Linking epigenetics to lipid metabolism: focus on histone deacetylases.

A number of recent studies revealed that epigenetic modifications play a central role in the regulation of lipid and of other metabolic pathways such as cholesterol homeostasis, bile acid synthesis, glucose and energy metabolism. Epigenetics refers to aspects of genome functions regulated in a DNA sequence-independent fashion. Chromatin structure is controlled by epigenetic mechanisms through DNA methylation and histone modifications. The main modifications are histone acetylation and deacetylation on specific lysine residues operated by two different classes of enzymes: Histone acetyltransferases (HATs) and histone deacetylases (HDACs), respectively. The interaction between these enzymes and histones can activate or repress gene transcription: Histone acetylation opens and activates chromatin, while deacetylation of histones and DNA methylation compact chromatin making it transcriptionally silent. The new evidences on the importance of HDACs in the regulation of lipid and other metabolic pathways will open new perspectives in the comprehension of the pathophysiology of metabolic disorders.

Copy number variation and chromatin structure

The functional consequences of structural variation in the human genome range from adaptation, to phenotypic variation, to predisposition to diseases. Copy number variation (CNV) was shown to influence the phenotype by modifying, in a somewhat dose-dependent manner, the expression of genes that map within them, as well as that of genes located on their flanks. To assess the possible mechanism(s) behind this neighboring effect, we compared histone modification status of cell lines from patients affected by Williams-Beuren, Williams-Beuren region duplication, Smith-Magenis or DiGeorge Syndrome and control individuals using a high-throughput version of chromatin immuno-precipitation method (ChIP), called ChlP-seq. We monitored monomethylation of lysine K20 on histone H4 and trimethylation of lysine K27 on histone H3, as proxies for open and condensed chromatin, respectively. Consistent with the changes in expression levels observed for multiple genes mapping on the entire length of chromosomes affected by structural variants, we also detected regions with modified histone status between samples, up- and downstream from the critical regions, up to the end of the rearranged chromosome. We also gauged the intrachromosomal interactions of these cell lines utilizing chromosome conformation capture (4C-seq) technique. We observed that a set of genes flanking the Williams-Beuren Syndrome critical region (WBSCR) were often looping together, possibly forming an interacting cluster with each other and the WBSCR. Deletion of the WBSCR disrupts the expression of this group of flanking genes, as well as long-range interactions between them and the rearranged interval. We conclude, that large genomic rearrangements can lead to changes in the state of the chromatin spreading far away from the critical region, thus possibly affecting expression globally and as a result modifying the phenotype of the patients. - Les conséquences fonctionnelles des variations structurelles dans le génome humain sont vastes, allant de l'adaptation, en passant par les variations phénotypiques, aux prédispositions à certaines maladies. Il a été démontré que les variations du nombre de copies (CNV) influencent le phénotype en modifiant, d'une manière plus ou moins dose-dépendante, l'expression des gènes se situant à l'intérieur de ces régions, mais également celle des gènes se trouvant dans les régions flanquantes. Afin d'étudier les mécanismes possibles sous-jacents à cet effet de voisinage, nous avons comparé les états de modification des histones dans des lignées cellulaires dérivées de patients atteints du syndrome de Williams-Beuren, de la duplication de la région Williams-Beuren, du syndrome de Smith-Magenis ou du syndrome de Di- George et d'individus contrôles en utilisant une version haut-débit de la méthode d'immunoprécipitation de la chromatine (ChIP), appelée ChIP-seq. Nous avons suivi la mono-méthylation de la lysine K20 sur l'histone H4 et la tri-méthylation de la lysine K27 sur l'histone H3, marqueurs respectifs de la chromatine ouverte et fermée. En accord avec les changements de niveaux d'expression observés pour de multiples gènes tout le long des chromosomes affectés par les CNVs, nous avons aussi détecté des régions présentant des modifications d'histones entre les échantillons, situées de part et d'autre des régions critiques, jusqu'aux extrémités du chromosome réarrangé. Nous avons aussi évalué les interactions intra-chromosomiques ayant lieu dans ces cellules par l'utilisation de la technique de capture de conformation des chromosomes (4C-seq). Nous avons observé qu'un groupe de gènes flanquants la région critique du syndrome de Williams-Beuren (WBSCR) forment souvent une boucle, constituant un groupe d'interactions privilégiées entre ces gènes et la WBSCR. La délétion de la WBSCR perturbe l'expression de ce groupe de gènes flanquants, mais également les interactions à grande échelle entre eux et la région réarrangée. Nous en concluons que les larges réarrangements génomiques peuvent aboutir à des changements de l'état de la chromatine pouvant s'étendre bien plus loin que la région critique, affectant donc potentiellement l'expression de manière globale et ainsi modifiant le phénotype des patients.

Effect of endotoxin on the angiotensin II receptor in cultured vascular smooth muscle cells.

