Spectrum and Frequency of GJB2 Mutations in a Cohort of 264 Portuguese Nonsyndromic Sensorineural Hearing Loss Patients

OBJECTIVE: To assess the spectrum and prevalence of mutations in the GJB2 gene in Portuguese nonsyndromic sensorineural hearing loss (NSSHL) patients. DESIGN: Sequencing of the coding region, basal promoter, exon 1, and donor splice site of the GJB2 gene; screening for the presence of the two common GJB6 deletions. STUDY SAMPLE: A cohort of 264 Portuguese NSSHL patients. RESULTS: At least one out of 21 different GJB2 variants was identified in 80 (30.2%) of the 264 patients analysed. Two mutant alleles were found in 53 (20%) of these probands, of which 83% (44/53) harboured at least one c.35delG allele. Twenty-seven (10.2%) of the probands harboured only one mutant allele. Subsequent analysis revealed that the GJB6 deletion del(GJB6-D13S1854) was present in at least 7.4% (2/27) of the patients carrying only one mutant GJB2 allele. Overall, one in five (55/264) of the patients were diagnosed as having DFNB1-related NSSHL, of which the vast majority (53/55) harboured only GJB2 mutations. CONCLUSIONS: This study provides clear demonstration that mutations in the GJB2 gene are an important cause of NSSHL in Portugal, thus representing a valuable indicator as regards therapeutical and rehabilitation options, as well as genetic counseling of these patients and their families.

Connexin-36 contributes to control function of insulin-producing cells.

Connexin-36 (Cx36) is a gap junction protein expressed by the insulin-producing beta-cells. We investigated the contribution of this protein in normal beta-cell function by using a viral gene transfer approach to alter Cx36 content in the insulin-producing line of INS-1E cells and rat pancreatic islets. Transcripts for Cx43, Cx45, and Cx36 were detected by reverse transcriptase-PCR in freshly isolated pancreatic islets, whereas only a transcript for Cx36 was detected in INS-1E cells. After infection with a sense viral vector, which induced de novo Cx36 expression in the Cx-defective HeLa cells we used to control the transgene expression, Western blot, immunofluorescence, and freeze-fracture analysis showed a large increase of Cx36 within INS-1E cell membranes. In contrast, after infection with an antisense vector, Cx36 content was decreased by 80%. Glucose-induced insulin release and insulin content were decreased, whether infected INS-1E cells expressed Cx36 levels that were largely higher or lower than those observed in wild-type control cells. In both cases, basal insulin secretion was unaffected. Comparable observations on basal secretion and insulin content were made in freshly isolated rat pancreatic islets. The data indicate that large changes in Cx36 alter insulin content and, at least in INS-1E cells, also affect glucose-induced insulin release.

Mutation in the gene for connexin 30.3 in a family with erythrokeratodermia variabilis.

Erythrokeratodermia variabilis (EKV) is an autosomal dominant keratinization disorder characterized by migratory erythematous lesions and fixed keratotic plaques. All families with EKV show mapping to chromosome 1p34-p35, and mutations in the gene for connexin 31 (Cx31) have been reported in some but not all families. We studied eight affected and three healthy subjects in an Israeli family, of Kurdish origin, with EKV. After having mapped the disorder to chromosome 1p34-p35, we found no mutations in the genes for Cx31, Cx31.1, and Cx37. Further investigation revealed a heterozygous T-->C transition leading to the missense mutation (F137L) in the human gene for Cx30.3 that colocalizes on chromosome 1p34-p35. This nucleotide change cosegregated with the disease and was not found in 200 alleles from normal individuals. This mutation concerns a highly conserved phenylalanine, in the third transmembrane region of the Cx30.3 molecule, known to be implicated in the wall formation of the gap-junction pore. Our results show that mutations in the gene for Cx30.3 can be causally involved in EKV and point to genetic heterogeneity of this disorder. Furthermore, we suggest that our family presents a new type of EKV because of the hitherto unreported association with erythema gyratum repens.

Loss of connexin40 is associated with decreased endothelium-dependent relaxations and eNOS levels in the mouse aorta.

