Regulation of chromosomal replication in Caulobacter crescentus.

The alpha-proteobacterium Caulobacter crescentus is characterized by its asymmetric cell division, which gives rise to a replicating stalked cell and a non-replicating swarmer cell. Thus, the initiation of chromosomal replication is tightly regulated, temporally and spatially, to ensure that it is coordinated with cell differentiation and cell cycle progression. Waves of DnaA and CtrA activities control when and where the initiation of DNA replication will take place in C. crescentus cells. The conserved DnaA protein initiates chromosomal replication by directly binding to sites within the chromosomal origin (Cori), ensuring that DNA replication starts once and only once per cell cycle. The CtrA response regulator represses the initiation of DNA replication in swarmer cells and in the swarmer compartment of pre-divisional cells, probably by competing with DnaA for binding to Cori. CtrA and DnaA are controlled by multiple redundant regulatory pathways that include DNA methylation-dependent transcriptional regulation, temporally regulated proteolysis and the targeting of regulators to specific locations within the cell. Besides being critical regulators of chromosomal replication, CtrA and DnaA are also master transcriptional regulators that control the expression of many genes, thus connecting DNA replication with other events of the C. crescentus cell cycle.

Epithelial sodium transport and its control by aldosterone: the story of our internal environment revisited.

Transcription and translation require a high concentration of potassium across the entire tree of life. The conservation of a high intracellular potassium was an absolute requirement for the evolution of life on Earth. This was achieved by the interplay of P- and V-ATPases that can set up electrochemical gradients across the cell membrane, an energetically costly process requiring the synthesis of ATP by F-ATPases. In animals, the control of an extracellular compartment was achieved by the emergence of multicellular organisms able to produce tight epithelial barriers creating a stable extracellular milieu. Finally, the adaptation to a terrestrian environment was achieved by the evolution of distinct regulatory pathways allowing salt and water conservation. In this review we emphasize the critical and dual role of Na(+)-K(+)-ATPase in the control of the ionic composition of the extracellular fluid and the renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS) in salt and water conservation in vertebrates. The action of aldosterone on transepithelial sodium transport by activation of the epithelial sodium channel (ENaC) at the apical membrane and that of Na(+)-K(+)-ATPase at the basolateral membrane may have evolved in lungfish before the emergence of tetrapods. Finally, we discuss the implication of RAAS in the origin of the present pandemia of hypertension and its associated cardiovascular diseases.

β1 integrin regulation

Integrins are heterodimeric adhesion receptors mediating adhesion to extracellular matrix proteins and to other cells. Integrins are important in embryonic development, structural integrity of connective tissue, blood thrombus formation, and immune defense system. Integrins are transmembrane proteins whose ligand binding capacity (activity) is regulated by large conformational changes. Extracellular ligand binding or intracellular effector binding to integrin cytoplasmic face regulate integrin activity. Integrins are thus able to mediate bi-directional signaling. Integrin function is also regulated by intracellular location. Integrins are constantly recycled from endocytic vesicles to plasma membrane, and this has been shown to be important for cell migration and invasion as well. Deregulation of integrin functionality can lead to deleterious illnesses, such as bleeding or inflammatory disorders. It is also evident that integrin deregulation is associated with cancer progression. In this study, a novel Beta1 integrin associating protein, Rab21, was characterized. Rab21 binding to integrin cytoplasmic tail was shown to be important for Beta1 integrin endo- and exocytosis – intracellular trafficking. It was furher shown that this interaction has an important role in cell adhesion, migration, as well as in the final step of cell division, cytokinesis. This work showed that abrogation of Rab21 function or β1 integrin endocytic traffic, can lead to defects in cell division and results in formation of multinucleated cells. Multinucleation and especially tetraploidy can be a transient pathway to aneuploidy and tumorigenesis. This work characterized chromosomal deletions in rab21 locus in ovarian and prostate cancer samples and showed that a cell line with rab21 deletion also had impairment in cell division, which could be rescued by Rab21 re-expression. The work demonstrates an important role for Rab21 and Beta1 integrin traffic regulation in cell adhesion and division, and suggests a probable associaton with tumorigenesis. In this study, Beta1 integrin activity regulation was also addressed. A novel cell array platform for genome-scale RNAi screenings was characterized here. More than 4500 genes were knocked-down in prostate cancer cells using siRNA-mediated silencing. The effects on Beta1 integrin activity were analyzed upon knock-downs. The screen identified more that 400 putative regulators of Beta1 integrin activity in prostate cancer. In conclusion, this work will help us to understand complex regulatory pathways involved in cancer cell adhesion and migration.

