Étude des déterminants moléculaires de la signalisation des récepteurs couplés aux protéines G et développement d'outils pour l'étude de l'effecteur bêta-arrestine.

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) constituent la plus grande famille de protéines membranaires du génome humain. Ils transmettent les signaux extracellulaires provenant de plusieurs stimuli comme les odeurs, les ions, les hormones et les neurotransmetteurs, à l'intérieur des cellules. En se liant aux RCPGs, ces molécules contribuent à la stabilisation des changements conformationnels activateurs qui se propagent jusqu'au domaine intracellulaire des récepteurs. Ces derniers engagent ensuite un ou plusieurs effecteurs, comme les protéines G hétérotrimériques et les β-arrestines (βarrs), qui activent une cascade d'événements moléculaires menant à la réponse cellulaire.Récemment, la publication de structures cristallines de RCPGs liant des ligands diffusibles a offert une opportunité de raffiner à une résolution atomique les modèles des mécanismes de transduction des signaux. Dans la première partie de cette thèse, nous avons donc exploré les déterminants de la signalisation du récepteur prototypique β2-adrénergique (β2AR), induite par les β-bloqueurs. En ne tenant compte que de leur efficacités sur le β2AR dans les voies de l'adénylate cyclase (AC) et des protéines kinases activées par les facteurs mitogéniques (MAPK), les β-bloqueurs peuvent être classés en 3 groupes distincts (agoniste inverse AC / agoniste MAPK, antagoniste neutre AC / agoniste MAPK et agoniste inverse AC / agoniste inverse MAPK). Afin de déterminer le lien entre leur efficacité et leur mode de liaison, nous avons réalisé des expériences d'arrimages moléculaires in silico entre des β-bloqueurs de chacun des groupes et la structure cristalline du β2AR liée au carazolol. De manière intéressante, les ligands à l'intérieur d'un groupe partagent un mode de liaison, alors que ceux des ligands entre les groupes divergent, suggérant que le mode de liaison des β-bloqueurs pourrait être utilisé pour prédire leur l'efficacité. En accord avec cette hypothèse, nous avons prédit et confirmé l'efficacité agoniste MAPK du carazolol, un inverse agoniste AC du β2AR se liant au récepteur de manière similaire au groupe inverse agoniste AC / agoniste MAPK. De manière intéressante, le groupement aryl des ligands agonistes inverses agonistes AC / agoniste MAPK, le seul groupement chimique variable de ce groupe, est prédite pour lier la région des 3e et 5e hélices transmembranaires (TM3 et TM5). Nous avons donc émis l'hypothèse que cette région pourrait être un déterminant de l'efficacité de ces ligands. En accord avec cette dernière, la mutation de 2 résidus (T118I, S203A) localisés proches du site de liaison des groupements aryls des β-bloqueurs, prévient l'efficacité agoniste inverse de l'ICI-118551 sur la voie de l'AC sans affecter l'efficacité d'un agoniste, indiquant que cette région est importante pour la transmission de l'effet agoniste inverse, du moins sur la voie de l'AC. Les βarrs sont des protéines d'échafaudage qui coordonnent la formation de complexes avec plusieurs dizaines d'effecteurs de signalisation. Originalement identifiées pour leur rôle dans la désensibilisation et l'internalisation des RCPGs, elles sont aussi d'importants effecteurs de la signalisation des RCPGs indépendante des protéines G hétérotrimériques. Cependant, contrairement aux protéines G hétérotrimériques, il n'existe que peu d'outils pour les étudier. Ainsi, la deuxième partie de la thèse est dédiée au développement d'outils pour l'étude des βarrs. À cette fin, nous avons d'abord tenté de transposer une méthode de mesure de l'interaction entre 2 protéines par la technologie de transfert d'énergie de bioluminescence par résonance (BRET) en microscopie et chez des souris transgéniques afin de mesurer de manière subcellulaire et dans un contexte natif l'engagement de la βarr à des RCPGs. Ainsi, nous avons établi les preuves de principe que le BRET peut être utilisé pour localiser l'interaction entre la βarr et le récepteur de la vasopressine de type 2 (V2R) sur une cellule au microscope et pour détecter l'interaction entre la βarr et le β2AR sur des tissus de souris transgéniques exprimant ces protéines fusionnées avec des partenaires BRET. Finalement, il n'existe aucun inhibiteur pharmacologique ciblant les βarrs. Ainsi, grâce à la combinaison d'approches de criblage virtuel sur un modèle de la structure des βarrs et d'essais de validation cellulaire, nous avons développé un inhibiteur pharmacologique des βarrs. À l'aide de cet outil, nous avons confirmé l'implication des βarrs dans l'activation des MAPK par le V2R, mais aussi montré un nouveau rôle des βarrs dans le recyclage du β2AR. Les connaissances et outils développés dans cette thèse permettront de mieux comprendre les déterminants moléculaires de la signalisation des RCPGs et entre autres, grâce à des nouvelles approches pour étudier le rôle cellulaire et physiologique des βarrs.

