Three-stranded DNA structure; is this the secret of DNA homologous recognition?

A novel type of triple-stranded DNA structure was proposed by several groups to play a crucial role in homologous recognition between single- and double-stranded DNA molecules. In this still putative structure a duplex DNA was proposed to co-ordinate a homologous single strand in its major groove side. In contrast to the well-characterized pyrimidine-purine-pyrimidine triplexes in which the two like strands are antiparallel and which are restricted to poly-pyrimidine-containing stretches, the homology-specific triplexes would have like strands in parallel orientation and would not be restricted to any particular sequence provided that there is a homology between interacting DNA molecules. For many years the stereo-chemical possibility of forming homology-dependent three- or four-stranded DNA structures during the pairing stage of recombination reactions was seriously considered in published papers. However, only recently has there been a marked increase in the number of papers that have directly tested the formation of triple-stranded DNA structures during the actual pairing stage of the recombination reaction. Unfortunately the results of these tests are not totally clear cut; while some laboratories presented experimental evidence consistent with the formation of triplexes, others studying the same or very similar systems offered alternative explanations. The aim of this review is to present the current state of the central question in the mechanism of homologous recombination, namely, what kind of DNA structure is responsible for DNA homologous recognition. Is it a novel triplex structure or just a classical duplex?

T cell receptor delta gene rearrangement and T early alpha (TEA) expression in immature alpha beta lineage thymocytes: implications for alpha beta/gamma delta lineage commitment.

Mature T cells comprise two mutually exclusive lineages expressing heterodimeric alpha beta or gamma delta antigen receptors. During development, beta, gamma, and delta genes rearrange before alpha, and mature gamma delta cells arise in the thymus prior to alpha beta cells. The mechanism underlying commitment of immature T cells to the alpha beta or gamma delta lineage is controversial. Since the delta locus is located within the alpha locus, rearrangement of alpha genes leads to deletion of delta. We have examined the rearrangement status of the delta locus immediately prior to alpha rearrangement. We find that many thymic precursors of alpha beta cells undergo VDJ delta rearrangements. Furthermore, the same cells frequently coexpress sterile T early alpha (TEA) transcripts originating 3' of C delta and 5' of the most upstream J alpha, thus implying that individual alpha beta lineage cells undergo sequential VDJ delta and VJ alpha rearrangements. Finally, VDJ delta rearrangements in immature alpha beta cells appear to be random, supporting models in which alpha beta lineage commitment is determined independently of the rearrangement status at the TCR delta locus.

Activation of human meiosis-specific recombinase Dmc1 by Ca2+.

Rad51 and its meiotic homolog Dmc1 are key proteins of homologous recombination in eukaryotes. These proteins form nucleoprotein complexes on single-stranded DNA that promote a search for homology and that perform DNA strand exchange, the two essential steps of genetic recombination. Previously, we demonstrated that Ca2+ greatly stimulates the DNA strand exchange activity of human (h) Rad51 protein (Bugreev, D. V., and Mazin, A. V. (2004) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 101, 9988-9993). Here, we show that the DNA strand exchange activity of hDmc1 protein is also stimulated by Ca2+. However, the mechanism of stimulation of hDmc1 protein appears to be different from that of hRad51 protein. In the case of hRad51 protein, Ca2+ acts primarily by inhibiting its ATPase activity, thereby preventing self-conversion into an inactive ADP-bound complex. In contrast, we demonstrate that hDmc1 protein does not self-convert into a stable ADP-bound complex. The results indicate that activation of hDmc1 is mediated through conformational changes induced by free Ca2+ ion binding to a protein site that is distinct from the Mg2+.ATP-binding center. These conformational changes are manifested by formation of more stable filamentous hDmc1.single-stranded DNA complexes. Our results demonstrate a universal role of Ca2+ in stimulation of mammalian DNA strand exchange proteins and reveal diversity in the mechanisms of this stimulation.

