Novel Roles of HCG/LH Signalling in the Mouse Mammary Gland and its Tumorigenesis.

Breast cancer is the most common cancer in women, and its development is intimately related to hormonal factors, but how hormones affect breast physiology and tumorigenesis is not sufficiently known. Pregnancy elicits long-term protection from breast cancer, but during the first ten years after pregnancy, breast cancer risk is increased. In previous studies, there has been conflicting data on the role of human chorionic gonadotropin (HCG) and the functionality of its receptor in extragonadal tissues. The aim of this study was to elucidate the role of chronically elevated HCG in mouse physiology. We have created a transgenic (TG) mouse model that overexpresses HCG. HCG is similar to lutenizing hormone (LH), but is secreted almost solely by the placenta during pregnancy. HCG and LH both bind to the LH receptor (LHR). In the current study, mammary gland tumors were observed in HCG TG mice. We elucidated the role of HCG in mammary gland signalling and the effects of LHR mediated signalling in mouse mammary gland gene expression. We also studied the effects of HCG in human breast epithelial cell cultures. Several endocrine disturbances were observed in HCGβ TG female mice, resulting in precocious puberty, infertility, obesity and pituitary and mammary gland tumors. The histology of the mammary gland tumors of HCGβ TG females resembled those observed in mouse models with activated Wnt/β-catenin signalling pathway. Wnts are involved in stem cell regulation and tumorigenesis, and are hormonally regulated in the mammary gland. We observed activated β-catenin signalling and elevated expression of Wnt5b and Wnt7b in TG tumors and mammary glands. Furthermore, we discovered that HCG directly regulates the expression of Wnt5b and Wnt7b in the mouse mammary gland. Pharmacological treatment with HCG also caused upregulation of several Wnt-pathway target genes in ovariectomized wild type (WT) mice in the presence of physiological concentrations of estradiol and progesterone. In addition, differential expression of several metabolic genes was observed, suggesting that HCG affects adipocyte function or glucose metabolism. When WT mice were transplanted with LHR deficient or wild type WT mammary epithelium, differential expression of several genes affecting the Wnt-signalling pathway was observed in microarray analysis. Diminished expression of several genes associated with LHR function in other tissues, such as the ovary, was observed in mammary glands deficient of epithelial LHR. In cultured human mammary epithelial cells HCG upregulated the expression of WNT5B, WNT7B similar to mouse, suggesting that the observations found are relevant in human physiology. These studies suggest that HCG/LHR signalling affects gene expression in non-gonadal tissues, and that Wnt-signalling is regulated by HCG/LH in human and mouse mammary glands.

Macroporous Scaffolds for Bone Engineering. Studies on Cell Culture and Ectopic Bone Formation

Bone engineering is a rapidly developing area of reconstructive medicine where bone inducing factors and/or cells are combined with a scaffold material to regenerate the structure and function of the original tissue. The aim of this study was to compare the suitability of different macroporous scaffold types for bone engineering applications. The two scaffold categories studied were a) the mechanically strong and stable titanium fiber meshes and b) the elastic and biodegradable porous polymers. Furthermore, bioactive modifications were applied to these basic scaffold types, and their effect on the osteogenic responses was evaluated in cell culture and ectopic bone formation studies. The osteogenic phenotype of cultured cell-scaffold constructs was heightened with a sol-gel derived titania coating, but not with a mixed titania-silica coating. The latter coating also resulted in delayed ectopic bone formation in bone marrow stromal cell seeded scaffolds. However, the better bone contact in early implantation times and more even bone tissue distribution at later times indicated enhanced osteoconductivity of both the coated scaffold types. Overall, the most promising bone engineering results were obtained with titania coated fiber meshes. Elastic and biodegradable poly(ε-caprolactone/D,L-lactide) based scaffolds were also developed in this study. The degradation rates of the scaffolds in vitro were governed by the hydrophilicity of the polymer matrix, and the porous architecture was controlled by the amount and type of porogen used. A continuous phase macroporosity was obtained using a novel CaCl2 • 6H2O porogen. Dynamic culture conditions increased cell invasion, but decreased cell numbers and osteogenicity, within the scaffolds. Osteogenic differentiation in static cultures and ectopic bone formation in cell seeded scaffolds were enhanced in composites, with 30 wt-% of bioactive glass filler.

Kaivosteollisuudessa syntyvän kipsin hyödyntäminen

Diplomityön tarkoituksena oli tutkia ja kehittää käyttökohde kaivosteollisuudessa syntyvälle märälle kipsisivuvirralle, joka sisältää metalliepäpuhtauksina alumiinia, rautaa ja mangaania ja jonka määrä on noin 1 000 000 t/a. Kirjallisuuden pohjalta tutkittiin aluksi mahdollisuutta hyödyntää kipsiaines asfaltti- ja sementtiteollisuuden raaka-aineena. Sementin joukkoon lisätään tavallisesti noin 5 p-% kipsiä, mutta harvinaisimpiin sementtilaatuihin sitä voidaan lisätä jopa 30 p-%. Tästä huolimatta vain pieni osa tutkimuksen kohteessa syntyvästä kipsisivuvirrasta voitaisiin hyödyntää tässä sovelluksessa. Lisäksi kipsisivuvirran sisältämät epäpuhtaudet täytyisi poistaa tai saattaa inaktiiviseen muotoon. Myöskään sen kosteuspitoisuus ei saisi olla suuri. Näin ollen tämän kipsisivuvirran hyödyntäminen asfaltti- ja sementtiteollisuuden lisäaineena ei ole mahdollista Seuraavaksi harkittiin kipsin kierrättämistä, jolloin yhtenä vaihtoehtona oli hajottaa kipsi termisesti rikkioksideiksi ja valmistaa niistä rikkihappoa. Taloudellisista syistä hajoamistuotteen on oltava rikkitrioksidia, josta voitaisiin veteen imeyttämällä valmistaa rikkihappoa. Kipsin hajottaminen termovaa´alla osoitti, että kipsi vaatii noin 1400 ºC:n lämpötilan ja haihtuvat komponentit ovat H2O, SO ja SO2, muttei SO3. Alempien oksidien muuttaminen rikkihapoksi vaatisi katalyyttisen hapetuksen, mikä olisi käytännössä liian kallista. Toisena vaihtoehtona kipsin kierrättämiseksi tutkittiin sen biologista pelkistämistä rikkivedyksi ja kalsiumhydroksidilietteeksi. Laboratoriossa Ca(OH)2-lietteestä valmistettiin hiilidioksidin avulla kalsiumkarbonaattia, jolloin päästiin 90 %:n kalsiumhydroksidin konversiossa. Lisäksi alumiinihydroksidi saatiin erotettua kipsilietteestä kokeellisesti hydrosyklonin avulla. Diplomityössä päädyttiin siihen, että sulfaatin biologinen pelkistäminen ja alumiinihydroksidin mekaaninen erotus jatkuvatoimisesti on varteenotettava vaihtoehto kipsisivuvirran hyödyntämiseksi.