Upon agonist stimulation, endothelial cells trigger smooth muscle relaxation through the release of relaxing factors such as nitric oxide (NO). Endothelial cells of mouse aorta are interconnected by gap junctions made of connexin40 (Cx40) and connexin37 (Cx37), allowing the exchange of signaling molecules to coordinate their activity. Wild-type (Cx40(+/+)) and hypertensive Cx40-deficient mice (Cx40(-/-)), which also exhibit a marked decrease of Cx37 in the endothelium, were used to investigate the link between the expression of endothelial connexins (Cx40 and Cx37) and endothelial nitric oxide synthase (eNOS) expression and function in the mouse aorta. With the use of isometric tension measurements in aortic rings precontracted with U-46619, a stable thromboxane A(2) mimetic, we first demonstrate that ACh- and ATP-induced endothelium-dependent relaxations solely depend on NO release in both Cx40(+/+) and Cx40(-/-) mice, but are markedly weaker in Cx40(-/-) mice. Consistently, both basal and ACh- or ATP-induced NO production were decreased in the aorta of Cx40(-/-) mice. Altered relaxations and NO release from aorta of Cx40(-/-) mice were associated with lower expression levels of eNOS in the aortic endothelium of Cx40(-/-) mice. Using immunoprecipitation and in situ ligation assay, we further demonstrate that eNOS, Cx40, and Cx37 tightly interact with each other at intercellular junctions in the aortic endothelium of Cx40(+/+) mice, suggesting that the absence of Cx40 in association with altered Cx37 levels in endothelial cells from Cx40(-/-) mice participate to the decreased levels of eNOS. Altogether, our data suggest that the endothelial connexins may participate in the control of eNOS expression levels and function.

Modulation of the gap junction protein Connexin36 in neurons in a mouse model of transient focalcerebral ischemia

Intercellular communication is achieved at specialized regions of the plasma membrane by¦gap junctions. Gap junctions are transmembrane channels allowing direct contacts between¦the cytoplasms of neighboring cells. Each cell participates with one hemichannel, or¦connexon, made of six protein subunits named connexins. Thanks to these junctions, cells¦potentially share a pool of small molecules and metabolites, such as nucleotides, amino acids¦and second messengers.¦In an ischemic (i.e. non-perfused) territory of the brain, irreversible damage progresses over¦time from the centre of the most severe flow reduction to the periphery with less disturbed¦perfusion. Functionally impaired tissue can survive and recover if sufficient reperfusion is reestablished¦within a limited time period, which depends on various factors and mechanisms¦modulating the signaling pathways leading to cell death.¦Observations were made indicating the presence of electrical coupling between neurons which¦resist better to an ischemic insult. This electrical coupling is likely to be mediated by¦Connexin36 (Cx36), a neuron specific connexin isoform. It was demonstrated in the past that¦global ischemia induces a selective upregulation of Cx36 expression in regions with neurons¦that survive the insult whereas others undergo apoptosis and die. These observations raise the¦possibility that the neuronal gap junction Cx36 might play a role in the destiny of neurons¦after cerebral ischemia.¦The aim of this work was to characterize the regulation of Connexin36 in a mouse model of¦transient focal cerebral ischemia by immunofluorescence and Western blot analysis. Our¦immunofluorescence results suggest a specific increase in Cx36 in the penumbral region of¦the ischemic hemisphere.

Participation of connexin-based channels in the control of vascular function

SUMMARYIntercellular communication is achieved at specialized regions of the plasma membrane by gap junctions. The proteins constituting the gap junctions are called connexins and are encoded by a family of genes highly conserved during evolution. In adult mouse, four connexins (Cxs) are known to be expressed in the vasculature: Cx37, Cx40, Cx43 and Cx45. Several recent studies have provided evidences that vascular connexins expression and blood pressure regulation are closely linked, suggesting a role for connexins in the control of blood pressure. However, the precise function that each vascular connexin plays under physiological and pathophysiological conditions is still not elucidated. In this context, this work was dedicated to evaluate the contribution of each of the four vascular connexins in the control of the vascular function and in the blood pressure regulation.In the present work, we first demonstrated that vascular connexins are differently regulated by hypertension in the mouse aorta. We also observed that endothelial connexins play a regulatory role on eNOS expression levels and function in the aorta, therefore in the control of vascular tone. Then, we demonstrated that Cx40 plays a pivotal role in the kidney by regulating the renal levels of COX-2 and nNOS, two key enzymes of the macula densa known to participate in the control of renin secreting cells. We also found that Cx43 forms the functional gap junction involved in intercellular Ca2+ wave propagation between vascular smooth muscle cells. Finally, we have started to generate transgenic mice expressing specifically Cx40 in the endothelium to investigate the involvement of Cx40 in the vasomotor tone, or in the renin secreting cells to evaluate the role of Cx40 in the control of renin secretion.In conclusion, this work has allowed us to identify new roles for connexins in the vasculature. Our results suggest that vascular connexins could be interesting targets for new therapies caring hypertension and vascular diseases.