1. In some tissues, a decrease in the number of cell surface receptors and alterations of the receptor coupling have been proposed as possible mechanisms mediating the deleterious effects of bacterial endotoxin in septic shock. 2. The effects of bacterial lipopolysaccharide (Escherichia coli 0111-B4; LPS) on vascular angiotensin II and vasopressin receptors have been examined in cultured aortic smooth muscle cells (SMC) of the rat by use of radioligand binding techniques. 3. In vascular SMC exposed to 1 micrograms ml-1 endotoxin for 24 h, a significant increase in angiotensin II binding was found. The change in [125I]-angiotensin II binding corresponded to an increase in the number of receptors whereas the affinity of the receptors was not affected by LPS. In contrast, no change in [3H]-vasopressin binding was observed. 4. The pharmacological characterization of angiotensin II binding sites in control and LPS-exposed cells demonstrated that LPS induced an increase in the AT1 subtype of the angiotensin II receptors. Receptor coupling as evaluated by measuring total inositol phosphates was not impaired by LPS. 5. The effect of LPS on the angiotensin II receptor was dose-, time- and protein-synthesis dependent and was associated with an increased expression of the receptor gene. 6. The ability of LPS to increase angiotensin II binding in cultured vascular SMC was independent of the endotoxin induction of NO-synthase. 7. These results suggest that, besides inducing factors such as cytokines and NO-synthase, endotoxin may enhance the expression of cell surface receptors. The surprising increase in angiotensin II binding in LPS exposed VSM cells may represent an attempt by the cells to compensate for the decreased vascular responsiveness. It may also result from a non-specific LPS-related induction of genes.

Concerted action of ENaC, Nedd4-2, and Sgk1 in transepithelial Na(+) transport.

The epithelial Na(+) channel (ENaC), located in the apical membrane of renal aldosterone-responsive epithelia, plays an essential role in controlling the Na(+) balance of extracellular fluids and hence blood pressure. As of now, ENaC is the only Na(+) transport protein for which genetic evidence exists for its involvement in the genesis of both hypertension (Liddle's syndrome) and hypotension (pseudohypoaldosteronism type 1). The regulation of ENaC involves a variety of hormonal signals (aldosterone, vasopressin, insulin), but the molecular mechanisms behind this regulation are mostly unknown. Two regulatory proteins have gained interest in recent years: the ubiquitin-protein ligase neural precursor cell-expressed, developmentally downregulated gene 4 isoform Nedd4-2, which negatively controls ENaC cell surface expression, and serum glucocorticoid-inducible kinase 1 (Sgk1), which is an aldosterone- and insulin-dependent, positive regulator of ENaC density at the plasma membrane. Here, we summarize present ideas about Sgk1 and Nedd4-2 and the lines of experimental evidence, suggesting that they act sequentially in the regulatory pathways governed by aldosterone and insulin and regulate ENaC number at the plasma membrane.

Surface-expressed enolases of Plasmodium and other pathogens

Enolase is the eighth enzyme in the glycolytic pathway, a reaction that generates ATP from phosphoenol pyruvate in cytosolic compartments. Enolase is essential, especially for organisms devoid of the Krebs cycle that depend solely on glycolysis for energy. Interestingly, enolase appears to serve a separate function in some organisms, in that it is also exported to the cell surface via a poorly understood mechanism. In these organisms, surface enolase assists in the invasion of their host cells by binding plasminogen, an abundant plasma protease precursor. Binding is mediated by the interaction between a lysine motif of enolase with Kringle domains of plasminogen. The bound plasminogen is then cleaved by specific proteases to generate active plasmin. Plasmin is a potent serine protease that is thought to function in the degradation of the extracellular matrix surrounding the targeted host cell, thereby facilitating pathogen invasion. Recent work revealed that the malaria parasite Plasmodium also expresses surface enolase, and that this feature may be essential for completion of its life cycle. The therapeutic potential of targeting surface enolases of pathogens is discussed.

Analyse fonctionnelle et moléculaire d'un nouveau gène (VIT32) impliqué dans le mécanisme d'action de la vasopressine

