New human kallikrein 14: enzymatic characterization and inhibitors development.

RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLIC En biologie, si une découverte permet de répondre à quelques questions, en général elle en engendre beaucoup d'autres. C'est ce qui s'est produit récemment dans le monde des kallicréines. De la famille des protéases, protéines ayant la faculté de couper plus ou moins spécifiquement d'autres protéines pour exercer un rôle biologique, la famille des kallicréines humaines n'était composée que de 3 membres lors du siècle dernier. Parmi eux, une kallicréine mondialement utilisée pour détecter le cancer de la prostate, le PSA. En 2000, un chercheur de l'hôpital universitaire Mont Sinaï à Toronto, le Professeur Eleftherios Diamandis, a découvert la présence de 12 nouveaux gènes appartenant à cette famille, situés sur le même chromosome que les 3 premières kallicréines. Cette découverte majeure a placé les spécialistes des kallicréines face à une montagne d'interrogations car les fonctions de ces nouvelles protéases étaient totalement inconnues. La kallicréine humaine 14 (hK14) présente un intérêt particulier, car elle se retrouve associée à différents cancers, notamment les carcinomes ovariens et mammaires. Cette association ne répond cependant pas à la fonction de cette protéase. L'objectif de ce travail de thèse était donc de découvrir, dans un premier temps, la spécificité de cette nouvelle kallicréine, c'est-à-dire le type de coupure qu'elle engendre au niveau des protéines qu'elle cible. Utilisant une technologie de pointe qui exploite la propriété des bactériophages à se répliquer dans les bactéries à l'infini, des dizaines de millions de combinaisons protéiques aléatoires ont été présentées à hK14, qui a pu sélectionner celles qui lui étaient favorables pour la coupure. Cette technique qualitative porte le nom de Phage Display Substrate. Une fois la sélection réalisée, il fallait transférer ces séquences coupées ou substrats dans un système permettant de donner une valeur quantitative à l'efficacité de coupure. Pour cela nous avons développé une technologie qui permet d'évaluer cette efficacité en utilisant des protéines fluorescentes de méduse, modifiées génétiquement, dont l'excitation de la première (CFP : cyan fluorescent protein) par la lumière à une certaine longue d'onde permet le transfert d'énergie à la seconde (YFP : yellow fluorescent protein), via un substrat qui les lie. Pour que ce transfert d'énergie se produise, il faut que les deux protéines fluorescentes soient proches, comme c'est le cas lorsqu'elles sont liées par un substrat. La coupure de ce lien provoque un changement de transfert d'énergie qui est quantifiable en utilisant un spectrofluoromètre. Cette technologie permet donc de suivre la réaction d'hydrolyse (coupure) des protéases. Afin de poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre la fonction biologique d'hK14 ainsi que son éventuelle implication dans le cancer, nous avons développé des inhibiteurs spécifiques d'hK14. Les séquences qui on été le plus efficacement coupées par hK14 ont été utilisées pour transformer deux types d'inhibiteurs classiques, qui circulent dans notre sang, en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Selon les résultats obtenus in vitro, ils pourront être évalués in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. RESUME Les protéases sont des enzymes impliquées dans des processus physiologiques mais aussi parfois pathologiques. La famille des kallicréines tissulaires humaines représente le plus grand groupe de protéases humaines, dont plusieurs pourraient participer au développement de certaines maladies. D'autre part, ces protéases sont apparues comme des marqueurs de pathogénicité potentiels, notamment dans les cas de cancers hormono-dépendants. La kallicréine humaine 14 a été récemment découverte et son implication dans quelques maladies, particulièrement dans le cas de tumeurs, semble probable. En effet, son expression génique est augmentée au niveau des tissus cancéreux de la prostate et du sein et son expression protéique s'est révélée plus élevée dans le sérum de patientes atteintes d'un cancer du sein ou des ovaires. Cependant, comme c'est le cas pour la plupart des kallicréines, sa fonction est encore inconnue. Afin de mieux connaître son rôle biologique et/ou pathologique, nous avons décidé de caractériser son activité enzymatique. Nous avons tout d'abord mis au point un système de substrats entièrement biologique permettant d'étudier in vitro l'activité des protéases. Ce système est basé sur le phénomène de FRET, à savoir le transfert d'énergie de résonance fluorescente qui intervient entre deux molécules fluorescentes voisines si le spectre d'émission de la protéine donneuse chevauche le spectre d'excitation de la protéine receveuse. Nous avons fusionné de manière covalente une protéine fluorescente bleue (CFP) et une jaune (YFP) en les liant avec diverses séquences. Par clivage de la séquence de liaison, une perte du transfert d'énergie peut être mesurée par un spectrofluoromètre. Cette technologie représente un moyen facile de suivre la réaction d'hydrolyse des protéases. Les conditions optimales de production de ces substrats CFP-YFP ont été déterminées, de même que les paramètres pouvant éventuellement influencer le FRET. Ce système possède une grande résistance à la protéolyse non spécifique et est applicable à un grand nombre de protéase. Contrairement aux substrats