Control of gene expression in Trypanosomatidae

The study of mechanisms which control gene expression in trypanosomatids has developed at an increasing rate since 1989 when the first successful DNA transfection experiments were reported. Using primarily Trypanosoma brucei as a model, several groups have begun to elucidate the basic control mechanisms and to define the cellular factors involved in mRNA transcription, processing and translation in these parasites. This review focuses on the most recent studies regarding a subset of genes that are expressed differentially during the life cycle of three groups of parasites. In addition to T. brucei, I will address studies on gene regulation in a few species of Leishmania and the results obtained by a much more limited group of laboratories studying gene expression in Trypanosoma cruzi. It is becoming evident that the regulatory strategies chosen by different species of trypanosomatids are not similar, and that for these very successful parasites it is probably advantageous to employ multiple mechanisms simultaneously. In addition, with the increasing numbers of parasite genes that have now been submitted to molecular dissection, it is also becoming evident that, among the various strategies for gene expression control, there is a predominance of regulatory pathways acting at the post-transcriptional level.

Primary characterization of genes involved in the colony development of the insect pathogenic fungus Metarhizium anisopliae /

Strain improvement of the insect pathogenic fungus Metarhizium anisopUae is necessary to increase its virulence towards agricultural pests and thus improve its commercial efficacy. Nevertheless, the release of genetically modified conidia in crop fields may negatively affect the ecosystem. Controlling conidiation is a potential means of limiting the release of engineered strains since conidia are the infective propagules and the means of dispersal. The purpose of this study was to research the colony development of M. anisopUae to identify potential targets for genetic manipulation to control conidiation. Following Agrobacterium tumefaciem insertional mutagenesis, phenotypic mutants were characterized using Y-shaped adaptor dependent extension PCR. Four of 1 8 colony development recombinants had T-DNA flanking sequences with high homology to genes encoding known signaling pathway proteins that regulate pathogenesis and/or asexual development in filamentous fungi. Conidial density counts and insect bioassays suggested that a Serine/Threonine protein kinase COTl homolog is not essential for conidiation or virulence. Furthermore, a choline kinase homolog is important for conidiation, but not virulence. Finally, the regulator of G protein signaling CAG8 and a NADPH oxidase NoxA homolog are necessary for conidiation and virulence. These genes are candidates for further investigation into the regulatory pathways controlling conidiation to yield insight into promising gene targets for biocontrol strain improvement.

Le vieillissement chronologique de Schizosaccharomyces pombe : Implication des voies de détection du glucose

