Comparative functional analysis of two fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1) mutations affecting the same residue (R254W and R254Q) in isolated hypogonadotropic hypogonadism (IHH).

FGFR1 mutations have been identified in both Kallmann syndrome and normosmic HH (nIHH). To date, few mutations in the FGFR1 gene have been structurally or functionally characterized in vitro to identify molecular mechanisms that contribute to the disease pathogenesis. We attempted to define the in vitro functionality of two FGFR1 mutants (R254W and R254Q), resulting from two different amino acid substitutions of the same residue, and to correlate the in vitro findings to the patient phenotypes. Two unrelated GnRH deficient probands were found to harbor mutations in FGFR1 (R254W and R254Q). Mutant signaling activity and expression levels were evaluated in vitro and compared to a wild type (WT) receptor. Signaling activity was determined by a FGF2/FGFR1 dependent transcription reporter assay. Receptor total expression levels were assessed by Western blot and cell surface expression was measured by a radiolabeled antibody binding assay. The R254W maximal receptor signaling capacity was reduced by 45% (p<0.01) while R254Q activity was not different from WT. However, both mutants displayed diminished total protein expression levels (40 and 30% reduction relative to WT, respectively), while protein maturation was unaffected. Accordingly, cell surface expression levels of the mutant receptors were also significantly reduced (35% p<0.01 and 15% p<0.05, respectively). The p.R254W and p.R254Q are both loss-of-function mutations as demonstrated by their reduced overall and cell surface expression levels suggesting a deleterious effect on receptor folding and stability. It appears that a tryptophan substitution at R254 is more disruptive to receptor structure than the more conserved glutamine substitution. No clear correlation between the severity of in vitro loss-of-function and phenotypic presentation could be assigned.

Molecular Mechanisms of Acute Brain Injury and Ensuing Neurodegeneration

Injury to the central nervous system (CNS), including stroke, traumatic brain injury andspinal cord injury, cause devastating and irreversible damage and loss of function. Forexample, stroke affects very large patient populations, results in major suffering for the patients and their relatives, and involves a significant cost to society. CNS damage implies disruption of the intricate internal circuits involved in cognition, the sensory-motor functions, and other important functions. There are currently no treatments available to properly restore such lost functions. New therapeutic proposals will emerge from an understanding of the interdependence of molecular and cellular responses to CNS injury, in particular the inhibitory mechanisms that block regeneration and those that enhanceneuronal plasticity...

Human-to-bovine jump of Staphylococcus aureus CC8 is associated with the loss of a β-hemolysin converting prophage and the acquisition of a new staphylococcal cassette chromosome.

Staphylococcus aureus can colonize and infect both humans and animals, but isolates from both hosts tend to belong to different lineages. Our recent finding of bovine-adapted S. aureus showing close genetic relationship to the human S. aureus clonal complex 8 (CC8) allowed us to examine the genetic basis of host adaptation in this particular CC. Using total chromosome microarrays, we compared the genetic makeup of 14 CC8 isolates obtained from cows suffering subclinical mastitis, with nine CC8 isolates from colonized or infected human patients, and nine S. aureus isolates belonging to typical bovine CCs. CC8 isolates were found to segregate in a unique group, different from the typical bovine CCs. Within this CC8 group, human and bovine isolates further segregated into three subgroups, among which two contained a mix of human and bovine isolates, and one contained only bovine isolates. This distribution into specific clusters and subclusters reflected major differences in the S. aureus content of mobile genetic elements (MGEs). Indeed, while the mixed human-bovine clusters carried commonly human-associated β-hemolysin converting prophages, the bovine-only isolates were devoid of such prophages but harbored an additional new non-mec staphylococcal cassette chromosome (SCC) unique to bovine CC8 isolates. This composite cassette carried a gene coding for a new LPXTG-surface protein sharing homologies with a protein found in the environmental bacterium Geobacillus thermoglucosidans. Thus, in contrast to human CC8 isolates, the bovine-only CC8 group was associated with the combined loss of β-hemolysin converting prophages and gain of a new SCC probably acquired in the animal environment. Remaining questions are whether the new LPXTG-protein plays a role in bovine colonization or infection, and whether the new SCC could further acquire antibiotic-resistance genes and carry them back to human.

Small GTPase RhoE/Rnd3 is a critical regulator of Notch1 signaling.

Aberrations of Notch signaling have been implicated in a variety of human cancers. Oncogenic mutations in NOTCH1 are common in human T-cell leukemia and lymphomas. However, loss-of-function somatic mutations in NOTCH1 arising in solid tumors imply a tumor suppressor function, which highlights the need to understand Notch signaling more completely. Here, we describe the small GTPase RhoE/Rnd3 as a downstream mediator of Notch signaling in squamous cell carcinomas (SCC) that arise in skin epithelia. RhoE is a transcriptional target of activated Notch1, which is attenuated broadly in SCC cells. RhoE depletion suppresses Notch1-mediated signaling in vitro, rendering primary keratinocytes resistant to Notch1-mediated differentiation and thereby favoring a proliferative cell fate. Mechanistic investigations indicated that RhoE controls a key step in Notch1 signaling by mediating nuclear translocation of the activated portion of Notch1 (N1IC) through interaction with importins. Our results define RhoE as a Notch1 target that is essential for recruitment of N1IC to the promoters of Notch1 target genes, establishing a regulatory feedback loop in Notch1 signaling. This molecular circuitry may inform distinct cell fate decisions to Notch1 in epithelial tissues, where carcinomas such as SCC arise. Cancer Res; 74(7); 2082-93. ©2014 AACR.