fluorogéniques, il permet d'étudier les acides aminés se trouvant des deux côtés du site de clivage. Ce système étant entièrement biologique, il est le reflet des interactions protéine-protéine et représente un outil biologique facile, bon marché et rapide pour caractériser les protéases. Dans un premier temps, hK14 a été mise en présence d' une banque de haute diversité de pentapeptides aléatoires présentée à la surface de phages afin d'identifier des substrats spécifiques. Ensuite, le système CFP-YFP a été employé pour trier les peptides sélectionnés afin d'identifier les séquences de substrats les plus sensibles et spécifiques pour hK14. Nous avons montré, qu'en plus de sa prévisible activité de type trypsine, hK14 possède aussi une très surprenante activité de type chymotrypsine. Les séquences les plus sensibles ont été choisies pour cribler la banque de donnée Swissprot, permettant ainsi l'identification de 6 substrats protéiques humains potentiels pour hK14. Trois d'entre eux, la laminine α-5, le collagène IV et la matriline-4, qui sont des composants de la matrice extracellulaire, ont démontré une grande susceptibilité à l'hydrolyse par hK14. De plus, la séparation éléctrophorétique a montré que la dégradation de la laminine α-5 et de la matriline-4 par hK14 devait se produire aux sites identifiés par la technologie du phage display. Pour terminer, nous avons transformé, par mutagenèse dirigée, deux serpines (inhibiteurs de protéases de type sérine) connues, AAT et ACT (alpha anti-trypsine et alpha anti-chymotrypsine), qui inhibent un vaste éventail d'enzymes humaines en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Ces inhibiteurs pourront être utilisés d'une part pour poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre l'implication d'hK14 dans des voies physiologiques ou dans le cancer et d'autre part pour les évaluer in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. SUMMARY Proteases consist of enzymes involved in physiological events, but also, in case of dysregulation, in pathogenicity. The human tissue kallikrein family represents the largest human protease cluster and includes several members that either could participate in the course of certain diseases or emerged as potential biological markers, especially in hormone dependent cancers. The human kallikrein 14 has been recently discovered and suggested implications in some disorders, particularly in tumors since its gene expression is up-regulated in prostate and breast cancer tissues and its protein expression increased in the serum of patients with breast and ovarian cancers. However, like most kallikreins, its function remains unknown. To better understand hK14 biological and/or pathological role, we decided to characterize its enzymatic activity. First of all, we developped a biological system suitable for in vitro study of protease activity. This system is based on the so-called FRET phenomenon, that is the Fluorescence Resonance Energy Transfer that occurs between two nearby fluorescent proteins if the emission spectrum of the donor overlaps the excitation spectrum of the acceptor. We fused covalently a cyan fluorescent protein (CFP) and a yellow fluorescent protein (YFP) with diverses sequences. Upon cleavage of the linker sequence by protease, the loss of energy transfer can be measured by a spectrofluorometer allowing an easy following of hydrolysis reaction. The optimal conditions to produce in bacterial system these CFP-YFP substrates were determined as well as the parameters that could eventually influence the FRET. This system demonstrated a high degree of resistance to non-specific proteolysis and applicability to various conditions corresponding to a great number of existing proteases. Other avantages are the possibility to study the amino acids located both sides of the cleavage site as well as the interest to work in a full biological system reflecting protein-protein interaction. A phage substrate library with exhaustive diversity was used prior to CFP-substrate-YFP system to isolate specific human kallikrein 14 substrates. After that the CFP-YFP system was used to sort peptides and identify highly sensitive and specific substrate sequences for hK14. We showed that besides its predictable trypsin-like activity, hK14 also possesses a surprising chymotrypsin-like activity. The screening of the Swissprot database was achieved with the most sensitive sequences and allowed the identification of 6 potential human protein substrates for hK14. Three of them, laminin α-5, collagen IV and matrilin-4, which are components of the extracellular matrix were incubated with hK14, by which they were efficiently hydrolyzed. Moreover, electrophoretic separation revealed that degradation of laminin α-5 and matrilin-4 by hK14 generated fragments with identical molecular size than the predicted N-terminal fragments that would result from hK14 specific cleavage, proving the value of phage display substrate to identify potential substrates. Finally, with site-directed mutagenesis, we transformed two well-known serpins (serine protease inhibitors), AAT and ACT (alpha anti-trypsin and alpha anti-chymotrypsin), which inhibit a vast spectrum of human enzymes into highly efficient and specific hK14 inhibitors. These inhibitors will be used to pursue experiments that could help understand hK14 implication in physiological pathways as well as in cancer biology and also to perform their in vivo evalution as potential cancer treatment.