Structure and function of RecA-DNA complexes.

While the E. coli RecA protein has been the most intensively studied enzyme of homologous recombination, the unusual RecA-DNA filament has stood alone until very recently. It now appears that this protein is part of a universal family that spans all of biology, and the filament that is formed by the protein on DNA is a universal structure. With RecA's role in recombination given new and greatly increased significance, we focus in this review on the energetics of the RecA-mediated strand exchange and the relation between the energetics and recombination spanning heterologous inserts.

Reconstitution of the strand invasion step of double-strand break repair using human Rad51 Rad52 and RPA proteins.

The human Rad51 recombinase is essential for the repair of double-strand breaks in DNA that occur in somatic cells after exposure to ionising irradiation, or in germ line cells undergoing meiotic recombination. The initiation of double-strand break repair is thought to involve resection of the double-strand break to produce 3'-ended single-stranded (ss) tails that invade homologous duplex DNA. Here, we have used purified proteins to set up a defined in vitro system for the initial strand invasion step of double-strand break repair. We show that (i) hRad51 binds to the ssDNA of tailed duplex DNA molecules, and (ii) hRad51 catalyses the invasion of tailed duplex DNA into homologous covalently closed DNA. Invasion is stimulated by the single-strand DNA binding protein RPA, and by the hRad52 protein. Strikingly, hRad51 forms terminal nucleoprotein filaments on either 3' or 5'-ssDNA tails and promotes strand invasion without regard for the polarity of the tail. Taken together, these results show that hRad51 is recruited to regions of ssDNA occurring at resected double-strand breaks, and that hRad51 shows no intrinsic polarity preference at the strand invasion step that initiates double-strand break repair.

Caractérisation moléculaire du rôle de facteurs accessoires ArgR et PepA au niveau de la recombinaison spécifique sur le site cer

Mon projet de recherche avait pour but de caractériser le rôle de deux protéines, ArgR et PepA, qui agissent en tant que facteurs accessoires de la recombinaison au niveau de deux sites cer du plasmide ColE1 présent dans la bactérie Escherichia coli. Ces deux protéines, couplées aux deux recombinases à tyrosine XerC et XerD, permettent la catalyse de la recombinaison site spécifique au niveau de la séquence cer, convertissant les multimères instables de ColE1 en monomères stables. Cette étude a principalement porté sur la région C-terminale de la protéine ArgR. Cette région de la protéine ArgR possède une séquence en acides-aminés et une structure similaire à celle de la protéine AhrC de Bacillus subtilis. De plus, AhrC, le répresseur de l’arginine de cette bactérie, est capable de complémenter des Escherichia coli mutantes déficientes en ArgR. Les régions C-terminales de ces protéines, montrent une forte similarité. De précédents travaux dans notre laboratoire ont démontré que des mutants d’ArgR comprenant des mutations dans cette région, en particulier les mutants ArgR149, une version tronquée d’ArgR de 149 acides-aminés, et ArgR5aa, une version comprenant une insertion de cinq acides-aminés dans la partie C-terminale, perdaient la capacité de permettre la recombinaison au niveau de deux sites cer présents dans le plasmide pCS210. Malgré cette incapacité à promouvoir la réaction de recombinaison en cer, ces deux mutants étaient toujours capables de se lier spécifiquement à l’ADN et de réprimer une fusion argA :: lacZ. Dans ce travail, les versions mutantes et sauvages d’ArgR furent surexprimées en tant que protéines de fusion 6-histidine. Des analyses crosslinking ont montré que la version sauvage et ArgR5aa pouvaient former des hexamères in-vitro de manière efficace, alors qu’ArgR149 formait des multimères de plus faible poids moléculaire. Des formes tronquées d’ArgR qui comportaient 150 acides-aminés ou plus, étaient encore capables de permettre la recombinaison en cer. Les mutants par substitution ArgRL149A et ArgRL151A ont tous montré que les substitutions d’un seul acide-aminé au sein de cette région avaient peu d’effets sur la recombinaison en cer. Les expériences de crosslinking protéine-à-protéine ont montré que le type sauvage et les formes mutantes d’ArgR étaient capables d’interagir avec la protéine accessoire PepA, également impliquée dans la recombinaison en cer. Les expériences de recombinaison in-vitro utilisant la forme sauvage et les formes mutantes d’ArgR combinées avec les protéines PepA, XerC et XerD purifiées, ont montré que le mutant ArgR149 ne soutenait pas la recombinaison, mais que le mutant ArgR5aa permettait la formation d’une jonction d’Holliday. Des expériences de topologie ont montré que PepA était capable de protéger l’ADN de la topoisomérase 1, et d’empêcher ArgRWt de se lier à l’ADN. Les deux mutants ArgR149 et ArgR5aa protègent aussi l’ADN avec plus de surenroulements. Quand on ajoute PepA, les profils de migration montrent un problème de liaison des deux mutants avec PepA. D’autres expériences impliquant le triplet LEL (leucine-acide glutamique-leucine) et les acides-aminés alentour devraient être réalisés dans le but de connaitre l’existence d’un site de liaison potentiel pour PepA.