An Ethic of Connectedness: Book Review of The Connected Self: The Ethics and Governance of the Genetic Individual

Compte-rendu / Review

Régulation du facteur de transcription FOXK1 par O-GlcNAcylation : implications dans la différenciation adipocytaire

Les modifications post-traductionnelles telles que la phosphorylation, l’OGlcNAcylation et l’ubiquitination jouent des rôles critiques dans la coordination des fonctions protéiques et par conséquent influencent grandement de nombreux processus cellulaires. Il est à noter que ces modifications sont hautement dynamiques et finement regulées. Par exemple, l’ubiquitination peut être réversible via l’action des déubiquitinases comme le suppresseur de tumeurs BAP1. Parmis les gènes codant pour les déubiquitinases, BAP1 est la plus souvent mutée dans le cancer. Des études récentes ont démontré l’importance des dynamiques de modifications post-traductionnelles dans la régulation du complexe BAP1. En plus, BAP1 forme un complexe multi-protéiques contenant plusieurs régulateurs transcriptionnels comme la protéine polycomb OGT et les facteurs de transcription FOXK1 et FOXK2. OGT est une enzyme unique qui catalyze l’ajout d’un groupement O-GlcNAc sur ses substrats afin d’en moduler l’activité enzymatique, les interactions protéines-protéines et leur localisation cellulaire. Cette modification est aussi liée au métabolisme puisque son substrat donneur, l’UDP-GlcNAc, est dérivé de la voie biosynthétique des hexosamines. Parallèlement, FOXK1/2 ont aussi été démontrés comme étant critiques à des processus métaboliques telles que la myogenèse et l’autophagie. Lors de nos études, nous avons identifié FOXK1 comme un nouveau substrat d’OGT. De plus, les niveaux d’O-GlcNAcylation de FOXK1 fluctuent lors de l’entrée/sortie du cycle cellulaire. En outre, nous avons identifié l’importance de FOXK1 dans l’adipogenèse et observé que l’interaction FOXK1/BAP1 est affectée par le métabolisme cellulaire. En résumé, nos études ont révélé l’importance d’OGT dans la régulation de certaines composantes du complexe BAP1, ce qui aidera à la compréhension de l’effet suppresseur de tumeur de BAP1 ainsi que son mécanisme d'action dans différents processus tel que le remodelage de la chromatine.

Desarrollo de una aplicación de computador para analizar parámetros estadísticos genético-poblacionales de microsatélites en poblaciones humanas