Integrating receptor interactions and dynamics and Interference with endocrine disruptors in the mechanisms of action of PPAR nuclear receptors

Abstract Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPARs) form a family of three nuclear receptors regulating important cellular and metabolic functions. PPARs control gene expression by directly binding to target promoters as heterodimers with the Retinoid X Receptor (RXR), and their transcriptional activity is enhanced upon activation by natural or pharmacological ligands. The binding of PPAR/RXR heterodimers on target promoters allows the anchoring of a series of coactivators and corepressors involved in promoter remodeling and the recruitment of the transcription machinery. The transcriptional output finally depends on a complex interplay between (i) the respective expression levels of PPARs, RXRs and of other nuclear receptors competing for DNA binding and RXR recruitment, (ii) the availability and the nature of PPAR and RXR ligands, (iii) the expression levels and the nature of the different coactivators and corepressors and (iv) the sequence and the epigenetic status of the promoter. Understanding how all these factors and signals integrate and fine-tune transcription remains a challenge but is necessary to understand the specificity of the physiological functions regulated by PPARs. The work presented herein focuses on the molecular mechanisms of PPAR action and aims at understanding how the interactions and mobility of the receptor modulate transcription in the physiological context of a living cell: Such observations in vivo rely on the use of engineered fluorescent protein chimeras and require the development and the application of complementary imaging techniques such as Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP), Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) and Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS). Using such techniques, PPARs are shown to reside solely in the nucleus where they are constitutively associated with RXR but transcriptional activation by ligand binding -does not promote the formation of sub-nuclear structures as observed with other nuclear receptors. In addition, the engagement of unliganded PPARs in large complexes of cofactors in living cells provides a molecular basis for their ligand-independent activity. Ligand binding reduces receptor diffusion by promoting the recruitment of coactivators which further enlarge the size of PPAR complexes to acquire full transcriptional competence. Using these molecular approaches, we deciphered the molecular mechanisms through which phthalates, a class of pollutants from the plastic industry, interfere with PPARγ signaling. Mono-ethyl-hexyl-phthalate (MEHP) binding induces the recruitment of a specific subset of cofactors and translates into the expression of a specific subset of target genes, the transcriptional output being strongly conditioned by the differentiation status of the cell. This selective PPARγ modulation induces limited adipogenic effects in cellular models while exposure to phthalates in animal models leads to protective effects on glucose tolerance and diet-induced obesity. These results demonstrate that phthalates influence lipid and carbohydrate metabolism through complex mechanisms which most likely involve PPARγ but also probably PPARα and PPARß, Altogether, the molecular and physiological demonstration of the interference of pollutants with PPAR action outlines an important role of chemical exposure in metabolic regulations. Résumé Les PPARs (Peroxisome Proliferator-Activated Receptors) forment une famille de récepteurs nucléaires qui régulent des fonctions cellulaires et métaboliques importantes. Les PPARs contrôlent l'expression des gènes en se liant directement à leurs promoteurs sous forme d'hétérodimères avec les récepteurs RXR (Retinoid X Receptor), et leur activité transcriptionnelle est stimulée par la liaison de ligands naturels ou pharmacologiques. L'association des hétérodimères PPAR/RXR avec les promoteurs des gènes cibles permet le recrutement de coactivateurs et de corépresseurs qui vont permettre le remodelage de la chromatine et le recrutement de la machinerie transcriptionnelle. Les actions transcriptionnelles du récepteur dépendent toutefois d'interactions complexes qui sont régulées par (i) le niveau d'expression des PPARs, des RXRs et d'autres récepteurs nucléaires entrant en compétition pour la liaison à l'ADN et l'association avec RXR, (ii) la disponibilité et la nature de ligands de PPAR et de RXR, (iii) les niveaux d'expression et la nature des différents coactivateurs et corépresseurs et (iv) la séquence et le marquage épigénétique des promoteurs. La compréhension des mécanismes qui permettent d'intégrer ces aspects pour assurer une régulation fine de l'activité transcriptionnelle est un défi qu'il est nécessaire de relever pour comprendre la spécificité des fonctions physiologiques régulées par les PPARs. Ce travail concerne l'étude des mécanismes d'action moléculaire des PPARs et vise à mieux comprendre comment les interactions du récepteur avec d'autres protéines ainsi que la mobilité de ce dernier régulent son activité transcriptionnelle dans le contexte physiologique des cellules vivantes. De telles observations reposent sur l'emploi de protéines fusionnées à des protéines fluorescentes ainsi que sur le développement et l'utilisation de techniques d'imagerie complémentaires telles que le FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching), le FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) ou la FCS (Fluorescence Corrélation Spectroscopy). En appliquant ces méthodes, nous avons pu montrer que les PPARs résident toujours dans le noyau où ils sont associés de manière constitutive à RXR, mais que l'ajout de ligand n'induit pas la formation de structures sub-nucléaires comme cela a pu être décrit pour d'autres récepteurs nucléaires. De plus, les PPARs sont engagés dans de larges complexes protéiques de cofacteurs en absence de ligand, ce qui procure une explication moléculaire à leur activité ligand-indépendante. La liaison du ligand réduit la vitesse de diffusion du récepteur en induisant le recrutement de coactivateurs qui augmente encore plus la taille des complexes afin d'acquérir un potentiel d'activation maximal. En utilisant ces approches moléculaires, nous avons pu caractériser les mécanismes permettant aux phtalates, une classe de polluants provenant de l'industrie plastique, d'interférer avec PPARγ. La liaison du mono-ethyl-hexyl-phtalate (NERF) à PPARγ induit un recrutement sélectif de cofacteurs, se traduisant par l'induction spécifique d'un sous-ensemble de gènes qui varie en fonction du niveau de différentiation cellulaire. La modulation sélective de PPARγ par le MEHP provoque une adipogenèse modérée dans des modèles cellulaires alors que l'exposition de modèles animaux aux phtalates induit des effets bénéfiques sur la tolérance au glucose et sur le développement de l'obésité. Toutefois, les phtalates ont une action complexe sur le métabolisme glucido-lipidique en faisant intervenir PPARγ mais aussi probablement PPARα et PPARß. Cette démonstration moléculaire et physiologique de l'interférence des polluants avec les récepteurs nucléaires PPAR souligne un rôle important de l'exposition à de tels composés dans les régulations métaboliques.