Résumé Les mécanismes de régulation de la réabsorption fine du sodium dans la partie distale (tube distal et tube collecteur) du néphron ont un rôle essentiel dans le maintien de l'homéostasie de la composition ionique et du volume des fluides extracellulaires. Ces mécanismes permettent le maintien de la pression sanguine. Dans la cellule principale du tube collecteur cortical (CCD), le taux de réabsorption de sodium dépend essentiellement de l'activité du canal épithélial à sodium (ENaC) à la membrane apicale et de la pompe sodium-potassium-adénosine-triphosphatase (Na+-K±ATPase) à la membrane basolatérale. L'activité de ces deux molécules de transport est en partie régulée par des hormones dont l'aldostérone, la vasopressine et l'insuline. Dans les cellules principales de CCD, la vasopressine régule le transport de sodium en deux étapes : une étape précoce dite « non-génomique » et une étape tardive dite « génotnique ». Durant l'étape précoce, la vasopressine régule l'expression de gènes, dont certains peuvent être impliqués dans le transport de sodium, comme ENaC et la Na+ -K+ATP ase. Le but de mon travail a été d'étudier l'implication d'une protéine appelée VIP32 (vasopressin induced protein : VIP) dans le transport de sodium. L'expression de VIP32 est augmentée par la vasopressine dans les cellules principales de CCD. Dans l'ovocyte de Xenopus laevis utilisé comme système d'expression hétérologue, nous avons montré que l'expression de VIP32 provoque la maturation méiotique de l'ovocyte par l'activation de la voie des MAPK (mitogen-activated protein kinase : MAPK) et du facteur de promotion méiotique (MPF). La co-expression d'ENaC et de VIP32 diminue l'activité d'ENaC de façon sélective, par l'activation de la voie des MAPK, sans affecter l'expression du canal à la surface membranaire. Nous avons également montré que la régulation de l'activité d'ENaC par la voie des MAPK est dépendante du mécanisme de régulation d'ENaC lié à un motif du canal appelé PY. Ce motif est impliqué dans le contrôle de la probabilité d'ouverture ainsi que l'expression à la surface membranaire d'ENaC. Dans les cellules principales, VIP32 par l'activation de la voie des MAPK peut être impliqué dans la régulation négative du transport transépithélial qui a lieu après plusieurs heures de traitement à la vasopressine. Le tube collecteur de reins normaux présente un taux basal significatif d'activité de la voie MAPK MEK1/2-ERK1/2. Dans la lignée mpkCCDc14 de cellules principales de CCD de souris, que nous avons utilisé pour cette partie du travail, nous avons montré la présence d'un taux basal d'activité d'ERK1/2 (pERK1/2). L'aldostérone et la vasopressine, connus pour stimuler le courant sodique transépithélial dans le CCD, ne changeaient pas le taux basal de pERK1/2. Le transport de sodium transépithélial basal, ou stimulé par l'aldostérone ou la vasopressine est diminué par l'effet de PD98059, un inhibiteur de MEK1/2 qui diminue parallèlement le taux de pERK1/2. Nous avons également montré dans des cellules non stimulées, ou stimulées par de l'aldostérone ou de la vasopressine, que l'activité de la Na+-K+ ATPase, mais pas celle d'ENaC est inhibée par des traitements avec différents inhibiteurs de MEK1/2. Par un marquage de la Na±-K+ATPase à la surface membranaire nous avons montré que la voie d'ERK1/2 contrôle l'activité intrinsèque de la Na+-K+ ATPase, plutôt que son expression à la surface membranaire. Ces données ont montré que l'activité de la Na+-K+ATPase et le transport transépithélial de sodium sont contrôlés par l'activité basal et constitutive de la voie d'ERK1/2. Summary The regulation of sodium reabsorption in the distal nephron (distal tubule and cortical collecting duct) in the kidney plays an essential role in the control of extracellular fluids composition and volume, and thereby blood pressure. In the principal cell of the collecting duct (CCD), the level of sodium reabsorption mainlly depends on the activity of both epithlial sodium channel (ENaC) and sodium-potassium-adenosine-triphosphatase (Na+-K+ATPase). The activity of these two transporters is regulated by hormones especially aldosterone, vasopressin and insuline.In the principal cell of the CCD, vasopressin regulates sodium transport via a short-term effect and a late genomic effect. During the genomic effect vasopressin activates a complex network of vasopressin-dependent genes involved in the regulation of sodium transport as ENaC and Na+-K+ATPase. We were interested in the role of a recently identified vasopressin induced protein (VIP32) and its implication in the regulation of sodium transport in principal cell of the CCD. The Xenopus oocyte expression system revealed two functions : expressed alone VIP32 rapidly induces oocyte meiotic maturation through the activation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway and the meiotic promoting factor and when co-expressed with ENaC, V1P32 selectively dowrn-egulates channel activity, but not channel cell surface expression. We have shown that the ENaC downregulation mediated by the activation of the MAPK pathway is related to the PY motif of ENaC. This motif is implicated in ENaC cell surface expression and open probability regulation. In the kidney principal cell, VIP32 through the activation of MAPK pathway may be involved in the downregulation of transepithelial sodium transport observed within a few hours after vasopressin treatment. The collecting duct of normal kidney exhibits significant activity of the MEK1/2-ERK1/2 MAPK pathway. Using in vitro cultured mpkCCDc14 principal cells we have shown a significant basal level of ERK1/2 activity (pERK1/2). Aldosterone and vasopressin, known to upregulate sodium reabsorption in CCDs, did not change ERK1/2 activity. Basal and aldosterone- or vasopressin-stimulated sodium transport were downregulated by the MEK1/2 inhibitor PD98059 in parallel with a decrease in pERK1/2 in vitro. The activity of Na+-K+ATPase but not that of ENaC was inhibited by MEK1/2 inhibitors in both, unstimulated and aldosterone- or vasopressin-stimulated CCDs in vitro. Cell surface labelling showed that intrinsic activity rather than cell surface expression of Na+-K+ATPase was controlled by pERK1/2. Our data demonstrate that basal constitutive activity of ERK1/2 pathway controls Na+-K+ATPase activity and transepithelial sodium transport in the principal cell. Résumé tout public Les mécanismes de régulation de la réabsorption fine du sodium dans la partie distale du néphron (l'unité fonctionnelle du rein) ont un rôle essentiel dans le maintien de l'homéostasie de la composition et du volume des fluides extracellulaires. Ces mécanismes permettent de maintenir une pression sanguine effective. Dans les cellules principales du tube collecteur, une région spécifique du néphron distal, le transport de sodium dépend essentiellement de l'activité de deux transporteurs de sodium : le canal épithélial à sodium (ENaC) et la pompe sodium-potassium-adénosine-triphosphatase (Na+-K+ATPase). Afin de répondre aux besoins de l'organisme, l'activité de ces deux molécules de transport est en partie régulée par des hormones dont l'aldostérone, la vasopressine et l'insuline. Dans les cellules principales du tube collecteur, la vasopressine régule le transport de sodium en deux étapes : une étape rapide et une étape lente dite « génomique ». Durant l'étape lente, la vasopressine régule l'expression de gènes pouvant être impliqués dans le transport de sodium, dont notamment ceux d'ENaC et de la Na+-K+ATPase. Parmi les gènes dont l'expression est augmentée par la vasopressine, celui de VIP32 (vasopressin induced protein : VIP) fait l'objet de cette étude. Le but de mon travail a été d'étudier, dans un système d'expression hétérologue (l'ovocyte de Xenopus leavis), l'implication de VIP32 dans le transport de sodium. Nous avons montré que VIP32 est capable d'activer un mécanisme moléculaire en cascade appelé MAPK (mitogen-activated protein kinase : MAPK) et est aussi capable de diminuer l'activité d'ENaC. Parallèlement, dans une lignée de cellules principales de tube collecteur les mpkCCDc14, nous avons montré que le taux basal d'activité de la cascade MAPK est capable de réguler l'activité de la Na+-K+ATPase, tandis qu'il n'influence pas l'activité d'ENaC.

