Sex and clock to discover new PPARα functions

Summary : PPARα is a ligand-activated transcription factor that is a member of the nuclear receptor superfamily. In rodents, PPARα is highly expressed in liver, especially in parenchymal cells, where it has an impact on several hepatic functions such as nutrient metabolism, inflammation and metabolic stress. Ligands for PPARα comprise long chain unsaturated fatty acids, eicosanoids and lipid lowering fibrate drugs. In liver, many metabolic processes are orchestrated by the hepatic circadian clock. The aim of the hepatic clock is to synchronize cellular pathways allowing animals to adapt their metabolism to predictable daily changes in the environment. Indeed, similar to PPARα, the hepatic clock influences nutrient metabolism and detoxification through circadian output regulators :the PAR-domain basic leucine zipper proteins called PAR blip proteins. In this report, we showed that through a positive feedback loop mechanism, PAR. blip, proteins participate to the availability of PPARα endogenous ligands that contribute to the circadian expression and functions of PPARα. Interestingly, we also discovered some unexpected hepatic sexual dimorphic functions of PPARα. These functions are determined b PPARα sumoylation, interaction with DNA methylation mechanism and with unexpected proteins with gender specificity. The connection between circadian clock and hepatic sexual dimorphism opens new perspectives regarding the chronobiology of PPARα activity and the beneficial effects of PPARα agonist in the treatment of diseases related to steroid hormones metabolism characterized by inflammation and hepatotoxicity. Résumé : PPARα est un facteur de transcription activé par un ligand, membre de la superfamille des récepteurs nucléaires. Chez les rongeurs, PPARα est fortement exprimé dans le foie, spécialement dans les cellules du parenchyme dans lesquelles il joue un role important dans les fonctions hépatiques tels que le métabolisme des nutriments, l'inflammation et les stress métaboliques. Les ligands pour PPARα comprennent les acides gras à longues chaînes, les eicosanoides et les médicaments hypolipidémiques (fibrates). Dans le foie, beaucoup de processus métaboliques sont orchestrés par l'horloge circadienne hépatique. Le but de cette horloge est de synchroniser les voies métaboliqués permettant aux animaux d'adapter leurs métabolismes aux changements journaliers. Ainsi, l'horloge hépatique influence le métabolisme des nutriments tels que l'utilisation des lipides à travers certains régulateurs circadians appelés facteurs de transcription PAR bZips. Dans ce mémoire, nous avons montré qu'à travers une boucle de régulation, les protéines PAR bZip contrôlent la production des ligands endogènes à PPARα, jouant un rôle dans l'expression circadienne et les fonctions de PPARα. Nous avons également découvert des aspects méconnus des fonctions liées au dimorphisme sexuel de PPARα. Nous avons montré que PPARα est différemment sumoylisé entre les sexes et interagit avec la méthylation de l'ADN ainsi qu'avec des protéines insoupçonnées comme partenaires de PPARα. De part leur lien avec l'horloge circadienne et le dimorphisme sexuel, nos découvertes ouvrent de nouvelles perspectives concernant la chronobiologie de l'activité de PPARα et les effets bénéfiques des ses activateurs dans le traitement des maladies liées au métabolisme des hormones stéroides.

Boosting of Replication Competent NYVAC Primed HIV-1-Specific T-Cell Responses by HIV Synthetic Long Peptides (SLP)