La información y los datos genéticos que emanan hoy de las investigaciones del genoma humano demandan el desarrollo de herramientas informáticas capaces de procesar la gran cantidad de información disponible. La mayor cantidad de datos genéticos es el resultado de equipos que realizan el análisis simultáneo de cientos o miles de polimorfismos o variaciones genéticas, de nuevas técnicas de laboratorio de mayor rendimiento que, en conjunto, ofrecen una mayor disponibilidad de información en un corto espacio de tiempo. Esta problemática conduce a la necesidad de desarrollar nuevas herramientas informáticas capaces de lidiar con este mayor volumen de datos genéticos. En el caso de la genética de poblaciones, a pesar de que existen herramientas informáticas que permiten procesar y facilitar el análisis de los datos, estas tienen limitaciones como la falta de conocimiento de los usuarios de algunos lenguajes de programación para alimentar la información y otras herramientas informáticas no realizan todas las estimaciones que se requieren y otros presentan limitaciones en cuanto al número de datos que pueden incorporar o manejar. En algunos casos hay redundancia al tener que usarse dos o más herramientas para poder procesar un conjunto de datos de información genética. El presente trabajo tiene por objetivo el desarrollo de una herramienta informática basada en aplicaciones de computador comunes, en este caso Microsoft Excel® y que resuelva todos los problemas y las limitaciones descritas antes. El desarrollo del conjunto de subprogramas que constituyen a Lustro; permiten superar lo anterior, presentar los resultados en un ambiente sencillo, conocido y fácil de operar, simplificando de esta forma el proceso de adaptación del usuario del programa, sin entrenamiento previo, obteniéndose en corto tiempo el procesamiento de la información genética de interés.

Functional studies of the deubiquitinating enzymes USP19, USP4 and UCH-L1

El marcaje de proteínas con ubiquitina, conocido como ubiquitinación, cumple diferentes funciones que incluyen la regulación de varios procesos celulares, tales como: la degradación de proteínas por medio del proteosoma, la reparación del ADN, la señalización mediada por receptores de membrana, y la endocitosis, entre otras (1). Las moléculas de ubiquitina pueden ser removidas de sus sustratos gracias a la acción de un gran grupo de proteasas, llamadas enzimas deubiquitinizantes (DUBs) (2). Las DUBs son esenciales para la manutención de la homeostasis de la ubiquitina y para la regulación del estado de ubiquitinación de diferentes sustratos. El gran número y la diversidad de DUBs descritas refleja tanto su especificidad como su utilización para regular un amplio espectro de sustratos y vías celulares. Aunque muchas DUBs han sido estudiadas a profundidad, actualmente se desconocen los sustratos y las funciones biológicas de la mayoría de ellas. En este trabajo se investigaron las funciones de las DUBs: USP19, USP4 y UCH-L1. Utilizando varias técnicas de biología molecular y celular se encontró que: i) USP19 es regulada por las ubiquitin ligasas SIAH1 y SIAH2 ii) USP19 es importante para regular HIF-1α, un factor de transcripción clave en la respuesta celular a hipoxia, iii) USP4 interactúa con el proteosoma, iv) La quimera mCherry-UCH-L1 reproduce parcialmente los fenotipos que nuestro grupo ha descrito previamente al usar otros constructos de la misma enzima, y v) UCH-L1 promueve la internalización de la bacteria Yersinia pseudotuberculosis.

Análisis de los factores políticos que incidieron en la participación de los partidos kurdos PDK y UPK en la guerra de Irak 2003–2009

Este estudio de caso se enfoca en identificar cuales fueron los factores que motivaron la participación de los partidos kurdos PDK y UPK en la invasión a Irak 2003 – 2009. Con base en los supuestos teóricos de autores realistas K.Waltz, M. Ayoob y liberales y R. Keohane y J. Nye, se estudian las dinámicas y las interacciones que permitieron establecer un acercamiento con los Estados Unidos con un énfasis específico en los intereses políticos de los partidos kurdos. El kurdistán iraquí llega a ser el área clave para el acercamiento de la potencia a la zona y los intereses políticos permitieron establecer un escenario de cooperación e interdependencia, incrementando tanto la participación como la autonomía de los kurdos en las dinámicas del país y de la región.

Expression of FoxC, FoxF, FoxL1, and FoxQ1 genes in the dogfish scyliorhinus canicula defines ancient and derived roles for fox genes in vertebrate development

In the human genome, members of the FoxC, FoxF, FoxL1, and FoxQ1 gene families are found in two paralagous clusters. Here we characterize all four gene families in the dogfish Seyliorhinus canicula, a member of the cartilaginous fish lineage that diverged before the radiation of osteichthyan vertebrates. We identify two FoxC genes, two FoxF genes, and single FoxQ1 and FoxL1 genes, demonstrating cluster duplication preceded the radiation of gnathostomes. The expression of all six genes was analyzed by in situ hybridization. The results show conserved expression of FoxL1, FoxF, and FoxC genes in different compartments of the mesoderm and of FoxQ1 in pharyngeal endoderm and its derivatives, confirming these as ancient sites of Fox gene expression, and also illustrate multiple cases of lineage-specific expression domains. Comparison to invertebrate chordates shows that the majority of conserved vertebrate expression domains mark tissues that are part of the primitive chordate body plan.