Phenotypic and molecular characterization of Bruck syndrome (Osteogenesis imperfecta with contractures of the large joints) caused by a recessive mutation in PLOD2

Le Syndrome de Bruck (Bruck Syndrome; BS) est une maladie autosomique récessive assemblant la combinaison inhabituelle de fragilité osseuse semblable à celle de l'Ostéogenèse Imparfaite (0I) avec des contractures congénitales tendineuses et cutanées des grandes articulations («ptérygia»). Les cas décrits jusqu'à ce jour mettent en évidence une grande hétérogénéité du tableau clinique, liée en partie au manque d'un diagnostic biochimique ou moléculaire. Nous savons que dans le BS les gènes codant pour le collagène 1 ne sont pas mutés, mais savons néanmoins, grâce à l'étude du collagène extrait de biopsies osseuses, qu'il y a un déficit d'hydroxylation des résidus de lysine dans les télopeptides du collagène 1 qui servent à la formation des liens intermoléculaires (crosslinks) et donc à la stabilisation des fibres de collagène. Un locus génétique du BS à été mappé sur 17q12, mais le gène responsable sur ce locus reste inconnu; plus récemment, deux mutations dans le gène de la lysyl hydroxylase 2 (PLOD2, position chromosomique 3q23-q24) ont été identifiées, démontrant l'hétérogénéité génétique du ES. La proportion de ES liée à 17p22 (BS type 1) et celle liée à une mutation dans PLOD2 (BS type 2) est encore incertaine et nous manquons de données sur la corrélation phenotype-génotype. Nous avons étudié le cas d'un garçon avec des contractures et des ptérygia dès la naissance, combinées à une ostéopénie sévère de type OI menant à des fractures multiples. Ses urines contenaient une quantité élevée d'hydroxyproline, indiquant un remaniement important du tissu osseux, mais peu de produits de dégradation des crosslinks du collagène, indiquant donc une réduction de la proportion de crosslinks dans le collagène in vivo. Nous avons pu démontrer chez lui la présence d'une nouvelle mutation homozygote dans le gène PLOD2 menant à une substitution Arg598His; les deux parents du sujet étaient hétérozygotes pour la mutation et celle-ci était absente dans notre population témoin. La mutation est adjacente aux deux mutations rapportées précédemment (Gly601Val et Thr608Ile), ce qui suggère la présence d'un ''hotspot'' mutationnel mais aussi d'une région de grande importance fonctionnelle sur PLOD2 : cette observation est importante pour la création d'inhibiteurs de PLOD2, recherchés en ce moment pour le traitement de la fibrose. La combinaison de ptérygia et de fragilité osseuse, comme illustrée par notre patient est apparemment contradictoire et donc difficilement explicable mais indique que l'hydroxylation des résidus lysyl des télopeptides est importante non seulement pour la stabilité osseuse mais aussi dans la morphogénèse et la formation des articulations dans la période prénatale. Finalement, la mesure des produits de dégradation du collagène dans l'urine et l'analyse de mutation de PLOD2 permet le diagnostic du syndrome de Bruck et permet de le différencier de l'Osteogénèse Imparfaite. -- Bruck syndrome (BS) is a recessively-inherited phenotypic disorder featuring the unusual combination of skeletal changes resembling osteogenesis imperfecta (0I) with congenital contractures of the large joints. Clinical heterogeneity is apparent in cases reported thus far. While the genes coding for collagen 1 chains are unaffected in BS, there is biochemical evidence for a defect in the hydroxylation of lysine residues in collagen 1 telopeptides. One BS locus has been mapped at 17p12, but more recently, two mutations in the lysyl hydroxylase 2 gene (PLOD2, 3q23-q24) have been identified in BS, showing genetic heterogeneity. The proportion of BS cases linked to 17p22 (BS type 1) or caused by mutations in PLOD2 (BS type 2) is still uncertain, and phenotypic correlations are lacking. We report on a boy who had congenital contractures with pterygia at birth and severe 0I-like osteopenia and multiple frac-tures. His urine contained high amounts of hydroxyproline but low amounts of collagen crosslinks degradation products; and he was shown to be homozygous for a novel mutation leading to an Arg598His substitution in PLOD2. The mutation is adjacent to the two mutations previously reported (Gly601Val and Thr608Ile), suggesting a functionally important hotspot in PLOD2. The combination of pterygia with bone fragility, as illustrated by this case, is difficult to explain; it suggests that telopeptide lysyl hydroxylation must be involved in prenatal joint formation and morphogenesis. Collagen degradation products in urine and mutation analysis ofPLOD2 maybe used to diagnose BS and differentiate it from M.