Association with coregulators is the major determinant governing peroxisome proliferator-activated receptor mobility in living cells.

The nucleus is an extremely dynamic compartment, and protein mobility represents a key factor in transcriptional regulation. We showed in a previous study that the diffusion of peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs), a family of nuclear receptors regulating major cellular and metabolic functions, is modulated by ligand binding. In this study, we combine fluorescence correlation spectroscopy, dual color fluorescence cross-correlation microscopy, and fluorescence resonance energy transfer to dissect the molecular mechanisms controlling PPAR mobility and transcriptional activity in living cells. First, we bring new evidence that in vivo a high percentage of PPARs and retinoid X receptors is associated even in the absence of ligand. Second, we demonstrate that coregulator recruitment (and not DNA binding) plays a crucial role in receptor mobility, suggesting that transcriptional complexes are formed prior to promoter binding. In addition, association with coactivators in the absence of a ligand in living cells, both through the N-terminal AB domain and the AF-2 function of the ligand binding domain, provides a molecular basis to explain PPAR constitutive activity.

Analysis of CD4+ and CD8+ T cells by defined MHC-peptide complexes

MHC class II-peptide multimers are important tools for the detection, enumeration and isolation of antigen-specific CD4+ Τ cells. However, their erratic and often poor performance impeded their broad application and thus in-depth analysis of key aspects of antigen-specific CD4+ Τ cell responses. In the first part of this thesis we demonstrate that a major cause for poor MHC class II tetramer staining performance is incomplete peptide loading on MHC molecules. We observed that peptide binding affinity for "empty" MHC class II molecules poorly correlates with peptide loading efficacy. Addition of a His-tag or desthiobiotin (DTB) at the peptide N-terminus allowed us to isolate "immunopure" MHC class II-peptide monomers by affinity chromatography; this significantly, often dramatically, improved tetramer staining of antigen-specific CD4+ Τ cells. Insertion of a photosensitive amino acid between the tag and the peptide, permitted removal of the tag from "immunopure" MHC class II-peptide complex by UV irradiation, and hence elimination of its potential interference with TCR and/or MHC binding. Moreover, to improve loading of self and tumor antigen- derived peptides onto "empty" MHC II molecules, we first loaded these with a photocleavable variant of the influenza A hemagglutinin peptide HA306-318 and subsequently exchanged it with a poorly loading peptide (e.g. NY-ESO-1119-143) upon photolysis of the conditional ligand. Finally, we established a novel type of MHC class II multimers built on reversible chelate formation between 2xHis-tagged MHC molecules and a fluorescent nitrilotriacetic acid (NTA)-containing scaffold. Staining of antigen-specific CD4+ Τ cells with "NTAmers" is fully reversible and allows gentle cell sorting. In the second part of the thesis we investigated the role of the CD8α transmembrane domain (TMD) for CD8 coreceptor function. The sequence of the CD8α TMD, but not the CD8β TMD, is highly conserved and homodimerizes efficiently. We replaced the CD8α TMD with the one of the interleukin-2 receptor a chain (CD8αTac) and thus ablated CD8α TMD interactions. We observed that ΤΙ Τ cell hybridomas expressing CD8αTacβ exhibited severely impaired intracellular calcium flux, IL-2 responses and Kd/PbCS(ABA) P255A tetramer binding. By means of fluorescence resonance energy transfer experiments (FRET) we established that CD8αTacβ associated with TCR:CD3 considerably less efficiently than CD8αβ, both in the presence and the absence of Kd/PbCS(ABA) complexes. Moreover, we observed that CD8αTacβ partitioned substantially less in lipid rafts, and related to this, associated less efficiently with p56Lck (Lck), a Src kinase that plays key roles in TCR proximal signaling. Our results support the view that the CD8α TMD promotes the formation of CD8αβP-CD8αβ dimers on cell surfaces. Because these contain two CD8β chains and that CD8β, unlike CD8α, mediates