Activation of the NLRP3 inflammasome in dendritic cells induces IL-1beta-dependent adaptive immunity against tumors.

The therapeutic efficacy of anticancer chemotherapies may depend on dendritic cells (DCs), which present antigens from dying cancer cells to prime tumor-specific interferon-gamma (IFN-gamma)-producing T lymphocytes. Here we show that dying tumor cells release ATP, which then acts on P2X(7) purinergic receptors from DCs and triggers the NOD-like receptor family, pyrin domain containing-3 protein (NLRP3)-dependent caspase-1 activation complex ('inflammasome'), allowing for the secretion of interleukin-1beta (IL-1beta). The priming of IFN-gamma-producing CD8+ T cells by dying tumor cells fails in the absence of a functional IL-1 receptor 1 and in Nlpr3-deficient (Nlrp3(-/-)) or caspase-1-deficient (Casp-1(-/-)) mice unless exogenous IL-1beta is provided. Accordingly, anticancer chemotherapy turned out to be inefficient against tumors established in purinergic receptor P2rx7(-/-) or Nlrp3(-/-) or Casp1(-/-) hosts. Anthracycline-treated individuals with breast cancer carrying a loss-of-function allele of P2RX7 developed metastatic disease more rapidly than individuals bearing the normal allele. These results indicate that the NLRP3 inflammasome links the innate and adaptive immune responses against dying tumor cells.

Vanishing Clams on an iberian beach: local consequences and global implication of accelerating loss of shells to tourism

Multi-decadal increase in shell removal by tourists, a process that may accelerate degradation of natural habitats, was quantified via two series of monthly surveys, conducted thirty years apart (1978-1981 and 2008-2010) in one small embayment on the Mediterranean coast of Spain. Over the last three decades, the local tourist arrivals have increased almost three-fold (2.74), while the area has remained unaffected by urban encroachment and commercial fisheries. Concomitantly, abundance of mollusk shells along the shoreline decreased almost three-fold (2.62) and displayed a tight inverse correlation with tourist arrivals. A four-fold increase in tourist arrivals observed globally over the last 30 years has likely induced a comparable worldwide acceleration in shell removal from marine shorelines and exerted multiple negative (but currently unquantifiable) habitat changes that may include increased beach erosion, changes in carbon and calcium cycles, and decline in diversity and abundance of organisms dependent on shell availability.

