de l'éducation sexuelle, la formation de base, la formation continue, la formation des spécialistes externes dans les régions francophones. 9. Matériel didactique utilisé. IV. Conclusions et recommandations. V. Synthèses cantonales : fiches de synthèse par canton. 1. Grilles pour la récolte d'informations. 2. Guide d'entretien. 3. Lettres de demande de collaboration auprès des irecteurs de l'Instruction Publique (DIP). 4. Principales personnes-ressources contactées par canton. 5. Existence de budgets spécifiques par thème. 6. Concept "Fächerübergreifend" (exemple BEg, école obligatoire). 7. Liste du matériel didactique HIV/sida.

Target Molecular Size and Sodium Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis Analysis of the ATP-and Pyrophosphate-Dependent Proton Pumps from Maize Root Tonoplast.

Tonoplast-enriched membranes were prepared from maize (Zea mays L. cv LG 11) primary roots, using sucrose nonlinear gradients. The functional molecular size of the tonoplast ATP-and PPi-dependent proton pumps were analyzed by radiation inactivation. Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) was added as an internal standard. Frozen samples (-196 degrees C) of the membranes were irradiated with (60)Co for different periods of time. After thawing the samples, the activities of G6PDH, ATPase, and PPase were tested. By applying target theory, the functional sizes of the ATPase and PPase in situ were found to be around 540 and 160 kilodaltons, respectively. The two activities were solubilized and separated by gel filtration chromatography. The different polypeptides copurifying with the two pumps were analyzed by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis. Two bands (around 59 and 65 kilodaltons) were associated with the ATPase activity, whereas a double band (around 40 kilodaltons) was recovered with the PPase activity.

Amniotic fluid insulin-like growth factor binding-protein 3 concentration as early indicator of fetal growth restriction

Rapport de synthèse : Introduction : La croissance foetale infra-utérine dépend d'un grand nombre de facteurs maternels, placentaires et foetaux. Une inadéquation d'un ou plusieurs de ces facteurs peut induire un retard de croissance infra-utérin (RCIU) ou au contraire une macrosomie. Les principales causes de RCIU comprennent les infections maternelles, l'éclampsie, les cardiovasculopathies maternelles, la toxicomanie, les malformations foetales et les insuffisances placentaires. Les facteurs endocriniens constituent un petit pourcentage des causes de RCIU, mais méritent que l'on s'y intéresse de plus près. Les facteurs hormonaux les plus importants pour la croissance fatale sont l'insuline et les insuline-like growth factors (IGFs) et non l'hormone de croissance (GH) qui joue un rôle majeur dans la croissance postnatale. Notre attention s'est portée sur IGF-1 qui joue un rôle important dans la croissance intrautérine. Sa biodisponibilité dépend de plusieurs protéines plasmatiques, les IGF-binding proteins (IGFBP 1 à 9). IGFBP-3 est la principale de ces IGFBPs, autant d'un point de vue quantitatif que fonctionnel. Nous avons cherché à déterminer si les concentrations d'IGF-1 et d'IGFBP-3 dans le liquide amniotique au début du deuxième trimestre étaient prédictives de la croissance infra-utérine. Les gènes codant pour IGF-1 et IGFBP-3 contenant certaines séquences polymorphiques, nous avons également étudié leur influence sur la croissance foetale. L'analyse du liquide amniotique présente l'avantage de pouvoir être effectuée dès la 14ème semaine d'aménorrhée alors que la biométrie foetale échographique ne permet pas à ce stade de déceler des anomalies de la croissance infra-utérine. Méthode : Nous avons analysé des échantillons de liquide amniotique prélevés entre la 14ème et la 18ème semaine de grossesse chez 196 patientes. Les concentrations d'IGF-1 et d'IGFBP-3 ont été dosées par ELISA, les polymorphismes analysés par PCR. Ces résultats ont été ensuite analysés en fonction du poids de naissance des nouveaux-nés, répartis en trois groupes normal pour l'âge gestationnel (AGA), petit pour l'âge gestationnel (SGA) et grand pour l'âge gestationnel (LGA). Résultats : Les concentrations d'IGFBP3 dans le liquide amniotique sont significativement plus élevées (p = 0.030) dans le groupe SGA par rapport au groupe AGA, d'autant plus quand les taux sont ajustés en fonction de paramètres tels que l'âge gestationnel lors de l'amniocentèse (ANCOVA analysis : p = 0.009). La distribution du polymorphisme VNTR (variable number of tandem repeat) dans la région promotrice d'IGF-1 au sein du groupe SGA est significativement différente de celle du groupe AGA (p = 0.029). En effet, la fréquence de l'association allélique 19CA/20CA est diminuée dans le groupe SGA. Nous n'avons pas identifié de différence de distribution des séquences polymorphiques d'IGFBP-3 entre les différents groupes. Conclusion : Une concentration élevée d'IGFBP-3 dans le liquide amniotique au début du deuxième trimestre est associée à un risque plus élevé de retard de croissance alors que l'association allélique 19CA/20CA dans la région polymorphique IGF-1 VNTR est un facteur protecteur.