La première augmentation de la longévité en laboratoire fût observée à la suite d’une intervention nutritionnelle consistant en une réduction de l’apport alimentaire chez le rat. Plus tard, ce phénomène a été reproduit dans de très nombreuses espèces et référé en tant que restriction calorique. Le développement des techniques de biologie moléculaire moderne a permis de montrer dans des organismes modèles simples que cette flexibilité du processus de vieillissement était régulée par des facteurs génétiques. De fait, plusieurs mécanismes cellulaires ont alors pu être identifiés comme responsables de ce contrôle du vieillissement. Ces voies de régulation ont révélées être conservées entre les espèces, depuis les levures jusqu’aux organismes multicellulaires tels que le nématode, la mouche ou la souris, suggérant l’existence d’un programme universel de vieillissement dans le vivant. La levure s’est avéré à plusieurs reprises être un modèle puissant et fiable pour la découverte de gènes impliqués dans ce phénomène. Mon étude a consisté au développement d’un nouveau modèle unicellulaire d’étude du vieillissement à travers l’espèce Schizosaccharomyces pombe appelée aussi levure à fission. La première étape de mon travail a montré que les voies de détection des nutriments gouvernées par la sérine/thréonine protéine kinase A (Pka1) et la sérine/thréonine kinase Sck2 contrôlent le vieillissement chronologique de ces cellules comme il était connu dans la levure Saccharomyces cerevisiae. Ceci permit de valider l’utilisation de la levure à fission pour l’étude du vieillissement. Ensuite, nous avons analysé plus en détail l’effet pro-vieillissement du glucose en étudiant le rôle de sa détection par le récepteur membranaire Git3 couplé à la protéine G (Gpa2) en amont de la kinase Pka1. La perte du signal du glucose par la délétion de Git3 imite partiellement l’effet d’augmentation de longévité obtenu par baisse de la concentration en glucose dans le milieu. De plus, l’effet néfaste du signal du glucose est maintenu en absence de tout métabolisme du glucose suite à la mutation des hexokinases, premières enzymes de la glycolyse. L’ensemble de ces résultats suggèrent que la signalisation du glucose est prédominante sur son métabolisme pour son effet pro-vieillissement. D’autre part, à la fois la suppression de cette signalisation et la baisse de niveau de glucose disponible allongent la durée de vie en corrélation avec une augmentation de la résistance au stress, une hausse d’activité mitochondriale et une baisse de production de radicaux libres. Finalement, le criblage d’une banque de surexpression d’ADNc a permis d’identifier plusieurs gènes candidats responsables de ces effets en aval de la voie de signalisation Git3/PKA. La recherche sur les mécanismes moléculaires du vieillissement propose une nouvelle approche, un nouvel angle de vue, pour la compréhension des fonctions cellulaires et promet d’apporter de précieuses clefs pour mieux comprendre certaines maladies. En effet, le vieillissement est la première cause d’apparition de nombreuses affections comme les cancers, les maladies cardiovasculaires et métaboliques ou les maladies neurodégénératives tels que les syndromes d’Alzheimer et de Parkinson.

Immuno-oncology of human prostate cancer : phenotypical characterization and study of the tumor-derived, androgen-regulated immunosuppressive microenvironment

