Recent advances in the epidermal growth factor receptor/ligand system biology on skin homeostasis and keratinocyte stem cell regulation.

The epidermal growth factor (EGF) receptor/ligand system stimulates multiple pathways of signal transduction, and is activated by various extracellular stimuli and inter-receptor crosstalk signaling. Aberrant activation of EGF receptor (EGFR) signaling is found in many tumor cells, and humanized neutralizing antibodies and synthetic small compounds against EGFR are in clinical use today. However, these drugs are known to cause a variety of skin toxicities such as inflammatory rash, skin dryness, and hair abnormalities. These side effects demonstrate the multiple EGFR-dependent homeostatic functions in human skin. The epidermis and hair follicles are self-renewing tissues, and keratinocyte stem cells are crucial for maintaining these homeostasis. A variety of molecules associated with the EGF receptor/ligand system are involved in epidermal homeostasis and hair follicle development, and the modulation of EGFR signaling impacts the behavior of keratinocyte stem cells. Understanding the roles of the EGF receptor/ligand system in skin homeostasis is an emerging issue in dermatology to improve the current therapy for skin disorders, and the EGFR inhibitor-associated skin toxicities. Besides, controlling of keratinocyte stem cells by modulating the EGF receptor/ligand system assures advances in regenerative medicine of the skin. We present an overview of the recent progress in the field of the EGF receptor/ligand system on skin homeostasis and regulation of keratinocyte stem cells.

A genome-wide screen for interactions reveals a new locus on 4p15 modifying the effect of waist-to-hip ratio on total cholesterol.

Recent genome-wide association (GWA) studies described 95 loci controlling serum lipid levels. These common variants explain ∼25% of the heritability of the phenotypes. To date, no unbiased screen for gene-environment interactions for circulating lipids has been reported. We screened for variants that modify the relationship between known epidemiological risk factors and circulating lipid levels in a meta-analysis of genome-wide association (GWA) data from 18 population-based cohorts with European ancestry (maximum N = 32,225). We collected 8 further cohorts (N = 17,102) for replication, and rs6448771 on 4p15 demonstrated genome-wide significant interaction with waist-to-hip-ratio (WHR) on total cholesterol (TC) with a combined P-value of 4.79×10(-9). There were two potential candidate genes in the region, PCDH7 and CCKAR, with differential expression levels for rs6448771 genotypes in adipose tissue. The effect of WHR on TC was strongest for individuals carrying two copies of G allele, for whom a one standard deviation (sd) difference in WHR corresponds to 0.19 sd difference in TC concentration, while for A allele homozygous the difference was 0.12 sd. Our findings may open up possibilities for targeted intervention strategies for people characterized by specific genomic profiles. However, more refined measures of both body-fat distribution and metabolic measures are needed to understand how their joint dynamics are modified by the newly found locus.

Functions of the peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) alpha and beta in skin homeostasis, epithelial repair, and morphogenesis.

The three peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR alpha, PPAR beta, and PPAR gamma) are ligand-activated transcription factors belonging to the nuclear hormone receptor superfamily. They are regarded as being sensors of physiological levels of fatty acids and fatty acid derivatives. In the adult mouse skin, they are found in hair follicle keratinocytes but not in interfollicular epidermis keratinocytes. Skin injury stimulates the expression of PPAR alpha and PPAR beta at the site of the wound. Here, we review the spatiotemporal program that triggers PPAR beta expression immediately after an injury, and then gradually represses it during epithelial repair. The opposing effects of the tumor necrosis factor-alpha and transforming growth factor-beta-1 signalling pathways on the activity of the PPAR beta promoter are the key elements of this regulation. We then compare the involvement of PPAR beta in the skin in response to an injury and during hair morphogenesis, and underscore the similarity of its action on cell survival in both situations.

MHC Class II Transactivator Is an In Vivo Regulator of Osteoclast Differentiation and Bone Homeostasis Co-opted From Adaptive Immunity.

The molecular networks controlling bone homeostasis are not fully understood. The common evolution of bone and adaptive immunity encourages the investigation of shared regulatory circuits. MHC Class II Transactivator (CIITA) is a master transcriptional co-activator believed to be exclusively dedicated for antigen presentation. CIITA is expressed in osteoclast precursors, and its expression is accentuated in osteoporotic mice. We thus asked whether CIITA plays a role in bone biology. To this aim, we fully characterized the bone phenotype of two mouse models of CIITA overexpression, respectively systemic and restricted to the monocyte-osteoclast lineage. Both CIITA-overexpressing mouse models revealed severe spontaneous osteoporosis, as assessed by micro-computed tomography and histomorphometry, associated with increased osteoclast numbers and enhanced in vivo bone resorption, whereas osteoblast numbers and in vivo bone-forming activity were unaffected. To understand the underlying cellular and molecular bases, we investigated ex vivo the differentiation of mutant bone marrow monocytes into osteoclasts and immune effectors, as well as osteoclastogenic signaling pathways. CIITA-overexpressing monocytes differentiated normally into effector macrophages or dendritic cells but showed enhanced osteoclastogenesis, whereas CIITA ablation suppressed osteoclast differentiation. Increased c-fms and receptor activator of NF-κB (RANK) signaling underlay enhanced osteoclast differentiation from CIITA-overexpressing precursors. Moreover, by extending selected phenotypic and cellular analyses to additional genetic mouse models, namely MHC Class II deficient mice and a transgenic mouse line lacking a specific CIITA promoter and re-expressing CIITA in the thymus, we excluded MHC Class II expression and T cells from contributing to the observed skeletal phenotype. Altogether, our study provides compelling genetic evidence that CIITA, the molecular switch of antigen presentation, plays a novel, unexpected function in skeletal homeostasis, independent of MHC Class II expression and T cells, by exerting a selective and intrinsic control of osteoclast differentiation and bone resorption in vivo. © 2014 American Society for Bone and Mineral Research.