Systematic review o f the Perforation Risk in S tenosing Eosinophilic Esophagitis: D ilation is much s afer than initially reported

Background a nd A ims: D ilation of stenosing EosinophilicEsophagitis (EoE) is considered a high-risk procedure asperforation rates o f up to 9% of patients h ave been reported.Goal: To systematically e valuate the dilation-associatedperforation risk in stenosing EoE.Methods: A systematic review of the literature was performedusing pubmed and Embase. Keywords used were "eosinophilicesophagitis", "dilation", "perforation", and "complications".Results: F rom 2002 to 2007 7 case s eries including 85patients r eported perforations i n 5 patients ( perforation r ate6%). The highest perforation rate was reported in a series of 36patients d ocumenting 3 perforations ( 9%). In 2 010 and 2011three large studies r eporting o n a total o f 404 patientsdocumented a perforation in 3 patients (0.74%). The perforationrate reported in small case series before 2010 was significantlyhigher compared to the r ates since 2 010 ( P <0.001). Theoverall p erforation frequency is 8 /489 patients (1.6%). Amedian of 3 endoscopic sessions with dilations were performedper patient, thereby leading to a perforation rate of 0.53% perendoscopy. Follow-up information on EoE p atients w ithperforation was available in 6 s tudies, all patients c ould bemanaged conservatively, dilation-associated mortality waszero.Conclusions: D ilation of stenosing EoE h as a m uch lowerperforation risk as r eported in e arlier c ase series. Theperforation rate per endoscopy (0.53%) is much lower than theone reported for d ilation of achalasia ( 2-4%). T aking intoaccount t he latest data, dilation of stenosing EoE c an beregarded as a safe procedure.

Régulation du canal à sodium épithélial par le sodim extracellulaire et développement d'un microsystème intégré pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes de "Xenopus laevis"

Résumé : La première partie de ce travail de thèse est consacrée au canal à sodium épithélial (ENaC), l'élément clé du transport transépithélial de Na+ dans le néphron distal, le colon et les voies aériennes. Ce canal est impliqué dans certaines formes génétiques d'hypo- et d'hypertension (PHA I, syndrome de Liddle), mais aussi, indirectement, dans la mucoviscidose. La réabsorption transépithéliale de Na+ est principalement régulée par des hormones (aldostérone, vasopressine), mais aussi directement par le Na+, via deux phénomènes distincts, la « feedback inhibition » et la « self-inhibition » (SI). Ce second phénomène est dépendant de la concentration de Na+ extracellulaire, et montre une cinétique rapide (constante de temps d'environ 3 s). Son rôle physiologique serait d'assurer l'homogénéité de la réabsorption de Na+ et d'empêcher que celle-ci soit excessive lorsque les concentrations de Na+ sont élevées. Différents éléments appuient l'hypothèse de la présence d'un site de détection de la concentration du Na+ extracellulaire sur ENaC, gouvernant la SI. L'objectif de ce premier projet est de démontrer l'existence du site de détection impliqué dans la SI et de déterminer ses propriétés physiologiques et sa localisation. Nous avons montré que les caractéristiques de la SI (en termes de sélectivité et affinité ionique) sont différentes des propriétés de conduction du canal. Ainsi, nos résultats confirment l'hypothèse de l'existence d'un site de détection du Na+ (responsable de la transmission de l'information au mécanisme de contrôle de l'ouverture du canal), différent du site de conduction. Par ailleurs, ce site présente une affinité basse et indépendante du voltage pour le Na+ et le Li+ extracellulaires. Le site semble donc être localisé dans le domaine extracellulaire, plutôt que transmembranaire, de la protéine. L'étape suivante consiste alors à localiser précisément le site sur le canal. Des études précédentes, ainsi que des résultats préliminaires récemment obtenus, mettent en avant le rôle dans la self-inhibition du premiers tiers des boucles extracellulaires des sous-unités α et γ du canal. Le second projet tire son origine des limitations de la méthode classique pour l'étude des canaux ioniques, après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis, par la méthode du voltage-clamp à deux