Système de recombinaison Xer chez Staphylococcus aureus

Le système de recombinaison Xer est impliqué dans la monomerisation des réplicons bactériens, comme les plasmides et les chromosomes, dans une grande variété de bactéries. Ce système est un système de recombinaison site-spécifique composé de deux tyrosine recombinases, soit XerC et XerD. Ils agissent ensemble afin de convertir les chromosomes dimériques en monomères en agissant à un site spécifique près du terminus de la réplication, appelé le site dif. Les gènes Xer et leur site d’action sont identifiés dans plusieurs bactéries gram positives et gram négatives. Staphylococcus aureus représente une bactérie gram positive qui contient un système XerCD/dif. Elle est impliqué dans plusieurs maladies humaines, tels que des infections cutanées, des gastroentérites, et le syndrome de choc toxique, pour en nommer quelques unes. Bien que les gènes codant les protéines XerC et XerD ont été identifiés, il y a beaucoup d’inconnu sur leur mode d’action au site dif. Des mutations dans XerC ont été obtenues, mais aucune dans XerD, suggérant que ce gène pourrait être essentiel pour cet organisme. Les études présentées dans ce mémoire ont permis de commencer à mieux caractériser XerD de S. aureus, en séquençant le gène et en faisant des tests de liaison à l’ADN. Elles ont montré que la recombinase XerD se lie au site dif d’Eschericia coli seul et de façon coopérative avec la recombinase XerC d’E. coli. XerD de S. aureus est, aussi, efficace dans la complémentation de XerD muté d’E. coli dans la réaction de recombinaison chromosomique. Cependant, elle ne démontre pas cette même capacité de complémentation lors de la recombinaison plasmidique aux sites cer.

Le système de recombinaison site-spécifique dif/Xer de Campylobacter jejuni

Chez les bactéries à chromosome circulaire, la réplication peut engendrer des dimères que le système de recombinaison site-spécifique dif/Xer résout en monomères afin que la ségrégation des chromosomes fils et la division cellulaire se fassent normalement. Ses composants sont une ou deux tyrosines recombinases de type Xer qui agissent à un site de recombinaison spécifique, dif, avec l’aide de la translocase FtsK qui mobilise l’ADN au septum avant la recombinaison. Ce système a été d’abord identifié et largement caractérisé chez Escherichia coli mais il a également été caractérisé chez de nombreuses bactéries à Gram négatif et positif avec des variantes telles que les systèmes à une seule recombinase comme difSL/XerS chez Streptococcus sp et Lactococcus sp. Des études bio-informatiques ont suggéré l’existence d’autres systèmes à une seule recombinase chez un sous-groupe d’ε-protéobactéries pathogènes, dont Campylobacter jejuni et Helicobacter pylori. Les acteurs de ce nouveau système sont XerH et difH. Dans ce mémoire, les premières recherches in vitro sur ce système sont présentées. La caractérisation de la recombinase XerH de C. jejuni a été entamée à l’aide du séquençage de son gène et de tests de liaison et de clivage de l’ADN. Ces études ont montré que XerH pouvait se lier au site difSL de S. suis de manière non-coopérative : que XerH peut se lier à des demi-sites de difSL mais qu’elle ne pouvait, dans les conditions de l’étude effectuer de clivage sur difSL. Des recherches in silico ont aussi permis de faire des prédictions sur FtsK de C. jejuni.