Contribution of estrogen and GluN2B subunit to the HtraKO mouse phenotype

Htr1a is one of the most widespread serotonin receptor across the brain, strongly expressed in CAI region of hippocampus. Our laboratory studies the phenotypic alteration in 5HTla- deficient mice (Htr1aK0), characterized an abnormal anxious-like behavior. Our aim is to evaluate the regulation of this cognitive process by understanding the circuitry involved. This phenotype sets up early during development and has durable effect in adulthood. Our laboratory showed that adult Htr1aK0 male mice displaying exuberant dendritic growth of oblique dendrites in a specific layer of a CAI pyramidal neurons, the stratum radiatum. Application of drugs in organotypic cultures and by in vivo injections revealed that GluN2B, a subunit of NMDA receptor highly expressed during development, is responsible for this dendritic exuberance. Immunohistochemistry highlighted in particular a synaptic enrichment of GluN2B in stratum radiatum of Htr1aK0 CAI pyramidal neurons at puberty. Finally, original analysis of Htr1aK0 mouse behavior showed a different response to anxiety between male and female. Htr1a activation down-regulates the CaMKII activity in the CAI pyramidal neurons. CaMKII directly favors the membrane conductance and stability of GluN2B at the synapse. In the context of the Htr1aK0 mouse, GluN2B is the final common pathway of our phenotype. This subunit is well known to regulate the threshold of LTD/LTP and the dendritogenesis during development. In my thesis, I establish a link between the gender differences in the morphology and the physiology in the Htr1aK0 mice during development to understand how these characteristics shape the circuit with prominent cognitive impacts in adulthood. My study highlighted that during development, Htr1aK0 male mice show a constant increase of the dendritic growth of oblique dendrites from early ages until adulthood associated with an increased physiological impact of altered GluN2A/GluN2B ratio. Whereas during puberty, synaptic contribution of GluN2B to NMDA response is higher in Htr1aK0 compared to WT male mice, this ratio comes back to normal values towards adulthood. However, this recovery of the ratio of GluN2A/GluN2B located at the synaptic level is concomitant with the lateral diffusion of excess GluN2B subunits, leading to extrasynaptic enrichment. The main impact was a lowering of the LTP threshold characterized by strong increased potentiation of synaptic strength after 5 Hz low frequency stimulation. Moreover, the extrasynaptic GluN2B overexpression leads to a shift of the maturation phase switch explaining the exuberant morphology. However, Htr1aK0 females characterized during the 3 first weeks of development by an increase of the dendritic growth of oblique dendrites showed starting at puberty that the dendrite arborization returns progressively to WT values. The physiological impact of GluN2B was investigated and directly linked to this morphology, since Htr1aK0 female mice does not show alteration of the synaptic strength during development. These observations show a compensation occurring in Htr1aK0 female, responsible for a rescue of the phenotype morphologically, physiologically and to be tested behaviorally. We highlighted then the biological processes underlying this compensation. During development, sexual hormones such as testosterone and estrogen are responsible to induce sexual differentiation of specific brain regions. I demonstrated that estrogen, but not testosterone, was able to reduce both in vitro and in vivo the dendritic arborization early during development, through activation of GPER-1, a G-coupled protein estrogen receptor, which phenocopy the activation of Htr1a by reducing GluN2B conductance and stability. I then identified a pathway, parallel to Htr1a, able to regulate GluN2B and responsible for the morphological and physiological phenotype in Htr1aK0 female mice. The specific rise of estrogen occurring at puberty in female is responsible for the compensation observed and induces a late rescue of the Htr1aK0 phenotype by activation GPER-1. -- Htr1a est un des récepteurs à la sérotonine les plus répandus dans le cerveau, fortement exprimé dans la région CAI de l'hippocampe. Notre laboratoire étudie les altérations phénotypiques de souris déficientes pour ce récepteur (Htr1aK0), caractérisées par un comportement avec des traits anxieux. Notre objectif est d'évaluer la régulation de ces processus cognitifs en comprenant les connexions nerveuses impliquées. Ce phénotype se met en place tôt au cours du développement et présente un effet durable à l'âge adulte. Notre laboratoire a montré que les souris Htr1aK0 mâles adultes se caractérisent par une croissance exubérante des dendrites obliques dans une couche spécifique des neurones pyramidaux du CAI, le stratum radiatum. L'application de drogues sur cultures organotypiques et par injections in vivo ont révélé que GluN2B, une sous-unité du récepteur NMDA fortement exprimée au cours du développement, est responsable de cette exubérance dendritique. Des expériences d'immunohistochimie ont notamment mis en évidence un enrichissement synaptique de GluN2B durant la puberté dans le stratum radiatum des neurones de la région CAI des souris Htr1aK0. Finalement, l'analyse originale du comportement des souris Htr1aK0 a montré une différence de réponse à l'anxiété entre mâles et femelles. L'activation de Htr1a diminue l'activité de la CaMKII dans les neurones pyramidaux du CAI. La CaMKII favorise directement la conductance et la stabilité de la sous-unité GluN2B à la synapse. Dans le contexte de la souris Htr1aK0, GluN2B est le « médiateur » de notre phénotype. Cette sous-unité est particulièrement connue pour réguler le seuil de LTD-LTP ainsi que la dendritogénèse durant le développement. Dans ma thèse, j'ai établi le lien entre les différences dépendant du genre dans la morphologie et physiologie des souris Htr1aK0 au cours du développement pour comprendre comment ces caractéristiques modulent le circuit accompagnés d'impacts cognitifs visibles à l'âge adulte. Mon étude a mis en évidence que durant le développement, les souris mâles Htr1aK0 montrent une constante augmentation de la croissance des dendrites obliques entre les premières semaines et l'âge adulte associée à une augmentation de l'impact physiologique du ratio GluN2A/GluN2B altéré. Alors que durant la puberté, la contribution synaptique de GluN2B à la réponse NMDA est plus haute chez la souris mâle Htr1aK0 que le WT, ce ratio revient à des valeurs normales à l'âge adulte. Cependant, cette récupération de l'expression du récepteur au niveau synaptique est concomitante avec la diffusion des sous-unités GluN2B excédantes, amenant alors à un enrichissement extrasynaptique. Le principal impact est une diminution du seuil de la LTP caractérisée par une forte potentiation de la plasticité après une stimulation basse fréquence à 5 Hz. De plus, la surexpression des GluN2B extrasynaptiques conduit à un décalage de la bascule à la phase de maturation, expliquant la morphologie dendritique exubérante. Cependant, les femelles Htr1aK0 initialement caractérisées pendant les 3 premières semaines du développement par une augmentation de la croissance des dendrites obliques montrent à partir de la puberté que cette arborisation dendritique retourne à des valeurs WT. L'impact physiologique de GLuN2B a été investigué et mis en lien avec cette morphologie, étant donné que les femelles Htr1aK0 ne montrent pas d'altération de la plasticité durant le développement. Ces observations montrent une compensation se produisant chez la femelle Htr1aK0, responsable d'une récupération du phénotype morphologique, physiologique et peut-être comportemental. Nous avons souligné les processus biologiques sous-jacent à cette compensation. Au cours du développement, les hormones sexuelles telles que la testostérone et l'estrogène sont responsables de la différentiation sexuelle de régions du cerveau spécifiques. J'ai démontré que l'estrogène, mais pas la testostérone, était capable de réduire in vitro et in vivo l'arborisation dendritique tôt dans le développement au travers de l'activation du récepteur GPER-1, un récepteur aux estrogènes couplés à un protéine G, qui phénocopie l'activation de Htr1a en réduisant la conductance et la stabilité de GluN2B à la membrane. J'ai identifié une voie de signalisation parallèle à celle de Htr1a, capable de réguler GluN2B et responsable du phénotype morphologique et physiologique de la souris femelle Htr1aK0. La montée spécifique d'estrogène se déroulant à la puberté chez la femelle est responsable de cette compensation et implique une récupération tardive du phénotype Htr1aK0 par l'activation de GPER-1.

