Developmental and tissue-specific involvement of peroxisome proliferator-activated receptor-alpha in the control of mouse uncoupling protein-3 gene expression.

Uncoupling protein-3 (UCP3) is a member of the mitochondrial carrier family expressed preferentially in skeletal muscle and heart. It appears to be involved in metabolic handling of fatty acids in a way that minimizes excessive production of reactive oxygen species. Fatty acids are powerful regulators of UCP3 gene transcription. We have found that the role of peroxisome proliferator-activated receptor-α (PPARα) on the control of UCP3 gene expression depends on the tissue and developmental stage. In adults, UCP3 mRNA expression is unaltered in skeletal muscle from PPARα-null mice both in basal conditions and under the stimulus of starvation. In contrast, UCP3 mRNA is down-regulated in adult heart both in fed and fasted PPARα-null mice. This occurs despite the increased levels of free fatty acids caused by fasting in PPARα-null mice. In neonates, PPARα-null mice show impaired UCP3 mRNA expression in skeletal muscle in response to milk intake, and this is not a result of reduced free fatty acid levels. The murine UCP3 promoter is activated by fatty acids through either PPARα or PPARδ but not by PPARγ or retinoid X receptor alone. PPARδ-dependent activation could be a potential compensatory mechanism to ensure appropriate expression of UCP3 gene in adult skeletal muscle in the absence of PPARα. However, among transcripts from other PPARα and PPARδ target genes, only those acutely induced by milk intake in wild-type neonates were altered in muscle or heart from PPARα-null neonates. Thus, PPARα-dependent regulation is required for appropriate gene regulation of UCP3 as part of the subset of fatty-acid-responsive genes in neonatal muscle and heart.

Sm14 gene expression in different stages of the Schistosoma mansoni life cycle and immunolocalization of the Sm14 protein within the adult worm

Sm14 is a 14-kDa vaccine candidate antigen from Schistosoma mansoni that seems to be involved in cytoplasmic trafficking of fatty acids. Although schistosomes have a high requirement for lipids, they are not able to synthesize fatty acids and sterols de novo. Thus, they must acquire host lipids. In order to determine whether Sm14 is present in different stages of the life cycle of the parasite, we performed RT-PCR. Sm14 mRNA was identified in all stages of the life cycle studied, mainly schistosomulum, adult worm and egg. Additionally, we used a rabbit anti-Sm14 polyclonal antibody in an indirect immunofluorescence assay to localize Sm14 in adult worm sections. The basal lamella of the tegument and the gut epithelium were strongly labeled. These tissues have a high flow of and demand for lipids, a finding that supports the putative role of Sm14 as an intracellular transporter of fatty acids from host cells.

Rarity of DNA sequence alterations in the promoter region of the human androgen receptor gene

The human androgen receptor (AR) gene promoter lies in a GC-rich region containing two principal sites of transcription initiation and a putative Sp1 protein-binding site, without typical "TATA" and "CAAT" boxes. It has been suggested that mutations within the 5'untranslated region (5'UTR) may contribute to the development of prostate cancer by changing the rates of gene transcription and/or translation. In order to investigate this question, the aim of the present study was to search for the presence of mutations or polymorphisms at the AR-5'UTR in 92 prostate cancer patients, where histological diagnosis of adenocarcinoma was established in specimens obtained from transurethral resection or after prostatectomy. The AR-5'UTR was amplified by PCR from genomic DNA samples of the patients and of 100 healthy male blood donors, included as controls. Conformation-sensitive gel electrophoresis was used for DNA sequence alteration screening. Only one band shift was detected in one individual from the blood donor group. Sequencing revealed a new single nucleotide deletion (T) in the most conserved portion of the promoter region at position +36 downstream from the transcription initiation site I. Although the effect of this specific mutation remains unknown, its rarity reveals the high degree of sequence conservation of the human androgen promoter region. Moreover, the absence of detectable variation within the critical 5'UTR in prostate cancer patients indicates a low probability of its involvement in prostate cancer etiology.