Implication des protéines RECA dans le maintien de la stabilité du génome des chloroplastes d’Arabidopsis thaliana.

La stabilité génomique des organelles de plantes suscite un grand intérêt dans le domaine de la biologie végétale. En effet, plusieurs études récentes suggèrent que ce type d’instabilité génomique pourrait mener à l’isolation de traits intéressants en l’agronomie. Plusieurs protéines sont d’ailleurs déjà été identifiés comme étant impliqués dans le maintien de la stabilité de ces génomes, tels que MSH1, la famille des POLI, OSB1, les protéines Whirly et les Recombinases A (RECA). Le génome nucléaire d’Arabidopsis thaliana encode trois protéines s’apparentant à la Recombinase A bactérienne et qui sont ciblées à la mitochondrie et/ou au chloroplaste, soit RECA1, RECA2 et RECA3. Globalement, ces gènes partagent une similarité de séquence de 61% avec leur homologue bactérien chez Escherichia coli. Chez les bactéries ces protéines jouent un rôle essentiel dans la recombinaison homologue et sont impliquées dans la réparation de l’ADN. Chez Arabidopsis, il a été démontré que RECA2 et RECA3 sont nécessaires au maintien de l’intégrité du génome mitochondriale. Toutefois leur contribution à la stabilité du génome chloroplastique ainsi que le rôle de RECA1 restent obscures. Le but de ce projet est donc de déterminer la contribution éventuelle des protéines RECA d’Arabidopsis dans la réparation de l’ADN chloroplastique et plus précisément le rôle du gène RECA1. Nous énonçons l’hypothèse que les RECA de plantes se comportent effectivement comme leurs orthologues bactériens en étant impliqués dans la recombinaison homologue. Dans le cadre de ce projet, nous avons tenté d’isoler des lignées mutantes pour chacun des gènes RECA d’Arabidopsis. En somme, nous avons pu obtenir des lignées convenables pour notre étude que dans le cas du gène RECA1. Ces lignées ont été utilisées pour évaluer la contribution de ce gène à la stabilité du génome du chloroplaste. Ensuite, pour étudier la relation épistatique des gènes RECA1, WHY1 et WHY3, un croisement des différentes lignées mutantes pour ces gènes a été réalisé. Nous avons ensuite étudié la sensibilité de toutes ces lignées mutantes à la ciprofloxacine, un agent causant des bris double brin exclusivement dans les organelles de plantes. Finalement, iii nous avons testé la présence de réarrangements dans le génome du chloroplaste en condition normal ou en présence de stress génotoxique. Nos résultats démontrent que les protéines Whirly et RECA1 sont impliquées dans deux voies de réparation de l’ADN différentes et que les Whirly sont suffisantes pour s’occuper des bris d’ADN double brin en l’absence de RECA1. Nous démontrons également que l’absence de Whirly et RECA1 entraine une forte augmentation de la quantité de réarrangements dans le génome du chloroplaste. De plus nous proposons que la polymérase POLIB est impliquée dans la même voie de réparation que RECA1. Finalement nous proposons un modèle pour expliquer nos résultats et impliquons RECA1 dans un mécanisme de réparation d’ADN et aussi un rôle potentiel dans la réplication.