Circadian and feeding rhythms differentially affect rhythmic mRNA transcription and translation in mouse liver.

Diurnal oscillations of gene expression are a hallmark of rhythmic physiology across most living organisms. Such oscillations are controlled by the interplay between the circadian clock and feeding rhythms. Although rhythmic mRNA accumulation has been extensively studied, comparatively less is known about their transcription and translation. Here, we quantified simultaneously temporal transcription, accumulation, and translation of mouse liver mRNAs under physiological light-dark conditions and ad libitum or night-restricted feeding in WT and brain and muscle Arnt-like 1 (Bmal1)-deficient animals. We found that rhythmic transcription predominantly drives rhythmic mRNA accumulation and translation for a majority of genes. Comparison of wild-type and Bmal1 KO mice shows that circadian clock and feeding rhythms have broad impact on rhythmic gene expression, Bmal1 deletion affecting surprisingly both transcriptional and posttranscriptional levels. Translation efficiency is differentially regulated during the diurnal cycle for genes with 5'-Terminal Oligo Pyrimidine tract (5'-TOP) sequences and for genes involved in mitochondrial activity, many harboring a Translation Initiator of Short 5'-UTR (TISU) motif. The increased translation efficiency of 5'-TOP and TISU genes is mainly driven by feeding rhythms but Bmal1 deletion also affects amplitude and phase of translation, including TISU genes. Together this study emphasizes the complex interconnections between circadian and feeding rhythms at several steps ultimately determining rhythmic gene expression and translation.

Nuclear Factor I-C acts as a regulator of hepatocyte proliferation at the onset of liver regeneration.