CHD8 associates with human Staf and contributes to efficient U6 RNA polymerase III transcription.

Chromatin remodeling and histone modification are essential for eukaryotic transcription regulation, but little is known about chromatin-modifying activities acting on RNA polymerase III (Pol III)-transcribed genes. The human U6 small nuclear RNA promoter, located 5' of the transcription start site, consists of a core region directing basal transcription and an activating region that recruits the transcription factors Oct-1 and Staf (ZNF143). Oct-1 activates transcription in part by helping recruit core binding factors, but nothing is known about the mechanisms of transcription activation by Staf. We show that Staf activates U6 transcription from a preassembled chromatin template in vitro and associates with several proteins linked to chromatin modification, among them chromodomain-helicase-DNA binding protein 8 (CHD8). CHD8 binds to histone H3 di- and trimethylated on lysine 4. It resides on the human U6 promoter as well as the mRNA IRF3 promoter in vivo and contributes to efficient transcription from both these promoters. Thus, Pol III transcription from type 3 promoters uses some of the same factors used for chromatin remodeling at Pol II promoters.

Nouveautés en médecine interne hospitalière 2007: perspective des chefs de clinique [Highlights 2007 in hospital-based internal medicine: the point of view from the chief residents]

L'année 2007 a été marquée par la publication de plusieurs études internationales concernant directement le quotidien de l'interniste hospitalier. Un résumé de ces travaux ne saurait être qu'un extrait condensé et forcément subjectif d'une croissante et dynamique diversité. Au gré de leurs lectures, de leurs intérêts et de leurs interrogations, les chefs de clinique du Service de médecine interne vous proposent ainsi un parcours original revisitant les thèmes de l'insuffisance cardiaque, du diabète, de l'endocardite, de la BPCO ou de la qualité des soins. Cette variété de sujets illustre à la fois le vaste champ couvert par la médecine interne actuelle, ainsi que les nombreuses incertitudes liées à la pratique médicale moderne basée sur les preuves. In 2007, several international studies brought useful information for the daily work of internists in hospital settings. This summary is of course subjective but reflects the interests and questions of the chief residents of the Department of internal medicine who wrote this article like an original trip in medical literature. This trip will allow you to review some aspects of important fields such as heart failure, diabetes, endocarditis, COPD, and quality of care. Besides the growing diversity of the fields covered by internal medicine, these various topics underline also the uncertainty internists have to face in a practice directed towards evidence.

Effects of smoking and physical exercise on platelet free cytosolic calcium in healthy normotensive volunteers.