Les systèmes Xer à une seule recombinase

Les dimères chromosomiques se produisant lors de la réparation de chromosomes circulaires peuvent être dommageables pour les bactéries en bloquant la ségrégation des chromosomes et le bon déroulement de la division cellulaire. Pour remédier à ce problème, les bactéries utilisent le système Xer de monomérisation des chromosomes. Celui-ci est composé de deux tyrosine recombinases, XerC et XerD, qui vont agir au niveau du site dif et procéder à une recombinaison qui aura pour effet de séparer les deux copies de l’ADN. Le site dif est une séquence d’ADN où deux répétitions inversées imparfaites séparées par six paires de bases permettent la liaison de chacune des recombinases. Cette recombinaison est régulée à l’aide de FtsK, une protéine essentielle de l’appareil de division. Ce système a été étudié en profondeur chez Escherichia coli et a aussi été caractérisée dans une multitude d’espèces variées, par exemple Bacillus subtilis. Mais dans certaines espèces du groupe des Streptococcus, des études ont été en mesure d’identifier une seule recombinase, XerS, agissant au niveau d’un site atypique nommée difSL. Peu de temps après, un second système utilisant une seule recombinase a été identifié chez un groupe des epsilon-protéobactéries. La recombinase fut nommée XerH et le site de recombinaison, plus similaire à difSL qu’au site dif classique, difH. Dans cette thèse, des résultats d’expériences in vitro sur les deux systèmes sont présentés, ainsi que certains résultats in vivo. Il est démontré que XerS est en mesure de se lier de façon coopérative à difSL et que cette liaison est asymétrique, puisque XerS est capable de se lier à la moitié gauche du site prise individuellement mais non à la moitié droite. Le clivage par XerS est aussi asymétrique, étant plus efficace au niveau du brin inférieur. Pour ce qui est de XerH, la liaison à difH est beaucoup moins coopérative et n’a pas la même asymétrie. Par contre, le clivage est asymétrique lui aussi. La comparaison de ces deux systèmes montrent qu’ils ne sont pas homologues et que les systèmes Xer à seule recombinase existent sous plusieurs versions. Ces résultats représentent la première découverte d’un espaceur de 11 paires de bases chez les tyrosine recombinases ainsi que la première étude in vitro sur XerH.

Le maintien de la stabilité génomique du plastide : un petit génome d’une grande importance

Chez les plantes, le génome plastidique est continuellement exposé à divers stress mutagènes, tels l’oxydation des bases et le blocage des fourches de réplication. Étonnamment, malgré ces menaces, le génome du plastide est reconnu pour être très stable, sa stabilité dépassant même celle du génome nucléaire. Néanmoins, les mécanismes de réparation de l’ADN et du maintien de la stabilité du génome plastidique sont encore peu connus. Afin de mieux comprendre ces processus, nous avons développé une approche, basée sur l’emploi de la ciprofloxacine, qui nous permet d’induire des bris d’ADN double-brins (DSBs) spécifiquement dans le génome des organelles. En criblant, à l’aide de ce composé, une collection de mutants d’Arabidopsis thaliana déficients pour des protéines du nucléoïde du plastide, nous avons identifié 16 gènes vraisemblablement impliqués dans le maintien de la stabilité génomique de cette organelle. Parmi ces gènes, ceux de la famille Whirly jouent un rôle primordial dans la protection du génome plastidique face aux réarrangements dépendants de séquences de microhomologie. Deux autres familles de gènes codant pour des protéines plastidiques, soit celle des polymérases de types-I et celle des recombinases, semblent davantage impliquées dans les mécanismes conservateurs de réparation des DSBs. Les relations épistatiques entre ces gènes et ceux des Whirly ont permis de définir les bases moléculaires des mécanismes de la réparation dépendante de microhomologies (MHMR) dans le plastide. Nous proposons également que ce type de mécanismes servirait en quelque sorte de roue de secours pour les mécanismes conservateurs de réparation. Finalement, un criblage non-biaisé, utilisant une collection de plus de 50,000 lignées mutantes d’Arabidopsis, a été réalisé. Ce criblage a permis d’établir un lien entre la stabilité génomique et le métabolisme des espèces réactives oxygénées (ROS). En effet, la plupart des gènes identifiés lors de ce criblage sont impliqués dans la photosynthèse et la détoxification des ROS. Globalement, notre étude a permis d’élargir notre compréhension des mécanismes du maintien de la stabilité génomique dans le plastide et de mieux comprendre l’importance de ces processus.