BACKGROUND & AIMS: Knockout studies of the murine Nuclear Factor I-C (NFI-C) transcription factor revealed abnormal skin wound healing and growth of its appendages, suggesting a role in controlling cell proliferation in adult regenerative processes. Liver regeneration following partial hepatectomy (PH) is a well-established regenerative model whereby changes elicited in hepatocytes lead to their rapid and phased proliferation. Although NFI-C is highly expressed in the liver, no hepatic function was yet established for this transcription factor. This study aimed to determine whether NFI-C may play a role in hepatocyte proliferation and liver regeneration. METHODS: Liver regeneration and cell proliferation pathways following two-thirds PH were investigated in NFI-C knockout (ko) and wild-type (wt) mice. RESULTS: We show that the absence of NFI-C impaired hepatocyte proliferation because of plasminogen activator I (PAI-1) overexpression and the subsequent suppression of urokinase plasminogen activator (uPA) activity and hepatocyte growth factor (HGF) signalling, a potent hepatocyte mitogen. This indicated that NFI-C first acts to promote hepatocyte proliferation at the onset of liver regeneration in wt mice. The subsequent transient down regulation of NFI-C, as can be explained by a self-regulatory feedback loop with transforming growth factor beta 1 (TGF-ß1), may limit the number of hepatocytes entering the first wave of cell division and/or prevent late initiations of mitosis. CONCLUSION: NFI-C acts as a regulator of the phased hepatocyte proliferation during liver regeneration.

Evaluation of molecular, cellular and behavioral consequences of serotonin 1A receptor deletion

In 1998, three different research groups simultaneously reported increased anxiety-related behavior in tests of conflict in their serotonin 1a (5-HT1a) receptor knockout (KO) line with male mice being more severely affected by 5-HT1a receptor deletion than female KO. Similarly, in the hippocampus, we observed increased dendritic complexity in the stratum radiatum of CA1 pyramidal neurons in male but not in female 5-HT1a receptor KO mice. These observations prompted us to investigate gender- dependent differences of 5-HT1a receptor deletion in hippocampal-related behavioral tasks. Testing our mice in anxiety-related paradigms, we reproduced the original studies showing increased anxiety- related behavior in male 5-HT1a receptor KO mice when compared to male WT mice, but no difference between female 5-HT1a receptor KO and WT mice. Similarly, male 5-HT1a receptor KO mice were impaired in association of aversive stimuli fear conditioning paradigms. We argue that increased dendritic complexity and increased synaptic strength of CA3-CA1 synapses in the stratum radiatum impaired proper signal propagation attributed to overactivation of CA1 pyramidal neurons leading to impaired fear memory of male 5-HT1a receptor KO mice. Similar mechanisms in the ventral hippocampus are likely to have contributed to gender-dependent differences in anxiety-related behavior in our and the original studies from 1998. In this study, we started to shed light on the 5-HT1a receptor downstream signaling pathways involved in dendritogenesis of pyramidal neurons during early postnatal development. We could show that NR2B-containing NMDA receptor during development acts downstream of 5-HT1a receptor and is responsible for increased amount of branching in male 5-HT1a receptor KO mice. Conversely, protein and NR2B mRNA expression was increased in 5-HT1a receptor KO mice at P15. Although the exact signaling cascade of 5-HT1a receptor regulating NR2B-containing NMDA receptor has not been determined, CaMKII is a potential downstream effector to influence transportation and removal of NR2B-containing NMDA receptors to and from the synapse. In contrast, Erk1/2 likely acts downstream of NR2B-containing NMDA receptors and was shown to be sufficient to regulate dendritic branching. Moreover, increased NR2B-containing NMDA receptor mediated cell death via excitotoxicity during development and is likely to be involved in reduced survival of adult born neurons in the hippocampus of 5-HT1a receptor KO male. The convergence of 5-HT1a receptor signaling onto NR2B-containing NMDA receptor signaling enables estrogen to interfere with its downstream pathway via G-protein coupled estrogen receptor 1 activation resulting in normalization of branching and behavior in female 5-HT1a receptor mice. In conclusion, our data strongly suggests a hormone- regulated mechanism that by converging on NR2B-containing NMDA receptor signaling is able to normalize morphology of pyramidal neurons and behavior of female 5-HT1a receptor KO mice. Our findings provide a possible explanation for gender-dependent differences in the occurrence of mental disorders with 5-HT1a receptor abnormalities as a strong predisposing factor. -- En 1998, trois équipes de recherche ont décrit un comportement de type anxieux dans des tests de conflit pour leur souris transgéniques avec une délétion du gène pour le récepteur 5-HT1a de la sérotonine. De plus, les trois groupes rapportent un phénotype plus sévère pour le comportement anxieux chez les souris transgéniques mâles que femelles. Dans l'hippocampe, la région avec la densité de récepteur 5-HT1a la plus élevée dans le télencéphale, nous avons observé dans le stratum radiatum une complexité accrue des arborisations dendritiques des neurones pyramidaux du secteur CA1 chez les souris transgénique mâles mais pas chez les femelles. Cette observation nous a encouragés à initier cette étude sur les différences en fonction du genre utilisant les tests comportementaux en rapport avec les fonctions de l'hippocampe chez les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a.Testant nos souris avec des paradigmes associés à l'anxiété, nous avons reproduit les données originales montrant que les souris transgéniques mâles ont un phénotype plus sévère que les souris mâles sauvages, mais qu'aucune différence n'est observée entre les femelles sauvages et transgéniques. De même, les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a sont handicapées dans les tests de conditionnement au stress avec des stimuli aversifs. Nous faisons l'hypothèse que l'augmentation de la complexité de l'arborisation dendritique et l'augmentation de la force du signal synaptique entres les régions CA3 et CA1 de l'hippocampe dans le stratum radiatum perturbe la propagation du signal nerveux qui conduit à l'hyperactivation des neurones du secteur CA1. Ceci conduit à une mémoire de stress altérée chez les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Un mécanisme similaire dans l'hippocampe ventral contribue probablement aux différences en fonction du genre dans les tests pour le comportement de type anxieux qui ont été rapportés dans les études originales de 1998. Les mesures de protéine et de mRNA ont mis en évidence une augmentation de l'expression du récepteur NMDA contenant la sous- unité NR2B dans les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a à P15. Dans les cultures organotypiques d'hippocampe, nous avons commencé à disséquer les messagers secondaires à l'activation du récepteur 5-HT1a qui sont impliqués dans la régulation de la croissance dendritique des neurones pyramidaux pendant la période postnatale précoce. Nous avons démontré que les récepteurs NR2B sont en aval de l'activation du récepteur 5-HT1a et qu'ils sont impliqués dans l'accroissement du nombre de dendrites chez la souris mâle déficiente pour le récepteur 5-HT1a. Bien que la cascade de signalisation du récepteur 5-HT1a pour réguler les récepteurs NMDA contenant le NR2B ne soit pas établie, CaMKII est identifié comme un effecteur potentiel pour altérer le transport du récepteur NMDA à la synapse. D'autre part, Erk1/2 est probablement un messager en aval du NR2B du récepteur NMDA, et a été documenté comme suffisant pour réguler l'arborisation dendritique. L'augmentation de NR2B à la synapse des souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a peut conduire à une augmentation de l'excitotoxicité dans les cellules. Nous avons observé une augmentation chez la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a de la mort cellulaire dans des tranches d'hippocampe stimulées, ce qui peut être en relation avec la réduction de la survie des neurones générés dans l'hippocampe de la souris mâle transgénique adulte par rapport à la souris mâle sauvage. De plus, la convergence de la signalisation du récepteur 5-HT1a sur la signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet à l'oestrogène d'interférer avec sa voie de signalisation du récepteur de l'oestrogène couplé à une protéine G (GPER-1), ceci permettant à l'oestrogène de réduire la taille de l'arborisation des neurones pyramidaux de CA1 chez la femelle de la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a. En conclusion, nos observations suggèrent fortement qu'un mécanisme hormonal convergeant sur la voie de signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet la normalisation de l'exubérance des dendrites des neurones CA1 de l'hippocampe et du comportement des souris femelles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Ceci donne une explication possible pour la différence en fonction du genre dans l'apparition de troubles mentaux avec les variations du récepteur 5-HT1a comme facteur de prédisposition important.