Highly sensitive C-reactive protein and male gender are independently related to the severity of coronary disease in patients with metabolic syndrome and an acute coronary event

Patients with metabolic syndrome are at high-risk for development of atherosclerosis and cardiovascular events. The objective of this study was to examine the major determinants of coronary disease severity, including those coronary risk factors associated with metabolic syndrome, during the early period after an acute coronary episode. We tested the hypothesis that inflammatory markers, especially highly sensitive C-reactive protein (hsCRP), are related to coronary atherosclerosis, in addition to traditional coronary risk factors. Subjects of both genders aged 30 to 75 years (N = 116) were prospectively included if they had suffered a recent acute coronary syndrome (acute myocardial infarction or unstable angina pectoris requiring hospitalization) and if they had metabolic syndrome diagnosed according to the National Cholesterol Education Program/Adult Treatment Panel III. Patients were submitted to a coronary angiography and the burden of atherosclerosis was estimated by the Gensini score. The severity of coronary disease was correlated (Spearman’s or Pearson’s coefficient) with gender (r = 0.291, P = 0.008), age (r = 0.218, P = 0.048), hsCRP (r = 0.256, P = 0.020), ApoB/ApoA ratio (r = 0.233, P = 0.041), and carotid intima-media thickness (r = 0.236, P = 0.041). After multiple linear regression, only male gender (P = 0.046) and hsCRP (P = 0.012) remained independently associated with the Gensini score. In this high-risk population, male gender and high levels of hsCRP, two variables that can be easily obtained, were associated with more extensive coronary disease, identifying patients with the highest potential of developing new coronary events.

Surfactant protein B gene polymorphism in preterm babies with respiratory distress syndrome

The etiology of respiratory distress syndrome (RDS) is multifactorial and multigenic. Studies have suggested that polymorphisms and mutations in the surfactant protein B (SP-B) gene are associated with the pathogenesis of RDS. The objectives of this study were to determine and compare the frequencies of SP-B gene polymorphisms in preterm babies with and without RDS. We studied 151 neonates: 79 preterm babies without RDS and 72 preterm newborns with RDS. The following four SP-B gene polymorphisms were analyzed: A/C at -18, C/T at 1580, A/G at 9306, and G/C at nucleotide 8714. The polymorphisms were detected by PCR amplification of genomic DNA and genotyping. The genotypes were determined using PCR-based converted restriction fragment length polymorphisms. The control group consisted of 42 (53%) girls and 37 (47%) boys. Weight ranged from 1170 to 3260 g and mean gestational age (GA) was 33.9 weeks (range: 29 to 35 weeks and 6 days). The RDS group consisted of 31 (43%) girls and 41 (57%) boys. Weight ranged from 614 to 2410 g and mean GA was 32 weeks (range: 26 to 35 weeks). The logistic regression model showed that GA was the variable that most contributed to the occurrence of RDS. The AG genotype of the A/G polymorphism at position 9306 of the SP-B gene was a protective factor in this population (OR = 0.1681; 95%CI = 0.0426-0.6629). We did not detect differences in the frequencies of the other polymorphisms between the two groups of newborns.

Hypothyroidism decreases proinsulin gene expression and the attachment of its mRNA and eEF1A protein to the actin cytoskeleton of INS-1E cells

The actions of thyroid hormone (TH) on pancreatic beta cells have not been thoroughly explored, with current knowledge being limited to the modulation of insulin secretion in response to glucose, and beta cell viability by regulation of pro-mitotic and pro-apoptotic factors. Therefore, the effects of TH on proinsulin gene expression are not known. This led us to measure: a) proinsulin mRNA expression, b) proinsulin transcripts and eEF1A protein binding to the actin cytoskeleton, c) actin cytoskeleton arrangement, and d) proinsulin mRNA poly(A) tail length modulation in INS-1E cells cultured in different media containing: i) normal fetal bovine serum - FBS (control); ii) normal FBS plus 1 µM or 10 nM T3, for 12 h, and iii) FBS depleted of TH for 24 h (Tx). A decrease in proinsulin mRNA content and attachment to the cytoskeleton were observed in hypothyroid (Tx) beta cells. The amount of eEF1A protein anchored to the cytoskeleton was also reduced in hypothyroidism, and it is worth mentioning that eEF1A is essential to attach transcripts to the cytoskeleton, which might modulate their stability and rate of translation. Proinsulin poly(A) tail length and cytoskeleton arrangement remained unchanged in hypothyroidism. T3 treatment of control cells for 12 h did not induce any changes in the parameters studied. The data indicate that TH is important for proinsulin mRNA expression and translation, since its total amount and attachment to the cytoskeleton are decreased in hypothyroid beta cells, providing evidence that effects of TH on carbohydrate metabolism also include the control of proinsulin gene expression.