On the structural differences between markers and genomic AC microsatellites

AC microsatellites have proved particularly useful as genetic markers. For some purposes, such as in population biology, the inferences drawn depend on the quantitative values of their mutation rates. This, together with intrinsic biological interest, has led to widespread study of microsatellite mutational mechanisms. Now, however, inconsistencies are appearing in the results of marker-based versus non-marker-based studies of mutational mechanisms. The reasons for this have not been investigated, but one possibility, pursued here, is that the differences result from structural differences between markers and genomic microsatellites. Here we report a comparison between the CEPH AC marker microsatellites and the global population of AC microsatellites in the human genome. AC marker microsatellites are longer than the global average. Controlling for length, marker microsatellites contain on average fewer interruptions, and have longer segments, than their genomic counterparts. Related to this, marker microsatellites show a greater tendency to concentrate the majority of their repeats into one segment. These differences plausibly result from scientists selecting markers for their high polymorphism. In addition to the structural differences, there are differences in the base composition of flanking sequences, marker flanking regions being richer in C and G and poorer in A and T. Our results indicate that there are profound differences between marker and genomic microsatellites that almost certainly affect their mutation rates. There is a need for a unified model of mutational mechanisms that accounts for both marker-derived and genomic observations. A suggestion is made as to how this might be done.

The challenges for molecular nutrition research 1: linking genotype to healthy nutrition

Nutrition science finds itself at a major crossroad. On the one hand we can continue the current path, which has resulted in some substantial advances, but also many conflicting messages which impair the trust of the general population, especially those who are motivated to improve their health through diet. The other road is uncharted and is being built over the many exciting new developments in life sciences. This new era of nutrition recognizes the complex relation between the health of the individual, its genome, and the life-long dietary exposure, and has lead to the realisation that nutrition is essentially a gene - environment interaction science. This review on the relation between genotype, diet and health is the first of a series dealing with the major challenges in molecular nutrition, analyzing the foundations of nutrition research. With the unravelling of the human genome and the linking of its variability to a multitude of phenotypes from " healthy'' to an enormously complex range of predispositions, the dietary modulation of these propensities has become an area of active research. Classical genetic approaches applied so far in medical genetics have steered away from incorporating dietary effects in their models and paradoxically, most genetic studies analyzing diet-associated phenotypes and diseases simply ignore diet. Yet, a modest but increasing number of studies are accounting for diet as a modulator of genetic associations. These range from observational cohorts to intervention studies with prospectively selected genotypes. New statistical and bioinformatics approaches are becoming available to aid in design and evaluation of these studies. This review discusses the various approaches used and provides concrete recommendations for future research.