Platelet free cytosolic calcium (PFCC) was measured in 21 healthy volunteers before and after cigarette smoking or physical exercise. The aim was to investigate whether acute blood pressure changes and increases in circulating levels of catecholamines and vasopressin modify PFCC. PFCC was determined using the Quin-2 method. Following cigarette smoking, significant increases in blood pressure, heart rate, plasma epinephrine (35 +/- 18 pg/ml before versus 51 +/- 31 pg/ml after smoking, P less than 0.05, mean +/- s.d.) and vasopressin levels (0.8 +/- 0.3 pg/ml before and 4.2 +/- 4.1 pg/ml after smoking, P less than 0.001) were observed. However, despite these acute hormonal and hemodynamic changes, PFCC remained stable at 156 +/- 55 nmol/l prior to the study and 157 +/- 29 nmol/l and 156 +/- 38 nmol/l at 20 and 80 min post-smoking, respectively. Acute physical exercise led to an increase in heart rate and systolic blood pressure but to a decrease in diastolic pressure. Moreover, a marked increase in plasma norepinephrine levels was observed after exercise (213 +/- 71 pg/ml before versus 747 +/- 501 pg/ml after exercise, P +/- 0.001). Again, PFCC was stable at 185 +/- 56 nmol/l at baseline versus 188 +/- 51 nmol/l at 20 min and 155 +/- 26 nmol/l at 80 min after exercise. These results therefore demonstrate that PFCC is not influenced acutely either by blood pressure increases, or by elevations in circulating catecholamine and vasopressin concentrations.

The Molecular Basis for Antimicrobial Activity of Pore-Forming Cyclic Peptides

The mechanism of action of antimicrobial peptides is, to our knowledge, still poorly understood. To probe the biophysical characteristics that confer activity, we present here a molecular-dynamics and biophysical study of a cyclic antimicrobial peptide and its inactive linear analog. In the simulations, the cyclic peptide caused large perturbations in the bilayer and cooperatively opened a disordered toroidal pore, 1–2 nm in diameter. Electrophysiology measurements confirm discrete poration events of comparable size. We also show that lysine residues aligning parallel to each other in the cyclic but not linear peptide are crucial for function. By employing dual-color fluorescence burst analysis, we show that both peptides are able to fuse/aggregate liposomes but only the cyclic peptide is able to porate them. The results provide detailed insight on the molecular basis of activity of cyclic antimicrobial peptides

Lithiase cystinique [Cysteine lithiasis].

Cystinuria is a common inherited amino-aciduria resulting in abnormal urinary excretion of cystine and the dibasic aminoacids, lysine, arginine and ornithine. Formation of cystine kidney stones, recurrent infections and subsequent renal failure are the main complications of the disease. Recently, the gene SLC3A1 and SLC7A9, encoding the two subunits rBAT et b0,+AT of the proximal renal transporter complex, have been identified. In this article, we report the medical history of a 30-year-old patient and discuss the recent molecular progress, the clinical evolution, and the medical treatment of the cystinuria.

ASIC1a oligomerization structure-function of its extracellular vestibule and functional characterization of αS243Pβɣ ENaC