Nitric oxide-induced p53 accumulation and regulation of inducible nitric oxide synthase expression by wild-type p53.

The tumor suppressor gene product p53 plays an important role in the cellular response to DNA damage from exogenous chemical and physical mutagens. Therefore, we hypothesized that p53 performs a similar role in response to putative endogenous mutagens, such as nitric oxide (NO). We report here that exposure of human cells to NO generated from an NO donor or from overexpression of inducible nitric oxide synthase (NOS2) results in p53 protein accumulation. In addition, expression of wild-type (WT) p53 in a variety of human tumor cell lines, as well as murine fibroblasts, results in down-regulation of NOS2 expression through inhibition of the NOS2 promoter. These data are consistent with the hypothesis of a negative feedback loop in which endogenous NO-induced DNA damage results in WT p53 accumulation and provides a novel mechanism by which p53 safeguards against DNA damage through p53-mediated transrepression of NOS2 gene expression, thus reducing the potential for NO-induced DNA damage.

NLRP12 is a neutrophil-specific, negative regulator of in vitro cell migration but does not modulate LPS- or infection-induced NF-κB or ERK signalling.

NOD-like receptors (NLR) are a family of cytosolic pattern recognition receptors that include many key drivers of innate immune responses. NLRP12 is an emerging member of the NLR family that is closely related to the well-known inflammasome scaffold, NLRP3. Since its discovery, various functions have been proposed for NLRP12, including the positive regulation of dendritic cell (DC) and neutrophil migration and the inhibition of NF-κB and ERK signalling in DC and macrophages. We show here that NLRP12 is poorly expressed in murine macrophages and DC, but is strongly expressed in neutrophils. Using myeloid cells from WT and Nlrp12(-/)(-) mice, we show that, contrary to previous reports, NLRP12 does not suppress LPS- or infection-induced NF-κB or ERK activation in myeloid cells, and is not required for DC migration in vitro. Surprisingly, we found that Nlrp12 deficiency caused increased rather than decreased neutrophil migration towards the chemokine CXCL1 and the neutrophil parasite Leishmania major, revealing NLRP12 as a negative regulator of directed neutrophil migration under these conditions.

Sodium-dependent phosphate transporters in osteoclast differentiation and function.

Osteoclasts are multinucleated bone degrading cells. Phosphate is an important constituent of mineralized bone and released in significant quantities during bone resorption. Molecular contributors to phosphate transport during the resorptive activity of osteoclasts have been controversially discussed. This study aimed at deciphering the role of sodium-dependent phosphate transporters during osteoclast differentiation and bone resorption. Our studies reveal RANKL-induced differential expression of sodium-dependent phosphate transport protein IIa (NaPi-IIa) transcript and protein during osteoclast development, but no expression of the closely related NaPi-IIb and NaPi-IIc SLC34 family isoforms. In vitro studies employing NaPi-IIa-deficient osteoclast precursors and mature osteoclasts reveal that NaPi-IIa is dispensable for bone resorption and osteoclast differentiation. These results are supported by the analysis of structural bone parameters by high-resolution microcomputed tomography that yielded no differences between adult NaPi-IIa WT and KO mice. By contrast, both type III sodium-dependent phosphate transporters Pit-1 and Pit-2 were abundantly expressed throughout osteoclast differentiation, indicating that they are the relevant sodium-dependent phosphate transporters in osteoclasts and osteoclast precursors. We conclude that phosphate transporters of the SLC34 family have no role in osteoclast differentiation and function and propose that Pit-dependent phosphate transport could be pivotal for bone resorption and should be addressed in further studies.