The role of Notch receptors in T helper differentiation

After encountering antigens, naïve CD4+ Τ cells can differentiate into various effector Τ helper (Th) cell subsets, including CD4+ Thi, Th2, Thi7, regulatory Τ cells and the recently described follicular Τ helper cells (TFH cells). To date, most of the studies used either gain-of-function approaches that do not reflect the physiological Notch signaling intensity or loss-of-function models that block the entire Notch pathway. The contribution of single Notch receptors during Th differentiation occurring upon infection has not been investigated yet. In the present thesis, we wanted to assess the individual role of Notchi and Notch2 in Th differentiation, by using mice with Τ cell-specific deletion of Notchi, Notch2 or both (NiN2/iCD4Cre) in different models of infection/immunization.¦In the first part, we characterized the role of Notchi and Notch2 in Thi differentiation. We used experimental infection with the protozoan parasite Leishmania major, known to induce a protective Thi immune response in mice on the C57BL/6 background. Mice deficient for both Notchi and Notch2 developed unhealing lesions and were unable to control the parasite burden in their footpad. A profound defect in IFNy secretion by CD4+ Τ cells was shown to be responsible for the susceptibility of these mice. Although CD4+ Τ cells did not secrete IFNy following L. major infection, they exhibited higher IFNymRNA expression as well as higher frequency of CD4+IFNy+Τ cells in dLN. Altogether, these data indicate that Notch is dispensable for the differentiation of Thi cells expressing IFNy but controls, directly or not, the secretion of IFNy, allowing the development of a fully functional Thi immune response.¦In the second part of this thesis, we determined whether Notch is involved in differentiation of follicular Τ helper (TFH) cells. Using different models of immunization (NP-CGG, Schistosoma mansoni eggs) or infection (Leishmania mexicana), we showed that NiN2ACD4Cre mice were unable to generate TFH cells, displayed impaired germinal center (GC) formation as well as a profound defect in high affinity specific-antibodies secretion. We demonstrated an essential and previously unknown role of Notch in TFH cell development, the consequent GC formation and high affinity antibodies secretion, although the mechanisms by which Notch affects TFH development remain to be clearly demonstrated.¦-¦Lors d'une réponse immune, les lymphocytes Τ CD4+ se différencient en différentes sous- populations de lymphocytes Τ auxiliaires (T helper ou Th en anglais) incluant les populations de cellules Thi, Th2, Thn.7, Τ régulatrices ou Τ folliculaires. De nombreuses études ont montré un rôle de la voie de signalisation Notch dans la différentiation des lymphocytes Τ auxiliaires, bien que les résultats soient controversés. A ce jour, la majorité de ces études sont basées sur des modèles de gain de fonction qui ne reflètent pas le niveau physiologique du signal ou des modèles de perte de fonction pour lesquels toute la voie de signalisation est bloquée. De ce fait, nous avons voulu établir le rôle individuel de Notchi et Notch2 dans la réponse immune de type Thi et dans la différentiation des lymphocytes Τ auxiliaires folliculaires avec l'aide de souris déficientes pour Notchi, Notch2 ou les 2 (NiN2ACD4Cre) à la surface de leurs cellules T.¦Dans la première partie de cette thèse, nous avons analysé le rôle de Notch dans la différentiation de type Thi suite à infection avec le parasite Leishmania major, connu pour induire une forte réponse Thi dans des souris de souche C57BL/6. Les souris déficientes pour Notchi et Notch2 développent une importante lésion et sont incapables de contrôler la prolifération du parasite au site d'infection. Le profond défaut de la sécrétion d'IFNy par les cellules Τ des ganglions drainants est probablement responsable de la susceptibilité de ces souris à L. major. Bien que les cellules Τ ne sécrètent pas d'IFNy, nous avons observé des niveaux plus importants d'expression au niveau de l'ARN messager, et une proportion plus élevée de cellules positives pour CD4 et IFNy. Ces résultats indiquent que Notch est nécessaire pour la sécrétion d'IFNy mais pas pour la différentiation de cellules compétentes pour l'IFNy.¦Dans un second temps, nous avons voulu déterminer si Notch est impliqué dans la différentiation des cellules Τ folliculaires. En utilisant divers modèles d'immunisation (avec NP-CGG ou des oeufs de Schistosoma mansoni) ou d'infection (avec L. mexicana), nous avons montré que les souris NlN2ACD4Cre sont incapables de générer des cellules Τ folliculaires. En conséquence, la formation des centres germinatifs et la sécrétion d'anticorps de haute affinité sont profondément affectés. Nous avons démontré dans cette seconde partie un rôle crucial et inconnu à ce jour de Notch dans la différentiation des cellules Τ et en conséquence dans la formation des centres germinatifs et la sécrétion des anticorps de haute affinité, bien que les mécanismes par lesquels Notch contrôle cette différentiation restent à identifier.¦-¦Lors d'une réponse immune, les lymphocytes Τ CD// se différencient en différentes sous- populations de lymphocytes Τ auxiliaires de types Thi, Th2, Thi7, régulatrices ou folliculaires, définies selon la sécrétion de cytokines spécifiques. Le rôle de ces sous-populations dans le contrôle de diverses infections ou leur association avec de nombreuses maladies rend la compréhension des mécanismes de différentiation de ces cellules particulièrement importante. De nombreux facteurs sont impliqués dans ce processus, tels que la présence de diverses cytokines dans l'environnement, la nature de l'antigène ou encore la force de la stimulation. Par ailleurs, de nombreuses études ont montré un rôle de la voie de signalisation Notch dans la différentiation des lymphocytes T, bien que les résultats soient controversés. Dans cette thèse, nous avons voulu évaluer le rôle individuel des récepteurs Notch dans la différentiation des cellules Τ auxiliaires de type Thi et folliculaires à l'aide de souris dont les récepteurs Notch sont spécifiquement absents à la surface des lymphocytes T.¦Dans la première partie, nous avons utilisé le modèle d'infection au parasite Leishmania major, connu pour induire une forte réponse protectrice de type Thi dans la majorité des souches de souris. Suite à l'infection, les souris déficientes pour les récepteurs Notch sont incapables de contrôler la prolifération du parasite et développent une importante lésion au site d'infection. Cette susceptibilité est due à l'incapacité des cellules Τ auxiliaires à sécréter une cytokine spécifique des cellules de type Thi et nécessaire à l'éradication du parasite, l'IFNy. Ces résultats indiquent que les récepteurs Notch sont indispensables au développement d'une réponse Thi fonctionnelle, permettant la guérison suite à l'infection avec L. major.¦Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons voulu déterminer si Notch est impliqué dans la différentiation des lymphocytes Τ folliculaires. Ces cellules ont la particularité d'aider les lymphocytes Β à former des centres germinatifs au sein desquels les lymphocytes Β prolifèrent et sécrètent des anticorps, un processus nécessaire à la protection contre les pathogènes. Actuellement, l'efficacité de la majorité des vaccins repose sur la sécrétion d'anticorps par les lymphocytes B, aidés par les cellules Τ folliculaires. En raison du rôle important de ces cellules dans l'éradication des pathogènes et lors d'un processus de vaccination, il est important de connaître les facteurs et les mécanismes permettant la différentiation de ces cellules. Dans cette étude, nous montrons que la formation des cellules Τ folliculaires dépend de la voie de signalisation Notch, impliquant un rôle essentiel de cette molécule dans l'induction de la sécrétion d'anticorps par les lymphocytes B.

A hyperactive quantitative trait locus allele of Arabidopsis BRX contributes to natural variation in root growth vigor.