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes canadiens et la troisième cause de décès relié au cancer. Lorsque diagnostiqué à un stade précoce de la maladie, le cancer de la prostate est traité de manière curative par chirurgie et radiothérapie. Par contre, les thérapies actuelles ne peuvent éradiquer la maladie lorsqu’elle progresse à des stades avancés. Ces thérapies, comme la chimiothérapie et l’hormonothérapie, demeurent donc palliatives. Il est primordial d’optimiser de nouvelles thérapies visant l’élimination des cellules cancéreuses chez les patients atteints des stades avancés de la maladie. Une de ces nouvelles options thérapeutiques est l’immunothérapie. L’immunothérapie du cancer a fait des progrès considérables durant les dernières années. Cependant, les avancements encourageants obtenus lors d’essais précliniques ne se sont pas encore traduits en des résultats cliniques significatifs. En ce qui concerne le cancer de la prostate, les résultats négligeables suivants des interventions immunothérapeutiques peuvent être causés par le fait que la plupart des études sur le microenvironnement immunologique furent effectuées chez des modèles animaux. De plus la majorité des études sur l’immunologie tumorale humaine furent effectuées chez des patients atteints d’autres cancers, tels que le mélanome, et non chez les patients atteints du cancer de la prostate. Donc, le but central de cette thèse de doctorat est d’étudier le microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate afin de mieux définir les impacts de la tumeur sur le développement de la réponse immunitaire antitumorale. Pour réaliser ce projet, nous avons établi deux principaux objectifs de travail : (i) la caractérisation précise des populations des cellules immunitaires infiltrant la tumeur primaire et les ganglions métastatiques chez les patients atteints du cancer de la prostate; (ii) l’identification et l’étude des mécanismes immunosuppressifs exprimés par les cellules cancéreuses de la prostate. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent que la progression du cancer de la prostate est associée au développement d’un microenvironnement immunosuppressif qui, en partie, est régulé par la présence des androgènes. L’étude initiale avait comme but la caractérisation du microenvironnement immunologique des ganglions drainant la tumeur chez des patients du cancer de la prostate. Les résultats présentés dans le chapitre III nous a permis de démontrer que les ganglions métastatiques comportent des signes cellulaires et histopathologiques associés à une faible réactivité immunologique. Cette immunosuppression ganglionnaire semble dépendre de la présence des cellules métastatiques puisque des différences immunologiques notables existent entre les ganglions non-métastatiques et métastatiques chez un même patient. La progression du cancer de la prostate semble donc associée au développement d’une immunosuppression affectant les ganglions drainant la tumeur primaire. Par la suite, nous nous sommes intéressés à l’impact de la thérapie par déplétion des androgènes (TDA) sur le microenvironnement immunologique de la tumeur primaire. La TDA est associée à une augmentation marquée de l’inflammation prostatique. De plus, les protocoles d’immunothérapies pour le cancer de la prostate actuellement évalués en phase clinique sont dirigés aux patients hormonoréfractaires ayant subi et échoué la thérapie. Cependant, peu d’information existe sur la nature de l’infiltrat de cellules immunes chez les patients castrés. Il est donc essentiel de connaître la nature de cet infiltrat afin de savoir si celui-ci peut répondre de manière favorable à une intervention immunothérapeutique. Dans le chapitre IV, je présente les résultats sur l’abondance des cellules immunes infiltrant la tumeur primaire suivant la TDA. Chez les patients castrés, les densités de lymphocytes T CD3+ et CD8+ ainsi que des macrophages CD68+ sont plus importantes que chez les patients contrôles. Nous avons également observé une corrélation entre la densité de cellules NK et une diminution du risque de progression de la maladie (rechute biochimique). Inversement, une forte infiltration de macrophages est associée à un plus haut risque de progression. Conjointement, durant cette étude, nous avons développé une nouvelle approche informatisée permettant la standardisation de la quantification de l’infiltrat de cellules immunes dans les échantillons pathologiques. Cette approche facilitera la comparaison d’études indépendantes sur la densité de l’infiltrat immun. Ces résultats nous ont donc permis de confirmer que les effets pro-inflammatoires de la TDA chez les patients du cancer de la prostate ciblaient spécifiquement les lymphocytes T et les macrophages. L’hypothèse intéressante découlant de cette étude est que les androgènes pourraient réguler l’expression de mécanismes immunosuppressifs dans la tumeur primaire. Dans le chapitre V, nous avons donc étudié l’expression de mécanismes immunosuppressifs par les cellules cancéreuses du cancer de la prostate ainsi que leur régulation par les androgènes. Notre analyse démontre que les androgènes augmentent l’expression de molécules à propriétés immunosuppressives telles que l’arginase I et l’arginase II. Cette surexpression dépend de l’activité du récepteur aux androgènes. Chez les patients castrés, l’expression de l’arginase II était diminuée suggérant une régulation androgénique in vivo. Nous avons observé que l’arginase I et l’arginase II participent à la prolifération des cellules du cancer de la prostate ainsi qu’à leur potentiel immunosuppressif. Finalement, nous avons découvert que l’expression de l’interleukin-8 était aussi régulée par les androgènes. De plus, l’interleukin-8, indépendamment des androgènes, augmente l’expression de l’arginase II. Ces résultats confirment que les androgènes participent au développement d’une microenvironnement immunosuppressif dans le cancer de la prostate en régulant l’expression de l’arginase I, l’arginase II et l’interleukin-8. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse témoignent du caractère unique du microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate. Nos travaux ont également permis d’établir de nouvelles techniques basées sur des logiciels d’analyse d’image afin de mieux comprendre le dialogue entre la tumeur et le système immunitaire chez les patients. Approfondir les connaissances sur les mécanismes de régulation du microenvironnement immunologique chez les patients atteint du cancer de la prostate permettra d’optimiser des immunothérapies mieux adaptées à éradiquer cette maladie.

