Role of the ubiquitin system in regulating ion transport.

Ion channels and transporters play a critical role in ion and fluid homeostasis and thus in normal animal physiology and pathology. Tight regulation of these transmembrane proteins is therefore essential. In recent years, many studies have focused their attention on the role of the ubiquitin system in regulating ion channels and transporters, initialed by the discoveries of the role of this system in processing of Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator (CFTR), and in regulating endocytosis of the epithelial Na(+) channel (ENaC) by the Nedd4 family of ubiquitin ligases (mainly Nedd4-2). In this review, we discuss the role of the ubiquitin system in ER Associated Degradation (ERAD) of ion channels, and in the regulation of endocytosis and lysosomal sorting of ion channels and transporters, focusing primarily in mammalian cells. We also briefly discuss the role of ubiquitin like molecules (such as SUMO) in such regulation, for which much less is known so far.

Étude du mécanisme de transport des cations par la Na, K-ATPase et de son implication dans la migraine familiale hémiplégique de type 2

Résumé La Na,K-ATPase est une protéine transmembranaire, présente dans toutes les cellules de mammifères et indispensable à la viabilité cellulaire. Elle permet le maintien des gradients sodiques et potassiques à l'origine du potentiel membranaire en transportant 3 Na+ en dehors de la cellule contre 2 K+, grâce à l'énergie fournie par l'hydrolyse d'une molécule d'ATP. Le potentiel membranaire est indispensable au maintien de l'excitabilité cellulaire et à la transmission de l'influx nerveux. Il semblerait que la Na,K-ATPase soit liée à l'hypertension et à certains troubles neurologiques comme la Migraine Familiale Hémiplégique (1VIFH). La MFH est une forme de migraine avec aura, qui se caractérise par une hémiparésie. Cette forme de migraine est très rare. Elle se transmet génétiquement sur un mode autosomique dominant. Plusieurs mutations localisées dans le gène de la Na,K-ATPase ont été identifiées durant ces 3 dernières années. C'est la première fois qu'une maladie génétique est associée au gène de la Na,K-ATPase. La compréhension du fonctionnement de cette protéine peut donner des informations sur les mécanismes conduisant à ces pathologies. On sait que la fonction d'une protéine est liée à sa structure. L'étude de sa fonction nécessite donc l'étude de sa structure. Alors que la structure de la SERCA a été déterminée à haute résolution, par cristallographie, celle de la Na,K-ATPase ne l'est toujours pas. Mais ces 2 ATPases présentent une telle homologie qu'un modèle de la Na,K-ATPase a pu être élaboré à partir de la structure de la SERCA. Les objectifs de cette étude sont d'une part, de comprendre le contrôle de l'accessibilité du K+ extracellulaire àses sites de liaison. Pour cela, nous avons ciblé cette étude sur la 2ìème et la 31eme boucle extracellulaire, qui relient respectivement les segments transmembranaires (STM) 3-4 et 5-6. Le choix s'est porté sur ces 2 boucles car elles bordent le canal des cations formés des 4ième' Sième et 6'ème hélices. D'autre part, nous avons également essayer de comprendre les effets des mutations, liées à la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2 (MFH2), sur la fonctionnalité de la Na,K-ATPase. Alors que les STM et les domaines cytoplasmiques sont relativement proches entre la Na,KATPase et la SERCA, les boucles extracellulaires présentent des différences. Le modèle n'est donc pas une approche fiable pour déterminer la structure et la fonction des régions extracellulaires. Nous avons alors utilisé une approche fonctionnelle faisant appel à la mutation dirigée puis à l'étude de l'activité fonctionnelle de la Na,K ATPase par électrophysiologie sur des ovocytes de Xenopus. En conclusion, nous pouvons dire que la troisième boucle extracellulaire participerait à la structure de la voie d'entrée des cations et que la deuxième boucle extracellulaire semble impliquée dans le contrôle de l'accessibilité des ions K+àses sites de liaison. Concernant les mutations associées à la MFH2, nos résultats ont montré une forte diminution de l'activité fonctionnelle de la pompe Na,K, inférieure aux conditions physiologiques de fonctionnement, et pour une des mutations nous avons observés une diminution de l'affmité apparente au K+ externe. Nous poumons faire l'hypothèse que l'origine pathologique de la migraine est liée à une diminution de l'activité de la pompe à Na+. Summary The Na,K-ATPase is a transmembrane protein, present in all mammalian cells and is necessary for the viability of the cells. It maintains the gradients of Na+ and K+ involved in the membrane potential, by transporting 3Na+ out the cell, and 2K+ into the cell, using the energy providing from one ATP molecule hydrolysis. The membrane potential is necessary for the cell excitability and for the transmission of the nervous signal. Some evidence show that Na,K-ATPase is involved in hypertension and neurological disorders like the Familial Hemiplegic Migraine (FHM). La FHM is a rare form of migraine characterised by aura and hemiparesis and an autosomal dominant transmission. Several mutations linked to the Na,KATPase