Quantitative trait loci analysis of natural Arabidopsis thaliana accessions is increasingly exploited for gene isolation. However, to date this has mostly revealed deleterious mutations. Among them, a loss-of-function allele identified the root growth regulator BREVIS RADIX (BRX). Here we present evidence that BRX and the paralogous BRX-LIKE (BRXL) genes are under selective constraint in monocotyledons as well as dicotyledons. Unexpectedly, however, whereas none of the Arabidopsis orthologs except AtBRXL1 could complement brx null mutants when expressed constitutively, nearly all monocotyledon BRXLs tested could. Thus, BRXL proteins seem to be more diversified in dicotyledons than in monocotyledons. This functional diversification was correlated with accelerated rates of sequence divergence in the N-terminal regions. Population genetic analyses of 30 haplotypes are suggestive of an adaptive role of AtBRX and AtBRXL1. In two accessions, Lc-0 and Lov-5, seven amino acids are deleted in the variable region between the highly conserved C-terminal, so-called BRX domains. Genotyping of 42 additional accessions also found this deletion in Kz-1, Pu2-7, and Ws-0. In segregating recombinant inbred lines, the Lc-0 allele (AtBRX(Lc-0)) conferred significantly enhanced root growth. Moreover, when constitutively expressed in the same regulatory context, AtBRX(Lc-0) complemented brx mutants more efficiently than an allele without deletion. The same was observed for AtBRXL1, which compared with AtBRX carries a 13 amino acid deletion that encompasses the deletion found in AtBRX(Lc-0). Thus, the AtBRX(Lc-0) allele seems to contribute to natural variation in root growth vigor and provides a rare example of an experimentally confirmed, hyperactive allelic variant.