3D Analysis of the TCR/pMHCII Complex Formation in Monkeys Vaccinated with the First Peptide Inducing Sterilizing Immunity against Human Malaria

T-cell receptor gene rearrangements were studied in Aotus monkeys developing high antibody titers and sterilizing immunity against the Plasmodium falciparum malaria parasite upon vaccination with the modified synthetic peptide 24112, which was identified in the Merozoite Surface Protein 2 (MSP-2) and is known to bind to HLA-DR beta 1*0403 molecules with high capacity. Spectratyping analysis showed a preferential usage of V beta 12 and V beta 6 TCR gene families in 67% of HLA-DR beta 1*0403-like genotyped monkeys. Docking of peptide 24112 into the HLA-DR beta 1*0401-HA peptide-HA1.7TCR complex containing the VDJ rearrangements identified in fully protected monkeys showed a different structural signature compared to nonprotected monkeys. These striking results show the exquisite specificity of the TCR/pMHCII complex formation needed for inducing sterilizing immunity and provide important hints for a logical and rational methodology to develop multiepitopic, minimal subunit-based synthetic vaccines against infectious diseases, among them malaria.

Technologies for biological containment of GM and Non-GM crops

International Perspective The development of GM technology continues to expand into increasing numbers of crops and conferred traits. Inevitably, the focus remains on the major field crops of soybean, maize, cotton, oilseed rape and potato with introduced genes conferring herbicide tolerance and/or pest resistance. Although there are comparatively few GM crops that have been commercialised to date, GM versions of 172 plant species have been grown in field trials in 31 countries. European Crops with Containment Issues Of the 20 main crops in the EU there are four for which GM varieties are commercially available (cotton, maize for animal feed and forage, and oilseed rape). Fourteen have GM varieties in field trials (bread wheat, barley, durum wheat, sunflower, oats, potatoes, sugar beet, grapes, alfalfa, olives, field peas, clover, apples, rice) and two have GM varieties still in development (rye, triticale). Many of these crops have hybridisation potential with wild and weedy relatives in the European flora (bread wheat, barley, oilseed rape, durum wheat, oats, sugar beet and grapes), with escapes (sunflower); and all have potential to cross-pollinate fields non-GM crops. Several fodder crops, forestry trees, grasses and ornamentals have varieties in field trials and these too may hybridise with wild relatives in the European flora (alfalfa, clover, lupin, silver birch, sweet chestnut, Norway spruce, Scots pine, poplar, elm, Agrostis canina, A. stolonifera, Festuca arundinacea, Lolium perenne, L. multiflorum, statice and rose). All these crops will require containment strategies to be in place if it is deemed necessary to prevent transgene movement to wild relatives and non-GM crops. Current Containment Strategies A wide variety of GM containment strategies are currently under development, with a particular focus on crops expressing pharmaceutical products. Physical containment in greenhouses and growth rooms is suitable for some crops (tomatoes, lettuce) and for research purposes. Aquatic bioreactors of some non-crop species (algae, moss, and duckweed) expressing pharmaceutical products have been adopted by some biotechnology companies. There are obvious limitations of the scale of physical containment strategies, addressed in part by the development of large underground facilities in the US and Canada. The additional resources required to grow plants underground incurs high costs that in the long term may negate any advantage of GM for commercial productioNatural genetic containment has been adopted by some companies through the selection of either non-food/feed crops (algae, moss, duckweed) as bio-pharming platforms or organisms with no wild relatives present in the local flora (safflower in the Americas). The expression of pharmaceutical products in leafy crops (tobacco, alfalfa, lettuce, spinach) enables growth and harvesting prior to and in the absence of flowering. Transgenically controlled containment strategies range in their approach and degree of development. Plastid transformation is relatively well developed but is not suited to all traits or crops and does not offer complete containment. Male sterility is well developed across a range of plants but has limitations in its application for fruit/seed bearing crops. It has been adopted in some commercial lines of oilseed rape despite not preventing escape via seed. Conditional lethality can be used to prevent flowering or seed development following the application of a chemical inducer, but