gene have been identified during these 3 last years. It's the first genetic disorder associated with the Na,K-ATPase gene. Understand the function of this protein is important to elucidate the mechanisms implicated in these pathologies. The function of a protein is linked with its structure. Thus, to know the function of a protein, we need to know its structure. While the Ca-ATPase (SERCA) has been crystallised with a high resolution, the structure of the Na,K-ATPase is not known. Because of the great homology between these 2 ATPases, a model of the Na,K-ATPase was realised by comparing with the structure of the SERCA. The aim of this study is on one side, understand the control of the extracellular K+ accessibility to their binding sites. Because of theirs closed proximity with the cation pathway, located between the 4th, 5th and 6th helices, we have targeted this study on the 2nd and the 3rd extracellular loops linking respectively the transmembrane segment (TMS) 3 and 4, and the TMS 5 and 6. And on the other side, we have tried to understand the functional effects of mutations linked with the Familial Hemiplegic Migraine Type 2 (FHM2). In contrast with the transmembrane segments and the cytoplasmic domains, the extracellular loops show lots of difference between Na,K-ATPase and SERCA, the model is not a good approach to know the structure and the function of the extracellular loops. Thus, we have used a functional approach consisting in directed mutagenesis and the study of the functional activity of the Na,K-ATPase by electrophysiological techniques with Xenopus oocytes. In conclusion, we have demonstrated that the third extracellular loop could participate in the structure of the entry of the cations pathway and that the second extracellular loop could control the K+ accessibility to their binding sites. Concerning the mutations associated with the FHM2, our results showed a strong decrease in the functional activity of the Na,K-pump under physiological conditions and for one of mutations, induce a decrease in the apparent external K+ affinity. We could make the hypothesis that the pathogenesis of migraine is related to the decrease in Na,K-pump activity. Résumé au large publique De la même manière que l'assemblage des mots forme des phrases et que l'assemblage des phrases forme des histoires, l'assemblage des cellules forme des organes et l'ensemble des organes constitue les êtres vivants. La fonction d'une cellule dans le corps humain peut se rapprocher de celle d'une usine hydroélectrique. La matière première apportée est l'eau, l'usine électrique va ensuite convertir l'eau en énergie hydraulique pour fournir de l'électricité. Le fonctionnement de base d'une cellule suit le même processus. La cellule a besoin de matières premières (oxygène, nutriments, eau...) pour produire une énergie sous forme chimique, l'ATP. Cette énergie est utilisée par exemple pour contracter les muscles et permet donc à l'individu de se déplacer. Morphologiquement la cellule est une sorte de petit sac rempli de liquide (milieu intracellulaire) baignant elle-même dans le liquide (milieu extracellulaire) composant le corps humain (un adulte est constitué environ de 65 % d'eau). La composition du milieu intracellulaire est différente de celle du milieu extracellulaire. Cette différence doit être maintenue pour que l'organisme fonctionne correctement. Une des différences majeures est la quantité de sodium. En effet il y a beaucoup plus de sodium à l'extérieur qu'à l'intérieur de la cellule. Bien que l'intérieur de la cellule soit isolé de l'extérieur par une membrane, le sodium arrive à passer à travers cette membrane, ce qui a tendance à augmenter la quantité de sodium dans la cellule et donc à diminuer sa différence de concentration entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire. Mais dans les membranes, il existe des pompes qui tournent et dont le rôle est de rejeter le sodium de la cellule. Ces pompes sont des protéines connues sous le nom de pompe à sodium ou Na,K-ATPase. On lui attribue le nom de Na,K-ATPase car en réalité elle rejette du sodium (Na) et en échange elle fait entrer dans la cellule du potassium (K), et pour fonctionner elle a besoin d'énergie (ATP). Lorsque les pompes à sodium ne fonctionnent pas bien, cela peut conduire à des maladies. En effet la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2, est une migraine très rare qui se caractérise par l'apparition de la paralysie de la moitié d'un corps avant l'apparition du mal de tête. C'est une maladie génétique (altération qui modifie la fonction d'une protéine) qui touche la pompe à sodium située dans le cerveau. On a découvert que certaines altérations (mutations) empêchent les pompes à sodium de fonctionner correctement. On pense alors que le développement des migraines est en partie dû au fait que ces pompes fonctionnent moins bien. Il est important de bien connaître la fonction de ces pompes car cela permet de comprendre des mécanismes pouvant conduire à certaines maladies, comme les migraines. En biologie, la fonction d'une protéine est étudiée à travers sa structure. C'est pourquoi l'objectif de cette thèse a été d'étudier la structure de la Na,K-ATPase afin de mieux comprendre son mécanisme d'action.