Characterization of a MAF1 knockout mouse model

L'ARN polymérase 3 transcrit un petit groupe de gènes fortement exprimés et impliqués dans plusieurs mécanismes moléculaires. Les ARNs de transfert ou ARNt représentent plus ou moins la moitié du transcriptome de l'ARN polymérase 3. Ils sont directement impliqués dans la traduction des protéines en agissant comme transporteurs d'acides aminés qui sont incorporés à la chaîne naissante de polypeptides. Chez des levures cultivées dans un milieu jusqu'à épuisement des nutriments, Maf1 réprime la transcription par l'ARN polymérase 3, favorisant ainsi l'économie énergétique cellulaire. Dans un modèle de cellules de mammifères, MAF1 réprime aussi la transcription de l'ARN polymérase 3 dans des conditions de stress, cependant il n'existe aucune donnée quant à son rôle chez un mammifère vivant. Pendant mon doctorat, j'ai utilisé une souris délétée pour le gène Maf1 afin de connaître les effets de ce gène chez un mammifère. Etonnamment, la souris Maf1-­‐/-­‐ est résistante à l'obésité même si celle-­‐ci est nourrie avec une nourriture riche en matières grasses. Des études moléculaires et de métabolomiques ont montré qu'il existe des cycles futiles de production et dégradation des lipides et des ARNt, ce qui entraîne une augmentation de la dépense énergique et favorise la résistance à l'obésité. En plus de la caractérisation de la souris Maf1-­‐/-­‐, pendant ma thèse j'ai également développé une méthode afin de normaliser les données de ChIP-­‐sequencing. Cette méthode est fondée sur l'utilisation d'un contrôle interne, représenté ici par l'ajout d'une quantité fixe de chromatine provenant d'un organisme différent de celui étudié. La méthode a amélioré considérablement la reproductibilité des valeurs entre réplicas biologiques. Elle a aussi révélé des différences entre échantillons issus de conditions différentes. Une occupation supérieure de l'ARN polymérase 3 sur les gènes Pol 3 chez les souris Maf1 KO entraîne une augmentation du niveau de précurseurs d'ARNt, ayant pour effet probable la saturation de la machinerie de maturation des ARNt. En effet, chez les souris Maf1 KO, le pourcentage d'ARNt modifiés est plus faible que chez les souris type sauvage. Ce déséquilibre entre le niveau de précurseurs et d'ARNt matures entraîne une diminution de la traduction protéique. Ces résultats ont permis d'identifier de nouvelles fonctions pour la protéine MAF1, comme étant une protéine régulatrice à la fois de la transcription mais aussi de la traduction et en étant un cible potentielle au traitement à l'obésité. -- RNA polymerase III (Pol 3) transcribes a small set of highly expressed genes involved in different molecular mechanisms. tRNAs account for almost half of the Pol 3 transcriptome and are involved in translation, bringing a new amino into the nascent polypeptide chain. In yeast, under nutrient deprivation, Maf1 acts for cell energetic economy by repressing Pol 3 transcription. In mammalian cells, MAF1 also represses Pol 3 activity under conditions of serum deprivation or DNA damages but nothing is known about its role in a mammalian organism. During my thesis studies, I used a Maf1 KO mouse model to characterize the effects of Maf1 deletion in a living animal. Surprisingly, the MAF1 KO mouse developed an unexpected phenotype, being resistant to high fat diet-­‐induced obesity and displaying an extended lifespan. Molecular and metabolomics characterizations revealed futile cycles of lipids and tRNAs, which are produced and immediately degraded, which increases energy consumption in the Maf1 KO mouse and probably explains in part the protection to obesity. Additionally to the mouse characterization, I also developed a method to normalize ChIP-­‐seq data, based on the addition of a foreign chromatin to be used as an internal control. The method improved reproducibility between replicates and revealed differences of Pol 3 occupancy between WT and Maf1 KO samples that were not seen without normalization to the internal control. I then established that increased Pol 3 occupancy in the Maf1 KO mouse liver was associated with increased levels of tRNA precursor but not of mature tRNAs, the effective molecules involved in translation. The overproduction of precursor tRNAs associated with the deletion of Maf1 apparently overwhelms the tRNA processing machinery as the Maf1 KO mice have lower levels of fully modified tRNAs. This maturation defect directly impacts on translation efficiency as polysomic fractions and newly synthetized protein levels were reduced in the liver of the Maf1 KO mouse. Altogether, these results indicate new functions for MAF1, a regulator of both transcription and translation as well as a potential target for obesity treatment.

Pleiotropy and the low cost of individual traits promote cooperation.

The evolution of cooperation is thought to be promoted by pleiotropy, whereby cooperative traits are coregulated with traits that are important for personal fitness. However, this hypothesis faces a key challenge: what happens if mutation targets a cooperative trait specifically rather than the pleiotropic regulator? Here, we explore this question with the bacterium Pseudomonas aeruginosa, which cooperatively digests complex proteins using elastase. We empirically measure and theoretically model the fate of two mutants-one missing the whole regulatory circuit behind elastase production and the other with only the elastase gene mutated-relative to the wild-type (WT). We first show that, when elastase is needed, neither of the mutants can grow if the WT is absent. And, consistent with previous findings, we show that regulatory gene mutants can grow faster than the WT when there are no pleiotropic costs. However, we find that mutants only lacking elastase production do not outcompete the WT, because the individual cooperative trait has a low cost. We argue that the intrinsic architecture of molecular networks makes pleiotropy an effective way to stabilize cooperative evolution. Although individual cooperative traits experience loss-of-function mutations, these mutations may result in weak benefits, and need not undermine the protection from pleiotropy.