électrodes, en particulier les limitations dues à la lenteur des échanges de solutions. En outre, cette méthode souffre de nombreux désavantages (manipulations délicates et peu rapides, grands volumes de solution requis). Plusieurs systèmes améliorés ont été élaborés, mais aucun ne corrige tous les désavantages de la méthode classique Ainsi, l'objectif ici est le développement d'un système, pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes, présentant les caractéristiques suivantes : manipulation des cellules facilitée et réduite, volumes de solution de perfusion faibles et vitesse rapide d'échange de la perfusion. Un microsystème intégré sur une puce a été élaboré. Ces capacités de mesure ont été testées en utilisant des ovocytes exprimant ENaC. Des résultats similaires (courbes IV, courbes dose-réponse au benzamil) à ceux obtenus avec le système traditionnel ont été enregistrés avec le microsystème. Le temps d'échange de solution a été estimé à ~20 ms et des temps effectifs de changement ont été déterminés comme étant 8 fois plus court avec le nouveau système comparé au classique. Finalement, la SI a été étudiée et il apparaît que sa cinétique est 3 fois plus rapide que ce qui a été estimé précédemment avec le système traditionnel et son amplitude de 10 à 20 % plus importante. Le nouveau microsystème intégré apparaît donc comme adapté à la mesure électrophysiologique sur ovocytes de Xenopus, et possèdent des caractéristiques appropriées à l'étude de phénomènes à cinétique rapide, mais aussi à des applications de type « high throughput screening ». Summary : The first part of the thesis is related to the Epithelial Sodium Channel (ENaC), which is a key component of the transepithelial Na+ transport in the distal nephron, colon and airways. This channel is involved in hypo- and hypertensive syndrome (PHA I, Liddle syndrome), but also indirectly in cystic fibrosis. The transepithelial reabsorption of Na+ is mainly regulated by hormones (aldosterone, vasopressin), but also directly by Na+ itself, via two distinct phenomena, feedback inhibition and self-inhibition. This latter phenomenon is dependant on the extracellular Na+ concentration and has rapid kinetics (time constant of about 3 s). Its physiological role would be to prevent excessive Na+ reabsorption and ensure this reabsorption is homogenous. Several pieces of evidence enable to propose the hypothesis of an extracellular Na+ sensing site on ENaC, governing self-inhibition. The aim of this first project is to demonstrate the existence of the sensing site involved in self-inhibition and to determine its physiological properties and localization. We show self-inhibition characteristics (ionic selectivity and affinity) are different from the conducting properties of the channel. Our results support thus the hypothesis that the Na+ sensing site (responsible of the transmission of the information about the extracellular Na+ concentration to the channel gating mechanism), is different from the channel conduction site. Furthermore, the site has a low and voltage-insensitive affinity for extracellular Na+ or Li+. This site appears to be located in the extracellular domain rather than in the transmembrane part of the channel protein. The next step is then to precisely localize the site on the channel. Some previous studies and preliminary results we recently obtained highlight the role of the first third of the extracellular loop of the α and γ subunits of the channel in self-inhibition. The second project originates in the limitation of the classical two-electrode voltageclamp system classically used to study ion channels expressed in Xenopus /aevis oocytes, in particular limitations related to the slow solution exchange time. In addition, this technique undergoes several drawbacks (delicate manipulations, time consumption volumes). Several improved systems have been built up, but none corrected all these detriments. The aim of this second study is thus to develop a system for electrophysiological study on oocytes featuring an easy and reduced cell handling, small necessary perfusion volumes and fast fluidic exchange. This last feature establishes the link with the first project, as it should enable to improve the kinetics analysis of self-inhibition. A PDMS chip-based