GLUT2 is a high affinity glucosamine transporter.

When expressed in Xenopus oocytes, GLUT1, 2 and 4 transport glucosamine with V(max) values that are three- to four-fold lower than for glucose. The K(m)s for glucosamine and glucose of GLUT1 and GLUT4 were similar. In contrast, GLUT2 had a much higher apparent affinity for glucosamine than for glucose (K(m)=0.8+/-0.1 mM vs. approximately 17-20 mM). Glucosamine transport by GLUT2 was confirmed in mammalian cells and, using hepatocytes from control or GLUT2-null mice, HgCl(2)-inhibitable glucosamine uptake by liver was shown to be exclusively through GLUT2. These data have implications for glucosamine effects on impaired glucose metabolism and for structure-function studies of transporter sugar binding sites.

IL-17F co-expression improves cell growth characteristics and enhances recombinant protein production during CHO cell line engineering.

The generation of a high productivity cell line is a critical step in the production of a therapeutic protein. Many innovative engineering strategies have been devised in order to maximize the expression rate of production cells for increased process efficiency. Less effort has focused on improvements to the cell line generation process, which is typically long and laborious when using mammalian cells. Based on unexpected findings when generating stable CHO cell lines expressing human IL-17F, we studied the benefit of expressing this protein during the establishment of production cell lines. We demonstrate that IL-17F expression enhances the rate of selection and overall number of selected cell lines as well as their transgene expression levels. We also show that this benefit is observed with different parental CHO cell lines and selection systems. Furthermore, IL-17F expression improves the efficiency of cell line subcloning processes. IL-17F can therefore be exploited in a standard manufacturing process to obtain higher productivity clones in a reduced time frame.