MOLECULAR MECHANISMS OF A ROOT SYSTEM TO SOIL ADAPTATION

Contrairement aux animaux, les plantes sont des organismes sessiles qui ne possèdent pas de mécanismes de fuite quand les conditions environnementales ne sont plus optimales. Les plantes sont physiquement ancrées à l'endroit où elles ont germées et aux conditions environnementales qui parfois peuvent être extrêmes. Les possibilités d'acclimatation de différentes espèces, parfois même de groupes de plantes au sein d'une même espèce, peuvent varier mais repose sur une adaptation génétique de la plante. L'adaptation est un long processus qui repose sur l'apparition spontanée de mutations génétiques, leur mise à l'épreuve face aux conditions environnementales, et dans le cas où la mutation a un impact positif sur la survie dans cet habitat particulier, elle sera maintenue dans une population donnée de plantes. De telles populations, appelées écotypes, sont le matériel de départ pour la découverte de gènes qui induisent un bénéfice pour la plante dans un environnement donné. La plante la plus étudiée en biologie moléculaire est Arabidopsis thaliana, l'arabette des prés. Dans une étude précédente, les racines d'écotypes naturels d'Arabidopsis ont été comparées et un écotype, Uk-1, avait le système racinaire le plus particulier. Cet écotype possède des racines beaucoup plus courtes et plus ramifiées que tous les autres écotypes. Des analyses plus poussées ont montré qu'une seule mutation dans un gène était la cause de ce phénotype, le gène BREVIS RADIX (BRX), mot latin signifiant 'racine courte'. Bien que l'on connaisse le gène BRX, on connaît finalement peu de choses sur son importance adaptative. Dans cette étude, nous avons montré que la mutation dans le gène BRX rend la plante plus résistante aux sols acides. Dans l'optique de mieux comprendre cette valeur adaptative du mutant brx, nous avons analysé dans quels tissus le gène BRX jouait un rôle important. Nous avons pu mettre en évidence que BRX est important pour le développement du protophloème. Le protophloème est un élément du système vasculaire de la plante. En général, les plantes supérieures possèdent deux systèmes de transport à longue distance. L'un d'eux, appelé xylème, transporte l'eau et les nutriments absorbés du sol par les racines vers les feuilles. Les feuilles sont le siège du processus de photosynthèse au cours duquel sont produits des sucres qui devront être distribués partout dans les autres parties de la plante. Le tissu cellulaire chargé de livrer les produits de la photosynthèse, ainsi que les régulateurs de croissance, est le phloème. Ce dernier regroupe le métaphloème et le protophloème. Le protophloème est essentiel pour la livraison des sucres synthétisés ainsi que des signaux de croissance aux pointes des racines, centres organogéniques responsables de la production de nouvelles cellules durant la phase de croissance de la racine. La structure du protophloème peut être décrite comme des tubes continus, vides et résistants, faits de cellules spécialisées qui permettent un transport efficace et rapide. Nous avons montré que dans les mutants brx ces canaux de transports sont discontinus car certaines cellules n'ont pas terminé leur cycle de différenciation. Ces cellules obstruent le conduit ce qui fait que les sucres et les signaux de croissance, comme l'auxine, ne peuvent plus être transportés aux méristèmes. En conséquence, la prolifération de l'activité des méristèmes est compromise, ce qui explique les racines courtes. Au lieu d'être délivré aux méristèmes, l'auxine se concentre en amont des méristèmes où cela provoque l'apparition de nouvelles racines branchées et, très probablement, l'activation des pompes à protons. Sur des sols acides, la concentration en ion H+ est très élevée. Ces ions entrent dans les cellules de la racine par diffusion et perturbent notablement la croissance des racines et de la plante en général. Si les cellules de la racine possédaient des pompes à protons hyperactives, elles seraient capable d'évacuer le surplus d'ions H+ en dehors de la cellule, ce qui leur assurerait de meilleures chances de survie sur sols acides. De fait, le mutant brx est capable d'acidifier le milieu de culture dans lequel il est cultivé plus efficacement que la plante sauvage. Ce mutant est également capable de donner plus de progéniture sur ce type de milieu de croissance que les plantes sauvages. Finalement, nous avons trouvé d'autres mutants brx en milieu naturel poussant sur sols acides, ce qui suggère fortement que la mutation du gène BRX est une des causes de l'adaptation aux sols acides. -- Plants as sessile organisms have developed different mechanisms to cope with the complex environmental conditions in which they live. Adaptation is the process through which traits evolve by natural selection to functionally improve in a given environmental context. An adaptation to the environment is characterized by the genetic changes in the entire populations that have been fixed by natural selection over many generations. BREVIS RADIX (BRX) gene was found through natural Arabidopsis accessions screen and was characterized as a root growth regulator since loss-of-function mutants exhibit arrested post-embryonic primary root growth in addition to a more branched root system. Although brx loss-of-function causes a complete alteration in root architecture, BRX activity is only required in the root vasculature, in particular in protophloem cell file. Protophloem is a part of the phloem transport network and is responsible for delivery of photo-assimilates and growth regulators, coming from the shoot through mature phloem component - metaphloem, to the all plant primary meristems. In order to perform its function, protophloem is the first cell file to differentiate within the root meristem. During this process, protophloem cells undergo a partial programmed cell death, during which they build a thicker cell wall, degrade nucleus and tonoplast while plasma membrane stays functional. Interestingly, protophloem cells enter elongation process only after differentiation into sieve elements is completed. Here we show that brx mutants fail to differentiate protophloem cell file properly, a phenotype that can be distinguished by a presence of a "gap" cells, non-differentiated cells between two flanking differentiated cells. Discontinuity of protophloem differentiation in brx mutants is considered to be a consequence of local hyperactivity of CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3) signaling module. Interestingly, a CLE45 activity, most probably at the level of receptor binding, can be modulated by apoplastic pH. Altogether, our results imply that the activity of proton pumps, expressed in non-differentiated cells of protophloem, must be maintained under certain threshold, otherwise CLE45-BAM3 signaling pathway will be stimulated and in turn protophloem will not differentiate. Based on vacuolar morphology, a premature cell wall acidification in brx mutants stochastically prevents the protophloem differentiation. Only after protophloem differentiates, proton pumps can be activated in order to acidify apoplast and to support enucleated protophloem multifold elongation driven by surrounding cells growth. Finally, the protophloem differentiation failure would result in an auxin "traffic jam" in the upper parts of the root, created from the phloem-transported auxin that cannot be efficiently delivered to the meristem. Physiologically, auxin "leakage" from the plant vasculature network could have various consequences, since auxin is involved in the regulation of almost every aspect of plant growth and development. Thus, given that auxin stimulates lateral roots initiation and growth, this scenario explains more branched brx root system. Nevertheless, auxin is considered to activate plasma membrane proton pumps. Along with this, it has been shown that brx mutants acidify media much more than the wild type plants do, a trait that was proposed as an adaptive feature of naturally occurring brx null alleles in Arabidopsis populations found on acidic soils. Additionally, in our study we found that most of accessions originally collected from acidic sampling sites exhibit hypersensitivity to CLE45 treatment. This implies that adaptation of plants to acidic soil involves a positive selection pressure against upstream negative regulators of CLE45-BAM3 signaling, such as BRX. Perspective analysis of these accessions would provide more profound understanding of molecular mechanisms underlying plant adaptation to acidic soils. All these results are suggesting that targeting of the factors that affect protophloem differentiation is a good strategy of natural selection to change the root architecture and to develop an adaptation to a certain environment. -- Les plantes comme organismes sessiles ont développé différents mécanismes pour s'adapter aux conditions environnementales complexes dans lesquelles elles vivent. L'adaptation est le processus par lequel des traits vont évoluer via la sélection naturelle vers une amélioration fonctionnelle dans un contexte environnemental donné. Une adaptation à l'environnement est caractérisée par des changements génétiques dans des populations entières qui ont été fixés par la sélection naturelle sur plusieurs générations. Le gène BREVIS RADIX (BRX) a été identifié dans le crible d'une collection d'accessions naturelles d'Arabidopsis et a été caractérisé comme un régulateur de la croissance racinaire étant donné que le mutant perte-de-fonction montre une croissance racinaire primaire arrêtée au stade post-embryonnaire et présente de plus un système racinaire plus ramifié que la plante sauvage. Bien que le mutant perte-de-fonction brx cause une altération complète de l'architecture racinaire, l'activité de BRX n'est requise que dans la vascularisation racinaire, en particulier au niveau du protophloème. Le protophloème est un composant du réseau de transport du phloème et est responsable du transit des dérivés de la photosynthèse ainsi que des régulateurs de croissances, venant de la partie aérienne par le phloème mature (métaphloème) vers tous les méristèmes primaires de la plante. Pour pouvoir réaliser sa fonction, le protophloème est la première file de cellules à se différencier à l'intérieur du méristème de la racine. Pendant ce processus, les cellules du protophloème subissent une mort cellulaire programmée partielle durant laquelle elles épaississent leur paroi cellulaire, dégradent le noyau et le tonoplaste tandis que la membrane plasmique demeure fonctionnelle. De manière intéressante, les cellules du protophloème entament le processus d'allongement seulement après que la différenciation en tubes criblés soit complète. Ce travail montre que le mutant brx est incapable de mener à bien la différenciation de la file de cellules du protophloème, phénotype qui peut être visualisé par la présence de cellules 'trous', de cellules non différenciées entourées de deux cellules différenciées. La discontinuité de la différenciation du phloème dans le mutant brx est considérée comme la conséquence de l'hyperactivité localisée du module de signalisation CLA VA TA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3). De manière intéressante, l'activité de CLE45, très probablement au niveau de la liaison avec le récepteur, peut être modulé par le pH apoplastique. Pris ensemble, nos résultats impliquent que l'activité des pompes à protons, actives dans les cellules non différenciées du protophloème, doit être maintenue en dessous d'un certain seuil autrement la cascade de signalisation CLE45-BAM3 serait stimulée, en conséquence de quoi le protophloème ne pourrait se différencier. D'après la morphologie vacuolaire, une acidification prématurée de la paroi cellulaire dans le mutant brx empêche la différenciation du protophloème de manière stochastique. Une fois que le protophloème se différencie, les pompes à protons peuvent alors être activées afin d'acidifier l'apoplaste et ainsi faciliter l'allongement des cellules énuclées du protophloème, entraînées par la croissance des cellules environnantes. Finalement, la différenciation défectueuse du protophloème produit une accumulation d'auxine dans la partie supérieure de la racine car le phloème ne peut plus acheminer efficacement l'auxine au méristème. Physiologiquement, la 'fuite' d'auxine à partir du réseau vasculaire de la plante peut avoir des conséquences variées puisque l'auxine est impliquée dans la régulation de la majorité des aspects de la croissance et développement de la plante. Etant donné que l'auxine stimule l'initiation et développement des racines latérales, ce scénario pourrait expliquer le système racinaire plus ramifié du mutant brx. En plus, l'auxine est considérée comme un activateur des pompes à protons. Par ailleurs, nous avons montré que les mutants brx ont la capacité d'acidifier le milieu plus efficacement que les plantes sauvages, une caractéristique des populations sauvages <¥Arabidopsis poussant sur des sols acides et contenant les allèles délétés brx. De plus, dans nos résultats nous avons mis en évidence que la plupart des accessions collectées originellement sur des sites acidophiles montre une hypersensibilité au traitement par CLE45. Ceci implique que l'adaptation des plantes aux sols acides repose sur la pression de sélection positive à rencontre des régulateurs négatifs de CLE45- BAM3, situés en amont de la cascade, tel le produit du gène BRX. Les analyses de ces accessions pourraient aboutir à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires responsables de l'adaptation des plantes aux sols acides. Tous nos résultats suggèrent que le ciblage des facteurs affectant la différenciation du protophloème serait une stratégie gagnante dans la sélection naturelle pour changer l'architecture de la racine et ainsi s'adapter efficacement à un nouvel environnement.