Role for JIP-1/IB1 in pancreatic β-cell and adipocyte dysfunctions in type 2 diabetes and obesity

L'insuline, produite par les cellules β du pancréas, joue un rôle central dans le contrôle de la glycémie. Un manque d'insuline entraine le diabète de type 2, une maladie répandue au stade d'épidémie au niveau mondial. L'augmentation du nombre de personnes obèses est une des causes principales du développement de la maladie. Avec l'obésité les tissus tels que le foie, le muscle, et le tissu adipeux deviennent résistants à l'insuline. En général, cette résistance est équilibrée par une augmentation de la sécrétion d'insuline. De ce fait, un grand nombre d'individus obèses ne deviennent pas diabétiques. Lorsque les cellules β ne produisent plus suffisamment d'insuline, alors le diabète se développe. Dans l'obésité, les cellules graisseuses sont résistantes à l'insuline et relâchent des lipides et autres produits qui affectent le bon fonctionnement et la vie des cellules β. «c-Jun Ν terminal Kinase» (JNK) est une enzyme qui joue un rôle important dans la résistance de l'insuline des cellules graisseuses. Cette même en2yme contribue aussi au déclin de la cellule β dans les conditions diabétogènes, et représente ainsi une cible thérapeutique potentielle du diabète. L'objectif de cette thèse a été de comprendre le mécanisme conduisant à l'activité de JNK dans les adipocytes et cellules β, dans l'obésité et le diabète de type 2. Nous montrons que les variations de JNK sont la conséquence de taux anormaux de JIP-1/EB1, une protéine qui a été impliquée dans certaines formes génétiques de diabète de type 2. En outre nous décrivons le mécanisme responsable des anomalies de JIP1/IB1 dans les adipocytes et cellules β. La restauration des taux de JIP-1/EB1 dans les deux types cellulaires pourrait être un objectif des thérapeutiques antidiabétiques actuelles et futures. - Le nombre d'individus touchés par le diabète de type 2 atteint aujourd'hui des proportions épidémiques à l'échelle mondiale. L'augmentation de la prévalence de l'obésité est la cause principale du développement de la maladie, qui, en général, survient suite à une perte de la sensibilité à l'insuline des tissus périphériques. Dans un grand nombre des cas, l'insulino-résistance est compensée par une augmentation de la sécrétion de l'insuline par les cellules β pancréatiques. Le diabète apparaît lorsque l'insuline n'est plus produite en quantité suffisante pour contrecarrer la résistance à l'insuline des tissus. Le défaut de production de l'insuline résulte du dysfonctionnement et de la réduction massive des cellules β. Les acides gras libres non estérifiés, en particulier le palmitate, provenant d'une alimentation riche en lipides et libérés par les adipocytes insulino-résistants contribuent au déclin de la cellule β en activant la voie de signalisation «cJun N-terminal kinase» (JNK). L'activation de JNK contribue aussi à la résistance à l'insuline des adipocytes dans l'obésité, soulignant ainsi l'importance de cette voie de signalisation dans la pathophysiologie du diabète. L'objectif de cette thèse a été de comprendre les mécanismes qui régulent JNK dans les cellules β et les adipocytes. Nous montrons que l'activation de JNK dans ces deux types cellulaires est la conséquence de la variation des taux de «JNK interacting protein 1» appelé aussi «islet brain 1» (JEP-1/ΓΒΙ), une protéine qui attache les kinases de la signalisation de JNK et dont des variations génétiques ont été associées avec le diabète de type 2. Dans les cellules β cultivées avec du palmitate, ainsi que dans les adipocytes dans l'obésité, l'expression de JEP-l/BBl est modifiée. Les modulations de l'expression de JEP-1/ΓΒΙ sont réalisées par le facteur de transcription «inducible cAMP early repressor» (ICER). L'expression d'ICER dans les adipocytes est diminuée dans l'obésité, et corrèle avec l'augmentation des niveaux de JEP-1/IB1. A l'inverse, le niveau d'expression d'ICER est augmenté dans les cellules β cultivées avec du palmitate, et cette augmentation perturbe le bon fonctionnement des cellules en réduisant les niveaux de JEP-l/IBl. Comme le palmitate, les particules pro-athérogéniques LDL-cholesterol oxydés, sont élevées chez les personnes obèses et diabétiques et sont délétères aux cellules β. Ces particules modifiées activent JNK dans les cellules β en diminuant l'expression de JIP-1/IB1 via ICER. Tous ces résultats montrent que le dérèglement de l'expression de JIP-l/EBl par ICER joue un rôle central dans l'activation de JNK dans les adipocytes et cellules β en souffrance dans l'obésité et le diabète de type 2. La restauration appropriée des niveaux de JEPl/IBl et d'ICER pourrait être considérée comme un objectif pour mesurer l'efficacité des traitements antidiabétiques actuels et futurs. - Type 2 diabetes has reached epidemic proportions worldwide, and poses a major socio-economic burden on developed and developing societies. The disease is often accompanied by obesity, and arises when β-cells produce insufficient insulin to meet the increased hormone demand, caused by insulin resistance. In obesity, enlargement of adipocytes contribute to their dysfunction, which is characterized by the abnormal release of some bioactive products such as non-esterified free fatty acids (NEF As). Chronic plasma elevation of NEF As elicits β-cell dysfunction and death, thereby, representing a key feature for development of diabetes in obesity (diabesity). Palmitate is the most abundant circulating NEF As in obesity, which triggers adipocytes and β-cell dysfunction. The effects of palmitate rely on the induction of the cJun N-terminal kinase (JNK) pathway. Activation of JNK promotes both β-cells dysfunction and insulin resistance in adipocytes. This thesis was undertaken to investigate the mechanisms accounting for the induction of the JNK pathway caused by palmitate. JNK is regulated by the scaffold protein JNK interacting protein-1, also called islet brain 1 (JIP-1/IB1). The levels of JDM/IB1 are critical for glucose homeostasis, as genetic variations within the gene were associated with diabetes. We found that activation of JNK in both, β-cells exposed to palmitate, and in adipocytes of obese mice, results from variations in the expression of JIP-l/EBl. Modifications in the JIP-1/IB1 levels were the consequence of abnormal expression of the inducible cAMP early repressor (ICER) in the two cell types. In addition, our data show that this repressor plays a key role in abnormal production of adipocyte hormones and β-cell dysfunction evoked by the pro-atherogenic oxidized LDL. Taken together, this study proposes that fine-tuning of appropriate levels of JIP-l/EBl, and ICER could circumvent β-cell failure, adipocyte dysfunction, and thereby, development of diabesity.