The role of the vacuolar H+ - ATPase in membrane fusion

RésuméLa H+-ATPase vacuolaire (V-ATPase) est un complexe enzymatique composé de deux secteurs multimériques (VQ et Vi) dont l'association dans la cellule est réversible. Le secteur intramembranaire de la V-ATPase (V0) interagit physiquement avec des protéines SNARE et stimule la fusion homotypique des vacuoles de la levure (lysosomes), la sécrétion de neurotransmetteurs et d'insuline, la fusion entre phagosome et lysosome ainsi que la sécrétion des corps multivésiculaires par un mécanisme inconnu. Dans cette étude j'ai identifié des résidues d'acides amines situés dans des sous-unités de V0 impliqués dans le mécanisme de fusion des vacuoles mais non essentiels pour l'acidification vacuolaire par la V-ATPase. j'ai utilisé un protocole de mutagenèse aléatoire pour produire des libraries de mutants des sous unités de V0. Ces libraries ont été analysées in vivo afin d'identifier des alleles qui permettent la translocation des protons mais produisent une vacuole fragmentée, phénotype indiquant un défaut dans la fusion membranaire. Les vacuoles des mutants ont été isolées et caractéisées en utilisant une grande variété d'outils biochimiques pour déterminer précisément l'impact des différentes mutations sur l'accomplissement d'événements clés du processus de fusion.J'ai identifié des mutations associées à des défauts spécifiques de la fusion dans plusieurs sous-unités de V0. Dans les protéolipides c, c' et c" ces mutations se concentrent dans la partie cytosolique des domaines transmembranaires. Elles renforcent les associations entre les secteurs de la V-ATPase et entre V0 et les SNAREs. Dans la fusion vacuolaire ces mutations permettent la formation de complexes SNAREs en trans mais inhibent l'induction de la fusion. Par contre, la deletion de la sous- unité d influence les étapes de la fusion qui précèdent la formation des complexes trans-SNAREs. Mes résultats démontrent que V0 joue des rôles différents dans plusieurs étapes de la fusion et que ces fonctions sont liées au système des SNAREs. Ils différencient génétiquement les activités de V0 dans la translocation des protons et dans la fusion et identifient de nombreux résidus importants pour la fusion vacuolaire. De plus, compte tenu de la grande conservation de sequence des protéolipides chez les eukaryotes les mutations identifiées dans cette l'étude apportent de nouvelles informations pour analyser la fonction de V0 dans des organismes multicellulaires pour lesquels la function catalytique de la V-ATPase est essentielle à la survie.Résumé pour le large publicLe transport de protéines et de membranes est important pour maintenir la fonction des organelles dans la cellule. Il s'excerce au niveau des vesicules. La fusion membranaire est un processus élémentaire de ce transport. Pour fusionner deux membranes, il faut la coordination de deux activités: le rapprochement et la déstabiiization des deux membranes. La collaboration d'un ensemble de proteins conservés chez les eukaryotes, est nécessaire pour catalyser ces activités. Les proteins SNAREs sont les protagonistes principaux dans la fusion membranaire. Néanmoins, d'autres protéines, comme des Rab-GTPases et des chaperonnes, sont nécessaires pour permettre ce phénomène de fusion. Toutes ces protéines sont temporairement associées avec les SNAREs et leur fonction dans la fusion membranaire est souvent directement liée à leur activité dans cette association. Le secteur transmembranaire V0 de la V-ATPase rnteragit avec des SNAREs et est essentiel pour la fusion dans une variété de systèmes modèles comme la mouche, la souris et la levure. Le secteur V0 est composé de six protéines différentes. Avec te secteur Va, qui réside dans le cytosol, il forme la V-ATPase dont la fonction principale est l'acidification des organelles par translocation des protons à travers la membrane par un mécanisme ressemblant à celui d'une pompe. V0joue un role dans la fusion membranaire, indépendamment de son activité catalytique liée au pompage des protons, et ce rôle est encore largement méconnu à ce jour. Le but de ma thèse était de mieux comprendre l'implication de V0 dans ce contexte.Pour étudier des activités liées à la V-ATPase, la levure est un excellent modèle d'étude car elle survie à une inactivation de l'enzyme alors que le meme traitement serait léthal pour des organismes multicellulaires. Dans ma thèse j'ai utilisé la fusion homotypique de la vacuole de levure comme système modèle pour étudier le rôle de V0 dans la fusion. J'ai muté des gènes qui encodent des sous- unités de V0 et les ai introduit dans des souches privées des gènes respectifs. Dans les librairies de souches portant différentes versions de ces gènes j'ai cherché des clones exprimant une V-ATPase intacte et fonctionnelle mais qui possèdent une vacuole fragmentée. Le plus souvent, une vacuole fragmentée indique un défaut dans la fusion vacuolaire. Dans les trois types de protéolipides qui composent un cylindre dans le secteur V0, j'ai trouvé des clones avec une vacuole fragmentée. Après avoir isolé les mutations responsable de ce type de morphologie vacuolaire, j'ai isolé les vacuoles de ces clones pour étudier leur activités dans différentes étapes de la fusion vacuolaire. Les résultats de ces analyses mettent en évidence une implication de V0 dans plusieurs étapes de la fusion vacuolaire. Certaines mutations sélectionnées dans mon étude inhibent une étape précoce de la fusion qui inclue la dissociation des complexes SNARE, tandis que d'autres mutations inhibent une étape tardive du processus de fusion qui inclue la transmission d'une force disruptive dans la membrane.AbstractThe membrane-integral V0 sector of the vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) interacts with SNARE proteins. V0 stimulates fusion between yeast vacuoles (lysosomes) (Peters et al., 2001b), secretion of neurotransmitters and insulin (Hiesinger et al., 2005a, Sun-Wada et al., 2006a), phagosome-lysosome fusion (Peri and Nusslein-Volhard, 2008) and secretion of multivesicular bodies (Liegeois et al., 2006b) by a yet unknown mechanism. In my thesis, I identified sites in V0 subunits that are involved in yeast vacuole fusion but dispensable for the proton pumping by the V-ATPase. I randomly mutagenized V0 subunits and screened in vivo for mutant alleles that support proton pumping but cause fragmented vacuoles, a phenotype indicative of a fusion defect. Mutant vacuoles were isolated and analyzed in a cell-free system, allowing assay of key events in fusion, such as trans-SNARE pairing, lipid transition and fusion pore opening (Reese et al., 2005b).Mutants with selective fusion defects were found in several V0 subunits. In the proteolipids c, c' and c", critical mutations are concentated in the cytosolic half of the transmembrane domains. These mutations rendered the V-ATPase holoenzyme more stable and modulated V0-SNARE associations. In vacuole fusion critical proteolipid mutations permitted trans-SNARE pairing but impeded the induction of lipid flow between the membranes. Deletion of subunit d, by contrast, influenced early stages of fusion that precede trans-SNARE pairing. My results show that V0 acts in several steps of the fusion process and that its function is intimately connected to the SNARE system. They genetically separate the proton pump and fusion activities of V0 and identify numerous critical residues. Given the high sequence conservation of proteolipids in eukaryotic life, the identified mutations may be helpful in analyzing the fusion function of V0 also in mammalian cells, where V- ATPase pump function is essential for survival.