La sélectivité fonctionnelle des ligands du récepteur delta opiacé

Les récepteurs couplés aux protéines GRCPG sont une des plus grandes familles de récepteur membranaire codifié par le génome humain et certainement la plus grande famille de récepteurs. Localisés au niveau des membranes plasmiques, ils sont responsables d’une grande variété de réponses cellulaires. L’activation de ces derniers par des ligands était traditionnellement associée à un changement de conformation de la protéine, passant d’un état inactif à un état actif. Toutefois, certaines observations entraient en contradiction avec cette théorie et laissaient supposer la présence de plusieurs conformations actives du récepteur. Ces différentes conformations pouvaient être actives pour certaines voies de signalisation ou de régulation et inactives pour d’autres. Ce phénomène, initialement appelé agoniste dirigé ou « biased agonism », est maintenant décrit comme étant la sélectivité fonctionnelle des ligands des RCPG. Cette sélectivité des voies de signalisation et de régulation permettrait en théorie de développer des ligands capables de cibler seulement les voies de signalisation et de régulation responsable des effets thérapeutiques sans activer les voies responsables des effets secondaires ou indésirables. Le récepteur delta opiacé (DOR) est un RCPG impliqué dans la gestion de la douleur chronique. L’action analgésique de ses ligands est toutefois soumise à un effet de tolérance produite lors de leur utilisation à long terme. Cet effet secondaire limite l’utilisation thérapeutique de ces médicaments. Cette thèse s’est donc intéressée à la sélectivité fonctionnelle des ligands du DOR afin d’évaluer la possibilité de réduire les effets de tolérance produits par ces molécules. En premier lieu, nous avons déterminé que le DOR peut être stabilisé dans plusieurs conformations actives dépendantes du ligand qui le lie et ces conformations possèdent différents profils d’activation des voies de signalisation et de régulation. En deuxième lieu, nous avons déterminé que les différents ligands du DOR stabilisent des conformations du complexe récepteur/protéine G qui ne concordent pas avec la théorie des récepteurs à deux états, suggérant plutôt la présence d’une multitude de conformations actives. Finalement, nous avons démontré que ces différentes conformations interagissaient de façon distincte avec les protéines de régulation des RCPG; le ligand favorisant le retour du récepteur à la membrane produisant moins de désensibilisation et moins de tolérance aiguë à l’analgésie que le ligand favorisant la séquestration du récepteur à l’intérieur de la cellule. Les résultats de cette thèse démontrent que la sélectivité fonctionnelle des ligands opiacés pourrait être utilisée dans le développement de nouveau analgésique produisant moins de tolérance.

Modularisation épistatique des loci à trait quantitatif associés à la pression artérielle et identification de gènes candidats pour l’hypertension