Impact of enhanced compliance initiatives on the efficacy of rosuvastatin in reducing low density lipoprotein cholesterol levels in patients with primary hypercholesterolaemia.

The effectiveness of lipid-lowering medication critically depends on the patients' compliance and the efficacy of the prescribed drug. The primary objective of this multicentre study was to compare the efficacy of rosuvastatin with or without access to compliance initiatives, in bringing patients to the Joint European Task Force's (1998) recommended low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C) level goal (LDL-C, <3.0 mmol/L) at week 24. Secondary objectives were comparison of the number and percentage of patients achieving European goals (1998, 2003) for LDL-C and other lipid parameters. Patients with primary hypercholesterolaemia and a 10-year coronary heart disease risk of >20% received open label rosuvastatin treatment for 24 weeks with or without access to compliance enhancement tools. The initial daily dosage of 10 mg could be doubled at week 12. Compliance tools included: a) a starter pack for subjects containing a videotape, an educational leaflet, a passport/goal diary and details of the helpline and/or website; b) regular personalised letters to provide message reinforcement; c) a toll-free helpline and a website. The majority of patients (67%) achieved the 1998 European goal for LDL-C at week 24. 31% required an increase in dosage of rosuvastatin to 20 mg at week 12. Compliance enhancement tools did not increase the number of patients achieving either the 1998 or the 2003 European target for plasma lipids. Rosuvastatin was well tolerated during this study. The safety profile was comparable with other drugs of the same class. 63 patients in the 10 mg group and 58 in the 10 mg Plus group discontinued treatment. The main reasons for discontinuation were adverse events (39 patients in the 10 mg group; 35 patients in the 10 mg Plus group) and loss to follow-up (13 patients in the 10 mg group; 9 patients in the 10 mg Plus group). The two most frequently reported adverse events were myalgia (34 patients, 3% respectively) and back pain (23 patients, 2% respectively). The overall rate of temporary or permanent study discontinuation due to adverse events was 9% (n = 101) in patients receiving 10 mg rosuvastatin and 3% (n = 9) in patients titrated up to 20 mg rosuvastatin. Rosuvastatin was effective in lowering LDL-C values in patients with hypercholesterolaemia to the 1998 European target at week 24. However, compliance enhancement tools did not increase the number of patients achieving any European targets for plasma lipids.