association of CD8 with TCR:CD3 as well as with lipid rafts and hence with Lck, we propose that the CD8αTMD plays an important and hitherto unrecognized role for CD8 coreceptor function, namely by promoting CD8αβ dimer formation. We discuss what implications this might have on TCR oligomerization and TCR signaling. - Les multimères de complexes MHC classe II-peptide sont des outils importants pour la détection, le dénombrement et l'isolation des cellules Τ CD4+ spécifiques pour un antigène d'intérêt. Cependant, leur performance erratique et souvent inadéquate a empêché leur utilisation généralisée, limitant ainsi l'analyse des aspects clés des réponses des lymphocytes Τ CD4+. Dans la première partie de cette thèse, nous montrons que la cause principale de la faible efficacité des multimères de complexes MHC classe II-peptide est le chargement incomplet des molécules MHC par des peptides. Nous montrons également que l'affinité du peptide pour la molécule MHC classe II "vide" n'est pas nécessairement liée au degré du chargement. Grâce à l'introduction d'une étiquette d'histidines (His-tag) ou d'une molécule de desthiobiotine à l'extrémité N-terminale du peptide, des monomères MHC classe II- peptide dits "immunopures" ont pu être isolés par chromatographic d'affinité. Ceci a permis d'améliorer significativement et souvent de façon spectaculaire, le marquage des cellules Τ CD4+ spécifiques pour un antigène d'intérêt. L'insertion d'un acide aminé photosensible entre l'étiquette et le peptide a permis la suppression de l'étiquette du complexe MHC classe- Il peptide "immunopure" par irradiation aux UV, éliminant ainsi de potentielles interférences de liaison au TCR et/ou au MHC. De plus, afin d'améliorer le chargement des molécules MHC classe II "vides" avec des peptides dérivés d'auto-antigènes ou d'antigènes tumoraux, nous avons tout d'abord chargé les molécules MHC "vides" avec un analogue peptidique photoclivable issu du peptide HA306-318 de l'hémagglutinine de la grippe de type A, puis, sous condition de photolyse, nous l'avons échangé avec de peptides à chargement faible (p.ex. NY-ESO-1119-143). Finalement, nous avons construit un nouveau type de multimère réversible, appelé "NTAmère", basé sur la formation chélatante reversible entre les molécules MHC-peptide étiquettés par 2xHis et un support fluorescent contenant des acides nitrilotriacetiques (NTA). Le marquage des cellules Τ CD4+ spécifiques pour un antigène d'intérêt avec les "NTAmères" est pleinement réversible et permet également un tri cellulaire plus doux. Dans la deuxième partie de cette thèse nous avons étudié le rôle du domaine transmembranaire (TMD) du CD8α pour la fonction coréceptrice du CD8. La séquence du TMD du CD8α, mais pas celle du TMD du CD8β, est hautement conservée et permet une homodimérisation efficace. Nous avons remplacé le TMD du CD8α avec celui de la chaîne α du récepteur à l'IL-2 (CD8αTac), éliminant ainsi les interactions du TMD du CD8α. Nous avons montré que les cellules des hybridomes Τ T1 exprimant le CD8αTacβ présentaient une atteinte sévère du flux du calcium intracellulaire, des réponses d'IL-2 et de la liaison des tétramères Kd/PbCS(ABA) P255A. Grâce aux expériences de transfert d'énergie entre molécules fluorescentes (FRET), nous avons montré que l'association du CD8αTacβ avec le TCR:CD3 est considérablement moins efficace qu'avec le CD8αβ, et ceci aussi bien en présence qu'en absence de complexes Kd/PbCS(ABA). De plus, nous avons observé que le CD8αTacβ se distribuait beaucoup moins bien dans les radeaux lipidiques, engendrant ainsi, une association moins efficace avec p56Lck (Lck), une kinase de la famille Src qui joue un rôle clé dans la signalisation proximale du TCR. Nos résultats soutiennent l'hypothèse que le TMD du CD8αβ favorise la formation des dimères de CD8αβ à la surface des cellules. Parce que ces derniers contiennent deux chaînes CD8β et que CD8β, contrairement à CD8α, favorise l'association du CD8 au TCR:CD3 aussi bien qu'aux radeaux lipidiques et par conséquent à Lck, nous proposons que le TMD du CD8α joue un rôle important, jusqu'alors inconnu, pour la fonction coreceptrice du CD8, en encourageant la formation des dimères CD8αβ. Nous discutons des implications possibles sur l'oligomerisation du TCR et la signalisation du TCR.