Background: To enhance the induction of insert specific immune responses, a new generation of replication competent poxvirus vectors was designed and evaluated against non-replicating poxvirus vectors in a HIV vaccine study in non human primates.Methods: Rhesus macaques were immunized with either the non-replicating variant NYVAC-GagPolNef HIV-1 clade C or the replicating NYVAC-GagPolNef-C-KC, boosted with HIVGag- PolEnv-SLP and immune responses were monitored.Results: Gag-specific T-cell responses were only detected in animals immunized with the replicating NYVAC-GagPolNef-C-KC variant. Further enhancement and broadening of the immune response was studied by boosting the animals with novel T-cell immunogens HIVconsv synthetic long peptides (SLP), which direct vaccine-induced responses to the most conserved regions of HIV and contain both CD4 T-helper and CD8 CTL epitopes. The adjuvanted (Montanide ISA-720) SLP divided into subpools and delivered into anatomically separate sites enhanced the Gag-specific T-cell responses in 4 out of 6 animals, to more than 1000 SFC/106 PBMC in some animals. Furthermore, the SLP immunization broadened the immune response in 4 out of 6 animals to multiple Pol epitopes. Even Env-specific responses, to which the animals had not been primed, were induced by SLP in 2 out of 6 animals.Conclusion: This new immunization strategy of priming with replicating competent poxvirus NYVAC-HIVGagPolNef and boosting with HIVGagPolEnv-SLP, induced strong and broad Tcell responses and provides a promising new HIV vaccine approach. This study was performed within the Poxvirus T-cell Vaccine Discovery Consortium (PTVDC) which is part of the CAVD program.

Role of the circadian clock gene Per2 in adaptation to cold temperature.

Adaptive thermogenesis allows mammals to resist to cold. For instance, in brown adipose tissue (BAT) the facultative uncoupling of the proton gradient from ATP synthesis in mitochondria is used to generate systemic heat. However, this system necessitates an increase of the Uncoupling protein 1 (Ucp1) and its activation by free fatty acids. Here we show that mice without functional Period2 (Per2) were cold sensitive because their adaptive thermogenesis system was less efficient. Upon cold-exposure, Heat shock factor 1 (HSF1) induced Per2 in the BAT. Subsequently, PER2 as a co-activator of PPARα increased expression of Ucp1. PER2 also increased Fatty acid binding protein 3 (Fabp3), a protein important to transport free fatty acids from the plasma to mitochondria to activate UCP1. Hence, in BAT PER2 is important for the coordination of the molecular response of mice exposed to cold by synchronizing UCP1 expression and its activation.

Expression of the GABAA receptor associated protein Gec1 is circadian and dependent upon the cellular clock machinery in GnRH secreting GnV-3 cells.

The timely regulation of gonadotropin-releasing hormone (GnRH) secretion requires a GABAergic signal. We hypothesized that GEC1, a protein promoting the transport of GABA(A) receptors, could represent a circadian effector in GnRH neurons. First, we demonstrated that gec1 is co-expressed with the GABA(A) receptor in hypothalamic rat GnRH neurons. We also confirmed that the clock genes per1, cry1 and bmal1 are expressed and oscillate in GnRH secreting GnV-3 cells. Then we could show that gec1 is expressed in GnV-3 cells, and oscillates in a manner temporally related to the oscillations of the clock transcription factors. Furthermore, we could demonstrate that these oscillations depend upon Per1 expression. Finally, we observed that GABA(A) receptor levels at the GnV-3 cell membrane are timely modulated following serum shock. Together, these data demonstrate that gec1 expression is dependent upon the circadian clock machinery in GnRH-expressing neurons, and suggest for the first time that the level of GABA(A) receptor at the cell membrane may be under timely regulation. Overall, they provide a potential mechanism for the circadian regulation of GnRH secretion by GABA, and may also be relevant to the general understanding of circadian rhythms.

The circadian clock coordinates ribosome biogenesis.

Biological rhythms play a fundamental role in the physiology and behavior of most living organisms. Rhythmic circadian expression of clock-controlled genes is orchestrated by a molecular clock that relies on interconnected negative feedback loops of transcription regulators. Here we show that the circadian clock exerts its function also through the regulation of mRNA translation. Namely, the circadian clock influences the temporal translation of a subset of mRNAs involved in ribosome biogenesis by controlling the transcription of translation initiation factors as well as the clock-dependent rhythmic activation of signaling pathways involved in their regulation. Moreover, the circadian oscillator directly regulates the transcription of ribosomal protein mRNAs and ribosomal RNAs. Thus the circadian clock exerts a major role in coordinating transcription and translation steps underlying ribosome biogenesis.

Circadian clock-coordinated 12 Hr period rhythmic activation of the IRE1alpha pathway controls lipid metabolism in mouse liver.