Physical training prevents body weight gain but does not modify adipose tissue gene expression

The relationship of body weight (BW) with white adipose tissue (WAT) mass and WAT gene expression pattern was investigated in mice submitted to physical training (PT). Adult male C57BL/6 mice were submitted to two 1.5-h daily swimming sessions (T, N = 18), 5 days/week for 4 weeks or maintained sedentary (S, N = 15). Citrate synthase activity increased significantly in the T group (P < 0.05). S mice had a substantial weight gain compared to T mice (4.06 ± 0.43 vs 0.38 ± 0.28 g, P < 0.01). WAT mass, adipocyte size, and the weights of gastrocnemius and soleus muscles, lung, kidney, and adrenal gland were not different. Liver and heart were larger and the spleen was smaller in T compared to S mice (P < 0.05). Food intake was higher in T than S mice (4.7 ± 0.2 vs 4.0 ± 0.3 g/animal, P < 0.05) but oxygen consumption at rest did not differ between groups. T animals showed higher serum leptin concentration compared to S animals (6.37 ± 0.5 vs 3.11 ± 0.12 ng/mL). WAT gene expression pattern obtained by transcription factor adipocyte determination and differentiation-dependent factor 1, fatty acid synthase, malic enzyme, hormone-sensitive lipase, adipocyte lipid binding protein, leptin, and adiponectin did not differ significantly between groups. Collectively, our results showed that PT prevents BW gain and maintains WAT mass due to an increase in food intake and unchanged resting metabolic rate. These responses are closely related to unchanged WAT gene expression patterns.

Maternal protein restriction affects gene expression and enzyme activity of intestinal disaccharidases in adult rat offspring

This study investigated the consequences of intrauterine protein restriction on the gastrointestinal tract and particularly on the gene expression and activity of intestinal disaccharidases in the adult offspring. Wistar rat dams were fed isocaloric diets containing 6% protein (restricted, n = 8) or 17% protein (control, n = 8) throughout gestation. Male offspring (n = 5-8 in each group) were evaluated at 3 or 16 weeks of age. Maternal protein restriction during pregnancy produced offspring with growth restriction from birth (5.7 ± 0.1 vs 6.3 ± 0.1 g; mean ± SE) to weaning (42.4 ± 1.3 vs 49.1 ± 1.6 g), although at 16 weeks of age their body weight was similar to control (421.7 ± 8.9 and 428.5 ± 8.5 g). Maternal protein restriction also increased lactase activity in the proximal (0.23 ± 0.02vs 0.15 ± 0.02), medial (0.30 ± 0.06vs 0.14 ± 0.01) and distal (0.43 ± 0.07vs 0.07 ± 0.02 U·g-1·min-1) small intestine, and mRNA lactase abundance in the proximal intestine (7.96 ± 1.11vs 2.38 ± 0.47 relative units) of 3-week-old offspring rats. In addition, maternal protein restriction increased sucrase activity (1.20 ± 0.02 vs 0.91 ± 0.02 U·g-1·min-1) and sucrase mRNA abundance (4.48 ± 0.51 vs 1.95 ± 0.17 relative units) in the duodenum of 16-week-old rats. In conclusion, the present study shows for the first time that intrauterine protein restriction affects gene expression of intestinal enzymes in offspring.

Involvement of Src tyrosine kinase and protein kinase C in the expression of macrophage migration inhibitory factor induced by H2O2 in HL-1 mouse cardiac muscle cells

Macrophage migration inhibitory factor (MIF), a pleiotropic cytokine, plays an important role in the pathogenesis of atrial fibrillation; however, the upstream regulation of MIF in atrial myocytes remains unclear. In the present study, we investigated whether and how MIF is regulated in response to the renin-angiotensin system and oxidative stress in atrium myocytes (HL-1 cells). MIF protein and mRNA levels in HL-1 cells were assayed using immunofluorescence, real-time PCR, and Western blot. The result indicated that MIF was expressed in the cytoplasm of HL-1 cells. Hydrogen peroxide (H2O2), but not angiotensin II, stimulated MIF expression in HL-1 cells. H2O2-induced MIF protein and gene levels increased in a dose-dependent manner and were completely abolished in the presence of catalase. H2O2-induced MIF production was completely inhibited by tyrosine kinase inhibitors genistein and PP1, as well as by protein kinase C (PKC) inhibitor GF109203X, suggesting that redox-sensitive MIF production is mediated through tyrosine kinase and PKC-dependent mechanisms in HL-1 cells. These results suggest that MIF is upregulated by HL-1 cells in response to redox stress, probably by the activation of Src and PKC.