Bipolar pulsed excitation of erbium-doped nanosilicon light emitting diodes

High quantum efficiency erbium doped silicon nanocluster (Si-NC:Er) light emitting diodes (LEDs) were grown by low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) in a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) line. Erbium (Er) excitation mechanisms under direct current (DC) and bipolar pulsed electrical injection were studied in a broad range of excitation voltages and frequencies. Under DC excitation, Fowler-Nordheim tunneling of electrons is mediated by Er-related trap states and electroluminescence originates from impact excitation of Er ions. When the bipolar pulsed electrical injection is used, the electron transport and Er excitation mechanism change. Sequential injection of electrons and holes into silicon nanoclusters takes place and nonradiative energy transfer to Er ions is observed. This mechanism occurs in a range of lower driving voltages than those observed in DC and injection frequencies higher than the Er emission rate.

Evidence of the anomalous charge state 57Fe4+ in the nuclear decay of 57Co3+

The first observation of the elusive Fe4+ charge state coming from the nuclear decay of 57Co3+ has been found in the Mössbauer emission spectra of 57Co:La2Li0.5Co0.5O4. A Ti-doped sample was prepared in order to show that the Fe4+ fraction can be conveniently monitored. Both results were predicted on the basis of the electronic energy-band scheme of these oxides.

Scaffold attachment factor B1 directly interacts with nuclear receptors in living cells and represses transcriptional activity.

Transcriptional activity relies on coregulators that modify the chromatin structure and serve as bridging factors between transcription factors and the basal transcription machinery. Using the DE domain of human peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARgamma) as bait in a yeast two-hybrid screen of a human adipose tissue library, we isolated the scaffold attachment factor B1 (SAFB1/HET/HAP), which was previously shown to be a corepressor of estrogen receptor alpha. We show here that SAFB1 has a very broad tissue expression profile in human and is also expressed all along mouse embryogenesis. SAFB1 interacts in pull-down assays not only with PPARgamma but also with all nuclear receptors tested so far, albeit with different affinities. The association of SAFB1 and PPARgamma in vivo is further demonstrated by fluorescence resonance energy transfer (FRET) experiments in living cells. We finally show that SAFB1 is a rather general corepressor for nuclear receptors. Its change in expression during the early phases of adipocyte and enterocyte differentiation suggests that SAFB1 potentially influences cell proliferation and differentiation decisions.

A fluorescent peptide substrate for the surface metalloprotease of Leishmania.

A fluorescent oligopeptide substrate for the promastigote surface protease (PSP) of Leishmania was designed using the data reported for the substrate specificity of the enzyme (Bouvier, J., Schneider, P., Etges, R. J., and Bordier, C. 1990. Biochemistry 29, 10113-10119). The indole fluorescence of the tryptophan residue was efficiently quenched through resonance energy transfer by an N-terminal dansyl group located five amino acid residues away. The heptapeptide, dansyl-A-Y-L-K-K-W-V-NH2, was cleaved by PSP between the tyrosine and leucine residues with a kcat/Km ratio of 8.8 x 10(6) M-1sec-1. Hydrolysis by the enzyme results in a time-dependent increase of fluorescence intensity of 3.7-fold. Assays can be designed based on the tryptophan fluorescence at 360 nm or by individual product analyses using thin-layer chromatography. The synthetic substrate is readily cleaved by the metalloprotease at the surface of fixed promastigotes. The specificity and sensitivity of such internally quenched fluorescent peptide substrate will facilitate the identification of novel inhibitors for the enzyme and aid in detailed studies on its enzymology.