requires 100% induction of the trait and sufficient application of the inducer to all plants. Equally, inducible expression of the GM trait requires equally stringent application conditions. Such a method will contain the trait but will allow the escape of a non-functioning transgene. Seed lethality (‘terminator’ technology) is the only strategy at present that prevents transgene movement via seed, but due to public opinion against the concept it has never been trialled in the field and is no longer under commercial development. Methods to control flowering and fruit development such as apomixis and cleistogamy will prevent crop-to-wild and wild-to-crop pollination, but in nature both of these strategies are complex and leaky. None of the genes controlling these traits have as yet been identified or characterised and therefore have not been transgenically introduced into crop species. Neither of these strategies will prevent transgene escape via seed and any feral apomicts that form are arguably more likely to become invasives. Transgene mitigation reduces the fitness of initial hybrids and so prevents stable introgression of transgenes into wild populations. However, it does not prevent initial formation of hybrids or spread to non-GM crops. Such strategies could be detrimental to wild populations and have not yet been demonstrated in the field. Similarly, auxotrophy prevents persistence of escapes and hybrids containing the transgene in an uncontrolled environment, but does not prevent transgene movement from the crop. Recoverable block of function, intein trans-splicing and transgene excision all use recombinases to modify the transgene in planta either to induce expression or to prevent it. All require optimal conditions and 100% accuracy to function and none have been tested under field conditions as yet. All will contain the GM trait but all will allow some non-native DNA to escape to wild populations or to non-GM crops. There are particular issues with GM trees and grasses as both are largely undomesticated, wind pollinated and perennial, thus providing many opportunities for hybridisation. Some species of both trees and grass are also capable of vegetative propagation without sexual reproduction. There are additional concerns regarding the weedy nature of many grass species and the long-term stability of GM traits across the life span of trees. Transgene stability and conferred sterility are difficult to trial in trees as most field trials are only conducted during the juvenile phase of tree growth. Bio-pharming of pharmaceutical and industrial compounds in plants Bio-pharming of pharmaceutical and industrial compounds in plants offers an attractive alternative to mammalian-based pharmaceutical and vaccine production. Several plantbased products are already on the market (Prodigene’s avidin, β-glucuronidase, trypsin generated in GM maize; Ventria’s lactoferrin generated in GM rice). Numerous products are in clinical trials (collagen, antibodies against tooth decay and non-Hodgkin’s lymphoma from tobacco; human gastric lipase, therapeutic enzymes, dietary supplements from maize; Hepatitis B and Norwalk virus vaccines from potato; rabies vaccines from spinach; dietary supplements from Arabidopsis). The initial production platforms for plant-based pharmaceuticals were selected from conventional crops, largely because an established knowledge base already existed. Tobacco and other leafy crops such as alfalfa, lettuce and spinach are widely used as leaves can be harvested and no flowering is required. Many of these crops can be grown in contained greenhouses. Potato is also widely used and can also be grown in contained conditions. The introduction of morphological markers may aid in the recognition and traceability of crops expressing pharmaceutical products. Plant cells or plant parts may be transformed and maintained in culture to produce recombinant products in a contained environment. Plant cells in suspension or in vitro, roots, root cells and guttation fluid from leaves may be engineered to secrete proteins that may be harvested in a continuous, non-destructive manner. Most strategies in this category remain developmental and have not been commercially adopted at present. Transient expression produces GM compounds from non-GM plants via the utilisation of bacterial or viral vectors. These vectors introduce the trait into specific tissues of whole plants or plant parts, but do not insert them into the heritable genome. There are some limitations of scale and the field release of such crops will require the regulation of the vector. However, several companies have several transiently expressed products in clinical and pre-clinical trials from crops raised in physical containment.