microsystem has been elaborated. Its electrophysiological measurement abilities have been tested using oocytes expressing ENaC. Similar measurements (IV curves of benzamil-sensitive currents, benzamil dose-response curves) have been obtained with this system, compared to the traditional one. The solution exchange time has been estimated at N20 ms and effective exchange times (on inward currents) have been determined as 8 times faster with the novel system compared to the classical one. Finally, self-inhibition has been studied and it appears its kinetics is 3 times faster and its amplitude 10 to 20 % higher than what has been previously estimated with the traditional system. The novel integrated microsystem appears therefore to be convenient for electrophysiological measurement on Xenopus oocytes, and displays features suitable for the study of fast kinetics phenomenon, but also high throughput screening applications. Résumé destiné large public : Le corps humain est composé d'organes, eux-mêmes constitués d'un très grand nombre de cellules. Chaque cellule possède une paroi appelée membrane cellulaire qui sépare l'intérieur de cette cellule (milieu intracellulaire) du liquide (milieu extracellulaire) dans lequel elle baigne. Le maintien de la composition stable de ce milieu extracellulaire est essentiel pour la survie des cellules et donc de l'organisme. Le sodium est un des composants majeurs du milieu extracellulaire, sa quantité dans celui-ci doit être particulièrement contrôlée. Le sodium joue en effet un rôle important : il conditionne le volume de ce liquide extracellulaire, donc, par la même, du sang. Ainsi, une grande quantité de sodium présente dans ce milieu va de paire avec une augmentation du volume sanguin, ce qui conduit l'organisme à souffrir d'hypertension. On se rend donc compte qu'il est très important de contrôler la quantité de sodium présente dans les différents liquides de l'organisme. Les apports de sodium dans l'organisme se font par l'alimentation, mais la quantité de sodium présente dans le liquide extracellulaire est contrôlée de manière très précise par le rein. Au niveau de cet organe, on appelle urine primaire le liquide résultant de la filtration du sang. Elle contient de nombreuses substances, des petites molécules, dont l'organisme a besoin (sodium, glucose...), qui sont ensuite récupérées dans l'organe. A la sortie du rein, l'urine finale ne contient plus que l'excédent de ces substances, ainsi que des déchets à éliminer. La récupération du sodium est plus ou moins importante, en fonction des ajustements à apporter à la quantité présente dans le liquide extracellulaire. Elle a lieu grâce à la présence de protéines, dans les membranes des cellules du rein, capables de le transporter et de le faire transiter de l'urine primaire vers le liquide extracellulaire, qui assurera ensuite sa distribution dans l'ensemble de l'organisme. Parmi ces protéines « transporteurs de sodium », nous nous intéressons à une protéine en particulier, appelée ENaC. Il a été montré qu'elle jouait un rôle important dans cette récupération de sodium, elle est en effet impliquée dans des maladies génétiques conduisant à l'hypo- ou à l'hypertension. De précédents travaux ont montré que lorsque le sodium est présent en faible quantité dans l'urine primaire, cette protéine permet d'en récupérer une très grande partie. A l'inverse, lorsque cette quantité de sodium dans l'urine primaire est importante, sa récupération par le biais d'ENaC est réduite. On parle alors d'autorégulation : la protéine elle-même est capable d'adapter son activité de transport en fonction des conditions. Ce phénomène d'autorégulation constitue a priori un mécanisme préventif visant à éviter une trop grande récupération de sodium, limitant ainsi les risques d'hypertension. La première partie de ce travail de thèse a ainsi consisté à clarifier le mécanisme d'autorégulation de la protéine ENaC. Ce phénomène se caractérise en particulier par sa grande vitesse, ce qui le rend difficile à étudier par les méthodes traditionnelles. Nous avons donc, dans une deuxième partie, développé un nouveau système permettant de mieux décrire et analyser cette « autorégulation » d'ENaC. Ce second projet a été mené en collaboration avec l'équipe de Martin Gijs de l'EPFL.