Autophagic cell death exists.

The term autophagic cell death (ACD) initially referred to cell death with greatly enhanced autophagy, but is increasingly used to imply a death-mediating role of autophagy, as shown by a protective effect of autophagy inhibition. In addition, many authors require that autophagic cell death must not involve apoptosis or necrosis. Adopting these new and restrictive criteria, and emphasizing their own failure to protect human osteosarcoma cells by autophagy inhibition, the authors of a recent Editor's Corner article in this journal argued for the extreme rarity or nonexistence of autophagic cell death. We here maintain that, even with the more stringent recent criteria, autophagic cell death exists in several situations, some of which were ignored by the Editor's Corner authors. We reject their additional criterion that the autophagy in ACD must be the agent of ultimate cell dismantlement. And we argue that rapidly dividing mammalian cells such as cancer cells are not the most likely situation for finding pure ACD.

CHO cell engineering to prevent polypeptide aggregation and improve therapeutic protein secretion.

The ability to efficiently produce recombinant proteins in a secreted form is highly desirable and cultured mammalian cells such as CHO cells have become the preferred host as they secrete proteins with human-like post-translational modifications. However, attempts to express high levels of particular proteins in CHO cells may consistently result in low yields, even for non-engineered proteins such as immunoglobulins. In this study, we identified the responsible faulty step at the stage of translational arrest, translocation and early processing for such a "difficult-to-express" immunoglobulin, resulting in improper cleavage of the light chain and its precipitation in an insoluble cellular fraction unable to contribute to immunoglobulin assembly. We further show that proper processing and secretion were restored by over-expressing human signal receptor protein SRP14 and other components of the secretion pathway. This allowed the expression of the difficult-to-express protein to high yields, and it also increased the production of an easy-to-express protein. Our results demonstrate that components of the secretory and processing pathways can be limiting, and that engineering of the secretory pathway may be used to improve the secretion efficiency of therapeutic proteins from CHO cells.

Creating a list of low-value health care activities in Swiss primary care.

Trisomy 21 is the most frequent genetic cause of cognitive impairment. To assess the perturbations of gene expression in trisomy 21, and to eliminate the noise of genomic variability, we studied the transcriptome of fetal fibroblasts from a pair of monozygotic twins discordant for trisomy 21. Here we show that the differential expression between the twins is organized in domains along all chromosomes that are either upregulated or downregulated. These gene expression dysregulation domains (GEDDs) can be defined by the expression level of their gene content, and are well conserved in induced pluripotent stem cells derived from the twins' fibroblasts. Comparison of the transcriptome of the Ts65Dn mouse model of Down's syndrome and normal littermate mouse fibroblasts also showed GEDDs along the mouse chromosomes that were syntenic in human. The GEDDs correlate with the lamina-associated (LADs) and replication domains of mammalian cells. The overall position of LADs was not altered in trisomic cells; however, the H3K4me3 profile of the trisomic fibroblasts was modified and accurately followed the GEDD pattern. These results indicate that the nuclear compartments of trisomic cells undergo modifications of the chromatin environment influencing the overall transcriptome, and that GEDDs may therefore contribute to some trisomy 21 phenotypes.