Quatre cristaux du canal ASIC1a ont été publiés et soutiennent une stoechiométrie trimérique. Cependant, ces données contredisant de précédentes analyses fonctionnelles effectuées sur des canaux de la même famille, notre intérêt fut porté sur l'oligomérisation d'ASIC1a. Dans ce sens, un nouvel essai couplant la méthode d'analyse par substitution de cystéines (SCAM) avec l'utilisation de réactifs sulfhydryls bifonctionnels (crosslinkers) a été mis en place. Le but étant de stabiliser, puis sélectionner les canaux fonctionnels, pour ensuite les séparer selon leur taille par SDS-PAGE. Grâce à cette technique, nous avons démontré que le complexe stabilisé a une taille coïncidant avec une organisation tétramérique. En plus de son oligomérisation, le chemin emprunté par les ions pour traverser le canal n'est pas clairement défini dans ces structures. De ce fait, utilisant une approche électrophysiologique, nous avons étudié le lien entre la structure et la fonction du vestibule extracellulaire d'ASIC1a. Dans ce but, nous nous sommes intéressés l'accessibilité de cystéines spécifiques localisées dans ce vestibule pour des réactifs méthanethiosulfonates (MTS). Ainsi, nous avons pu corréler les cinétiques de modification de ces cystéines par les MTS avec les effets sur le courant sodique, et donc avoir des informations supplémentaires sur la voie empruntée par les ions. De plus, la simulation informatique de liaison de ces réactifs illustre le remplissage total de ce vestibule. Fonctionnellement, cette interaction ne perturbe pas le passage de ions, c'est pourquoi il nous apparaît probable que le vestibule présente une taille plus large que celle illustrée par les cristaux. Dans un deuxième temps, notre intérêt fut porté sur ENaC. Ce canal est composé des trois sous-unités (a, ß et y) et est exprimé dans divers épithéliums, dont les tubules des reins. Il participe à l'homéostasie sodique et est essentiellement régulé par voie hormonale via l'aldostérone et la Vasopressine, mais également par des sérines protéases ou le Na+. Nous avons étudié la répercussion fonctionnelle de la mutation aS243P, découverte chez un nouveau-né prématuré atteint de pseudohypoaldostéronisme de type 1. Cette maladie autosomale récessive se caractérise, généralement, par une hyponatrémie liée à d'importantes pertes de sel dans les urines, une hyperkaliémie, ainsi qu'un niveau élevé d'aldostérone. Tout d'abord aucune des expériences biochimiques et électrophysiologiques n'a pu démontrer un défaut d'expression ou une forte diminution de l'activité soutenant les données cliniques. Cependant, en challengeant aS243PßyENaC avec une forte concentration de Na+ externe, une hypersensibilité de canal fut observée. En effet, ni les phénomènes régulateurs de « feedback inhibition » ou de « Na+ self-inhibition » n'étaient semblables au canal sauvage. De ce fait, ils apparaissaient exacerbés en présence de la mutation, amenant ainsi à une diminution de la réabsorption de Na+. Ceci corrobore entièrement l'hyponatrémie diagnostiquée. Le rein d'un prématuré étant immature, la quantité de Na+ atteignant la partie distale du néphron est plus élevée, du fait que les autres mécanismes de réabsorption en amont ne sont probablement pas encore en place. Cette hypothèse est renforcée par l'existence d'un frère présentant la même mutation, mais qui, né à terme, ne présentait aucun signe d'hyponatrémie. - The main topic of my thesis is the structure-function relationship of the ENaC/Deg family of ion channels, namely the Acid-Sensing Ion Channel ASIC1a and the Epithelial Na Channel ENaC. The primary part of this research is dedicated to the structure of ASIC1a. Four channel crystals have been published, which support a trimeric stoichiometry, although these data contradict previous functional experiments on other ENaC/Deg members. We are therefore interested in ASIC1a oligomerization and have set up a new assay combining the Substituted- Cysteine Accessibility Method (SCAM) with Afunctional sulfhydryl reagents (crosslinkers) allowing its study. The aim was to first stabilize the channels, then select those that are functional and then resolve them according to their size on SDS-PAGE. We demonstrated that the stabilized complex has a molecular weight corresponding to a tetrameric stoichiometry. In addition to our interest in the oligomerization of the ENaC/Deg family of ion channels, we also wanted to investigate the thus far undefined way of permeation for these channels. Therefore, taking the advantage of a more electrophysiological approach, we studied the accessibility of specific cysteines for methanethiosulfonate reagents (MTS) and were able to correlate the MTS association kinetics on cysteine residues with Na+ currents. These results have given us an insight into ion permeation and our functional evidence indicates that the extracellular is larger than that depicted by the crystal structures. As a side project, we focused on ENaC, which is made up of three subunits (a, ß and y) and is expressed in various epithelia, especially in the distal nephron of the kidneys. It plays a role in Na+ homeostasis and is essentially regulated by hormones via aldosterone and vasopressin, but also by serine proteases or Na+. We have studied the functional impact of the aS243P mutation, discovered in a premature baby suffering from pseudohypoaldosteronism of type 1. This autosomal recessive disease is characterized by hyponatremia, hyperkalemia and high aldosterone levels. Firstly, neither biochemical nor electrophysiological experiments indicated an expression defect or a strong decrease in activity. However, challenging aS243PßyENaC with increased external Na+ concentration showed channel hypersensitivity. Indeed, both the "feedback inhibition" and the "Na+ self-inhibition" regulatory mechanisms are impaired, leading to a decrease in Na+ reabsorption, entirely supports the diagnosis. The kidneys in preterm infants are immature and Na+ levels reaching the distal nephron are higher than normally observed. We hypothesize that the upstream reabsorption machinery is unlikely to be sufficiently matured and this assumption is supported by an asymptomatic sibling carrying the same mutation, but born at term. - La cellule, unité fonctionnelle du corps humain, est délimitée par une membrane plasmique servant de barrière biologique entre les milieux intra et extracellulaires. Une communication entre cellules est indispensable pour un fonctionnement adéquat. Sa survie dépend, entre autres, du maintien de la teneur en ions dans chacun des milieux qui doivent pouvoir être réabsorbés, ou sécrétés, selon les besoins. Les protéines insérées dans la membrane forment un canal et sont un moyen de communication permettant spécifiquement à des ions tel que le sodium (Na+) de traverser. Le Na+ se trouve dans la plupart des aliments et le sel, et est spécifiquement réabsorbé au niveau des reins grâce au canal sodique épithélial ENaC. Cette réabsorption se fait de l'urine primaire vers l'intérieur de la cellule, puis est transporté vers le sang. Pour maintenir un équilibre, une régulation de ce canal est nécessaire. En effet, des dysfonctionnements impliquant la régulation ou l'activité d'ENaC lui-même sont à l'origine de maladies telles que la mucoviscidose, l'hypertension ou encore, le pseudohypoaldostéronisme (PHA). Cette maladie est caractérisée, notamment, par d'importantes pertes de sel dans les urines. Des pédiatres ont diagnostiqué un PHA chez un nouveau-né, ce dernier présentant une modification du canal ENaC, nous avons recréé cette protéine afin d'étudier l'impact de ce changement sur son activité. Nous avons démontré que la régulation d'ENaC était effectivement perturbée, conduisant ainsi à une forte réduction de la réabsorption sodique. Afin de développer des molécules capables de moduler l'activité de protéines. Il est nécessaire d'en connaître la structure. Celle du canal sodique sensible à l'acidification ASIC1, un canal cousin d'ENaC, est connue. Ces données structurales contredisant cependant les analyses fonctionnelles, nous nous sommes penchés une nouvelle fois sur ASIC1. Une protéine est une macromolécule biologique composée d'une chaîne d'acides aminés (aa). De l'enchaînement d'aa à la protéine fonctionnelle, quatre niveaux de structuration existent. Chaque aa donne une indication quant au repliement et plus particulièrement la cystéine. Arborant un groupe sulfhydryle (SH) capable de former une liaison spécifique et stable avec un autre SH, celle-ci est souvent impliquée dans la structure tridimensionnelle de la protéine. Ce type de liaison intervient également dans la stabilisation de la structure quaternaire, qui est l'association de plusieurs protéines identiques (homomère), ou pas (hétéromère). Dans cette partie, nous avons remplacé des aa par des cystéines à des endroits spécifiques. Le but était de stabiliser plusieurs homomères d'ASICl ensemble avec des réactifs créant des ponts entre deux SH. Ainsi, nous avons pu déterminer le nombre de protéines ASIC1 participant à la formation d'un canal fonctionnel. Nos résultats corroborent les données fonctionnelles soutenant un canal tétramérique. Nous avons également étudié l'accessibilité de ces nouvelles cystéines afin d'obtenir des informations supplémentaires sur la structure du chemin emprunté par le Na+ à travers ASIC1 et plus particulièrement du vestibule extracellulaire.