Connexin 30 sets synaptic strength by controlling astroglial synapse invasion.

Astrocytes play active roles in brain physiology by dynamic interactions with neurons. Connexin 30, one of the two main astroglial gap-junction subunits, is thought to be involved in behavioral and basic cognitive processes. However, the underlying cellular and molecular mechanisms are unknown. We show here in mice that connexin 30 controls hippocampal excitatory synaptic transmission through modulation of astroglial glutamate transport, which directly alters synaptic glutamate levels. Unexpectedly, we found that connexin 30 regulated cell adhesion and migration and that connexin 30 modulation of glutamate transport, occurring independently of its channel function, was mediated by morphological changes controlling insertion of astroglial processes into synaptic clefts. By setting excitatory synaptic strength, connexin 30 plays an important role in long-term synaptic plasticity and in hippocampus-based contextual memory. Taken together, these results establish connexin 30 as a critical regulator of synaptic strength by controlling the synaptic location of astroglial processes.

Connexin implication in the control of the murine beta-cell mass.

Diabetes develops when the insulin needs of peripheral cells exceed the availability or action of the hormone. This situation results from the death of most beta-cells in type 1 diabetes, and from an inability of the beta-cell mass to adapt to increasing insulin needs in type 2 and gestational diabetes. We analyzed several lines of transgenic mice and showed that connexins (Cxs), the transmembrane proteins that form gap junctions, are implicated in the modulation of the beta-cell mass. Specifically, we found that the native Cx36 does not alter islet size or insulin content, whereas the Cx43 isoform increases both parameters, and Cx32 has a similar effect only when combined with GH. These findings open interesting perspectives for the in vitro and in vivo regulation of the beta-cell mass.

Connexin 37 limits thrombus propensity by downregulating platelet reactivity.

Background- Formation of platelet plug initiates hemostasis after vascular injury and triggers thrombosis in ischemic disease. However, the mechanisms leading to the formation of a stable thrombus are poorly understood. Connexins comprise a family of proteins that form gap junctions enabling intercellular coordination of tissue activity, a process termed gap junctional intercellular communication. Methods and Results- In the present study, we show that megakaryocytes and platelets express connexin 37 (Cx37). Deletion of the Cx37 gene in mice shortens bleeding time and increases thrombus propensity. Aggregation is increased in murine Cx37(-/-) platelets or in murine Cx37(+/+) and human platelets treated with gap junction blockers. Intracellular microinjection of neurobiotin, a Cx37-permeant tracer, revealed gap junctional intercellular communication in platelet aggregates, which was impaired in Cx37(-/-) platelets and in human platelets exposed to gap junction blockers. Finally, healthy subjects homozygous for Cx37-1019C, a prognostic marker for atherosclerosis, display increased platelet responses compared with subjects carrying the Cx37-1019T allele. Expression of these polymorphic channels in communication-deficient cells revealed a decreased permeability of Cx37-1019C channels for neurobiotin. Conclusions- We propose that the establishment of gap junctional communication between Cx37-expressing platelets provides a mechanism to limit thrombus propensity. To our knowledge, these data provide the first evidence incriminating gap junctions in the pathogenesis of thrombosis.

A New Large Deletion in the DFNB1 Locus Causes Nonsyndromic Hearing Loss.

Mutations in the GJB2 gene encoding the gap junction protein connexin 26 are responsible for up to 30% of all cases of autosomal recessive nonsyndromic hearing impairment (HI) with prelingual onset in most populations. The corresponding locus DFNB1, located on chromosome 13q11-q12, is also affected by three distinct deletions. These deletions extended distally to GJB2, which remains intact. We report a novel large deletion in DFNB1 observed in a patient presenting profound prelingual HI. This deletion was observed in trans to a GJB2 mutated allele carrying the p.Val84Met (V84M) mutation and was shown to be associated with hearing loss. The deletion caused a false homozygosity of V84M in the proband. Quantification of alleles by quantitative fluorescent multiplex PCR (QFM-PCR) enabled us to study the breakpoints of the deletion. The deleted segment extended through at least 920kb and removed the three connexin genes GJA3, GJB2 and GJB6. The distal breakpoint inside intron 2 of CRYL1 gene differed from the breakpoints of the known DFNB1 deletions. This case highlights the importance of screening for large deletions in molecular studies of GJB2.