Changes in gene expression during drying and imbibition of desiccation sensitive Magnolia ovata (A. St.-Hil.) spreng. seeds

Seeds of Magnolia ovata were dried to different water contents to assess the viability and transcript abundance of genes related to seed development, cell cycle, cytoskeleton and desiccation tolerance.The expression of development, cell cycle and cytoskeleton relative genes (ABI3, CDC2-like and ACT2) alone could not explain the germination behaviour of M. ovata seeds in relation to drying damage. Irrespective of their initial water content, the seeds performed in the same way during the initial period of germination and the deleterious effects of desiccation only occurred in later stages. Expression of PKABA1, sHSP17.5 and 2-Cys-PRX did not show a relationship with desiccation. However, the expression patterns of PKABA1 and sHSP17.5 suggested the participation of these genes in protective mechanisms during the imbibition of M. ovata seeds.

Skeletal muscle protein content of lipolytic inhibitor G(0)/G(1) switch gene-2 protein: the effect of endurance training

The first and rate-limiting step of lipolysis is the removal of the first fatty acid from a triglyceride molecule; it is catalyzed by adipose triglyceride lipase (ATGL). ATGL is co-activated by comparative gene identification-58 (CGI-58) and inhibited by the G(0)/G(1) switch gene-2 protein (G0S2). G0S2 has also recently been identified as a positive regulator of oxidative phosphorylation within the mitochondria. Previous research has demonstrated in cell culture, a dose dependent mechanism for inhibition by G0S2 on ATGL. However our data is not consistent with this hypothesis. There was no change in G0S2 protein content during an acute lipolytic inducing set of contractions in both whole muscle, and isolated mitochondria yet both ATGL and G0S2 increase following endurance training, in spite of the fact that there should be increased reliance on intramuscular lipolysis. Therefore, inhibition of ATGL by G0S2 appears to be regulated through more complicated intracellular or post-translation regulation.

Deletion of the RNR4 gene causes hyperresistance to the carcinogen 4-NQO in the yeast model

La stabilité génomique, qui est essentielle à la vie, est possible grâce à la réplication et la réparation de l’ADN. Une des enzymes responsables de la réplication et de la réparation de l’ADN est la ribonucleotide reductase (RNR), qui est retrouvée chez la levure et chez l’humain. Cette enzyme catalyse la formation de déoxyribonucléotides et maintien le pool de dNTP requis pour la réparation et la réplication de l’ADN. L’enzyme RNR est un tétramère α2β2 constitué d’une grande (R1, α2) et d’une petite (R2, β2) sous-unité. Chez S. cerevisiae, les gènes RNR1 et RNR3 encodent la sous-unité α2 (R1). L’activité catalytique de RNR dépend d’une interaction avec le fer et de la formation d’un complexe entre R1 et R2. L’expression de toutes les sous-unités est inductible par les dommages causés à l’ADN. Dans cette étude, nous démontrons que des cellules qui n’expriment pas une des sous-unités, Rnr4, du complexe RNR sont sensibles à divers agents endommageant l’ADN, tels que le méthyl méthane sulfonate, la bléomycine, le péroxyde d’hydrogène et les rayons ultraviolets (UVC 254 nm). Au contraire, le mutant est résistant au 4-nitroquinoline-1- oxide (4-NQO), un composé qui engendre des lésions encombrantes. Par conséquent, le mutant rnr4Δ démontre une réduction marquée en mutations induites par le 4-NQO comparativement à la souche parentale. Nous voulions identifier la voie de réparation de l’ADN qui conférait cette résistance au 4-NQO ainsi que les protéines impliquées. Les voies BER, NER et MMR n’ont pas aboli la résistance au 4-NQO de la souche rnr4Δ. La protéine recombinante Rad51 ne joue pas un rôle critique dans la réparation de l’ADN et dans la résistance au 4-NQO. La délétion du gène REV3, qui encode une polymérase de contournement, impliquée dans la réparation post-réplication, a partiellement aboli la résistance au 4-NQO dans rnr4Δ. Ces résultats suggèrent que la polymérase Rev3 et possiblement d’autres polymérases translésion (Rev1, Rev7, Rad30) pourraient être impliquées dans la réparation de lésions encombrantes dans l’ADN dans des conditions de carence en dNTP. La réparation de l’ADN, un mécanisme complexe chez la levure, implique une vaste gamme de protéines, dont certaines encore inconnues. Nos résultats indiquent qu’il y aurait plus qu’une protéine impliquée dans la résistance au 4-NQO. Des investigations plus approfondies seront nécessaires afin de comprendre la recombinaison et la réparation post-réplication.