The knock-out of ARP3a gene affects F-actin cytoskeleton organization altering cellular tip growth, morphology and development in moss Physcomitrella patens.

The seven subunit Arp2/3 complex is a highly conserved nucleation factor of actin microfilaments. We have isolated the genomic sequence encoding a putative Arp3a protein of the moss Physcomitrella patens. The disruption of this ARP3A gene by allele replacement has generated loss-of-function mutants displaying a complex developmental phenotype. The loss-of function of ARP3A gene results in shortened, almost cubic chloronemal cells displaying affected tip growth and lacking differentiation to caulonemal cells. In moss arp3a mutants, buds differentiate directly from chloronemata to form stunted leafy shoots having differentiated leaves similar to wild type. Yet, rhizoids never differentiate from stem epidermal cells. To characterize the F-actin organization in the arp3a-mutated cells, we disrupted ARP3A gene in the previously described HGT1 strain expressing conditionally the GFP-talin marker. In vivo observation of the F-actin cytoskeleton during P. patens development demonstrated that loss-of-function of Arp3a is associated with the disappearance of specific F-actin cortical structures associated with the establishment of localized cellular growth domains. Finally, we show that constitutive expression of the P. patens Arp3a and its Arabidopsis thaliana orthologs efficiently complement the mutated phenotype indicating a high degree of evolutionary conservation of the Arp3 function in land plants.