Role of CLOCK and circadian rhythms in calcium homeostasis

Le maintien d'une concentration sanguine constante de calcium est d'une importance cruciale et trois organes participent à la balance calcique normale : les reins, les intestins et les os. La concentration plasmatique de calcium est strictement régulée par l'hormone parathyroïdienne (PTH) et par la vitamine D. Des variations circadiennes de la PTH, de la vitamine D ainsi que du calcium plasmatique ont été décrites précédemment chez l'humain ainsi que chez le rat. Ces rythmes de PTH dans le sérum sont importants pour la régulation du remodelage de l'os. En effet, il a été montré chez les souris C57BL/6J que des injections de PTH une fois par jour mènent à une augmentation de la densité minérale de l'os alors que l'infusion en continu de PTH est associée à une diminution de cette densité. La vitamine D joue également un rôle fondamental dans la physiologie osseuse, car un déficit en vitamine D peut conduire à une ostéomalacie. Cependant la fonction des oscillations de vitamine D au niveau de l'homéostasie osseuse reste inconnue. L'horloge circadienne est un système interne de contrôle biologique du temps générant des rythmes de 24 heures dans l'expression des gènes, ainsi que dans la physiologie et le comportement. Ce contrôle s'opère par des boucles rétroactives positives et négatives de l'expression de gènes circadiens tels que CLOCK, BMAL1, CRY1 et 2 ou PERI et 2. Dans ce travail, nous avons émis l'hypothèse que l'homéostasie calcique est sous le contrôle de l'horloge circadienne. Dans un premier temps, nous avons montré chez les souris C57BL/6J des variations journalières des concentrations de calcium, de PTH et de vitamine D dans le sang, ainsi que de calcium dans les urines. Nous avons également démontré des changements au niveau de l'expression rénale des gènes importants dans l'homéostasie du calcium, tant au niveau de l'ARN messager que des protéines. Ensuite, pour analyser le rôle du système de l'horloge circadienne dans l'homéostasie du calcium, nous avons étudié des souris dans lesquelles a été supprimé le gène CLOCK crucial pour la fonction de l'horloge et nous avons comparé ces souris à des souris de type sauvage de même portée. Les souris CLOCK-I- étaient hypercalciuriques à chaque moment de la journée. Cependant le rythme circadien de l'excrétion de calcium était préservé. Le taux de calcium plasmatique ne différait pas entre les génotypes, mais les souris CLOCK -/- ne montraient pas de variations journalières de ce paramètre. Une perte du rythme journalier était également observée pour les niveaux de vitamine D, perte qui pourrait être une cause de l'altération de la micro-architecture osseuse révélée chez les souris CLOCK-/-. En effet, ces souris montrent une diminution du nombre de trabécules, de leur volume ainsi que de leur surface, ce qui suggère la présence d'ostéoporose. Nous avons également trouvé que le rythme de l'expression de l'ARN messager de CYP27B1 était aboli dans les reins des souris CLOCK -/-, ce qui peut expliquer l'altération du rythme de la vitamine D. Les taux sanguins de PTH étaient comparables entre les souris CLOCK -/- et de type sauvage. Dans les reins, une augmentation de l'expression de l'ARN messager de TRPV5 et NCX1 a été constatée, ce qui suggérerait une augmentation de la réabsorption de calcium dans le tubule convoluté distal et dans le tubule connecteur. Dans les intestins, la réabsorption calcique était diminuée, chez les souris CLOCK-I-, fait confirmé par une diminution des niveaux d'ARN messager de TRPV6 et PMCAL. En résumé, la suppression du gène CLOCK chez les souris a conduit à une hypercalciurie, une altération du rythme des taux plasmatiques de calcium et de vitamine D et à une détérioration de l'architecture osseuse. Pour conclure, ces résultats montrent que l'horloge circadienne est essentielle à l'homéostasie calcique ainsi qu'à la physiologie des os. - L'ostéoporose affecte environ 22 millions de femmes et 5.5 millions d'hommes en Europe, réduisant significativement leur qualité de vie et a causé 3.5 millions de nouvelles fractures en 2010. Les dépenses totales liées à ces fractures ont atteint 37 milliards d'euro et ce coût devrait augmenter de 25% d'ici à 2025. Le nombre de nouvelles fractures dues à l'ostéoporose à travers le monde est estimé à environ 1000 par heure. Parmi les causes de l'ostéoporose, le déficit én calcium et/ou en vitamine D joue un rôle important, mais il existe également des causes génétiques ou liées à des facteurs comme les hormones sexuelles (estrogènes, testostérone), l'âge, le tabac, le poids corporel, certains médicaments,... La vie est rythmique : ceci est dû à l'alternance naturelle du jour et de la nuit et de ses effets sur le corps. La prise alimentaire, par exemple, est un processus qui a lieu pendant la phase active, qui est prévisible (il se produit toujours au même moment) et qui peut être anticipé par le corps. Pour cela, une horloge interne est présente dans chaque cellule du corps et est synchronisée par la lumière du jour, entre