Defining molecular components of symbiotic phosphate uptake in rice

Phosphate (Pi) acquisition of crops via arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis acquires increasing importance due to the limited rock Pi reserves and the demand for environmentally sustainable agriculture. However, the symbiotic Pi uptake machinery has not been characterized in any monocotyledonous plant species. Among these, rice is the primary staple food for more than half of the human population and thus central for future food security. However, the relevance of the AM symbiosis for rice Pi nutrition is presently unclear. Here, we show that 70% of the overall Pi acquired by rice is delivered via the symbiotic route. To better understand this pathway we combined genetic, molecular and physiological approaches to determine the specific functions of the two rice Pi transporters, PT11 and PT13, which are expressed only during AM symbiosis. The PT11 lineage of proteins is present in mono- and dicotyledons whereas PT13, while found across the Poaceae, is absent from dicotyledons. Surprisingly, mutations in either PT11 or PT13 affected fungal colonization and arbuscule formation demonstrating that both genes are essential for AM symbiosis between rice and Glomus intra.rad.ices. Importantly, for symbiotic Pi uptake, only PT11 is necessary and sufficient. We found that mycorrhizal rice, remarkably, received almost all Pi via the symbiotic route. Such dominating mycorrhizal Pi uptake was found in plants grown under controlled conditions as well as in field soils, suggesting that the AM symbiosis is relevant for the Pi nutrition of field grown rice. Development of smaller arbuscules in PT11 mutants suggested that symbiotic Pi signaling is required for fungal nourishment by the plant. However, co-culture of mutant with wild type nurse plants did not restore normal arbuscule size in mutant roots, indicating that other factors than malnutrition accounted for the altered arbuscule phenotype. Surprisingly, the loss of PT13 did not affect symbiotic Pi uptake although it impacted arbuscule morphology, suggesting that PT13 is involved in signaling during arbuscule development. However, induction of PT13 was not only monitored in arbusculated cells but also in inner cortex cells of non-inoculated roots of plants grown under high Pi fertilization conditions. According to preliminary observations, PT13 localized at the tonoplast in arbusculated and non-arbusculated cells, suggesting that it might be involved in transporting Pi into the vacuole, possibly for maintaining cellular Pi homeostasis. The further investigation showed that fungal colonization level was significantly affected in the crown roots of two ptlS mutant alleles, but not in large lateral roots, implying the possible role of PT13 for maintaining Pi homeostasis in the crown roots. - L'acquisition de phosphate (Pi) par les plantes cultivées s'effectue grâce à une symbiose mycorhizienne arbasculaire (AM). L'étude de cette symbiose devient fondamentale puisque d'une part, les réserves en phosphate minéral sont limitées, et, d'autre part, la demande pour une agriculture écologiquement soutenable se renforce. La machinerie d'absorption symbiotique du phosphate n'est cependant pas encore élucidée chez les plantes monocotylédones. Parmi celles-ci, le riz occupe une place primordiale. Aliment de base pour plus de la moitié de la population mondiale, il revêt de ce fait une dimension essentielle en termes de sécurité alimentaire. Pourtant, l'importance de la symbiose AM chez le riz dans le processus d'acquisition du phosphate n'est, encore de nos jours, que peu comprise. Dans cette étude, nous montrons que 70% du phosphate acquis par le riz est mis à disposition de la plante grâce à la symbiose AM. Afin de mieux comprendre ce mécanisme, nous avons employé des approches physiologiques et génétiques nous permettant de déterminer les fonctions spécifiques de deux transporteurs de Pi, PT11 et PT13, présents chez le riz et exprimés uniquement durant la symbiose AM. La famille de gènes à laquelle appartient PT11 est présente chez les monocotylédones ainsi que chez les dicotylédones tandis que PT13, bien que retrouvé au sein des