Problématique: L’hypertension artérielle essentielle, facteur de risque majeur dans le développement des maladies cardiovasculaires, est un trait multigénique complexe dont les connaissances sur le déterminisme génétique nécessitent d’être approfondies. De nombreux loci à trait quantitatif (QTLs); soit des gènes responsables de faire varier la pression artérielle (PA), ont été identifiés chez l’humain et le modèle animal. Cependant, le mystère plane encore sur la façon dont ces gènes fonctionnent ensemble pour réguler la PA. Hypothèse et objectif: Plutôt qu’une addition de QTLs ayant chacun une action infinitésimale sur la PA, une interaction épistatique entre les gènes serait responsable du phénotype hypertendu. Ainsi, l’étude de cette épistasie entre les gènes impliqués, directement ou indirectement, dans l’homéostasie de la PA nous permettrait d’explorer de nouvelles voies de régulation moléculaire en cause dans cette maladie. Méthodes: Via la réalisation de souches congéniques de rats, où un segment chromosomique provenant d’une souche receveuse hypertendue (Dahl Salt Sensitive, SS/Jr) est remplacé par son homologue provenant d’une souche donneuse normotendue (Lewis, LEW), des QTLs peuvent être mis en évidence. Dans ce contexte, la combinaison de QTLs via la création de doubles ou multiples congéniques constitue la première démonstration fonctionnelle des interactions intergéniques. Résultats: Vingt-sept combinaisons au total nous ont menés à l’appréciation d’une modularisation des QTLs. Ces derniers ont été catégorisés selon deux principaux modules épistatiques (EMs) où les QTLs appartenant à un même EM sont épistatiques entre eux et participent à une même voie régulatrice. Les EMs/cascades agissent alors en parallèle pour réguler la PA. Grâce à l’existence de QTLs ayant des effets opposés sur la PA, nous avons pu établir l’ordre hiérarchique entre trois paires de QTLs. Cependant, lorsque cette suite régulatrice ne peut être déterminée, d’autres approches sont nécessaires. Nos travaux nous ont mené à l’identification d’un QTL situé sur le chromosome 16 du rat (C16QTL), appartenant au EM1 et qui révélerait une nouvelle voie de l’homéostasie de la PA. Le gène retinoblastoma-associated protein 140 (Rap140)/family with sequence similarity 208 member A (Fam208a), présentant une mutation non synonyme entre SS/Jr et LEW est le gène candidat le plus plausible pour représenter C16QTL. Celui-ci code pour un facteur de transcription et semblerait influencer l’expression de Solute carrier family 7 (cationic amino acid transporter, y+ system) member 12 (Slc7a12), spécifiquement et significativement sous exprimé dans les reins de la souche congénique portant C16QTL par rapport à la souche SS/Jr. Rap140/Fam208a agirait comme un inhibiteur de la transcription de Slc7a12 menant à une diminution de la pression chez Lewis. Conclusions: L’architecture complexe de la régulation de la PA se dévoile mettant en scène de nouveaux acteurs, pour la plupart inconnus pour leur implication dans la PA. L’étude de la nouvelle voie de signalisation Rap140/Fam208a - Slc7a12 nous permettra d’approfondir nos connaissances quant à l’homéostasie de la pression artérielle et de l’hypertension chez SS/Jr. À long terme, de nouveaux traitements anti-hypertenseurs, ciblant plus d’une voie de régulation à la fois, pourraient voir le jour.

Biofilm formation as a novel phenotypic feature of adherent-invasive Escherichia coli (AIEC)

Crohn's disease (CD) is a high morbidity chronic inflammatory disorder of unknown aetiology. Adherent-invasive Escherichia coli (AIEC) has been recently implicated in the origin and perpetuation of CD. Because bacterial biofilms in the gut mucosa are suspected to play a role in CD and biofilm formation is a feature of certain pathogenic E. coli strains, we compared the biofilmformation capacity of 27 AIEC and 38 non-AIEC strains isolated from the intestinal mucosa. Biofilmformation capacity was then contrasted with the AIEC phenotype, the serotype, the phylotype, andthe presence of virulence genes. Results: Specific biofilm formation (SBF) indices were higher amongst AIEC than non-AIEC strains(P = 0.012). In addition, 65.4% of moderate to strong biofilms producers were AIEC, whereas74.4% of weak biofilm producers were non-AIEC (P = 0.002). These data indicate that AIEC strainswere more efficient biofilm producers than non-AIEC strains. Moreover, adhesion (P = 0.009) andinvasion (P = 0.003) indices correlated positively with higher SBF indices. Additionally, motility(100%, P < 0.001), H1 type flagellin (53.8%, P < 0.001), serogroups O83 (19.2%, P = 0.008) and O22(26.9%, P = 0.001), the presence of virulence genes such as sfa/focDE (38.5%, P = 0.003) and ibeA(26.9%, P = 0.017), and B2 phylotype (80.8%, P < 0.001) were frequent characteristics amongstbiofilm producers.Conclusion: The principal contribution of the present work is the finding that biofilm formationcapacity is a novel, complementary pathogenic feature of the recently described AIEC pathovar. Characterization of AIEC specific genetic determinants, and the regulatory pathways, involved in biofilm formation will likely bring new insights into AIEC pathogenesis