Totally implantable robot to treat chronic atrial fibrillation

Chronic atrial fibrillation affects millions of people worldwide. Its surgical treatment often fails to restore the transport function of the atrium. This study first introduces the concept of an atrial assist device (AAD) to restore the pump function of the atrium. The AAD is developed to be totally implantable in the human body with a transcutaneous energy transfer system to recharge the implanted battery. The ADD consists of a motorless pump based on artificial muscle technology, positioned on the external surface of the atrium to compress it and restore its muscular activity. A bench model reproduces the function of a fibrillating atrium to assess the circulatory support that this pump can provide. Atripump (Nanopowers SA, Switzerland) is a dome-shaped silicone-coated nitinol actuator 5 mm high, sutured on the external surface of the atrium. A pacemaker-like control unit drives the actuator that compresses the atrium, providing the mechanical support to the blood circulation. Electrical characteristics: the system is composed of one actuator that needs a minimal tension of 15 V and has a maximum current of 1.5 A with a 50% duty cycle. The implantable rechargeable battery is made of a cell having the following specifications: nominal tension of a cell: 4.1 V, tension after 90% of discharge: 3.5 V, nominal capacity of a cell: 163 mA h. The bench model consists of an open circuit made of latex bladder 60 mm in diameter filled with water. The bladder is connected to a vertically positioned tube that is filled to different levels, reproducing changes in cardiac preload. The Atripump is placed on the outer surface of the bladder. Pressure, volume and temperature changes were recorded. The contraction rate was 1 Hz with a power supply of 12 V, 400 mA for 200 ms. Preload ranged from 15 to 21 cm H(2)O. Maximal silicone membrane temperature was 55 degrees C and maximal temperature of the liquid environment was 35 degrees C. The pump produced a maximal work of 16 x 10(-3) J. Maximal volume pumped was 492 ml min(-1). This artificial muscle pump is compact, follows the Starling law and reproduces the hemodynamic performances of a normal atrium. It could represent a new tool to restore the atrial kick in persistent atrial fibrillation.

The endocrine disruptor monoethyl-hexyl-phthalate is a selective peroxisome proliferator-activated receptor gamma modulator that promotes adipogenesis.

The ability of pollutants to affect human health is a major concern, justified by the wide demonstration that reproductive functions are altered by endocrine disrupting chemicals. The definition of endocrine disruption is today extended to broader endocrine regulations, and includes activation of metabolic sensors, such as the peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs). Toxicology approaches have demonstrated that phthalate plasticizers can directly influence PPAR activity. What is now missing is a detailed molecular understanding of the fundamental basis of endocrine disrupting chemical interference with PPAR signaling. We thus performed structural and functional analyses that demonstrate how monoethyl-hexyl-phthalate (MEHP) directly activates PPARgamma and promotes adipogenesis, albeit to a lower extent than the full agonist rosiglitazone. Importantly, we demonstrate that MEHP induces a selective activation of different PPARgamma target genes. Chromatin immunoprecipitation and fluorescence microscopy in living cells reveal that this selective activity correlates with the recruitment of a specific subset of PPARgamma coregulators that includes Med1 and PGC-1alpha, but not p300 and SRC-1. These results highlight some key mechanisms in metabolic disruption but are also instrumental in the context of selective PPAR modulation, a promising field for new therapeutic development based on PPAR modulation.

The DNA-binding domain (DBD) is essential for NR2E3 dimerization and interaction with Crx

Purpose:NR2E3 (PNR) is an orphan nuclear receptor essential for proper photoreceptor determination and differentiation. In humans, mutations in NR2E3 have been associated with the recessively inherited enhanced short wavelength sensitive (S-) cone syndrome (ESCS) and, more recently, with autosomal dominant retinitis pigmentosa (adRP). NR2E3 acts in concert with the transcription factors Crx and Nrl to repress cone-specific genes and activate rod-specific genes. NR2E3 and Crx have been shown to physically interact by their DNA-binding domain (DBD), which may also be implicated in the dimerization process of the nuclear receptor. However, neither NR2E3 homodimerization nor NR2E3/Crx complex formation has been investigated in detail. Methods:In this present work, we analyzed the dimerization of the NR2E3 protein and its interaction with Crx by bioluminescence resonance energy transfer (BRET2) which utilizes Renilla luciferase (hRluc) protein and its substrate DeepBlueC as an energy donor and a mutant green fluorescent protein (GFP2) as the acceptor. We investigated, on whole intact cells, the role of NR2E3 DBD-mutations in dimerization and association with Crx. Results:We clearly showed that NR2E3 formed homodimers in HEK-293T cells. Moreover, all causative NR2E3 mutations present in the DBD of the protein showed an alteration in dimerization, except for the R76Q and the R104W mutants. Interestingly, the adRP-linked G56R mutant was the only DBD-NR2E3 mutant that showed a correct interaction with Crx. Finally, we observed a decrease in rhodospin gene transactivation for all DBD-NR2E3 mutants tested and no potentiation for the adRP-linked G56R mutant. In addition, the p.G56R mutant enhanced the transrepression of M-opsin promoter, while all other DBD-NR2E3 mutants did not repress M-opsin transactivation. Conclusions:A defect, either in the dimer formation or in the interaction of NR2E3 with Crx, leads to abnormal transcriptional activity on rhodopsin and M-opsin promoter and to an atypical retinal development; while the titration of Crx by p.G56R-NR2E3 leads to low levels of rhodopsin and M-opsin expression and may be responsible for the strong adRP phenotype.