Altered Sleep Homeostasis in Rev-erbα Knockout Mice.

STUDY OBJECTIVES: The nuclear receptor REV-ERBα is a potent, constitutive transcriptional repressor critical for the regulation of key circadian and metabolic genes. Recently, REV-ERBα's involvement in learning, neurogenesis, mood, and dopamine turnover was demonstrated suggesting a specific role in central nervous system functioning. We have previously shown that the brain expression of several core clock genes, including Rev-erbα, is modulated by sleep loss. We here test the consequences of a loss of REV-ERBα on the homeostatic regulation of sleep. METHODS: EEG/EMG signals were recorded in Rev-erbα knockout (KO) mice and their wild type (WT) littermates during baseline, sleep deprivation, and recovery. Cortical gene expression measurements after sleep deprivation were contrasted to baseline. RESULTS: Although baseline sleep/wake duration was remarkably similar, KO mice showed an advance of the sleep/wake distribution relative to the light-dark cycle. After sleep onset in baseline and after sleep deprivation, both EEG delta power (1-4 Hz) and sleep consolidation were reduced in KO mice indicating a slower increase of homeostatic sleep need during wakefulness. This slower increase might relate to the smaller increase in theta and gamma power observed in the waking EEG prior to sleep onset under both conditions. Indeed, the increased theta activity during wakefulness predicted delta power in subsequent NREM sleep. Lack of Rev-erbα increased Bmal1, Npas2, Clock, and Fabp7 expression, confirming the direct regulation of these genes by REV-ERBα also in the brain. CONCLUSIONS: Our results add further proof to the notion that clock genes are involved in sleep homeostasis. Because accumulating evidence directly links REV-ERBα to dopamine signaling the altered homeostatic regulation of sleep reported here are discussed in that context.

Absence of nonhematopoietic MHC class II expression protects mice from experimental autoimmune myocarditis.

Experimental autoimmune myocarditis (EAM) is a CD4(+) T-cell-mediated model of human inflammatory dilated cardiomyopathies. Heart-specific CD4(+) T-cell activation is dependent on autoantigens presented by MHC class II (MHCII) molecules expressed on professional APCs. In this study, we addressed the role of inflammation-induced MHCII expression by cardiac nonhematopoietic cells on EAM development. EAM was induced in susceptible mice lacking inducible expression of MHCII molecules on all nonhematopoietic cells (pIV-/- K14 class II transactivator (CIITA) transgenic (Tg) mice) by immunization with α-myosin heavy chain peptide in CFA. Lack of inducible nonhematopoietic MHCII expression in pIV-/- K14 CIITA Tg mice conferred EAM resistance. In contrast, cardiac pathology was induced in WT and heterozygous mice, and correlated with elevated cardiac endothelial MHCII expression. Control mice with myocarditis displayed an increase in infiltrating CD4(+) T cells and in expression of IFN-γ, which is the major driver of nonhematopoietic MHCII expression. Mechanistically, IFN-γ neutralization in WT mice shortly before disease onset resulted in reduced cardiac MHCII expression and pathology. These findings reveal a previously overlooked contribution of IFN-γ to induce endothelial MHCII expression in the heart and to progress cardiac pathology during myocarditis.