The mammalian circadian clock plays a fundamental role in the liver by regulating fatty acid, glucose, and xenobiotic metabolism. Impairment of this rhythm has been shown to lead to diverse pathologies, including metabolic syndrome. Currently, it is supposed that the circadian clock regulates metabolism mostly by regulating expression of liver enzymes at the transcriptional level. Here, we show that the circadian clock also controls hepatic metabolism by synchronizing a secondary 12 hr period rhythm characterized by rhythmic activation of the IRE1alpha pathway in the endoplasmic reticulum. The absence of circadian clock perturbs this secondary clock and provokes deregulation of endoplasmic reticulum-localized enzymes. This leads to impaired lipid metabolism, resulting in aberrant activation of the sterol-regulated SREBP transcription factors. The resulting aberrant circadian lipid metabolism in mice devoid of the circadian clock could be involved in the appearance of the associated metabolic syndrome.

Immunogenicity and safety of an intradermal boosting strategy for vaccination against influenza in lung transplant recipients.

The immunogenicity of influenza vaccine is suboptimal in lung transplant recipients. Use of a booster dose and vaccine delivery by the intradermal rather than intramuscular route may improve response. We prospectively evaluated the immunogenicity and safety of a 2-dose boosting strategy of influenza vaccine. Sixty lung transplant recipients received a standard intramuscular injection of the 2006-2007 inactivated influenza vaccine, followed 4 weeks later by an intradermal booster of the same vaccine. Immunogenicity was assessed by measurement of geometric mean titer of antibodies after both the intramuscular injection and the intradermal booster. Vaccine response was defined as 4-fold or higher increase of antibody titers to at least one vaccine antigen. Thirty-eight out of 60 patients (63%) had a response after intramuscular vaccination. Geometric mean titers increased for all three vaccine antigens following the first dose (p < 0.001). However, no significant increases in titer were observed after the booster dose for all three antigens. Among nonresponders, 3/22 (13.6%) additional patients responded after the intradermal booster (p = 0.14). The use of basiliximab was associated with a positive response (p = 0.024). After a single standard dose of influenza vaccine, a booster dose given by intradermal injection did not significantly improve vaccine immunogenicity in lung transplant recipients.

Circadian clock-coordinated hepatic lipid metabolism: only transcriptional regulation?

By regulating the metabolism of fatty acids, carbohydrates, and xenobiotic, the mammalian circadian clock plays a fundamental role on the liver physiology. At present, it is supposed that the circadian clock regulates metabolism mostly by regulating the expression of liver enzymes at the transcriptional level. However, recent evidences suggest that some signaling pathways synchronized by the circadian clock can also influence metabolism at a post-transcriptional level. In this context, we have recently shown that the circadian clock synchronizes the rhythmic activation of the IRE1alpha pathway in the endoplasmic reticulum. The absence of circadian clock perturbs this secondary clock, provokes deregulation of endoplasmic reticulum-localized enzymes, and leads to impaired lipid metabolism. We will describe here the additional pathways synchronized by the clock and discussed the influence of the circadian clock-controlled feeding rhythm on them.

Molecular clock is involved in predictive circadian adjustment of renal function.

Renal excretion of water and major electrolytes exhibits a significant circadian rhythm. This functional periodicity is believed to result, at least in part, from circadian changes in secretion/reabsorption capacities of the distal nephron and collecting ducts. Here, we studied the molecular mechanisms underlying circadian rhythms in the distal nephron segments, i.e., distal convoluted tubule (DCT) and connecting tubule (CNT) and the cortical collecting duct (CCD). Temporal expression analysis performed on microdissected mouse DCT/CNT or CCD revealed a marked circadian rhythmicity in the expression of a large number of genes crucially involved in various homeostatic functions of the kidney. This analysis also revealed that both DCT/CNT and CCD possess an intrinsic circadian timing system characterized by robust oscillations in the expression of circadian core clock genes (clock, bma11, npas2, per, cry, nr1d1) and clock-controlled Par bZip transcriptional factors dbp, hlf, and tef. The clock knockout mice or mice devoid of dbp/hlf/tef (triple knockout) exhibit significant changes in renal expression of several key regulators of water or sodium balance (vasopressin V2 receptor, aquaporin-2, aquaporin-4, alphaENaC). Functionally, the loss of clock leads to a complex phenotype characterized by partial diabetes insipidus, dysregulation of sodium excretion rhythms, and a significant decrease in blood pressure. Collectively, this study uncovers a major role of molecular clock in renal function.