Regulation of the vascular gap junctions in a mouse model of intimal hyperplasia

Objective: Intimal hyperplasia (IH) is one of the leading causes of failure¦after vascular interventions. It involves the proliferation of smooth muscle¦cells (SMCs) and the production of extracellular fibrous matrix. Gap junctional¦communication, mediated by membrane connexins (Cx), participates to the¦control of proliferation and migration. In human and mice vessels, endothelial¦cells (ECs) express Cx37, Cx40 and Cx43, whereas SMCs are coupled by Cx43.¦We previously reported that Cx43 was increased in the SMCs of a human vein¦during the development of IH.¦In our experimental model of mice carotid artery ligation (CAL), luminal¦narrowing occurred by SMCs-rich neointima after 2-4 weeks of ligation.¦This experimental model of mice allows us to decipher the regulation of the¦cardiovascular connexins in the mouse.¦Methods: C57BL/6 mice were anesthetized and the left common carotid artery¦was dissected through a neck incision and ligated near the carotid bifurcation.¦The mice were then euthanized at 7, 14 and 28 days. Morphometric analyses¦were then performed with measurements of total area, lumen and intimal area¦and media thickness. Western blots, immunocytochemistry and quantitative¦RT-PCR were performed for Cx43, Cx40 and Cx37.¦Results: All animals recovered with no symptom of stroke. Morphometric¦analysis demonstrated that carotid ligation resulted in an initial increase (after¦7 days) of the total vessel area followed by its reduction (after 28 days). This¦phenomena was associated with a progressive increase in the intimal area and a¦consecutive decrease of the lumen. The media thickness was also increased after¦14 and 28 days. This neointima formation was associated to a marked increase¦in the expression of Cx43 at both protein and RNA levels. Concomitantly,¦Cx40 and Cx37 protein expression were reduced in the endothelium. This was¦confirmed by en face analyses showing reduced Cx37 and Cx40 levels in the¦endothelial cells covering the lesion.¦Conclusion: This study assessed the regulation of the cardiovascular connexins¦in the development of IH. This model will allow us to characterize the¦involvement of gap junctions in the IH. In turn, this understanding is¦instrumental for the development of new therapeutical tools, as well as for¦the evaluation of the effects of drugs and gene therapies of this disease for which¦there is no efficient therapy available.

Connexin40 regulates renin production and blood pressure.

Renin secretion is regulated by coordinated signaling between the various cells of the juxtaglomerular apparatus. The renin-secreting cells (RSC), which play a major role in the control of blood pressure, are coupled to each other and to endothelial cells by Connexin40 (Cx40)-containing channels. In this study, we show that Cx40 knockout (Cx40-/-) mice, but not their heterozygous littermates, are hypertensive due to the increase in the number of RSC, renin biosynthesis, and plasma renin. Treatment with the angiotensin II receptor AT1 antagonist candesartan or the angiotensin II-converting enzyme inhibitor ramipril reduced the blood pressure of the Cx40-/- mice to the same levels seen in wild-type (WT) mice. The elevated blood pressure of the knockout mice was not affected by clipping one renal artery (2K1C, renin-dependent model of hypertension) or after a high salt diet. Under these conditions, however, Cx40-/- mice showed an altered production and release of renin. The renin mRNA ratio between the clipped and the non-clipped kidney was lower in the knockout than in the WT 2K1C mice. This indicates that the response to a change in blood pressure was altered. The RSC of the Cx40-/- mice did not have a compensatory increase in the levels of either Cx43 or Cx37. Our data show that renin secretion is dependent on Cx40 and suggest the Cx40-/- mice may be a genetic model of renin-dependent hypertension.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.

Critical role of the transcriptional repressor neuron-restrictive silencer factor in the specific control of connexin36 in insulin-producing cell lines.