Pathogenèse moléculaire de la neuropathie sensitive et motrice héréditaire avec agénésie du corps calleux

La neuropathie sensitive et motrice héréditaire avec agénésie du corps calleux (NSMH/ACC) se traduit par une atteinte neurodégénérative sévère associée à des anomalies développementales dans le système nerveux central et du retard mental. Bien que rare dans le monde, ce désordre autosomique récessif est particulièrement fréquent dans la population Québécoise du Canada Français du fait d’un effet fondateur. L’unique étude réalisée sur la mutation québécoise du gène qui code pour le co-transporteur de potassiumchlore 3 (KCC3) a montré qu’il y a une perte de fonction de la protéine. Cependant, la maladie est également retrouvée hors du Québec et il reste encore à élucider les pathomécanismes mis en jeu. Nous avons donc séquencé les 26 exons du gène KCC3 chez des individus recrutés dans le monde entier et suspectés d’être atteints de la maladie. Nous avons ainsi identifié trois nouvelles mutations. L’étude fonctionnelle de ces mutations nous a confirmé la perte de fonction systématique des co-transporteurs mutés. Puisque l’inactivation de KCC3 se produit majoritairement via l’élimination de segments peptidiques en C-terminus, nous avons concentré notre attention sur l’identification des interactions qui s’y produisent. À l’aide d’approches double hybride, pull-down et immunomarquage, nous avons déterminé que KCC3 interagit avec la créatine kinase CK-B et que cette interaction est perturbée par les mutations tronquantes. De plus, l’utilisation d’un inhibiteur de créatine kinase inactive KCC3, ce qui démontre qu’il existe bien un lien fonctionnel et pathologique entre KCC3 et ses partenaires C-terminaux. Nous avons aussi identifié des anomalies majeures de localisation membranaire des KCC3 mutés. Que KCC3 soit tronqué ou pleine longueur, sa distribution subcellulaire est affectée dans des cellules en culture, dans les ovocytes de Xenopes et dans des échantillons de cerveau de patients. La perte d’interaction entre KCC3 et CK-B et/ou les défauts de transit intracellulaire de KCC3 sont donc les mécanismes pathologiques majeurs de la NSMH/ACC.

Searching for novel gene functions in yeast : identification of thousands of novel molecular interactions by protein-fragment complementation assay followed by automated gene function prediction and high-throughput lipidomics