autres stimuli. Cette horloge indique la phase du jour et régule l'expression de gènes impliqués dans les différents processus qui nécessitent une anticipation. Pendant mon travail de thèse, je me suis demandé si des îythmes circadiens (c'est-à-dire d'une durée d'environ 24 heures et indépendants des stimuli externes) étaient observables'pour les gènes régulant les flux de calcium dans le corps et si l'interruption de ces rythmes pouvait mener à des altérations de la qualité de l'os. J'ai d'abord travaillé avec des souris normales et j'ai pu montrer la présence de rythmes au niveau du calcium sanguin et urinaire, mais également au niveau des hormones et gènes qui contrôlent le métabolisme du calcium dans le corps, comme la vitamine D et l'hormone parathyroidienne. De manière intéressante, j'ai observé que la plupart de ces gènes ont un rythme synchronisé. J'ai ensuite utilisé un modèle de souris dans lequel l'horloge interne a été génétiquement invalidée et j'ai montré que ces souris présentent une augmentation de leur excrétion urinaire de calcium et un rythme circadien altéré de la vitamine D dans le sang. Ces souris absorbent aussi moins bien le calcium intestinal et présentent une ostéoporose marquée. Ce travail montre donc que l'horloge interne est nécessaire pour établir un rythme circadiens de certains facteurs influant les flux de calcium dans l'organisme, comme la vitamine D, et que la perturbation de ces rythmes mène à une dérégulation du métabolisme osseux. Ainsi, la perturbation de l'horloge interne peut causer une ostéoporose et une hypercalciurie qui pourraient aboutir à la formation de fractures et de calculs rénaux. L'extrapolation de ces observations chez l'homme ou à des changements plus subtiles des rythmes circadiens, comme le décalage horaire, restent à montrer. Cette recherche a démontré que les rythmes circadiens des mécanismes de régulation des flux de calcium dans l'organisme sont essentiels au maintien d'un squelette normal et suggère que les perturbations des rythmes circadiens pourraient être une nouvelle cause de l'ostéoporose. - Maintaining constant calcium concentration in the plasma is of a crucial importance and three organs participate in normal calcium balance - kidney, gut and bone. Plasma calcium concentration is strictly regulated by parathyroid hormone (PTH) and vitamin D. Circadian variations of PTH, vitamin D and plasma calcium were previously described in humans, as well as in rats. Rhythms in serum PTH are important for balanced bone remodelling. Indeed in C57BL/6J mice, PTH injection once per day leads to an increase in bone mineral density (BMD), whilst continuous infusion is associated with decreased BMD. Vitamin D also plays a crucial role in bone physiology, since the deficiency in vitamin D can lead to rickets/osteomalacia. However, the role of vitamin D rhythms in bone homeostasis remains unknown. The circadian clock is an. internal time-keeping system generating rhythms in gene expression with 24h periodicity, in physiology and in behaviour. It is operated by positive- and negative-feedback loops of circadian genes, such as CLOCK, BMAL1, CRY1 and 2 or PERI and 2. In this work, we hypothesized, that calcium homeostasis is under the control of the circadian clock. First, we showed daily variations in urinary calcium and serum calcium, PTH and l,25(OH)2 vitamin D, together with renal mRNA and protein levels of genes involved in calcium homeostasis in C57BL/6J mice. Second, and to investigate the role of the circadian clock system in calcium handling, we studied mice lacking the gene CLOCK crucial for fonction of the clock system and compared them to the WT littermates. CLOCK-/- mice were hypercalciuric at all timepoints of the day. However, the circadian rhythm of calcium excretion was preserved. Serum calcium levels did not differ between the genotypes, but CLOCK-/- mice did not exhibit daily variation for this parameter. Loss of rhythm was observed also for serum l,25(OH)2 vitamin D levels, which may be one of the causes of altered bone microarchitecture that was revealed in CLOCK-/- mice. They displayed increased trabecular separation and decreased trabecular number, trabecular bone volume and trabecular bone surface, suggestive of osteoporosis. We found that the rhythm of the mRNA expression of CYP27B1 was abolished in the kidney of CLOCK-/- mice, which could induce the altered rhythm of l,25(OH)2 vitamin. Serum PTH levels were comparable between CLOCK-/- and WT mice. In the kidney, increased mRNA expression of TRPV5 and NCX1 suggests increased calcium reabsorption in the distal convoluted and connecting tubule. In the gut, intestinal calcium absorption was decreased in CLOCK¬/- mice, confirmed by decreased mRNA levels of TRPV6 and PMCA1. In summary, deletion of the CLOCK gene in mice conducts to hypercalciuria, alteration of the rhythm in serum calcium and l,25(OH)2D levels, and impainnent of their bone microarchitecture. In conclusion, these data show that the circadian clock system is essential in calcium homeostasis and bone physiology.