Comparison of human and rhesus macaque T-cell responses elicited by boosting with NYVAC encoding human immunodeficiency virus type 1 clade C immunogens.

Rhesus macaques (Macaca mulatta) have played a valuable role in the development of human immunodeficiency virus (HIV) vaccine candidates prior to human clinical trials. However, changes and/or improvements in immunogen quality in the good manufacturing practice (GMP) process or changes in adjuvants, schedule, route, dose, or readouts have compromised the direct comparison of T-cell responses between species. Here we report a comparative study in which T-cell responses from humans and macaques to HIV type 1 antigens (Gag, Pol, Nef, and Env) were induced by the same vaccine batches prepared under GMP and administered according to the same schedules in the absence and presence of priming. Priming with DNA (humans and macaques) or alphavirus (macaques) and boosting with NYVAC induced robust and broad antigen-specific responses, with highly similar Env-specific gamma interferon (IFN-gamma) enzyme-linked immunospot assay responses in rhesus monkeys and human volunteers. Persistent cytokine responses of antigen-specific CD4(+) and CD8(+) T cells of the central memory as well as the effector memory phenotype, capable of simultaneously eliciting multiple cytokines (IFN-gamma, interleukin 2, and tumor necrosis factor alpha), were induced. Responses were highly similar in humans and primates, confirming earlier data indicating that priming is essential for inducing robust NYVAC-boosted IFN-gamma T-cell responses. While significant similarities were observed in Env-specific responses in both species, differences were also observed with respect to responses to other HIV antigens. Future studies with other vaccines using identical lots, immunization schedules, and readouts will establish a broader data set of species similarities and differences with which increased confidence in predicting human responses may be achieved.

Circadian clock-dependent and -independent rhythmic proteomes implement distinct diurnal functions in mouse liver.

Diurnal oscillations of gene expression controlled by the circadian clock underlie rhythmic physiology across most living organisms. Although such rhythms have been extensively studied at the level of transcription and mRNA accumulation, little is known about the accumulation patterns of proteins. Here, we quantified temporal profiles in the murine hepatic proteome under physiological light-dark conditions using stable isotope labeling by amino acids quantitative MS. Our analysis identified over 5,000 proteins, of which several hundred showed robust diurnal oscillations with peak phases enriched in the morning and during the night and related to core hepatic physiological functions. Combined mathematical modeling of temporal protein and mRNA profiles indicated that proteins accumulate with reduced amplitudes and significant delays, consistent with protein half-life data. Moreover, a group comprising about one-half of the rhythmic proteins showed no corresponding rhythmic mRNAs, indicating significant translational or posttranslational diurnal control. Such rhythms were highly enriched in secreted proteins accumulating tightly during the night. Also, these rhythms persisted in clock-deficient animals subjected to rhythmic feeding, suggesting that food-related entrainment signals influence rhythms in circulating plasma factors.

A novel approach to characterize clonality and differentiation of human melanoma-specific T cell responses: spontaneous priming and efficient boosting by vaccination.

Despite major progress in T lymphocyte analysis in melanoma patients, TCR repertoire selection and kinetics in response to tumor Ags remain largely unexplored. In this study, using a novel ex vivo molecular-based approach at the single-cell level, we identified a single, naturally primed T cell clone that dominated the human CD8(+) T cell response to the Melan-A/MART-1 Ag. The dominant clone expressed a high-avidity TCR to cognate tumor Ag, efficiently killed tumor cells, and prevailed in the differentiated effector-memory T lymphocyte compartment. TCR sequencing also revealed that this particular clone arose at least 1 year before vaccination, displayed long-term persistence, and efficient homing to metastases. Remarkably, during concomitant vaccination over 3.5 years, the frequency of the pre-existing clone progressively increased, reaching up to 2.5% of the circulating CD8 pool while its effector functions were enhanced. In parallel, the disease stabilized, but subsequently progressed with loss of Melan-A expression by melanoma cells. Collectively, combined ex vivo analysis of T cell differentiation and clonality revealed for the first time a strong expansion of a tumor Ag-specific human T cell clone, comparable to protective virus-specific T cells. The observed successful boosting by peptide vaccination support further development of immunotherapy by including strategies to overcome immune escape.