La compréhension de processus biologiques complexes requiert des approches expérimentales et informatiques sophistiquées. Les récents progrès dans le domaine des stratégies génomiques fonctionnelles mettent dorénavant à notre disposition de puissants outils de collecte de données sur l’interconnectivité des gènes, des protéines et des petites molécules, dans le but d’étudier les principes organisationnels de leurs réseaux cellulaires. L’intégration de ces connaissances au sein d’un cadre de référence en biologie systémique permettrait la prédiction de nouvelles fonctions de gènes qui demeurent non caractérisées à ce jour. Afin de réaliser de telles prédictions à l’échelle génomique chez la levure Saccharomyces cerevisiae, nous avons développé une stratégie innovatrice qui combine le criblage interactomique à haut débit des interactions protéines-protéines, la prédiction de la fonction des gènes in silico ainsi que la validation de ces prédictions avec la lipidomique à haut débit. D’abord, nous avons exécuté un dépistage à grande échelle des interactions protéines-protéines à l’aide de la complémentation de fragments protéiques. Cette méthode a permis de déceler des interactions in vivo entre les protéines exprimées par leurs promoteurs naturels. De plus, aucun biais lié aux interactions des membranes n’a pu être mis en évidence avec cette méthode, comparativement aux autres techniques existantes qui décèlent les interactions protéines-protéines. Conséquemment, nous avons découvert plusieurs nouvelles interactions et nous avons augmenté la couverture d’un interactome d’homéostasie lipidique dont la compréhension demeure encore incomplète à ce jour. Par la suite, nous avons appliqué un algorithme d’apprentissage afin d’identifier huit gènes non caractérisés ayant un rôle potentiel dans le métabolisme des lipides. Finalement, nous avons étudié si ces gènes et un groupe de régulateurs transcriptionnels distincts, non préalablement impliqués avec les lipides, avaient un rôle dans l’homéostasie des lipides. Dans ce but, nous avons analysé les lipidomes des délétions mutantes de gènes sélectionnés. Afin d’examiner une grande quantité de souches, nous avons développé une plateforme à haut débit pour le criblage lipidomique à contenu élevé des bibliothèques de levures mutantes. Cette plateforme consiste en la spectrométrie de masse à haute resolution Orbitrap et en un cadre de traitement des données dédié et supportant le phénotypage des lipides de centaines de mutations de Saccharomyces cerevisiae. Les méthodes expérimentales en lipidomiques ont confirmé les prédictions fonctionnelles en démontrant certaines différences au sein des phénotypes métaboliques lipidiques des délétions mutantes ayant une absence des gènes YBR141C et YJR015W, connus pour leur implication dans le métabolisme des lipides. Une altération du phénotype lipidique a également été observé pour une délétion mutante du facteur de transcription KAR4 qui n’avait pas été auparavant lié au métabolisme lipidique. Tous ces résultats démontrent qu’un processus qui intègre l’acquisition de nouvelles interactions moléculaires, la prédiction informatique des fonctions des gènes et une plateforme lipidomique innovatrice à haut débit , constitue un ajout important aux méthodologies existantes en biologie systémique. Les développements en méthodologies génomiques fonctionnelles et en technologies lipidomiques fournissent donc de nouveaux moyens pour étudier les réseaux biologiques des eucaryotes supérieurs, incluant les mammifères. Par conséquent, le stratégie présenté ici détient un potentiel d’application au sein d’organismes plus complexes.

Role of the Protein Tyrosine Kinase 7 gene in human neural tube defects

Les anomalies du tube neural (ATN) sont des anomalies développementales où le tube neural reste ouvert (1-2/1000 naissances). Afin de prévenir cette maladie, une connaissance accrue des processus moléculaires est nécessaire. L’étiologie des ATN est complexe et implique des facteurs génétiques et environnementaux. La supplémentation en acide folique est reconnue pour diminuer les risques de développer une ATN de 50-70% et cette diminution varie en fonction du début de la supplémentation et de l’origine démographique. Les gènes impliqués dans les ATN sont largement inconnus. Les études génétiques sur les ATN chez l’humain se sont concentrées sur les gènes de la voie métabolique des folates du à leur rôle protecteur dans les ATN et les gènes candidats inférés des souris modèles. Ces derniers ont montré une forte association entre la voie non-canonique Wnt/polarité cellulaire planaire (PCP) et les ATN. Le gène Protein Tyrosine Kinase 7 est un membre de cette voie qui cause l’ATN sévère de la craniorachischisis chez les souris mutantes. Ptk7 interagit génétiquement avec Vangl2 (un autre gène de la voie PCP), où les doubles hétérozygotes montrent une spina bifida. Ces données font de PTK7 comme un excellent candidat pour les ATN chez l’humain. Nous avons re-séquencé la région codante et les jonctions intron-exon de ce gène dans une cohorte de 473 patients atteints de plusieurs types d’ATN. Nous avons identifié 6 mutations rares (fréquence allélique <1%) faux-sens présentes chez 1.1% de notre cohorte, dont 3 sont absentes dans les bases de données publiques. Une variante, p.Gly348Ser, a agi comme un allèle hypermorphique lorsqu'elle est surexprimée dans le modèle de poisson zèbre. Nos résultats impliquent la mutation de PTK7 comme un facteur de risque pour les ATN et supporte l'idée d'un rôle pathogène de la signalisation PCP dans ces malformations.