Salt tolerance and regulation of gas exchange and hormonal homeostasis by auxin-priming in wheat

The objective of this work was to assess the regulatory effects of auxin-priming on gas exchange and hormonal homeostasis in spring wheat subjected to saline conditions. Seeds of MH-97 (salt-intolerant) and Inqlab-91 (salt-tolerant) cultivars were subjected to 11 priming treatments (three hormones x three concentrations + two controls) and evaluated under saline (15 dS m-1) and nonsaline (2.84 dS m-1) conditions. The priming treatments consisted of: 5.71, 8.56, and 11.42 × 10-4 mol L-1 indoleacetic acid; 4.92, 7.38, and 9.84 × 10-4 mol L-1 indolebutyric acid; 4.89, 7.34, and 9.79 × 10-4 mol L-1 tryptophan; and a control with hydroprimed seeds. A negative control with nonprimed seeds was also evaluated. All priming agents diminished the effects of salinity on endogenous abscisic acid concentration in the salt-intolerant cultivar. Grain yield was positively correlated with net CO2 assimilation rate and endogenous indoleacetic acid concentration, and it was negatively correlated with abscisic acid and free polyamine concentrations. In general, the priming treatment with tryptophan at 4.89 × 10-4 mol L-1 was the most effective in minimizing yield losses and reductions in net CO2 assimilation rate, under salt stress conditions. Hormonal homeostasis increases net CO2 assimilation rate and confers tolerance to salinity on spring wheat.

Cholesterol regulates Syntaxin 6 trafficking at the TGN-endosomal boundaries

Inhibition of cholesterol export from late endosomes causes cellular cholesterol imbalance, including cholesterol depletion in the trans-Golgi network (TGN). Here, using Chinese hamster ovary (CHO) Niemann-Pick type C1 (NPC1) mutant cell lines and human NPC1 mutant fibroblasts, we show that altered cholesterol levels at the TGN/endosome boundaries trigger Syntaxin 6 (Stx6) accumulation into VAMP3, transferrin, and Rab11-positive recycling endosomes (REs). This increases Stx6/VAMP3 interaction and interferes with the recycling of αVβ3 and α5β1 integrins and cell migration, possibly in a Stx6-dependent manner. In NPC1 mutant cells, restoration of cholesterol levels in the TGN, but not inhibition of VAMP3, restores the steady-state localization of Stx6 in the TGN. Furthermore, elevation of RE cholesterol is associated with increased amounts of Stx6 in RE. Hence, the fine-tuning of cholesterol levels at the TGN-RE boundaries together with a subset of cholesterol-sensitive SNARE proteins may play a regulatory role in cell migration and invasion.

Morbillivirus glycoprotein expression induces ER stress, alters Ca2+ homeostasis and results in the release of vasostatin.

Although the pathology of Morbillivirus in the central nervous system (CNS) is well described, the molecular basis of neurodegenerative events still remains poorly understood. As a model to explore Morbillivirus-mediated CNS dysfunctions, we used canine distemper virus (CDV) that we inoculated into two different cell systems: a monkey cell line (Vero) and rat primary hippocampal neurons. Importantly, the recombinant CDV used in these studies not only efficiently infects both cell types but recapitulates the uncommon, non-cytolytic cell-to-cell spread mediated by virulent CDVs in brain of dogs. Here, we demonstrated that both CDV surface glycoproteins (F and H) markedly accumulated in the endoplasmic reticulum (ER). This accumulation triggered an ER stress, characterized by increased expression of the ER resident chaperon calnexin and the proapoptotic transcription factor CHOP/GADD 153. The expression of calreticulin (CRT), another ER resident chaperon critically involved in the response to misfolded proteins and in Ca(2+) homeostasis, was also upregulated. Transient expression of recombinant CDV F and H surface glycoproteins in Vero cells and primary hippocampal neurons further confirmed a correlation between their accumulation in the ER, CRT upregulation, ER stress and disruption of ER Ca(2+) homeostasis. Furthermore, CDV infection induced CRT fragmentation with re-localisation of a CRT amino-terminal fragment, also known as vasostatin, on the surface of infected and neighbouring non-infected cells. Altogether, these results suggest that ER stress, CRT fragmentation and re-localization on the cell surface may contribute to cytotoxic effects and ensuing cell dysfunctions triggered by Morbillivirus, a mechanism that might potentially be relevant for other neurotropic viruses.

Ochratoxin A at nanomolar concentration perturbs the homeostasis of neural stem cells in highly differentiated but not in immature three-dimensional brain cell cultures.