PixFRET, an ImageJ plug-in for FRET calculation that can accommodate variations in spectral bleed-throughs.

Fluorescence resonance energy transfer (FRET) allows the user to investigate interactions between fluorescent partners. One crucial issue when calculating sensitized emission FRET is the correction for spectral bleed-throughs (SBTs), which requires to calculate the ratios between the intensities in the FRET and in the donor or acceptor settings, when only the donor or acceptor are present. Theoretically, SBT ratios should be constant. However, experimentally, these ratios can vary as a function of fluorophore intensity, and assuming constant values may hinder precise FRET calculation. One possible cause for such a variation is the use of a microscope set-up with different photomultipliers for the donor and FRET channels, a set-up allowing higher speed acquisitions on very dynamic fluorescent molecules in living cells. Herein, we show that the bias introduced by the differential response of the two PMTs can be circumvented by a simple modeling of the SBT ratios as a function of fluorophore intensity. Another important issue when performing FRET is the localization of FRET within the cell or a population of cells. We hence developed a freely available ImageJ plug-in, called PixFRET, that allows a simple and rapid determination of SBT parameters and the display of normalized FRET images. The usefulness of this modeling and of the plug-in are exemplified by the study of FRET in a system where two interacting nuclear receptors labeled with ECFP and EYFP are coexpressed in living cells.

Fluctuation relation for weakly ergodic aging systems

A fluctuation relation for aging systems is introduced and verified by extensive numerical simulations. It is based on the hypothesis of partial equilibration over phase-space regions in a scenario of entropy-driven relaxation. The relation provides a simple alternative method, amenable of experimental implementation, to measure replica symmetry breaking parameters in aging systems. The connection with the effective temperatures obtained from the fluctuation-dissipation theorem is discussed

CD8+ cytotoxic T lymphocyte activation by soluble major histocompatibility complex-peptide dimers.

CD8+ cytotoxic T lymphocyte (CTL) can recognize and kill target cells that express only a few cognate major histocompatibility complex class I-peptide (pMHC) complexes. To better understand the molecular basis of this sensitive recognition process, we studied dimeric pMHC complexes containing linkers of different lengths. Although dimers containing short (10-30-A) linkers efficiently bound to and triggered intracellular calcium mobilization and phosphorylation in cloned CTL, dimers containing long linkers (> or = 80 A) did not. Based on this and on fluorescence resonance energy transfer experiments, we describe a dimeric binding mode in which two T cell receptors engage in an anti-parallel fashion two pMHC complexes facing each other with their constant domains. This binding mode allows integration of diverse low affinity interactions, which increases the overall binding and, hence, the sensitivity of antigen recognition. In proof of this, we demonstrated that pMHC dimers containing one agonist and one null ligand efficiently activate CTL, corroborating the importance of endogenous pMHC complexes in antigen recognition.

Up-conversion effect of Er- and Yb-doped ZnO thin films

Visible up-conversion in ZnO:Er and ZnO:Er:Yb thin films deposited by RF magnetron sputtering under different O2-rich atmospheres has been studied. Conventional photoluminescence (325 nm laser source) and up-conversion (980 nm laser source) have been performed in the films before and after an annealing process at 800 °C. The resulting spectra demonstrate that the thermal treatment, either during or post-deposition, activates optically the Er3+ ions, being the latter process much more efficient. Moreover, the atmosphere during deposition was also found to be an important parameter, as the deposition under O2 flow increases the optical activity of Er+3 ions. In addition, the inclusion of Yb3+ ions into the films has shown an enhancement of the visible up-conversion emission at 660 nm by a factor of 4, which could be associated to either a better energy transfer from the 2F5/2 Yb level to the 4I11/2 Er one, or to the prevention of having Er2O3 clustering in the films.