Poaceae, est absent chez les dicotylédones. Etonnamment, des versions mutées de PT11 ou de PT13 affectent la colonisation par le champignon endo-mycorhizien ainsi que la formation d'arbuscules, démontrant l'importance de ces deux gènes dans la symbiose AM entre le riz et Glomus intraradices. Il est à noter que seul PT11 se révèle nécessaire et suffisant pour l'apport de Pi grâce à la symbiose. Nous avons observé que la presque totalité du phosphate dont dispose le riz lors d'une symbiose AM provient du champignon. De telles proportions ont été observées tant chez des plantes cultivées en conditions contrôlées que chez des plantes cultivées dans les champs. Cela suggère l'importance de la symbiose AM dans le processus d'acquisition du Pi chez le riz cultivé à l'extérieur. Le développement d'arbuscules plus petits chez le mutant PT11 tend à montrer qu'une voie signalétique impliquant le Pi symbiotique est nécessaire pour l'entretien du champignon par la plante. Toutefois, une co-culture du mutant avec des plantes sauvages ne permet pas de restaurer des arbuscules de taille normale dans les racines du mutant. Ce résultat indique le rôle de facteurs autres que la malnutrition aboutissant à la formation d'arbuscules altérés. Si la perte de PT13 n'affecte pas l'acquisition de phosphate symbiotique, la morphologie de l'arbuscule est, quant à elle, modifiée. Ceci suggère un rôle de PT13 durant le développement de l'arbuscule. Or, l'induction de PT13 est non seulement détectée dans des cellules contenant des arbuscules mais également dans des cellules du cortex, ceci chez des plantes cultivées sans champignon mais dans des conditions de fortes concentrations en engrais phosphaté. En accord avec des observations précédentes, PT13 est localisé au niveau du tonoplaste des cellules contenant ou non des arbuscules. Ceci suggère que PT13 pourrait être impliqué dans le transport du Pi vers la vacuole, éventuellement pour maintenir une certaine homéostasie du phosphate. Dans cette étude, nous démontrons également que le niveau de colonisation par le champignon est affecté de manière significative dans les racines principales des deux allèles du mutants ptl3, mais pas dans les grosses racines latérales. Cela impliquerait un rôle possible de PT13 dans le maintien de l'homéostasie du phosphate dans les racines principales. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC Le phosphate (Pi), l'un des éléments minéraux essentiel au développement des plantes, se trouve généralement en faible quantité dans le sol, limitant ainsi la croissance des plantes. Le rendement de la production agricole dépend dès lors de l'addition d'engrais contenant du phosphate inorganique (Pi), obtenu à partir de ressources minières riches en phosphate. Or, ces ressources devraient être épuisées d'ici la fin du siècle. Les racines des plantes possèdent des transporteurs de phosphate efficaces leur permettant d'acquérir rapidement le Pi présent dans le sol. Comme le Pi s'avère immobile dans le sol, l'absorption rapide par les racines crée des zones pauvres en Pi autour des systèmes racinaires. Pour surmonter cet obstacle, les plantes ont développé une symbiose avec des champignons endomycorhiziens, la symbiose mycorhizienne arbusculaire (AM). Cette association leur donne accès à d'autres ressources en phosphate puisque le mycélium de ces champignons se développe sur une surface 100 fois supérieure à celle des racines. Cela augmente considérablement la surface de nutrition, dépassant ainsi la zone appauvrie en Pi. Le phosphate, transporté grâce au champignon jusqu'à l'intérieur des racines, est fourni à la plante par le biais de structures établies à l'intérieur des cellules végétales, appelées arbuscules. De leur côté, les plantes possèdent des transporteurs spécifiques afin de recevoir le Pi fourni par les champignons. A l'heure actuelle, la machinerie nécessaire à cette absorption a été uniquement décrite chez des plantes dicotylédones. Or, comprendre l'apport de phosphate par les champignons mycorhiziens s'avère particulièrement pertinent dans le cas des espèces monocotylédones cultivées telles que les céréales. Ces dernières constituent en effet la majeure partie de l'alimentation humaine. Parmi