Analyse des modifications de la chromatine impliquées dans l'effet barrière de CTF1 aux télomères humains

Eukaryotic genomes are compartmentalized in different structural domains that can affect positively or negatively gene expression. These regions of euchromatin and heterochromatin are characterized by distinct histones marks which can facilitate or repress gene transcription. The chromatin environment represents thus one of the main problems to control gene expression in biotechnological applications or gene therapy, since its expression is affected by the chromatin neighboring its locus of insertion. Some chromatin regions like telomeres are composed of constitutive heterochromatin which leads to the telomeric position effect (TPE) that silences genes adjacent to the telomere. TPE is known to spread by the selfrecruitment of the SIR histone deacetylase complex from the telomere in S.cerevisiae, but the histone marks that are associated to telomeric chromatin in mammalian cells remain mostly unknown. The transcription factor CTF1 has shown antisilencing properties in mammalian cells and also a boundary activity against TPE in yeast cells when fused to the yeast Gal4 DNA binding domain. In the work presented here, we describe a dual-reporter system to assess the boundary activity of proteins such as CTF1 at human telomeres. When located between the two reporter genes, CTF1 shields the telomere distal gene from TPE, while the telomereproximal gene remains silenced by telomeric heterochromatin. The boundary activity of CTF1 is shown to act regardless its function of transcriptional activator, by opposition to the transcriptional activator VP16 which activates indifferently both transgenes. Moreover, this study shows that CTF1 boundary activity is linked to its H3 binding function, as expected from a chromatin remodeler. ChIP experiments showed that histone deacetylation is the main histone modification involved in gene silencing at mammalian cell telomeres. Distinctly to yeast cells, the histone deacetylation signal in human cells extented over a short range along the chromosome. CTF1 may help to block this propagation and therefore to restore histones acetylation level on telomere protected locus. Surprisingly, other histone marks such as trimethyl-H3K9 or trimethyl-H4K20 were found on telomere protected locus, while in another clone, unsilencing of telomere distal transgene was associated with recruitment of the histone variant H2A.Z. Thus, I conclude that CTF1 displays a chromatin boundary function which is independent of its transcriptional activity and therefore exhibit features required for use as chromatin insulator in biotechnological applications. RESUME Les génomes eucaryotes sont compartementalisés en domaines structurels qui peuvent affecter positivement ou négativement l'expression des gènes avoisinants. Ces régions dites d'euchromatine ou d'hétérochromatine sont caractérisées par des modifications posttraductionnelles des histones qui peuvent faciliter ou au contraire inhiber la transcription des gènes qui s'y trouvent. Ainsi, isoler un gène de son environnement chromatinien est problème fréquent lorsqu'il s'agit de contrôler son expression dans le cadre d'applications en biotechnologie ou encore en thérapie génique. Certaines régions de chromatine telles que les télomères sont composées d'hétérochromatine constitutive qui mène au silençage des gènes avoisinants. Cet effet de position télomérique (TPE) est connu dans la levure S.cerevisiae comme se propageant par auto-recrutement du complexe de déacétylation d'histone SIR, alors que peu de modifications de chromatine ont pu être associées à ce phénomène dans les cellules de mammifères. Le facteur de transcription CTF1 a montré des propriétés d'anti-silençage dans les cellules de mammifères, ainsi qu'une activité barrière contre le silençage télomérique dans les cellules de levures lorsqu'il est fusionné au domaine de liaison à l'ADN de la protéine de levure Gal4. Dans le travail présenté ci-après est décrit un système à deux gènes rapporteurs permettant de mesurer l'activité barrière de protéines telles que CTF1 aux télomères humains, et les modifications de chromatine qui y sont associées. Lorsque CTF1 est placé entre les deux gènes rapporteurs, le gène distant du télomère est protégé du silençage qui lui est associé, alors que le gène proche du télomère reste soumis à ce silençage induit par l'hétérochromatine télomérique. L'activité barrière de CTF1 est montrée ici comme agissant indépendamment de son activité transcriptionnelle, par opposition à l'activateur transcriptionnel VP16 qui active indifféremment les deux transgènes. En outre, cette étude appuie l'hypothèse stipulant que CTF1 agisse comme remodeleur chromatinien puisqu'elle démontre que son activité barrière est directement dépendante de son activité de liaison avec l'histone H3. De plus, des expériences d'immuno-précipitation de la chromatine démontrent que la déacétylation des histones est le majeur phénomène intervenant dans le silençage télomérique. Par opposition à la levure, ce signal de déacétylation ne se propage dans les cellules humaines que sur une courte distance le long du chromosome. CTF1 agit ainsi en bloquant cette propagation et en restaurant le niveau d'acétylation des histones sur le locus protégé du télomère. De manière surprenante et inattendue, d'autres modifications d'histones telles que 4 les H3K9 et H4K20 triméthylées sont aussi observées à ce locus, tandis le recrutement du variant H2A.Z peut aussi être suffisant à restaurer l'expression du gène distant du télomère. En terme de cette analyse, CTF1 exhibe ainsi une fonction de barrière chromatinienne qui exclue une activité transcriptionnelle non désirée - propriété qui est requise dans l'établissement des isolateurs visant à permettre le contrôle d'un transgène dans le cadre d'applications en biotechnologies.