Role of CLOCK and circadian rhythms in calcium homeostasis

Le maintien d'une concentration sanguine constante de calcium est d'une importance cruciale et trois organes participent à la balance calcique normale : les reins, les intestins et les os. La concentration plasmatique de calcium est strictement régulée par l'hormone parathyroïdienne (PTH) et par la vitamine D. Des variations circadiennes de la PTH, de la vitamine D ainsi que du calcium plasmatique ont été décrites précédemment chez l'humain ainsi que chez le rat. Ces rythmes de PTH dans le sérum sont importants pour la régulation du remodelage de l'os. En effet, il a été montré chez les souris C57BL/6J que des injections de PTH une fois par jour mènent à une augmentation de la densité minérale de l'os alors que l'infusion en continu de PTH est associée à une diminution de cette densité. La vitamine D joue également un rôle fondamental dans la physiologie osseuse, car un déficit en vitamine D peut conduire à une ostéomalacie. Cependant la fonction des oscillations de vitamine D au niveau de l'homéostasie osseuse reste inconnue. L'horloge circadienne est un système interne de contrôle biologique du temps générant des rythmes de 24 heures dans l'expression des gènes, ainsi que dans la physiologie et le comportement. Ce contrôle s'opère par des boucles rétroactives positives et négatives de l'expression de gènes circadiens tels que CLOCK, BMAL1, CRY1 et 2 ou PERI et 2. Dans ce travail, nous avons émis l'hypothèse que l'homéostasie calcique est sous le contrôle de l'horloge circadienne. Dans un premier temps, nous avons montré chez les souris C57BL/6J des variations journalières des concentrations de calcium, de PTH et de vitamine D dans le sang, ainsi que de calcium dans les urines. Nous avons également démontré des changements au niveau de l'expression rénale des gènes importants dans l'homéostasie du calcium, tant au niveau de l'ARN messager que des protéines. Ensuite, pour analyser le rôle du système de l'horloge circadienne dans l'homéostasie du calcium, nous avons étudié des souris dans lesquelles a été supprimé le gène CLOCK crucial pour la fonction de l'horloge et nous avons comparé ces souris à des souris de type sauvage de même portée. Les souris CLOCK-I- étaient hypercalciuriques à chaque moment de la journée. Cependant le rythme circadien de l'excrétion de calcium était préservé. Le taux de calcium plasmatique ne différait pas entre les génotypes, mais les souris CLOCK -/- ne montraient pas de variations journalières de ce paramètre. Une perte du rythme journalier était également observée pour les niveaux de vitamine D, perte qui pourrait être une cause de l'altération de la micro-architecture osseuse révélée chez les souris CLOCK-/-. En effet, ces souris montrent une diminution du nombre de trabécules, de leur volume ainsi que de leur surface, ce qui suggère la présence d'ostéoporose. Nous avons également trouvé que le rythme de l'expression de l'ARN messager de CYP27B1 était aboli dans les reins des souris CLOCK -/-, ce qui peut expliquer l'altération du rythme de la vitamine D. Les taux sanguins de PTH étaient comparables entre les souris CLOCK -/- et de type sauvage. Dans les reins, une augmentation de l'expression de l'ARN messager de TRPV5 et NCX1 a été constatée, ce qui suggérerait une augmentation de la réabsorption de calcium dans le tubule convoluté distal et dans le tubule connecteur. Dans les intestins, la réabsorption calcique était diminuée, chez les souris CLOCK-I-, fait confirmé par une diminution des niveaux d'ARN messager de TRPV6 et PMCAL. En résumé, la suppression du gène CLOCK chez les souris a conduit à une hypercalciurie, une altération du rythme des taux plasmatiques de calcium et de vitamine D et à une détérioration de l'architecture osseuse. Pour conclure, ces résultats montrent que l'horloge circadienne est essentielle à l'homéostasie calcique ainsi qu'à la physiologie des os. - L'ostéoporose affecte environ 22 millions de femmes et 5.5 millions d'hommes en Europe, réduisant significativement leur qualité de vie et a causé 3.5 millions de nouvelles fractures en 2010. Les dépenses totales liées à ces fractures ont atteint 37 milliards d'euro et ce coût devrait augmenter de 25% d'ici à 2025. Le nombre de nouvelles fractures dues à l'ostéoporose à travers le monde est estimé à environ 1000 par heure. Parmi les causes de l'ostéoporose, le déficit én calcium et/ou en vitamine D joue un rôle important, mais il existe également des causes génétiques ou liées à des facteurs comme les hormones sexuelles (estrogènes, testostérone), l'âge, le tabac, le poids corporel, certains médicaments,... La vie est rythmique : ceci est dû à l'alternance naturelle du jour et de la nuit et de ses effets sur le corps. La prise alimentaire, par exemple, est un processus qui a lieu pendant la phase active, qui est prévisible (il se produit toujours au même moment) et qui peut être anticipé par le corps. Pour cela, une horloge interne est présente dans chaque cellule du corps et est synchronisée par la lumière du jour, entre