The rulB gene of plasmid pWW0 is a hotspot for the site-specific insertion of integron-like elements found in the chromosomes of environmental Pseudomonas fluorescens group bacteria

The rulAB operon of Pseudomonas spp. confers fitness traits on the host and has been suggested to be a hotspot for insertion of mobile elements that carry avirulence genes. Here, for the first time, we show that rulB on plasmid pWW0 is a hotspot for the active site-specific integration of related integron-like elements (ILEs) found in six environmental pseudomonads (strains FH1–FH6). Integration into rulB on pWW0 occurred at position 6488 generating a 3 bp direct repeat. ILEs from FH1 and FH5 were 9403 bp in length and contained eight open reading frames (ORFs), while the ILE from FH4 was 16 233 bp in length and contained 16 ORFs. In all three ILEs, the first 5.1 kb (containing ORFs 1–4) were structurally conserved and contained three predicted site-specific recombinases/integrases and a tetR homologue. Downstream of these resided ORFs of the ‘variable side’ with structural and sequence similarity to those encoding survival traits on the fitness enhancing plasmid pGRT1 (ILEFH1 and ILEFH5) and the NR-II virulence region of genomic island PAGI-5 (ILEFH4). Collectively, these ILEs share features with the previously described type III protein secretion system effector ILEs and are considered important to host survival and transfer of fitness enhancing and (a)virulence genes between bacteria.

The search for Multiple Myeloma Stem cells: molecular characterization and self-renewal mechanisms involved in the disease persistence

The existence of Multiple Myeloma Stem cells (MMSCs)is supposed to be one of the major causes of MM drug-resistance. However, very little is known about the molecular characteristics of MMSCs, even if some studies suggested that these cells resembles the memory B cells. In order to molecularly characterize MMSCs, we isolated the 138+138- population. For each cell fraction we performed a VDJ rearrangement analysis. The complete set of aberrations were performed by SNP Array 6.0 and HG-U133 Plus 2.0 microarray analyses (Affymetrix). The VDJ rearrangement analyses confirmed the clonal relationship between the 138+ clone and the immature clone. Both BM and PBL 138+ clones showed exactly the same genomic macroalterations. In the BM and PBL 138-19+27+ cell fractions several micro-alterations (range: 1-350 Kb) unique of the memory B cells clone were highlighted. Any micro-alterations detected were located out of any genomic variants region and are presumably associated to the MM pathogenesis, as confirmed by the presence of KRAS, WWOX and XIAP genes among the amplified regions. To get insight into the biology of the clonotypic B cell population, we compared the gene expression profile of 8 MM B cells samples 5 donor B cells vs, thus showing a differential expression of 11480 probes (p-value: <0,05). Among the self-renewal mechanisms, we observed the down-regulation of Hedgehog pathway and the iperactivation of Notch and Wnt signaling. Moreover, these immature cells showed a particular phenotype correlated to resistance to proteasome inhibitors (IRE1α-XBP1: -18.0; -19.96. P<0,05). Data suggested that the MM 138+ clone might resume the end of the complex process of myelomagenesis, whereas the memory B cells have some intriguing micro-alterations and a specific transcriptional program, supporting the idea that these post germinal center cells might be involved in the transforming event that originate and sustain the neoplastic clone.