les céréales, le riz demeure l'aliment de base de la population mondiale, d'où son importance en terme de sécurité alimentaire. Durant mon travail de thèse, j'ai identifié et caractérisé le transporteur du riz impliqué dans l'apport de phosphate par ce type de symbiose AM. J'ai également démontré que le riz, lorsqu'il vit en symbiose, bénéficie de la presque totalité du Pi transporté par le champignon. Environ 40% de la production globale de riz est cultivée dans des conditions permettant la symbiose avec des mycorhizes arbusculaires. Les variétés de riz adaptées à ces conditions aérobiques deviennent des alternatives favorables aux cultivars actuels nécessitant une forte irrigation. Elles se révèlent en effet plus tolérantes aux pénuries d'eau et permettent l'utilisation de pratiques agricoles moins intensives. Les données présentées dans cette étude enrichissent nos connaissances concernant l'absorption du phosphate chez le riz grâce à la symbiose AM. Ces connaissances peuvent s'avérer décisives pour le développement de cultivars du riz plus adaptés à une agriculture écologiquement soutenable.

Genome sequence of the Drosophila melanogaster male-killing Spiroplasma strain MSRO endosymbiont.

Spiroplasmas are helical and motile members of a cell wall-less eubacterial group called Mollicutes. Although all spiroplasmas are associated with arthropods, they exhibit great diversity with respect to both their modes of transmission and their effects on their hosts; ranging from horizontally transmitted pathogens and commensals to endosymbionts that are transmitted transovarially (i.e., from mother to offspring). Here we provide the first genome sequence, along with proteomic validation, of an endosymbiotic inherited Spiroplasma bacterium, the Spiroplasma poulsonii MSRO strain harbored by Drosophila melanogaster. Comparison of the genome content of S. poulsonii with that of horizontally transmitted spiroplasmas indicates that S. poulsonii has lost many metabolic pathways and transporters, demonstrating a high level of interdependence with its insect host. Consistent with genome analysis, experimental studies showed that S. poulsonii metabolizes glucose but not trehalose. Notably, trehalose is more abundant than glucose in Drosophila hemolymph, and the inability to metabolize trehalose may prevent S. poulsonii from overproliferating. Our study identifies putative virulence genes, notably, those for a chitinase, the H2O2-producing glycerol-3-phosphate oxidase, and enzymes involved in the synthesis of the eukaryote-toxic lipid cardiolipin. S. poulsonii also expresses on the cell membrane one functional adhesion-related protein and two divergent spiralin proteins that have been implicated in insect cell invasion in other spiroplasmas. These lipoproteins may be involved in the colonization of the Drosophila germ line, ensuring S. poulsonii vertical transmission. The S. poulsonii genome is a valuable resource to explore the mechanisms of male killing and symbiont-mediated protection, two cardinal features of many facultative endosymbionts. IMPORTANCE: Most insect species, including important disease vectors and crop pests, harbor vertically transmitted endosymbiotic bacteria. These endosymbionts play key roles in their hosts' fitness, including protecting them against natural enemies and manipulating their reproduction in ways that increase the frequency of symbiont infection. Little is known about the molecular mechanisms that underlie these processes. Here, we provide the first genome draft of a vertically transmitted male-killing Spiroplasma bacterium, the S. poulsonii MSRO strain harbored by D. melanogaster. Analysis of the S. poulsonii genome was complemented by proteomics and ex vivo metabolic experiments. Our results indicate that S. poulsonii has reduced metabolic capabilities and expresses divergent membrane lipoproteins and potential virulence factors that likely participate in Spiroplasma-host interactions. This work fills a gap in our knowledge of insect endosymbionts and provides tools with which to decipher the interaction between Spiroplasma bacteria and their well-characterized host D. melanogaster, which is emerging as a model of endosymbiosis.