autres stimuli. Cette horloge indique la phase du jour et régule l'expression de gènes impliqués dans les différents processus qui nécessitent une anticipation. Pendant mon travail de thèse, je me suis demandé si des îythmes circadiens (c'est-à-dire d'une durée d'environ 24 heures et indépendants des stimuli externes) étaient observables'pour les gènes régulant les flux de calcium dans le corps et si l'interruption de ces rythmes pouvait mener à des altérations de la qualité de l'os. J'ai d'abord travaillé avec des souris normales et j'ai pu montrer la présence de rythmes au niveau du calcium sanguin et urinaire, mais également au niveau des hormones et gènes qui contrôlent le métabolisme du calcium dans le corps, comme la vitamine D et l'hormone parathyroidienne. De manière intéressante, j'ai observé que la plupart de ces gènes ont un rythme synchronisé. J'ai ensuite utilisé un modèle de souris dans lequel l'horloge interne a été génétiquement invalidée et j'ai montré que ces souris présentent une augmentation de leur excrétion urinaire de calcium et un rythme circadien altéré de la vitamine D dans le sang. Ces souris absorbent aussi moins bien le calcium intestinal et présentent une ostéoporose marquée. Ce travail montre donc que l'horloge interne est nécessaire pour établir un rythme circadiens de certains facteurs influant les flux de calcium dans l'organisme, comme la vitamine D, et que la perturbation de ces rythmes mène à une dérégulation du métabolisme osseux. Ainsi, la perturbation de l'horloge interne peut causer une ostéoporose et une hypercalciurie qui pourraient aboutir à la formation de fractures et de calculs rénaux. L'extrapolation de ces observations chez l'homme ou à des changements plus subtiles des rythmes circadiens, comme le décalage horaire, restent à montrer. Cette recherche a démontré que les rythmes circadiens des mécanismes de régulation des flux de calcium dans l'organisme sont essentiels au maintien d'un squelette normal et suggère que les perturbations des rythmes circadiens pourraient être une nouvelle cause de l'ostéoporose. - Maintaining constant calcium concentration in the plasma is of a crucial importance and three organs participate in normal calcium balance - kidney, gut and bone. Plasma calcium concentration is strictly regulated by parathyroid hormone (PTH) and vitamin D. Circadian variations of PTH, vitamin D and plasma calcium were previously described in humans, as well as in rats. Rhythms in serum PTH are important for balanced bone remodelling. Indeed in C57BL/6J mice, PTH injection once per day leads to an increase in bone mineral density (BMD), whilst continuous infusion is associated with decreased BMD. Vitamin D also plays a crucial role in bone physiology, since the deficiency in vitamin D can lead to rickets/osteomalacia. However, the role of vitamin D rhythms in bone homeostasis remains unknown. The circadian clock is an. internal time-keeping system generating rhythms in gene expression with 24h periodicity, in physiology and in behaviour. It is operated by positive- and negative-feedback loops of circadian genes, such as CLOCK, BMAL1, CRY1 and 2 or PERI and 2. In this work, we hypothesized, that calcium homeostasis is under the control of the circadian clock. First, we showed daily variations in urinary calcium and serum calcium, PTH and l,25(OH)2 vitamin D, together with renal mRNA and protein levels of genes involved in calcium homeostasis in C57BL/6J mice. Second, and to investigate the role of the circadian clock system in calcium handling, we studied mice lacking the gene CLOCK crucial for fonction of the clock system and compared them to the WT littermates. CLOCK-/- mice were hypercalciuric at all timepoints of the day. However, the circadian rhythm of calcium excretion was preserved. Serum calcium levels did not differ between the genotypes, but CLOCK-/- mice did not exhibit daily variation for this parameter. Loss of rhythm was observed also for serum l,25(OH)2 vitamin D levels, which may be one of the causes of altered bone microarchitecture that was revealed in CLOCK-/- mice. They displayed increased trabecular separation and decreased trabecular number, trabecular bone volume and trabecular bone surface, suggestive of osteoporosis. We found that the rhythm of the mRNA expression of CYP27B1 was abolished in the kidney of CLOCK-/- mice, which could induce the altered rhythm of l,25(OH)2 vitamin. Serum PTH levels were comparable between CLOCK-/- and WT mice. In the kidney, increased mRNA expression of TRPV5 and NCX1 suggests increased calcium reabsorption in the distal convoluted and connecting tubule. In the gut, intestinal calcium absorption was decreased in CLOCK¬/- mice, confirmed by decreased mRNA levels of TRPV6 and PMCA1. In summary, deletion of the CLOCK gene in mice conducts to hypercalciuria, alteration of the rhythm in serum calcium and l,25(OH)2D levels, and impainnent of their bone microarchitecture. In conclusion, these data show that the circadian clock system is essential in calcium homeostasis and bone physiology.