Ochratoxin A (OTA), a fungal contaminant of basic food commodities, is known to be highly cytotoxic, but the pathways underlying adverse effects at subcytotoxic concentrations remain to be elucidated. Recent reports indicate that OTA affects cell cycle regulation. Therefore, 3D brain cell cultures were used to study OTA effects on mitotically active neural stem/progenitor cells, comparing highly differentiated cultures with their immature counterparts. Changes in the rate of DNA synthesis were related to early changes in the mRNA expression of neural stem/progenitor cell markers. OTA at 10nM, a concentration below the cytotoxic level, was ineffective in immature cultures, whereas in mature cultures it significantly decreased the rate of DNA synthesis together with the mRNA expression of key transcriptional regulators such as Sox2, Mash1, Hes5, and Gli1; the cell cycle activator cyclin D2; the phenotypic markers nestin, doublecortin, and PDGFRα. These effects were largely prevented by Sonic hedgehog (Shh) peptide (500ngml(-1)) administration, indicating that OTA impaired the Shh pathway and the Sox2 regulatory transcription factor critical for stem cell self-renewal. Similar adverse effects of OTA in vivo might perturb the regulation of stem cell proliferation in the adult brain and in other organs exhibiting homeostatic and/or regenerative cell proliferation.

Hepatic glucose sensing is required to preserve β cell glucose competence.

Liver glucose metabolism plays a central role in glucose homeostasis and may also regulate feeding and energy expenditure. Here we assessed the impact of glucose transporter 2 (Glut2) gene inactivation in adult mouse liver (LG2KO mice). Loss of Glut2 suppressed hepatic glucose uptake but not glucose output. In the fasted state, expression of carbohydrate-responsive element-binding protein (ChREBP) and its glycolytic and lipogenic target genes was abnormally elevated. Feeding, energy expenditure, and insulin sensitivity were identical in LG2KO and control mice. Glucose tolerance was initially normal after Glut2 inactivation, but LG2KO mice exhibited progressive impairment of glucose-stimulated insulin secretion even though β cell mass and insulin content remained normal. Liver transcript profiling revealed a coordinated downregulation of cholesterol biosynthesis genes in LG2KO mice that was associated with reduced hepatic cholesterol in fasted mice and reduced bile acids (BAs) in feces, with a similar trend in plasma. We showed that chronic BAs or farnesoid X receptor (FXR) agonist treatment of primary islets increases glucose-stimulated insulin secretion, an effect not seen in islets from Fxr-/- mice. Collectively, our data show that glucose sensing by the liver controls β cell glucose competence and suggest BAs as a potential mechanistic link.

When cholesterol is not cholesterol: a note on the enzymatic determination of its concentration in model systems containing vegetable extracts

Background: Experimental evidences demonstrate that vegetable derived extracts inhibit cholesterol absorption in the gastrointestinal tract. To further explore the mechanisms behind, we modeled duodenal contents with several vegetable extracts. Results: By employing a widely used cholesterol quantification method based on a cholesterol oxidase-peroxidase coupled reaction we analyzed the effects on cholesterol partition. Evidenced interferences were analyzed by studying specific and unspecific inhibitors of cholesterol oxidase-peroxidase coupled reaction. Cholesterol was also quantified by LC/MS. We found a significant interference of diverse (cocoa and tea-derived) extracts over this method. The interference was strongly dependent on model matrix: while as in phosphate buffered saline, the development of unspecific fluorescence was inhibitable by catalase (but not by heat denaturation), suggesting vegetable extract derived H2O2 production, in bile-containing model systems, this interference also comprised cholesterol-oxidase inhibition. Several strategies, such as cholesterol standard addition and use of suitable blanks containing vegetable extracts were tested. When those failed, the use of a mass-spectrometry based chromatographic assay allowed quantification of cholesterol in models of duodenal contents in the presence of vegetable extracts. Conclusions: We propose that the use of cholesterol-oxidase and/or peroxidase based systems for cholesterol analyses in foodstuffs should be accurately monitored, as important interferences in all the components of the enzymatic chain were evident. The use of adequate controls, standard addition and finally, chromatographic analyses solve these issues.