Free radicals, metals and antioxidants in oxidative stress-induced cancer

Oxygen-free radicals, more generally known as reactive oxygen species (ROS) along with reactive nitrogen species (RNS) are well recognised for playing a dual role as both deleterious and beneficial species. The "two-faced" character of ROS is substantiated by growing body of evidence that ROS within cells act as secondary messengers in intracellular signalling cascades, which induce and maintain the oncogenic phenotype of cancer cells, however, ROS can also induce cellular senescence and apoptosis and can therefore function as anti-tumourigenic species. The cumulative production of ROS/RNS through either endogenous or exogenous insults is termed oxidative stress and is common for many types of cancer cell that are linked with altered redox regulation of cellular signalling pathways. Oxidative stress induces a cellular redox imbalance which has been found to be present in various cancer cells compared with normal cells; the redox imbalance thus may be related to oncogenic stimulation. DNA mutation is a critical step in carcinogenesis and elevated levels of oxidative DNA lesions (8-OH-G) have been noted in various tumours, strongly implicating such damage in the etiology of cancer. It appears that the DNA damage is predominantly linked with the initiation process. This review examines the evidence for involvement of the oxidative stress in the carcinogenesis process. Attention is focused on structural, chemical and biochemical aspects of free radicals, the endogenous and exogenous sources of their generation, the metal (iron, copper, chromium, cobalt, vanadium, cadmium, arsenic, nickel)-mediated formation of free radicals (e.g. Fenton chemistry), the DNA damage (both mitochondrial and nuclear), the damage to lipids and proteins by free radicals, the phenomenon of oxidative stress, cancer and the redox environment of a cell, the mechanisms of carcinogenesis and the role of signalling cascades by ROS; in particular. ROS activation of AP-1 (activator protein) and NF-kappa B (nuclear factor kappa B) signal transduction pathways, which, in turn lead to the transcription of genes involved in cell growth regulatory pathways. The role of enzymatic (superoxide dismutase (Cu. Zn-SOD. Mn-SOD), catalase, glutathione peroxidase) and non-enzymatic antioxidants (Vitamin C, Vitamin E, carotenoids, thiol antioxidants (glutathione, thioredoxin and lipoic acid), flavonoids, selenium and others) in the process of careinogenesis as well as the antioxidant interactions with various regulatory factors, including Ref-1, NF-kappa B, AP-1 are also reviewed. 2006 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Evolution of immune systems: specificity and autoreactivity

Multicellularity evolved well before 600 million years ago, and all multicellular animals have evolved since then with the need to protect against pathogens. There is no reason to expect their immune systems to be any less sophisticated than ours. The vertebrate system, based on rearranging immunoglobulin-superfamily domains, appears to have evolved partly as a result of chance insertion of RAG genes by horizontal transfer. Remarkably sophisticated systems for expansion of immunological repertoire have evolved in parallel in many groups of organisms. Vaccination of invertebrates against commercially important pathogens has been empirically successful, and suggests that the definition of an adaptive and innate immune system should no longer depend on the presence of memory and specificity, since these terms are hard to define in themselves. The evolution of randomly-created immunological repertoire also carries with it the potential for generating autoreactive specificities and consequent autoimmune damage.While invertebrates may use systems analogous to ours to control autoreactive specificities, they may have evolved alternative mechanisms which operate either at the level of individuals-within-populations rather than cells-within-individuals, by linking self-reactive specificities to regulatory pathways and non-self-reactive to effector pathways.

Inflame my heart (by p38-MAPK).

Although many studies have explored the stimuli which promote hypertrophic growth or death in cardiac myocytes and the signaling pathways which they activate, the mechanisms by which these pathways promote the pathophysiological responses are still obscure. The mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascades (in which MAPKs are phosphorylated and activated by upstream MAPK kinases [MKKs] which are, in turn, phosphorylated and activated by MKK kinases [MKKKs]) were identified in the early- to mid-1990s as potentially key regulatory pathways in cardiac myocyte pathophysiology.1,2 The principal MAPKs investigated in cardiac myocytes are the extracellular signal-regulated kinases 1/2 (ERK1/2), c-Jun N-terminal kinases (JNKs), and p38-MAPKs. ERK1/2 are potently activated by hypertrophic stimuli, whereas JNKs and p38-MAPKs are potently activated by cellular stresses (eg, oxidative stress). However, there is cross-talk such that JNKs and p38-MAPKs are activated by hypertrophic stimuli and ERK1/2 are activated by cellular stresses, and the contribution of each pathway to the overall cardiac myocyte response is not entirely clear. MAPKs phosphorylate a number of known transcription factors to alter their transactivating activities thus, presumably, influencing gene expression to elicit the cellular response.3 Nevertheless, the immediate consequences (ie, the transcription factors which are phosphorylated) and downstream consequences (ie, genes with altered expression) of MAPK signaling in the heart or specifically in cardiac myocytes are still largely unknown. To start to address this issue for the p38-MAPK pathway in the (rat) heart (Figure), Tenhunen et al4 directly injected adenoviruses encoding wild-type (WT) p38-MAPKα together …