CARDIAC AND MUSCLE CHANNELOPATHIES: ROLES AND REGULATION OF VOLTAGE-GATED SODIUM CHANNELS

Abstract :The contraction of the heart or skeletal muscles is mainly due to the propagation, through excitable cells, of an electrical influx called action potential (AP). The AP results from the sequential opening of ion channels that generate inward or outward currents through the cell membrane. Among all the channels involved, the voltage-gated sodium channel is responsible for the rising phase of the action potential. Ten genes encode the different isoforms of these channels (from Nav1.1 to Nav1.9 and an atypical channel named NavX). Nav1.4 and Nav1.5 are the main skeletal muscle and cardiac sodium channels respectively. Their importance for muscle and heart function has been highlighted by the description of mutations in their encoding genes SCN4A and SCNSA. They lead respectively to neuromuscular disorders such as myotonia or paralysis (for Nav1.4), and to cardiac arrhythmias that can deteriorate into sudden cardiac death (for Nav1.5).The general aim of my PhD work has been to study diseases linked with channels dysfunction, also called channelopathies. In that purpose, I investigated the function and the regulation of the muscle and cardiac voltage-gated sodium channels. During the two first studies, I characterized the effects of two mutations affecting Nav1.4 and Nav1.5 function. I used the HEK293 model cells to express wild-type or mutant channels and then studied their biophysical properties with the patch-clamp technique, in whole cell configuration. We found that the SCN4A mutation produced complex alterations of the muscle sodium channel function, that could explain the myotonic phenotype described in patients carrying the mutation. In the second study, the index case was an heterozygous carrier of a SCNSA mutation that leads to a "loss of function" of the channel. The decreased sodium current measured with mutated Nay 1.5 channels, at physiological temperature, was a one of the factors that could explain the observed Brugada syndrome. The last project aimed at identifying a new potential protein interacting with the cardiac sodium channel. We found that the protein SAP97 binds the three last amino-acids of the C-terminus of Na,, 1.5. Our results also indicated that silencing the expression of SAP97 in HEK293 cells decreased the sodium current. Sodium channels lacking their three last residues also produced a reduced INa. These preliminary results suggest that SAP97 is implicated in the regulation of sodium channel. Whether this effect is direct or imply the action of an adaptor protein remains to be investigated. Moreover, our group has previously shown that Nav1.5 channels are localized to lateral membranes of cardiomyocytes by the dystrophin multiprotein complex (DMC). This suggests that sodium channels are distributed in, at least, two different pools: one targeted at lateral membranes by DMC and the other at intercalated discs by another protein such as SAP97.These studies reveal that cardiac and muscle diseases may result from ion channel mutations but also from regulatory proteins affecting their regulation.Résumé :La contraction des muscles et du coeur est principalement due à la propagation, à travers les cellules excitables, d'un stimulus électrique appelé potentiel d'action (PA). C'est l'ouverture séquentielle de plusieurs canaux ioniques transmembranaires, permettant l'entrée ou la sortie d'ions dans la cellule, qui est à l'origine de ce PA. Parmi tous les canaux ioniques impliqués dans ce processus, les canaux sodiques dépendant du voltage sont responsables de la première phase du potentiel d'action. Les différentes isoformes de ces canaux (de Nav1.1 à Nav1.9 et NavX) sont codées par dix gènes distincts. Nav1.4 et Nav1.5 sont les principaux variants exprimés respectivement dans le muscle et le coeur. Plusieurs mutations ont été décrites dans les gènes qui codent pour ces deux canaux: SCN4A (pour Nav1.4) et SCNSA (pour Nav1.5). Elles sont impliquées dans des pathologies neuromusculaires telles que des paralysies ou myotonies (SCN4A) ou des arythmies cardiaques pouvant conduire à la mort subite cardiaque (SCNSA).Mon travail de thèse a consisté à étudier les maladies liées aux dysfonctionnements de ces canaux, aussi appelées canalopathies. J'ai ainsi analysé la fonction et la régulation des canaux sodiques dépendant du voltage dans le muscle squelettique et le coeur. A travers les deux premières études, j'ai ainsi pu examiner les conséquences de deux mutations affectant respectivement les canaux Nav1.4 et Nav1.5. Les canaux sauvages ou mutants ont été exprimés dans des cellules HEK293 afin de caractériser leurs propriétés biophysiques par la technique du patch clamp en configuration cellule entière. Nous avons pu déterminer que la mutation trouvée dans le gène SCN4A engendrait des modifications importantes de la fonction du canal musculaire. Ces altérations fournissent des indications nous permettant d'expliquer certains aspects de la myotonie observée chez les membres de la famille étudiée. Le patient présenté dans la deuxième étude était hétérozygote pour la mutation identifiée dans le gène SCNSA. La perte de fonction des canaux Nav1.5 ainsi engendrée, a été observée lors d'analyses à températures physiologiques. Elle représente l'un des éléments pouvant potentiellement expliquer le syndrome de Brugada du patient. La dernière étude a consisté à identifier une nouvelle protéine impliquée dans la régulation du canal sodique cardiaque. Nos expériences ont démontré que les trois derniers acides aminés de la partie C-terminale de Nav1.5 pouvaient interagir avec la protéine SAP97. Lorsque que l'expression de la SAP97 est réduite dans les cellules HEK293, cela induit une baisse importante du courant sodique. De même, les canaux tronqués de leurs trois derniers acides aminés génèrent un flux ionique réduit. Ces résultats préliminaires suggèrent que SAP97 est peut-être impliquée dans la régulation du canal Na,,1.5. Des expériences complémentaires permettront de déterminer si ces deux protéines interagissent directement ou si une protéine adaptatrice est nécessaire. De plus, nous avons préalablement montré que les canaux Nav1.5 étaient localisés au niveau de la membrane latérale des cardiomyocytes par le complexe multiprotéique de la dystrophine (DMC). Ceci suggère que les canaux sodiques peuvent être distribués dans un minimum de deux pools, l'un ciblé aux membranes latérales pax le DMC et l'autre dirigé vers les disques intercalaires par des protéines telles que SAP97.L'ensemble de ces études met en évidence que certaines maladies musculaires et cardiaques peuvent être la conséquence directe de mutations de canaux ioniques, mais que l'action de protéines auxiliaires peut aussi affecter leur fonction.