Connexin36 (Cx36) is specifically expressed in neurons and in pancreatic beta-cells. Cx36 functions as a critical regulator of insulin secretion and content in beta-cells. In order to identify the molecular mechanisms that control the beta-cell expression of Cx36, we initiated the characterization of the human 5' regulatory region of the CX36 gene. A 2043-bp fragment of the human CX36 promoter was identified from a human BAC library and fused to a luciferase reporter gene. This promoter region was sufficient to confer specific expression to the reporter gene in insulin-secreting cell lines. Within this 5' regulatory region, a putative neuron-restrictive silencer element conserved between rodent and human species was recognized and binds the neuron-restrictive silencing factor (NRSF/REST). This factor is not expressed in insulin-secreting cells and neurons; it functions as a potent repressor through the recruitment of histone deacetylase to the promoter of neuronal genes. The NRSF-mediated repression of Cx36 in HeLa cells was abolished by trichostatin A, confirming the functional importance of histone deacetylase activity. Ectopic expression, by viral gene transfer, of NRSF/REST in different insulin-secreting beta-cell lines induced a marked reduction in Cx36 mRNA and protein content. Moreover, mutations in the Cx36 neuron-restrictive silencer element relieved the low transcriptional activity of the human CX36 promoter observed in HeLa cells and in INS-1 cells expressing NRSF/REST. The data showed that cx36 gene expression in insulin-producing beta-cell lines is strictly controlled by the transcriptional repressor NRSF/REST indicating that Cx36 participates to the neuronal phenotype of the pancreatic beta-cells.