Circadian clock orchestration of signaling pathways influences mouse metabolism

Circadian clocks, present in organisms leaving in a rhythmic environment, constitute the mechanisms allowing anticipation and adaptation of behavior and physiology in response to these environmental variations. As a consequence, most aspects of metabolism and behavior are under the control of this circadian clock. At a molecular level, in all the studied species, the rhythmic expression of the genes involved are generated by interconnected transcriptional and translational feedback loops. In mammals, the heterodimer composed of BMAL1 and its partners CLOCK or NPAS2 constitutes a transcriptional activator regulating transcription of Per and Cry genes. These genes encode for repressors of the activity of BMAL1:CLOCK or BMAL1: NPAS2 heterodimers, thus closing a negative feedback loop that generates rhythms of approximately 24 hours. The aim of my doctoral work consisted in the investigation of the role of circadian clock in the regulation of different aspects of mouse metabolism through the rhythmic activation of signaling pathways. First, we showed that one way how the circadian clock exerts its function as an oscillator is through the regulation of mRNA translation. Indeed, we present evidence showing that circadian clock influences the temporal translation of a subset of mRNAs involved in ribosome biogenesis by controlling the transcription of translation initiation factors as well as the clock-dependent rhythmic activation of signaling pathways involved in their regulation. Moreover, the circadian oscillator regulates the transcription of ribosomal protein mRNAs and ribosomal RNAs. Thus the circadian clock exerts a major role in coordinating transcription and translation steps underlying ribosome biogenesis. In the second part, we showed the involvement of the circadian clock in lipid metabolism. Indeed, the three PAR bZip transcription factors DBP, TEF and HLF, are regulated by the molecular clock and play key roles in the control of lipid metabolism. Here we present evidence concerning the circadian expression and activity of PPARα via the circadian transcription of genes involved in the release of fatty acids, natural ligands of PPARα. It leads to the rhythmic activation of PPARα itself which could then play its role in the transcription of genes encoding proteins involved in lipid, cholesterol and glucose metabolism. In addition, we considered the possible role of lipid transporters, here SCP2, in the modulation of circadian activation of signaling pathways such as TORC1, PPARα and SREBP, linked to metabolism, and its feedback on the circadian clock. In the last part of this work, we studied the effects of these circadian clock-orchestrated pathways in physiology, as clock disruptions have been shown to be linked to metabolic disorders. We performed in vivo experiments on genetically and high-fat induced obese mice devoid of functional circadian clock. The results obtained showed that clock disruption leads to impaired triglycerides and glucose homeostasis in addition to insulin secretion and sensitivity. -- Les rythmes circadiens, présents chez tout organisme vivant dans un environnement rythmique, constituent l'ensemble de mécanismes permettant des réponses comportementales et physiologiques anticipées et adaptées aux variations environnementales. De ce fait, la plupart des aspects liés