Conformational changes modulate the activity of human RAD51 protein.

Homologous recombination provides a major pathway for the repair of DNA double-strand breaks in mammalian cells. Defects in homologous recombination can lead to high levels of chromosomal translocations or deletions, which may promote cell transformation and cancer development. A key component of this process is RAD51. In comparison to RecA, the bacterial homologue, human RAD51 protein exhibits low-level strand-exchange activity in vitro. This activity can, however, be stimulated by the presence of high salt. Here, we have investigated the mechanistic basis for this stimulation. We show that high ionic strength favours the co-aggregation of RAD51-single-stranded DNA (ssDNA) nucleoprotein filaments with naked duplex DNA, to form a complex in which the search for homologous sequences takes place. High ionic strength allows differential binding of RAD51 to ssDNA and double-stranded DNA (dsDNA), such that ssDNA-RAD51 interactions are unaffected, whereas those between RAD51 and dsDNA are destabilized. Most importantly, high salt induces a conformational change in RAD51, leading to the formation of extended nucleoprotein filaments on ssDNA. These extended filaments mimic the active form of the Escherichia coli RecA-ssDNA filament that exhibits efficient strand-exchange activity.

Fluorodeoxyuridine mediated cell cycle synchronization in S-phase increases the Auger radiation cell killing with 125I-iododeoxyuridine.

Aim: 125I-iododeoxyuridine is a potential Auger radiation therapy agent. Its incorporation in DNA of proliferating cells is enhanced by fluorodeoxyuridine. Here, we evaluated therapeutic activities of 125I-iododeoxyuridine in an optimized fluorodeoxyuridine pre-treatment inducing S-phase synchronization. Methods: After S-phase synchronization by fluorodeoxyuridine, cells were treated with 125I-iododeoxyuridine. Apoptosis analysis and S-phase synchronization were studied by flow cytometry. Cell survival was determined by colony-forming assay. Based on measured growth parameters, the number of decays per cell that induced killing was extrapolated. Results: Treatment experiments showed that 72 to 91% of synchronized cells were killed after 0.8 and 8 kBq/ml 125I-iododeoxyuridine incubation, respectively. In controls, only 8 to 38% of cells were killed by corresponding 125I-iododeoxyuridine activities alone and even increasing the activity to 80 kBq/ml gave only 42 % killing. Duplicated treatment cycles or repeated fluorodeoxyuridine pre-treatment allowed enhancing cell killing to >95 % at 8 kBq/ml 125I-iododeoxyuridine. About 50 and 160 decays per S-phase cells in controls and S-phase synchronization, respectively, were responsible for the observed cell killing at 0.8 kBq/ml radio-iododeoxyuridine. Conclusion: These data show the successful application of fluorodeoxyuridine that provided increased 125I-iododeoxyuridine Auger radiation cell killing efficacy through S-phase synchronization and high DNA incorporation of radio-iododeoxyuridine.

Mitochondrial fusion is increased by the nuclear coactivator PGC-1beta

Background There is no evidence to date on whether transcriptional regulators are able to shift the balance between mitochondrial fusion and fission events through selective control of gene expression. Methodology/Principal Findings Here, we demonstrate that reduced mitochondrial size observed in knock-out mice for the transcriptional regulator PGC-1β is associated with a selective reduction in Mitofusin 2 (Mfn2) expression, a mitochondrial fusion protein. This decrease in Mfn2 is specific since expression of the remaining components of mitochondrial fusion and fission machinery were not affected. Furthermore, PGC-1β increases mitochondrial fusion and elongates mitochondrial tubules. This PGC-1β-induced elongation specifically requires Mfn2 as this process is absent in Mfn2-ablated cells. Finally, we show that PGC-1β increases Mfn2 promoter activity and transcription by coactivating the nuclear receptor Estrogen Related Receptor α (ERRα). Conclusions/Significance Taken together, our data reveal a novel mechanism by which mammalian cells control mitochondrial fusion. In addition, we describe a novel role of PGC-1β in mitochondrial physiology, namely the control of mitochondrial fusion mainly through Mfn2.