Interaction of plant growth regulators and reactive oxygen species to regulate petal senescence in wallflowers (Erysimum linifolium)

Background In many species floral senescence is coordinated by ethylene. Endogenous levels rise, and exogenous application accelerates senescence. Furthermore, floral senescence is often associated with increased reactive oxygen species, and is delayed by exogenously applied cytokinin. However, how these processes are linked remains largely unresolved. Erysimum linifolium (wallflower) provides an excellent model for understanding these interactions due to its easily staged flowers and close taxonomic relationship to Arabidopsis. This has facilitated microarray analysis of gene expression during petal senescence and provided gene markers for following the effects of treatments on different regulatory pathways. Results In detached Erysimum linifolium (wallflower) flowers ethylene production peaks in open flowers. Furthermore senescence is delayed by treatments with the ethylene signalling inhibitor silver thiosulphate, and accelerated with ethylene released by 2-chloroethylphosphonic acid. Both treatments with exogenous cytokinin, or 6-methyl purine (which is an inhibitor of cytokinin oxidase), delay petal senescence. However, treatment with cytokinin also increases ethylene biosynthesis. Despite the similar effects on senescence, transcript abundance of gene markers is affected differentially by the treatments. A significant rise in transcript abundance of WLS73 (a putative aminocyclopropanecarboxylate oxidase) was abolished by cytokinin or 6-methyl purine treatments. In contrast, WFSAG12 transcript (a senescence marker) continued to accumulate significantly, albeit at a reduced rate. Silver thiosulphate suppressed the increase in transcript abundance both of WFSAG12 and WLS73. Activity of reactive oxygen species scavenging enzymes changed during senescence. Treatments that increased cytokinin levels, or inhibited ethylene action, reduced accumulation of hydrogen peroxide. Furthermore, although auxin levels rose with senescence, treatments that delayed early senescence did not affect transcript abundance of WPS46, an auxin-induced gene. Conclusions A model for the interaction between cytokinins, ethylene, reactive oxygen species and auxin in the regulation of floral senescence in wallflowers is proposed. The combined increase in ethylene and reduction in cytokinin triggers the initiation of senescence and these two plant growth regulators directly or indirectly result in increased reactive oxygen species levels. A fall in conjugated auxin and/or the total auxin pool eventually triggers abscission.

Identification of an Operon, Pil-Chp, That Controls Twitching Motility and Virulence in Xylella fastidiosa

Xylella fastidiosa is an important phytopathogenic bacterium that causes many serious plant diseases, including Pierce`s disease of grapevines. Disease manifestation by X. fastidiosa is associated with the expression of several factors, including the type IV pili that are required for twitching motility. We provide evidence that an operon, named Pil-Chp, with genes homologous to those found in chemotaxis systems, regulates twitching motility. Transposon insertion into the pilL gene of the operon resulted in loss of twitching motility (pilL is homologous to cheA genes encoding kinases). The X. fastidiosa mutant maintained the type IV pili, indicating that the disrupted pilL or downstream operon genes are involved in pili function, and not biogenesis. The mutated X. fastidiosa produced less biofilm than wild-type cells, indicating that the operon contributes to biofilm formation. Finally, in planta the mutant produced delayed and less severe disease, indicating that the Pil-Chp operon contributes to the virulence of X. fastidiosa, presumably through its role in twitching motility.