Molecular and cellular analysis of genodermatoses

Summary Skin is the essential interface between our body and its environment; not only does it prevent water loss and protect us from external insults it also plays an essential role in the central nervous system acting as a major sense organ primarily for touch and pain. The main cell type present in skin, keratinocyte, undergoes a differentiation process leading to the formation of this protecting barrier. This work is intended to contribute to the understanding of how keratinocyte differentiates and skin functions. To do this, we studied two genetic skin diseases: Erythrokeratodermia variabilis and Mal de Meleda. Our approach was to examine the expression and localization of proteins implicated in these two pathologies in normal and diseased tissues and to determine the influence of mutant proteins at the molecular and cellular levels. Connexins are major components of gap junctions, channels allowing direct communication between cells. Our laboratory has identified mutations in both connexin 30.3 (Cx30.3) and 31 (Cx31) to be causally involved in erythrokeratodermia variabilis (EKV), an autosomal dominant disorder of keratinization. In the first chapter, we show a new mutation of Cx31, L209P-Cx31, in 3 EKV patients, extending the field of EKV-causing mutations although the mechanism by which connexin mutations lead to the disease is unclear. In the second chapter, we studied the effect of F137L-Cx30.3 on expression, trafficking and localization of cotransfected Cx31 and Cx30.3 in connexin-deficient HeLa cells. The F137 amino acid, highly conserved in connexin family, is oriented towards the channel pore and F137L mutation in either Cx30.3 or Cx31 lead to EKV. As two genes can lead to EKV when mutated, our hypothesis was that Cx31 and Cx30.3 might cooperate at a molecular level. We were able to demonstrate a physical interaction between Cx31 and Cx30.3. The presence of F137L-Cx30.3 disturbed the trafficking of both connexins, less connexins were integrated into gap junctions and thus, the coupling between cell was diminished. Connexins formed in the presence of F137L-Cx30.3 are degraded at their exit from the endoplasmic reticulum. In conclusion, our results indicate that the genetic heterogeneity of EKV is due to mutations in two interacting proteins. F137L-Cx30.3 has a dominant negative effect and affects Cx31, disturbing cellular communication in epidermal cells. Mal de Meleda is an autosomal recessive inflammatory and a keratotic palmoplantar skin disorder due to mutations in SLURP1 (secreted LY6/PLAUR-related protein 1). SLURP1 belongs to the LY6/PLAUR family of proteins and has the particularity of being secreted instead of being GPI-anchored. The high degree of structural similarity between SLURP1 and the three fingers motif of snake neurotoxins and LYNX 1-C suggests that this protein could interact with the neuronal acetylcholine receptors. In the third chapter, we show that SLURP1 potentiates responses of the a7 nicotinic acetylcholine receptor (nAchR) to acetylcholine. These results identify SLURP1 as a secreted epidermal neuromodulator that is likely to be essential for palmoplantar skin. In the fourth chapter, we show that SLURP1 is expressed in the granular layer of the epidermis but is absent from skin biopsies of Mal de Meleda patients. SLURP1 is also present in secretions such as sweat, tears or saliva. An in vitro analysis on two mutant of SLURP-I demonstrates that W15R-SLURP1 is absent in cells while G86R-SLURP1 is expressed and secreted, suggesting that SLURP1 can lead to the disease by either an absent or an abnormal protein. Finally, in the fifth chapter, we analyse the expression and biological properties of other LY6/PLAUR members, clustered around SLURP] on chromosome 8. Their GPI-anchored or secreted status were analysed in vitro. SLURP1, LYNX1-A and -B are secreted while LYPDC2 and LYNX 1-C are GPI anchored. Three of these proteins are expressed in the epidermis and in cultured keratinocytes. These results suggest that these LY6/PLAUR members may have an important role in skin homeostasis. Résumé Résumé La peau est la barrière essentielle entre notre corps et l'environnement, nous protégeant des agressions extérieures, de la déshydratation et assurant aussi un rôle dans le système nerveux central en tant qu'organe du toucher et de la douleur. Le principal type de cellules présent dans la peau est le kératinocyte qui suit un processus de différenciation aboutissant à la formation de cette barrière protectrice. Ce travail est destiné à comprendre la différenciation des kératinocytes et le fonctionnement de la peau. Pour cela, nous avons étudié deux maladies génodermatoses : l'Erthrokeratodermia Variabilis (EKV) et le Mal de Meleda. Nous avons examiné l'expression et la localisation des protéines impliquées dans ces deux pathologies dans des tissus normaux et malades puis déterminé l'influence des protéines mutantes aux niveaux moléculaires et cellulaires. Les connexines (Cx) sont les composants majeurs des jonctions communicantes, canaux permettant la communication directe entre les cellules. Notre laboratoire a identifié des mutations dans les Cx30.3 et Cx31 comme responsables de l'EKV, génodermatose de transmission autosomique dominante. Dans le ler chapitre, nous décrivons une nouvelle mutation de Cx31, L209-Cx31, et contribuons à l'établissement du catalogue des mutations de Cx31 entraînant cette maladie. Cependant, le mécanisme par lequel les mutations de Cx31 et C3x0.3 provoquent l'EKV est inconnu. Dans le 2ème chapitre, nous étudions les effets de la mutation F137L-Cx30.3 sur l'expression, le trafic et la localisation des Cx31 et Cx30.3 transfectées dans des cellules HeLa, déficientes en connexines. Comme deux gènes peuvent causer une EKV quand ils sont mutés, notre hypothèse était que Cx31 et Cx30.3 pourraient coopérer au niveau moléculaire. Nous avons montré l'existence d'une interaction physique entre ces deux connexines. La présence de la mutation F137L-Cx30.3 perturbe le trafic des deux connexines, moins de connexines sont intégrées dans les jonctions communicantes et donc le couplage entre les cellules est diminué. Les connexons formés en présence de cette mutation sont dégradés à leur sortie du réticulum endoplasmique. En conclusion, nos résultats indiquent que l'hétérogénéité génétique de EKV est due à des mutations dans deux protéines qui interagissent. F137L-Cx30.3 a un effet dominant négatif et affecte Cx31, perturbant la communication entre les cellules épidermiques. Le Mal de Meleda est une maladie récessive de la peau palmoplantaire due à des mutations dans SLURP1. SLURP1 appartient à la famille des protéines contenant un domaine LY6/PLAUR et a la particularité d'être sécrétée. La grande homologie de structure existant entre SLURP1, les neurotoxines de serpent et LYNX1-C suggère que la protéine pourrait interagir avec des récepteurs à acétylcholine (Ach). Dans le 3ème chapitre, nous montrons que SLURP1 module la réponse à l'Ach du récepteur nicotinique α7. Ces résultats identifient SLURP1 comme un neuromodulateur épidermique sécrété, probablement essentiel pour la peau palmoplantaire. Dans le 4ème chapitre, nous montrons que SLURP1 est exprimé dans la couche granuleuse de l'épiderme et qu'il est absent des biopsies des patients. SLURP1 a aussi été détecté dans des sécrétions telles que la sueur, les lamies et la salive. Une analyse in vitro de deux mutants de SLURP1 a montré que W15R-SLURP1 est absent des cellules tandis que G86R-SLURP1 est exprimé et sécrété, suggérant qu'une absence ou une anomalie de SLURP1 peuvent causer la maladie. Finalement, dans le 5ème chapitre, nous analysons l'expression et les propriétés biologiques d'autres membres de la famille LY6/PLAUR localisés autour de SLURP1 sur le chromosome 8. Leur statut de protéines sécrétées ou liées à la membrane par une ancre GPI est analysé in vitro. SLURP1, LYNXI-A et -B sont sécrétées alors que LYPDC2 et LYNX1-C sont liés à la membrane. Trois de ces protéines sont exprimées dans l'épiderme et dans des kératinocytes cultivés. Ces résultats suggèrent que la famille LY6/PLAUR pourrait avoir un rôle important dans l'homéostasie de la peau.