PPAR disruption: Cellular mechanisms and physiological consequences

Endocrine disruption is defined as the perturbation of the endocrine system, which includes disruption of nuclear hormone receptor signalling. Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) represent a family of nuclear receptors that has not yet been carefully studied with regards to endocrine disruption, despite the fact that PPARs are known to be important targets for xenobiotics. Here we report a first comprehensive approach aimed at defining the mechanistic basis of PPAR disruption focusing on one chemical, the plasticizer monethylhexyl phthalate (MEHP), but using a variety of methodologies and models. We used mammalian cells and a combination of biochemical and live cell imaging techniques to show that MEHP binds to PPAR gamma and selectively regulates interactions with coregulators. Micro-array experiments further showed that this selectivity is translated at the physiological level during adipocyte differentiation. In that context, MEHP functions as a selective PPAR modulator regulating only a subset of PPAR gamma target genes compared to the action of a full agonist. We also explored the action of MEHP on PPARs in an aquatic species, Xenopus laevis, as many xenobiotics are found in aquatic ecosystems. In adult males, micro-array data indicated that MEHP influences liver physiology, possibly through a cross-talk between PPARs and estrogen receptors (ER). In early Xenopus laevis embryos, we showed that PPAR beta/delta exogenous activation by an agonist or by MEHP affects development. Taken together our results widen the concept of endocrine disruption by pinpointing PPARs as key factors in that process.

Ultraweak photon emission in assessing bone growth factor efficiency using fibroblastic differentiation.

Photons participate in many atomic and molecular interactions and changes. Recent biophysical research has shown the induction of ultraweak photons in biological tissue. It is now established that plants, animal and human cells emit a very weak radiation which can be readily detected with an appropriate photomultiplier system. Although the emission is extremely low in mammalian cells, it can be efficiently induced by ultraviolet light. In our studies, we used the differentiation system of human skin fibroblasts from a patient with Xeroderma Pigmentosum of complementation group A in order to test the growth stimulation efficiency of various bone growth factors at concentrations as low as 5 ng/ml of cell culture medium. In additional experiments, the cells were irradiated with a moderate fluence of ultraviolet A. The different batches of growth factors showed various proliferation of skin fibroblasts in culture which could be correlated with the ultraweak photon emission. The growth factors reduced the acceleration of the fibroblast differentiation induced by mitomycin C by a factor of 10-30%. In view that fibroblasts play an essential role in skin aging and wound healing, the fibroblast differentiation system is a very useful tool in order to elucidate the efficacy of growth factors.

Co- and posttranslational modification of the alpha(1B)-adrenergic receptor: effects on receptor expression and function.

We have characterized the maturation, co- and posttranslational modifications, and functional properties of the alpha(1B)-adrenergic receptor (AR) expressed in different mammalian cells transfected using conventional approaches or the Semliki Forest virus system. We found that the alpha(1B)-AR undergoes N-linked glycosylation as demonstrated by its sensitivity to endoglycosidases and by the effect of tunicamycin on receptor maturation. Pulse-chase labeling experiments in BHK-21 cells demonstrate that the alpha(1B)-AR is synthesized as a 70 kDa core glycosylated precursor that is converted to the 90 kDa mature form of the receptor with a half-time of approximately 2 h. N-Linked glycosylation of the alpha(1B)-AR occurs at four asparagines on the N-terminus of the receptor. Mutations of the N-linked glycosylation sites did not have a significant effect on receptor function or expression. Surprisingly, receptor mutants lacking N-linked glycosylation migrated as heterogeneous bands in SDS-PAGE. Our findings demonstrate that N-linked glycosylation and phosphorylation, but not palmitoylation or O-linked glycosylation, contribute to the structural heterogeneity of the alpha(1B)-AR as it is observed in SDS-PAGE. The modifications found are similar in the different mammalian expression systems explored. Our findings indicate that the Semliki Forest virus system can provide large amounts of functional and fully glycosylated alpha(1B)-AR protein suitable for biochemical and structural studies. The results of this study contribute to elucidate the basic steps involved in the processing of G protein-coupled receptors as well as to optimize strategies for their overexpression.