Circadian clock orchestration of signaling pathways influences mouse metabolism

Circadian clocks, present in organisms leaving in a rhythmic environment, constitute the mechanisms allowing anticipation and adaptation of behavior and physiology in response to these environmental variations. As a consequence, most aspects of metabolism and behavior are under the control of this circadian clock. At a molecular level, in all the studied species, the rhythmic expression of the genes involved are generated by interconnected transcriptional and translational feedback loops. In mammals, the heterodimer composed of BMAL1 and its partners CLOCK or NPAS2 constitutes a transcriptional activator regulating transcription of Per and Cry genes. These genes encode for repressors of the activity of BMAL1:CLOCK or BMAL1: NPAS2 heterodimers, thus closing a negative feedback loop that generates rhythms of approximately 24 hours. The aim of my doctoral work consisted in the investigation of the role of circadian clock in the regulation of different aspects of mouse metabolism through the rhythmic activation of signaling pathways. First, we showed that one way how the circadian clock exerts its function as an oscillator is through the regulation of mRNA translation. Indeed, we present evidence showing that circadian clock influences the temporal translation of a subset of mRNAs involved in ribosome biogenesis by controlling the transcription of translation initiation factors as well as the clock-dependent rhythmic activation of signaling pathways involved in their regulation. Moreover, the circadian oscillator regulates the transcription of ribosomal protein mRNAs and ribosomal RNAs. Thus the circadian clock exerts a major role in coordinating transcription and translation steps underlying ribosome biogenesis. In the second part, we showed the involvement of the circadian clock in lipid metabolism. Indeed, the three PAR bZip transcription factors DBP, TEF and HLF, are regulated by the molecular clock and play key roles in the control of lipid metabolism. Here we present evidence concerning the circadian expression and activity of PPARα via the circadian transcription of genes involved in the release of fatty acids, natural ligands of PPARα. It leads to the rhythmic activation of PPARα itself which could then play its role in the transcription of genes encoding proteins involved in lipid, cholesterol and glucose metabolism. In addition, we considered the possible role of lipid transporters, here SCP2, in the modulation of circadian activation of signaling pathways such as TORC1, PPARα and SREBP, linked to metabolism, and its feedback on the circadian clock. In the last part of this work, we studied the effects of these circadian clock-orchestrated pathways in physiology, as clock disruptions have been shown to be linked to metabolic disorders. We performed in vivo experiments on genetically and high-fat induced obese mice devoid of functional circadian clock. The results obtained showed that clock disruption leads to impaired triglycerides and glucose homeostasis in addition to insulin secretion and sensitivity. -- Les rythmes circadiens, présents chez tout organisme vivant dans un environnement rythmique, constituent l'ensemble de mécanismes permettant des réponses comportementales et physiologiques anticipées et adaptées aux variations environnementales. De ce fait, la plupart des aspects liés au métabolisme et au comportement de ces organismes apparaissent être sous le contrôle de l'horloge circadienne contrôlant ces rythmes. Au niveau moléculaire, dans toutes les espèces étudiées, l'expression rythmique de gènes impliqués sont générés par l'interconnexion de boucles de contrôle transcriptionnelles et traductionnelles. Chez les mammifères, l'hétérodimère composé de BMAL1 et de ses partenaires CLOCK ou NPAS2 constitue un activateur transcriptionnel régulant la transcription des gènes Per et Cry. Ces gènes codent pour des répresseurs de l'activité des hétérodimères BMAL1:CLOCK ou BMAL1:NPAS2. Cela a pour effet de fermer la boucle négative, générant ainsi des rythmes d'environ 24 heures. Le but de mon travail de thèse a consisté en l'investigation du rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de certains aspects du métabolisme chez la souris via la régulation de l'activation rythmique des voies de signalisation. Nous avons tout d'abord montré que l'horloge circadienne exerce sa fonction d'oscillateur notamment au niveau de la régulation de la traduction des ARNm. En effet, nous présentons des preuves montrant que l'horloge circadienne influence la traduction temporelle d'un groupe d'ARNm impliqués dans la biogénèse des ribosomes en contrôlant la transcription de facteurs d'initiation de la traduction ainsi que l'activation rythmique des voies de signalisation qui sont impliquées dans leur régulation. De plus, l'oscillateur circadien régule la transcription d'ARNm codant pour les protéines ribosomales et d'ARN ribosomaux. De cette façon, l'horloge circadienne exerce un rôle majeur dans la coordination des étapes de transcription et traduction permettant la biogénèse des ribosomes. Dans la deuxième partie, nous montrons les implications de l'horloge circadienne dans le métabolisme des lipides. En effet, DBP, TEF et HLF, trois facteurs de transcription de la famille des PAR bZip qui sont régulés par l'horloge circadienne, jouent un rôle clé dans le contrôle du métabolisme des lipides par l'horloge circadienne. Nous apportons ici des preuves concernant l'expression et l'activité rythmiques de PPARα via la transcription circadienne de gènes impliqués dans le relargage d'acides gras, ligands naturels de PPARα, conduisant à l'activation circadienne de PPARα lui-même, pouvant ainsi jouer son rôle de facteur de transcription de gènes codant pour des protéines impliquées dans le métabolisme des lipides, du cholestérol et du glucose. De plus, nous nous sommes penchés sur le rôle possible de transporteurs de lipides, ici SCP2, dans la modulation de l'activation circadienne de voies de signalisation, telles que TORC1, PPARα et SREBP, qui sont liées au métabolisme, ainsi que son impact sur l'horloge elle-même. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons étudié les effets de l'activation de ces voies de signalisation régulées par l'horloge circadienne dans le contexte physiologique puisqu'il a été montré que la perturbation de l'horloge pouvait être associée à des désordres métaboliques. Pour ce faire, nous avons fait des expériences in vivo sur des souris déficientes pour l'horloge moléculaire pour lesquelles l'obésité est induite génétiquement ou induite par la nourriture riche en lipides. Les résultats que nous obtenons montrent des dérèglements au niveau de l'homéostasie des triglycérides et du glucose ainsi que sur l'expression et la réponse à l'insuline.