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.

The generation and analysis of combined legless 1 and 2 knock-out mice

Summary The Wnt signaling pathway plays an important role during development and also for maintaining tissue homeostasis due to its function in proliferation, differentiation and cell fate decisions. Wnt ligands bind to Frizzled receptors and activate a signaling cascade that results in the stabilization of β-Catenin, a key component of the pathway. β-Catenin translocates to the nucleus, where, together with a transcription factor of the Tcf/Lef family, it activates the expression of target genes. Legless and Pygopus are two recently discovered essential components of the Wnt pathway in Drosophila, which may mediate the nuclear import and retention of beta-Catenin and/or contribute directly to the activation of Wnt target genes. To address the function of Legless in the mouse, we have generated compound constitutive and conditional knockout alleles of the two homologues legless 'I (bc1-9) and 2. We have induced the deletion of legless in self-renewing tissues such as the gastrointestinal tract, the mammary gland and the skin during adulthood and constitutively in the embryo. The present thesis focused on the consequences of the inactivation of legless in epithelial homeostasis as well as in a regeneration model and its comparison to pygopus. Deletion of neither legless nor pygopus in the adult small intestine resulted in any apparent anomaly, contrasting expectations from the phenotype caused by over-expression of Dickkopf, a Wnt inhibitor (Pinto et al., 2003). These observations indicate that canonical Wnt signaling might not be indispensable for normal gastrointestinal epithelium homeostasis, or that, in this context, Legless and Pygopus are not essential components of the Wnt pathway. However, the regeneration of the colonic epithelium after DSS induced damage was markedly impaired in legless, but not in pygopus deficient mice. Thus, unlike in Drosophila, deletion of mammalian legless and pygopus resulted in different phenotypes, suggesting that Legless might interact with as yet unidentified partners in addition to Pygopus. Resumé La voie de signalisation Wnt joue un rôle important au cours du développement ainsi que pour le maintien de l' homéostase tissulaire due à sa fonction durant la prolifération, la différentiation et les décisions sur l'avenir des cellules. Les ligands de Wnt se lient aux récepteurs Frizzled et activent une cascade de signalisation résultant en la stabilisation de β-Catenin, un composant central de cette voie. β-Catenin est transloquée dans le noyau ou, avec l'aide des facteurs de transcription de la famille Tcf/lef, elle active la transcription des gènes cibles. Legless et Pygopus sont deux composants récemment découverts et essentiels de la voie de signalisation Wnt chez la Drosophile qui pourraient être des médiateurs de l'import et de la rétention nucléaire de bêta-catenin et/ou contribuer directement a l'activation des gènes cibles. Afin de comprendre la fonction de Legless chez la souris, nous avons généré simultanément les allèles « knock-out » constitutifs et conditionnels des deux homologues legless 1 (bc1-9) et 2. Nous avons induit la délétion de legless dans des tissus capables de s'auto renouveler comme le tract gastro-intestinal, la glande mammaire et la peau chez l'adulte et nous avons supprimé constitutivement legless chez l'embryon. La présente thèse est concentrée sur les conséquences de l'inactivation de legless au cours de l' homéostase épithéliale ainsi que dans un modèle de régénération et sur sa comparaison avec pygopus. Ni la délétion de legless ni celle de pygopus dans l'intestin adulte n'ont résulté en quelque anomalie, contrastant nos attentes provenant des phénotypes causes par la surexpression de Dickkpof, un inhibiteur de Wnt (Pinto et al., 2003). Ces observations indiquent que la voie de signalisation Wnt/β-Catenin pourrait ne pas être indispensable à l' homéostase normale du tract gastro-intestinal, ou que, dans ce contexte, Legless et Pygopus ne sont pas des composants essentiels de la vole Wnt. Cependant, la régénération de l'épithélium du colon après induction de son endommagement au DSS fut dramatiquement diminuée chez legless mais pas chez les souris mutantes pour pygopus. Ainsi, a la différence de chez la Drosophile, la délétion de legless et pygopus chez les mammifères a résulté en des phénotypes différents, suggérant que Legless pourrait interagir avec d'autres partenaires, encore non identifies, que Pygopus.