New scientific paradigms for probiotics and prebiotics

The inaugural meeting of the International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) was held May 3 to May 5 2002 in London, Ontario, Canada. A group of 63 academic and industrial scientists from around the world convened to discuss current issues in the science of probiotics and prebiotics. ISAPP is a non-profit organization comprised of international scientists whose intent is to strongly support and improve the levels of scientific integrity and due diligence associated with the study, use, and application of probiotics and prebiotics. In addition, ISAPP values its role in facilitating communication with the public and healthcare providers and among scientists in related fields on all topics pertinent to probiotics and prebiotics. It is anticipated that such efforts will lead to development of approaches and products that are optimally designed for the improvement of human and animal health and well being. This article is a summary of the discussions, conclusions, and recommendations made by 8 working groups convened during the first ISAPP workshop focusing on the topics of: definitions, intestinal flora, extra-intestinal sites, immune function, intestinal disease, cancer, genetics and genomics, and second generation prebiotics. Humans have evolved in symbiosis with an estimated 1014 resident microorganisms. However, as medicine has widely defined and explored the perpetrators of disease, including those of microbial origin, it has paid relatively little attention to the microbial cells that constitute the most abundant life forms associated with our body. Microbial metabolism in humans and animals constitutes an intense biochemical activity in the body, with profound repercussions for health and disease. As understanding of the human genome constantly expands, an important opportunity will arise to better determine the relationship between microbial populations within the body and host factors (including gender, genetic background, and nutrition) and the concomitant implications for health and improved quality of life. Combined human and microbial genetic studies will determine how such interactions can affect human health and longevity, which communication systems are used, and how they can be influenced to benefit the host. Probiotics are defined as live microorganisms which, when administered in adequate amounts confer a health benefit on the host.1 The probiotic concept dates back over 100 years, but only in recent times have the scientific knowledge and tools become available to properly evaluate their effects on normal health and well being, and their potential in preventing and treating disease. A similar situation exists for prebiotics, defined by this group as non-digestible substances that provide a beneficial physiological effect on the host by selectively stimulating the favorable growth or activity of a limited number of indigenous bacteria. Prebiotics function complementary to, and possibly synergistically with, probiotics. Numerous studies are providing insights into the growth and metabolic influence of these microbial nutrients on health. Today, the science behind the function of probiotics and prebiotics still requires more stringent deciphering both scientifically and mechanistically. The explosion of publications and interest in probiotics and prebiotics has resulted in a body of collective research that points toward great promise. However, this research is spread among such a diversity of organisms, delivery vehicles (foods, pills, and supplements), and potential health targets such that general conclusions cannot easily be made. Nevertheless, this situation is rapidly changing on a number of important fronts. With progress over the past decade on the genetics of lactic acid bacteria and the recent, 2,3 and pending, 4 release of complete genome sequences for major probiotic species, the field is now armed with detailed information and sophisticated microbiological and bioinformatic tools. Similarly, advances in biotechnology could yield new probiotics and prebiotics designed for enhanced or expanded functionality. The incorporation of genetic tools within a multidisciplinary scientific platform is expected to reveal the contributions of commensals, probiotics, and prebiotics to general health and well being and explicitly identify the mechanisms and corresponding host responses that provide the basis for their positive roles and associated claims. In terms of human suffering, the need for effective new approaches to prevent and treat disease is paramount. The need exists not only to alleviate the significant mortality and morbidity caused by intestinal diseases worldwide (especially diarrheal diseases in children), but also for infections at non-intestinal sites. This is especially worthy of pursuit in developing nations where mortality is too often the outcome of food and water borne infection. Inasmuch as probiotics and prebiotics are able to influence the populations or activities of commensal microflora, there is evidence that they can also play a role in mitigating some diseases. 5,6 Preliminary support that probiotics and prebiotics may be useful as intervention in conditions including inflammatory bowel disease, irritable bowel syndrome, allergy, cancer (especially colorectal cancer of which 75% are associated with diet), vaginal and urinary tract infections in women, kidney stone disease, mineral absorption, and infections caused by Helicobacter pylori is emerging. Some metabolites of microbes in the gut may also impact systemic conditions ranging from coronary heart disease to cognitive function, suggesting the possibility that exogenously applied microbes in the form of probiotics, or alteration of gut microecology with prebiotics, may be useful interventions even in these apparently disparate conditions. Beyond these direct intervention targets, probiotic cultures can also serve in expanded roles as live vehicles to deliver biologic agents (vaccines, enzymes, and proteins) to targeted locations within the body. The economic impact of these disease conditions in terms of diagnosis, treatment, doctor and hospital visits, and time off work exceeds several hundred billion dollars. The quality of life impact is also of major concern. Probiotics and prebiotics offer plausible opportunities to reduce the morbidity associated with these conditions. The following addresses issues that emerged from 8 workshops (Definitions, Intestinal Flora, Extra-Intestinal Sites, Immune Function, Intestinal Disease, Cancer, Genomics, and Second Generation Prebiotics), reflecting the current scientific state of probiotics and prebiotics. This is not a comprehensive review, however the study emphasizes pivotal knowledge gaps, and recommendations are made as to the underlying scientific and multidisciplinary studies that will be required to advance our understanding of the roles and impact of prebiotics, probiotics, and the commensal microflora upon health and disease management.