Pregnancy-induced chromatin remodeling in the breast of postmenopausal women.

Early pregnancy and multiparity are known to reduce the risk of women to develop breast cancer at menopause. Based on the knowledge that the differentiation of the breast induced by the hormones of pregnancy plays a major role in this protection, this work was performed with the purpose of identifying what differentiation-associated molecular changes persist in the breast until menopause. Core needle biopsies (CNB) obtained from the breast of 42 nulliparous (NP) and 71 parous (P) postmenopausal women were analyzed in morphology, immunocytochemistry and gene expression. Whereas in the NP breast, nuclei of epithelial cells were large and euchromatic, in the P breast they were small and hyperchromatic, showing strong methylation of histone 3 at lysine 9 and 27. Transcriptomic analysis performed using Affymetrix HG_U133 oligonucleotide arrays revealed that in CNB of the P breast, there were 267 upregulated probesets that comprised genes controlling chromatin organization, transcription regulation, splicing machinery, mRNA processing and noncoding elements including XIST. We concluded that the differentiation process induced by pregnancy is centered in chromatin remodeling and in the mRNA processing reactome, both of which emerge as important regulatory pathways. These are indicative of a safeguard step that maintains the fidelity of the transcription process, becoming the ultimate mechanism mediating the protection of the breast conferred by full-term pregnancy.

Several neuronal and axonal types form long intrinsic connections in the cat primary auditory cortical field (AI).

Intrinsic connections in the cat primary auditory field (AI) as revealed by injections of Phaseolus vulgaris leucoagglutinin (PHA-L) or biocytin, had an anisotropic and patchy distribution. Neurons, labelled retrogradely with PHA-L were concentrated along a dorsoventral stripe through the injection site and rostral to it; the spread of rostrally located neurons was greater after injections into regions of low rather than high characteristic frequencies. The intensity of retrograde labelling varied from weak and granular to very strong and Golgi-like. Out of 313 Golgi like retrogradely labelled neurons 79.6% were pyramidal, 17.2% multipolar, 2.6% bipolar, and 0.6% bitufted; 13.4% were putatively inhibitory, i.e. aspiny or sparsely spiny multipolar, or bitufted. Individual anterogradely labelled intrinsic axons were reconstructed for distances of 2 to 7 mm. Five main types were distinguished on the basis of the branching pattern and the location of synaptic specialisations. Type 1 axons travelled horizontally within layers II to VI and sent collaterals at regular intervals; boutons were only present in the terminal arborizations of these collaterals. Type 2 axons also travelled horizontally within layers II to VI and had rather short and thin collateral branches; boutons or spine-like protrusions occurred in most parts of the axon. Type 3 axons travelled obliquely through the cortex and formed a single terminal arborization, the only site where boutons were found. Type 4 axons travelled for some distance in layer I; they formed a heterogeneous group as to their collaterals and synaptic specializations. Type 5 axons travelled at the interface between layer VI and the white matter; boutons en passant, spine-like protrusions, and thin short branches with boutons en passant were frequent all along their trajectory. Thus, only some axonal types sustain the patchy pattern of intrinsic connectivity, whereas others are involved in a more diffuse connectivity.