CHD8 associates with human Staf and contributes to efficient U6 RNA polymerase III transcription.

Chromatin remodeling and histone modification are essential for eukaryotic transcription regulation, but little is known about chromatin-modifying activities acting on RNA polymerase III (Pol III)-transcribed genes. The human U6 small nuclear RNA promoter, located 5' of the transcription start site, consists of a core region directing basal transcription and an activating region that recruits the transcription factors Oct-1 and Staf (ZNF143). Oct-1 activates transcription in part by helping recruit core binding factors, but nothing is known about the mechanisms of transcription activation by Staf. We show that Staf activates U6 transcription from a preassembled chromatin template in vitro and associates with several proteins linked to chromatin modification, among them chromodomain-helicase-DNA binding protein 8 (CHD8). CHD8 binds to histone H3 di- and trimethylated on lysine 4. It resides on the human U6 promoter as well as the mRNA IRF3 promoter in vivo and contributes to efficient transcription from both these promoters. Thus, Pol III transcription from type 3 promoters uses some of the same factors used for chromatin remodeling at Pol II promoters.

An HMG-box-containing T-cell factor required for thymocyte differentiation.

Two candidate genes for controlling thymocyte differentiation, T-cell factor-1 (Tcf-1) and lymphoid enhancer-binding factor (Lef-1), encode closely related DNA-binding HMG-box proteins. Their expression pattern is complex and largely overlapping during embryogenesis, yet restricted to lymphocytes postnatally. Here we generate two independent germline mutations in Tcf-1 and find that thymocyte development in (otherwise normal) mutant mice is blocked at the transition from the CD8+, immature single-positive to the CD4+/CD8+ double-positive stage. In contrast to wild-type mice, most of the immature single-positive cells in the mutants are not in the cell cycle and the number of immunocompetent T cells in peripheral lymphoid organs is reduced. We conclude that Tcf-1 controls an essential step in thymocyte differentiation.

Essential role of the Wnt pathway effector Tcf-1 for the establishment of functional CD8 T cell memory.

Immune protection from intracellular pathogens depends on the generation of terminally differentiated effector and of multipotent memory precursor CD8 T cells, which rapidly regenerate effector and memory cells during recurrent infection. The identification of factors and pathways involved in CD8 T cell differentiation is of obvious importance to improve vaccination strategies. Here, we show that mice lacking T cell factor 1 (Tcf-1), a nuclear effector of the canonical Wingless/Integration 1 (Wnt) signaling pathway, mount normal effector and effector memory CD8 T cell responses to infection with lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV). However, Tcf-1-deficient CD8 T cells are selectively impaired in their ability to expand upon secondary challenge and to protect from recurrent virus infection. Tcf-1-deficient mice essentially lack CD8 memory precursor T cells, which is evident already at the peak of the primary response, suggesting that Tcf-1 programs CD8 memory cell fate. The function of Tcf-1 to establish CD8 T cell memory is dependent on the catenin-binding domain in Tcf-1 and requires the Tcf-1 coactivators and Wnt signaling intermediates beta-catenin and gamma-catenin. These findings demonstrate that the canonical Wnt signaling pathway plays an essential role for CD8 central memory T cell differentiation under physiological conditions in vivo. They raise the possibility that modulation of Wnt signaling may be exploited to improve the generation of CD8 memory T cells during vaccination or for therapies designed to promote sustained cytotoxic CD8 T cell responses against tumors.

HCF-1 self-association via an interdigitated Fn3 structure facilitates transcriptional regulatory complex formation.

Host-cell factor 1 (HCF-1) is an unusual transcriptional regulator that undergoes a process of proteolytic maturation to generate N- (HCF-1(N)) and C- (HCF-1(C)) terminal subunits noncovalently associated via self-association sequence elements. Here, we present the crystal structure of the self-association sequence 1 (SAS1) including the adjacent C-terminal HCF-1 nuclear localization signal (NLS). SAS1 elements from each of the HCF-1(N) and HCF-1(C) subunits form an interdigitated fibronectin type 3 (Fn3) tandem repeat structure. We show that the C-terminal NLS recruited by the interdigitated SAS1 structure is required for effective formation of a transcriptional regulatory complex: the herpes simplex virus VP16-induced complex. Thus, HCF-1(N)-HCF-1(C) association via an integrated Fn3 structure permits an NLS to facilitate formation of a transcriptional regulatory complex.

Recruitment of TNF receptor 1 to lipid rafts is essential for TNFalpha-mediated NF-kappaB activation.

Engagement of TNF receptor 1 by TNFalpha activates the transcription factor NF-kappaB but can also induce apoptosis. Here we show that upon TNFalpha binding, TNFR1 translocates to cholesterol- and sphingolipid-enriched membrane microdomains, termed lipid rafts, where it associates with the Ser/Thr kinase RIP and the adaptor proteins TRADD and TRAF2, forming a signaling complex. In lipid rafts, TNFR1 and RIP are ubiquitylated. Furthermore, we provide evidence that translocation to lipid rafts precedes ubiquitylation, which leads to the degradation via the proteasome pathway. Interfering with lipid raft organization not only abolishes ubiquitylation but switches TNFalpha signaling from NF-kappaB activation to apoptosis. We suggest that lipid rafts are crucial for the outcome of TNFalpha-activated signaling pathways.

MyD88, an adapter protein involved in interleukin-1 signaling.

MyD88 has a modular organization, an N-terminal death domain (DD) related to the cytoplasmic signaling domains found in many members of the tumor necrosis factor receptor (TNF-R) superfamily, and a C-terminal Toll domain similar to that found in the expanding family of Toll/interleukin-1-like receptors (IL-1R). This dual domain structure, together with the following observations, supports a role for MyD88 as an adapter in IL-1 signal transduction; MyD88 forms homodimers in vivo through DD-DD and Toll-Toll interactions. Overexpression of MyD88 induces activation of the c-Jun N-terminal kinase (JNK) and the transcription factor NF-kappaB through its DD. A point mutation in MyD88, MyD88-lpr (F56N), which prevents dimerization of the DD, also blocks induction of these activities. MyD88-induced NF-kappaB activation is inhibited by the dominant negative versions of TRAF6 and IRAK, which also inhibit IL-1-induced NF-kappaB activation. Overexpression of MyD88-lpr or MyD88-Toll (expressing only the Toll domain) acted to inhibit IL-1-induced NF-kappaB and JNK activation in a 293 cell line overexpressing the IL-1RI. MyD88 coimmunoprecipitates with the IL-1R signaling complex in an IL-1-dependent manner.

Histone deacetylase inhibitors repress macrophage migration inhibitory factor (MIF) expression by targeting MIF gene transcription through a local chromatin deacetylation.

The cytokine macrophage migration inhibitory factor plays a central role in inflammation, cell proliferation and tumorigenesis. Moreover, macrophage migration inhibitory factor levels correlate with tumor aggressiveness and metastatic potential. Histone deacetylase inhibitors are potent antitumor agents recently introduced in the clinic. Therefore, we hypothesized that macrophage migration inhibitory factor would represent a target of histone deacetylase inhibitors. Confirming our hypothesis, we report that histone deacetylase inhibitors of various chemical classes strongly inhibited macrophage migration inhibitory factor expression in a broad range of cell lines, in primary cells and in vivo. Nuclear run on, transient transfection with macrophage migration inhibitory factor promoter reporter constructs and transduction with macrophage migration inhibitory factor expressing adenovirus demonstrated that trichostatin A (a prototypical histone deacetylase inhibitor) inhibited endogenous, but not episomal, MIF gene transcription. Interestingly, trichostatin A induced a local and specific deacetylation of macrophage migration inhibitory factor promoter-associated H3 and H4 histones which did not affect chromatin accessibility but was associated with an impaired recruitment of RNA polymerase II and Sp1 and CREB transcription factors required for basal MIF gene transcription. Altogether, this study describes a new molecular mechanism by which histone deacetylase inhibitors inhibit MIF gene expression, and suggests that macrophage migration inhibitory factor inhibition by histone deacetylase inhibitors may contribute to the antitumorigenic effects of histone deacetylase inhibitors.

Activation of c-Jun in the nuclei of neurons of the CA-1 in thrombin preconditioning occurs via PAR-1.

Recently it has been shown that the c-Jun N-terminal kinase (JNK) plays a role in thrombin preconditioning (TPC) in vivo and in vitro. To investigate further the pathways involved in TPC, we performed an immunohistochemical study in hippocampal slice cultures. Here we show that the major target of JNK, the AP-1 transcription factor c-Jun, is activated by phosphorylation in the nuclei of neurons of the CA1 region by using phospho-specific antibodies against the two JNK phosphorylation sites. The activation is early and transient, peaking at 90 min and not present by 3 hr after low-dose thrombin administration. Treatment of cultures with a synthetic thrombin receptor agonist results in the same c-Jun activation profile and protection against subsequent OGD, both of which are prevented by specific JNK inhibitors, showing that thrombin signals through PAR-1 to JNK. By using an antibody against the Ser 73 phosphorylation site of c-Jun, we identify possible additional TPC substrates.

Myostatin augments muscle-specific ring finger protein-1 expression through an NF-kB independent mechanism in SMAD3 null muscle.

Smad (Sma and Mad-related protein) 2/3 are downstream signaling molecules for TGF-β and myostatin (Mstn). Recently, Mstn was shown to induce reactive oxygen species (ROS) in skeletal muscle via canonical Smad3, nuclear factor-κB, and TNF-α pathway. However, mice lacking Smad3 display skeletal muscle atrophy due to increased Mstn levels. Hence, our aims were first to investigate whether Mstn induced muscle atrophy in Smad3(-/-) mice by increasing ROS and second to delineate Smad3-independent signaling mechanism for Mstn-induced ROS. Herein we show that Smad3(-/-) mice have increased ROS levels in skeletal muscle, and inactivation of Mstn in these mice partially ablates the oxidative stress. Furthermore, ROS induction by Mstn in Smad3(-/-) muscle was not via nuclear factor-κB (p65) signaling but due to activated p38, ERK MAPK signaling and enhanced IL-6 levels. Consequently, TNF-α, nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase, and xanthine oxidase levels were up-regulated, which led to an increase in ROS production in Smad3(-/-) skeletal muscle. The exaggerated ROS in the Smad3(-/-) muscle potentiated binding of C/EBP homology protein transcription factor to MuRF1 promoter, resulting in enhanced MuRF1 levels leading to muscle atrophy.

Functional interactions between the estrogen receptor and the transcription activator Sp1 regulate the estrogen-dependent transcriptional activity of the vitellogenin A1 io promoter.

Two distinct, TATA box-containing promoters regulate the transcriptional activity of the Xenopus vitellogenin A1 gene. These two promoters are of different strength and are separated by 1.8 kilobase pairs of untranslated sequence. Estrogen receptor (ER) and its ligand, 17beta-estradiol, induce the activity of both promoters. The estrogen response elements (EREs) are located proximal to the downstream i promoter while no ERE-like sequences have been identified in the vicinity of the upstream io promoter. We show here, that transcriptional activity of the upstream io promoter is Sp1-dependent. Moreover, we demonstrate that estrogen inducibility of the io promoter results from functional interactions between the io bound Sp1 and the ER bound at the proximity of i. Functional interactions between Sp1 and ER do not require the presence of a TATA box for transcriptional activation, as is demonstrated using the acyl-CoA oxidase promoter. The relative positions that ER and Sp1 occupy with respect to the initiation site determines whether these two transcription activators can synergize for transcription initiation.

Role of the REST/RE-1 system in beta-cell life, function and differentiation

SUMMARYDiabetes is characterized by insulin deficiency that results from the destruction of insulin-secreting pancreatic beta-cells (Type 1), or in part from beta-cell death and insulin secretion defects (Type 2). Therefore, understanding the mechanisms of beta cell neogenesis (to generate unlimited supply of beta cells for T1D transplantation] or identifying the specific genes that favors insulin secretion or beta-cell survival is of great importance for the management of diabetes. The transcriptional repressor RE-1 Silencing Transcription Factor (REST) restricts the expression of a large number of genes containing its binding element, called Repressor Element-1 (RE-1), to neurons and beta cells. To do so, REST is ubiquitously expressed but in neurons and beta cells. To identify these essential genes and their functional significance in beta cells, we have generated transgenic mice that express REST specifically in beta cells under the control of the rat insulin promoter (RIP-REST mice). This resulted in the repression of the RE-1- containing genes in beta cells, and we analyzed the consequences.We first showed that RIP-REST mice were glucose-intolerant because of a defective insulin secretion. To explain this defect, we identified that a subset of the REST target genes were necessary for insulin exocytosis, such as Snap25, Synaptotagmin (Syt) IX, Complexin II, and Ica512, and we further demonstrated that among the identified REST targets, Syt IV and VII were also involved in insulin release. We next analyzed a novel RIP-REST mouse line that featured diabetes and we showed that this defect was due to a major loss of beta-cell mass. To explain this phenotype, we identified REST target genes that were involved in beta-cell survival, such as Ibl, Irs2, Ica512 and Connexin36, and revealed that another REST target, Cdk5r2 is also involved in beta-cell protection. In a third part, we finally suggest that REST may be important for pancreatic endocrine differentiation, since transgenic mice expressing constitutive REST in pancreatic multipotent progenitors show impaired formation of Ngn3-expressing endocrine- committed precursors, and impaired formation of differentiated endocrine cells. Mapping the pattern of REST expression in wild type animals indicates that it is expressed in multipotent progenitors to become then excluded from endocrine cells. Preliminary results suggest that a downregulation of REST would result in relieved expression of at least the Mytl target, favoring subsequent acquisition of the endocrine competence by endocrine precursor cells.Thus, we propose that the REST/RE-1 system is an important feature for beta-cell neogenesis, function and survivalRESUMELe diabète se caractérise par une déficience en insuline qui résulte d'une destruction des cellules bêta (β) pancréatiques sécrétant l'insuline [Type 1], ou à un défaut de sécrétion d'insuline qui peut être associé à la mort des cellules β (Type 2). La compréhension des mécanismes de néogenèse des cellules β, ainsi que l'identification de gènes impliqués dans leur survie et dans le contrôle de la sécrétion d'insuline est donc importante pour le traitement du diabète. Le facteur de transcription de type répresseur, RE-1 Silencing Transcription Factor [REST], contribue à la spécificité d'expression dans les neurones et les cellules β, d'un grand nombre de gènes portant son motif de fixation, le Repressor Element-1 (RE-1). Pour cela, REST est exprimé dans toutes les cellules, sauf dans les neurones et les cellules β. Afin d'identifier les gènes cibles de REST ainsi que leur fonction au sein de la cellule β, nous avons généré des souris transgéniques qui expriment REST spécifiquement dans ces cellules, sous la dépendance du promoteur de l'insuline (souris RIP-REST]. Cette expression ectopique de REST a permis de diminuer l'expression des gènes contrôlés par REST, et d'en analyser les conséquences. Nous avons montré que les souris RIP-REST étaient intolérantes au glucose et que ceci était du à un défaut de sécrétion d'insuline. Pour expliquer ce phénotype, nous avons mis en évidence le fait que des gènes cibles de REST codent pour des protéines importantes pour l'exocytose de l'insuline, comme SNAP25, Synaptotagmin (Syt) IX, Complexin II ou ICA512. De plus, nous avons découvert deux nouvelles cibles de REST impliquées dans la sécrétion d'insuline, Syt IV et Syt VII. Par la suite, nous avons démontré qu'une nouvelle lignée de souris RIP-REST étaient atteintes d'un diabète sévère à cause d'une perte massive des cellules β. La disparition de ces cellules a été expliquée par l'identification de gènes cibles de REST impliqués dans la survie des cellules β, comme Ibl, Irs2, Ica512 ou la Connexine36. De plus, nous avons découvert qu'une nouvelle cible, Cdk5r2, était aussi impliquée dans la survie des cellules β. Dans une dernière partie, nous suggérons, grâce à l'analyse de nouvelles souris transgéniques exprimant constitutivement REST dans les cellules progénitrices du pancréas embryonnaire, que REST empêche la formation des précurseurs de cellules endocrines ainsi que la différenciation de ces cellules. L'analyse de l'expression de REST au cours du développement embryonnaire du pancréas indique que la diminution de l'expression de REST conduit en partie, à l'induction d'un de ses gènes cible Mytl, qui favorise la formation de précurseurs endocrines. Nous proposons donc que le système REST/RE-1 est important pour la génération, la fonction et la survie des cellules β.