PEC1/AtABCG32 transport function in cuticle biosynthesis

Most aerial parts of the plants are covered by a hydrophobic coating called cuticle. The cuticle is formed of cutin, a complex mixture of esterified fatty acids that are embedded and associated with waxes. The cuticle often appears as a superposition of layers of different composition: The cuticle proper formed of cutin and a mixture of waxes and underneath, the cuticle layer containing cutin, intracuticular waxes and polysaccharides of the cell wall. In addition to its involvement in plant development by preventing organ fusions, the cuticle acts as a barrier to prevent water loss and protect plants against environmental aggressions such as excessive radiation or pathogens attacks. PEC1/AtABCG32 is an ABC transporter from the PDR family involved in cutin biosynthesis. Characterization of the peci mutant in Arabidopsis thaliana showed that PEC1 plays a significant role in the diffusion barrier formation in leaves and petals. The cuticles of leaves and flowers of peci are permeable and the cuticular layer rather than the cuticular proper was altered in the petals, underlining the importance of this particular layer in the maintenance of the diffusion barrier. Chemical analysis on the flower cutin monomer composition of ped mutant revealed a decrease in hydroxylated cutin monomers, suggesting a function of PEC1 in the incorporation of these monomers in the polymer cutin. However, the exact nature of the substrates of PEC1 remained elusive. PEC1 homologues in barley and rice, respectively HvABCG31/EIBI1 and OsABCG31, are also implicated in cuticle biosynthesis. Interestingly, the rice mutant displays more severe phenotypes such as dwarfism and spreading necrosis conducting to the seedling death. In this work, we further characterized osabcg31 mutant and hairpin-RNAi downregulated OsABCG31 plant lines showing reduced growth and cuticle permeability. Our analysis showed a decrease in hydroxylated cutin monomers and severe disruptions in the cuticle, which explain the permeability. Further insights into the function of the cuticle in rice resistance/susceptibility to Pathogens were obtained after inoculation with Magnaporthe oryzae, the fungus responsible for the rice blast disease. Osabcg31 as well as the transgenic lines downregulating OsABCG31 showed increased resistance to the fungus. However, only later steps of infection are reduced . and no impact is obseived on the germination or penetration stages, suggesting that the cuticle disruption per se is not responsible for the resistance. We further investigated the cause of the resistance by analyzing the expression of defense related gene in osabcg31 prior to infection. We found that osabcg31 constitutively express defense related genes, which may explain the resistance, the dwarfism and the cell death. osabcg31 is thus a tool to study the connection between cuticle, plant development and defense signaling networks in rice. The transport function of PEC1 family members is still unknown. In order to link cutin biosynthesis and transport activity, we combined ped mutation with mutations in cutin synthesis related genes. Here, we show that PEC1 acts independently from GPAT4 and GPAT8 pathway and partially overlaps with GPAT6 biosynthesis pathway that leads to the production of hydroxylated C16 cutin precursor 2-Mono(10,16-dihydroxyhexadecanoylJglycerol (2-MHG). In addition, we noticed that despite a comparable cutin monomer composition, ped mutant leaves cuticle are permeable while that of gpat6 mutant are not. This finding raises the possibility of PEC1 being required for the incorporation of C16 hydroxylated monomers and their structural arrangement rather than their direct transport towards the cuticle. A careful investigation of the cuticle permeability, cutin composition and ultrastructure during leave development in Wt plants and ped mutants revealed a possible different regulation of several pathways of cutin biosynthesis and showed the importance of PEC1 function early during leave cuticle maturation. In order to elucidate the transport activity of PEC1, we successfully expressed PEC1 in Nicotiana benthamiana plant system for direct transport experiments. This system will be used to test the PEC 1-dependent transport of potential substrates such as sn-2-monoacylglycerol loaded with a hydroxylated C16 fatty acid. -- Toutes les parties aériennes des plantes sont recouvertes d'une couche hydrophobe appelée «cuticule». Cette cuticule est composée de cutine, un polymère d'acides gras estérifiés, et de cires. La cuticule apparaît souvent sous forme de couches superposées: une première couche extérieure appelée «cuticle proper» formée de cutine et d'un mélange de cires, et une deuxième couche, la «cuticle layer», formée de cutine associée à des cires intracuticulaires et des polysaccharides pariétaux. La cuticule joue le rôle de barrière prévenant contre la perte d'eau et les agressions environnementales. AtABCG32/PEC1 est un transporteur ABC de la famille des PDR impliqué dans la synthèse de la cutine. L'étude du mutant peci d'Arabidopsis thaliana a révélé une fonction de PEC1 dans la formation de la barrière de diffusion. La cuticule des feuilles et fleurs de peci est perméable. Des altérations de la «cuticle layer» ont été démontrées, soulignant son importance dans le maintien de la barrière. L'analyse de la composition de la cutine de peci a montré une réduction spécifique en monomères hydroxylés, suggérant un rôle de PEC1 dans leur incorporation dans la cuticule. Cependant, la nature exacte des substrats de PEC1 n'a pas été identifiée. PEC1 possède deux homologues chez l'orge et le riz, respectivement HvABCG31 et OsABCG31, et qui sont impliqués dans la biosynthèse de la cuticule. Chez le riz, des phénotypes plus sévères ont été observés tels que nanisme et nécroses conduisant à la mort des jeunes plants. Dans cette étude, nous avons continué la caractérisation de osabcg31 ainsi que des lignées de riz sous exprimant le gène OsABCG31 et présentant une cuticule perméable tout en ayant une meilleure croissance. Notre étude a démontré une réduction des monomères hydroxylés de cutine et une désorganisation de la structure de la cuticule, aggravée dans le mutant osabcg31. Ce résultat explique la perméabilité observée. Des mformations P|us approfondies sur l'implication de la cuticule dans la résistance aux pathogènes ont été obtenues après inoculation du mutant osabcg31 et les lignées sous- exprimant OsABCG31 avec une souche virulente de Magnaporthe Oryzae, le champignon responsable de la pyriculariose du riz. Les différentes lignées testées ont démontré une résistance au pathogène. Cependant, seules les étapes tardives de l'infection sont réduites et aucun impact n'est observé sur la germination des spores ou la pénétration du champignon, suggérant que les modifications de la cuticule ne sont pas directement à l'origine de la résistance. L'analyse de l'expression de gènes impliqués dans la résistance à Magnaporthe.oryzae a mis en évidence l'expression constitutive de ces gènes en l'absence de tout contact avec le pathogène. Ceci explique la résistance, le nanisme et la mort cellulaire observés. Ainsi, osabcg31 représente un outil efficace pour l'étude intégrée des systèmes de régulation de la défense, de développement des plantes et la cuticule. La nature des substrats transportés par PEC1/AtABCG32 reste inconnue. Dans le but d'établir une liaison entre biosynthèse de cutine et transport des précurseurs par PEC1, la mutation peci a été combinée avec des mutants impliqués dans différentes voies de biosynthèse. Cette étude a démontré une fonction indépendante de PEC1 de la voie de biosynthèse impliquant les enzymes GPAT4 et GPAT8, et une fonction partiellement indépendante de la voie impliquant GPAT6 qui mène à la production de précurseurs sn-2- monoacylglycerol chargés en acides gras en C16 (2-MHG). De plus, malgré un profil similaire en monomères de cutine, gpat6 conserve une cuticule imperméable alors que celle de PEC1 est perméable. Ceci suggère que PEC1 est nécessaire à l'incorporation des monomères en C16 et leur arrangement structurel plutôt que simplement à leur transport direct. L'étude approfondie de la perméabilité cuticulaire, de la structure ainsi que de la composition en cutine pendant le développement des feuilles de peci et la plante sauvage a révélé l'existence de différentes régulations des voies de biosynthèses des monomères et a démontré l'importance de PEC1 dans les premières étapes de la mise en place de la cuticule. Pour identifier les substrats transportés, l'expression de PEC1 chez le système hétérologue Nicotiana benthamiana a été conduite avec succès. Ce système sera utilisé pour tester le transport de substrats potentiels tels que le sn-2-monoacylglycerol chargé en acide gras en C16.