au métabolisme et au comportement de ces organismes apparaissent être sous le contrôle de l'horloge circadienne contrôlant ces rythmes. Au niveau moléculaire, dans toutes les espèces étudiées, l'expression rythmique de gènes impliqués sont générés par l'interconnexion de boucles de contrôle transcriptionnelles et traductionnelles. Chez les mammifères, l'hétérodimère composé de BMAL1 et de ses partenaires CLOCK ou NPAS2 constitue un activateur transcriptionnel régulant la transcription des gènes Per et Cry. Ces gènes codent pour des répresseurs de l'activité des hétérodimères BMAL1:CLOCK ou BMAL1:NPAS2. Cela a pour effet de fermer la boucle négative, générant ainsi des rythmes d'environ 24 heures. Le but de mon travail de thèse a consisté en l'investigation du rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de certains aspects du métabolisme chez la souris via la régulation de l'activation rythmique des voies de signalisation. Nous avons tout d'abord montré que l'horloge circadienne exerce sa fonction d'oscillateur notamment au niveau de la régulation de la traduction des ARNm. En effet, nous présentons des preuves montrant que l'horloge circadienne influence la traduction temporelle d'un groupe d'ARNm impliqués dans la biogénèse des ribosomes en contrôlant la transcription de facteurs d'initiation de la traduction ainsi que l'activation rythmique des voies de signalisation qui sont impliquées dans leur régulation. De plus, l'oscillateur circadien régule la transcription d'ARNm codant pour les protéines ribosomales et d'ARN ribosomaux. De cette façon, l'horloge circadienne exerce un rôle majeur dans la coordination des étapes de transcription et traduction permettant la biogénèse des ribosomes. Dans la deuxième partie, nous montrons les implications de l'horloge circadienne dans le métabolisme des lipides. En effet, DBP, TEF et HLF, trois facteurs de transcription de la famille des PAR bZip qui sont régulés par l'horloge circadienne, jouent un rôle clé dans le contrôle du métabolisme des lipides par l'horloge circadienne. Nous apportons ici des preuves concernant l'expression et l'activité rythmiques de PPARα via la transcription circadienne de gènes impliqués dans le relargage d'acides gras, ligands naturels de PPARα, conduisant à l'activation circadienne de PPARα lui-même, pouvant ainsi jouer son rôle de facteur de transcription de gènes codant pour des protéines impliquées dans le métabolisme des lipides, du cholestérol et du glucose. De plus, nous nous sommes penchés sur le rôle possible de transporteurs de lipides, ici SCP2, dans la modulation de l'activation circadienne de voies de signalisation, telles que TORC1, PPARα et SREBP, qui sont liées au métabolisme, ainsi que son impact sur l'horloge elle-même. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons étudié les effets de l'activation de ces voies de signalisation régulées par l'horloge circadienne dans le contexte physiologique puisqu'il a été montré que la perturbation de l'horloge pouvait être associée à des désordres métaboliques. Pour ce faire, nous avons fait des expériences in vivo sur des souris déficientes pour l'horloge moléculaire pour lesquelles l'obésité est induite génétiquement ou induite par la nourriture riche en lipides. Les résultats que nous obtenons montrent des dérèglements au niveau de l'homéostasie des triglycérides et du glucose ainsi que sur l'expression et la réponse à l'insuline.