An Adeno-Associated Virus-Based Intracellular Sensor of Pathological Nuclear Factor-κB Activation for Disease-Inducible Gene Transfer.

Stimulation of resident cells by NF-κB activating cytokines is a central element of inflammatory and degenerative disorders of the central nervous system (CNS). This disease-mediated NF-κB activation could be used to drive transgene expression selectively in affected cells, using adeno-associated virus (AAV)-mediated gene transfer. We have constructed a series of AAV vectors expressing GFP under the control of different promoters including NF-κB -responsive elements. As an initial screen, the vectors were tested in vitro in HEK-293T cells treated with TNF-α. The best profile of GFP induction was obtained with a promoter containing two blocks of four NF-κB -responsive sequences from the human JCV neurotropic polyoma virus promoter, fused to a new tight minimal CMV promoter, optimally distant from each other. A therapeutical gene, glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) cDNA under the control of serotype 1-encapsidated NF-κB -responsive AAV vector (AAV-NF) was protective in senescent cultures of mouse cortical neurons. AAV-NF was then evaluated in vivo in the kainic acid (KA)-induced status epilepticus rat model for temporal lobe epilepsy, a major neurological disorder with a central pathophysiological role for NF-κB activation. We demonstrate that AAV-NF, injected in the hippocampus, responded to disease induction by mediating GFP expression, preferentially in CA1 and CA3 neurons and astrocytes, specifically in regions where inflammatory markers were also induced. Altogether, these data demonstrate the feasibility to use disease-activated transcription factor-responsive elements in order to drive transgene expression specifically in affected cells in inflammatory CNS disorders using AAV-mediated gene transfer.

Activation of c-Jun in the nuclei of neurons of the CA-1 in thrombin preconditioning occurs via PAR-1.

Recently it has been shown that the c-Jun N-terminal kinase (JNK) plays a role in thrombin preconditioning (TPC) in vivo and in vitro. To investigate further the pathways involved in TPC, we performed an immunohistochemical study in hippocampal slice cultures. Here we show that the major target of JNK, the AP-1 transcription factor c-Jun, is activated by phosphorylation in the nuclei of neurons of the CA1 region by using phospho-specific antibodies against the two JNK phosphorylation sites. The activation is early and transient, peaking at 90 min and not present by 3 hr after low-dose thrombin administration. Treatment of cultures with a synthetic thrombin receptor agonist results in the same c-Jun activation profile and protection against subsequent OGD, both of which are prevented by specific JNK inhibitors, showing that thrombin signals through PAR-1 to JNK. By using an antibody against the Ser 73 phosphorylation site of c-Jun, we identify possible additional TPC substrates.