Loss of mating flight and shift in the pattern of carbohydrate storage in sexuals of ants (Hymenoptera; Formicidae)

In ants, energy for flying is derived from carbohydrates (glycogen and free sugars). The amount of these substrates was compared in sexuals participating or not participating in mating flights. Results show that in participating females (Lasius niger, L. flavus, Myrmica scabrinodis, Formica rufa, F. polyctena, F. lugubris), the amount of carbohydrates, especially glycogen, was higher than in non-participating females (Cataglyphis cursor, Iridomyrmex humilis). Similarly, male C. cursor and I. humilis which fly, exhibit a much higher carbohydrate content than do the non-flying females of these species. Furthermore, the quantity of carbohydrates stored was generally higher in males than in females for each species. These results are discussed with regard to the loss of the nuptial flight by some species of ants.

Loss of penicillin tolerance by inactivating the carbon catabolite repression determinant CcpA in Streptococcus gordonii.

OBJECTIVES: Antibiotic tolerance is a phenomenon allowing bacteria to withstand drug-induced killing. Here, we studied a penicillin-tolerant mutant of Streptococcus gordonii (Tol1), which was shown to be deregulated in the expression of the arginine deiminase operon (arc). arc was not directly responsible for tolerance, but is controlled by the global regulator CcpA. Therefore, we sought whether CcpA might be implicated in tolerance. METHODS: The ccpA gene was characterized and subsequently inactivated by PCR ligation mutagenesis in both the susceptible wild-type (WT) and Tol1. The minimal inhibitory concentration and time-kill curves for the strains were determined and the outcome of penicillin treatment in experimental endocarditis assessed. RESULTS: ccpA sequence and expression were similar between the WT and Tol1 strains. In killing assays, the WT lost 3.5 +/- 0.6 and 5.3 +/- 0.6 log(10) cfu/mL and Tol1 lost 0.4 +/- 0.2 and 1.4 +/- 0.9 log(10) cfu/mL after 24 and 48 h of penicillin exposure, respectively. Deletion of ccpA almost totally restored Tol1 kill susceptibility (loss of 2.5 +/- 0.7 and 4.9 +/- 0.7 log(10) cfu/mL at the same endpoints). In experimental endocarditis, penicillin treatment induced a significant reduction in vegetation bacterial densities between Tol1 (4.1 log(10) cfu/g) and Tol1DeltaccpA (2.4 log(10) cfu/g). Restitution of ccpA re-established the tolerant phenotype both in vitro and in vivo. CONCLUSIONS: CcpA, a global regulator of the carbon catabolite repression system, is implicated in penicillin tolerance both in vitro and in vivo. This links antibiotic survival to bacterial sugar metabolism. However, since ccpA sequence and expression were similar between the WT and Tol1 strains, other factors are probably involved in tolerance.

Loss of insulin synthesis and beta cell survival induced by oxidized LDL require activation of reticulum endoplasmic stress: a mechanism countered by HDL

Elevated circulating concentrations in modified LDL-cholesterol particles (e.g. oxidised LDL) and low levels in HDL increase not only the risk for diabetic patients to develop cardiovascular diseases but also may contribute to development and progression of diabetes by directly having adverse effects on β-cells. Chronic exposure of β-cells to 2 mM human oxidised LDL-cholesterol (oxLDL) increases the rate of apoptosis, reduce insulin biosynthesis and the secretory capacity of the cells in response to nutrients. In line with the protective role, HDL efficiently antagonised the harmful effects of ox- LDL, suggesting that low levels of HDL would be inefficient to protect β-cells against oxLDL attack in patients. Activation of endoplasmic reticulum (ER) stress is pointed out to contribute to β-cell dysfunction elicited by environmental stressors. In this study we investigated whether activation of ER stress is required for oxLDL to mediate detrimental effects on β-cells and we tested the potential antagonist properties of HDL: The mouse MIN6 insulin-secreting cells were cultured with 2 mM of LDL-cholesterol preparation (native or in vitro oxidized) in the presence or absence of 1 mM of HDL-cholesterol or the ER stress inhibitor 4-phenylbutyrate (4-PBA): Prolonged exposure of MIN6 cells to 2 mM oxLDL-cholesterol for 48 hours led to an increase in expression of ER stress markers such as ATF4, CHOP and p58 and stimulated the splicing of XBP-1 whereas, induction of these markers was not observable in the cells cultured with native LDL. Treatment of the cells with the 4-PBA chemical chaperone molecule efficiently blocked activation of the ER stress markers induced by oxLDL. The latter mediates β-cell dysfunction and apoptosis by diminishing the expression of islet brain 1 (IB1) and Bcl2. The levels of these two proteins were preserved in the cells that were co-treated with oxLDL and the 4-PBA. Consistent with this result we found that blockade of ER stress activation alleviated the loss of insulin synthesis and abolished apoptosis evoked by oxLDL. However incubation of the cells with 4-PBA did not prevent impairment of insulin secretion elicited by oxLDL, indicating that ER stress is not responsible for the oxLDL-mediated defect of insulin secretion. Co-incubation of the cells with HDL mimicked the effects of 4-PBA on the expression of IB1 and Blc2 and thereby counteracted oxLDL attacks on insulin synthesis and cell survivals. We found that HDL efficiently inhibited activation of the ER stress mediated by oxLDL: These data highlight the contribution of the ER stress in the defects of insulin synthesis and cell survivals induced by oxLDL and emphasize the potent role of HDL to counter activation of the oxLDL-mediated ER-stress activation: