Regulation of Systemic Acquired Resistance through the Interaction of Arabidopsis thaliana Transcription factors TGAI and TGA2 with NPRI

Arabidopsis thaliana is an established model plant system for studying plantpathogen interactions. The knowledge garnered from examining the mechanism of induced disease resistance in this model system can be applied to eliminate the cost and danger associated with current means of crop protection. A specific defense pathway, known as systemic acquired resistance (SAR), involves whole plant protection from a wide variety of bacterial, viral and fungal pathogens and remains induced weeks to months after being triggered. The ability of Arabidopsis to mount SAR depends on the accumulation of salicylic acid (SA), the NPRI (non-expressor of pathogenesis related gene 1) protein and the expression of a subset of pathogenesis related (PR) genes. NPRI exerts its effect in this pathway through interaction with a closely related class of bZIP transcription factors known as TGA factors, which are named for their recognition of the cognate DNA motif TGACG. We have discovered that one of these transcription factors, TGA2, behaves as a repressor in unchallenged Arabidopsis and acts to repress NPRI-dependent activation of PRJ. TGA1, which bears moderate sequence similarity to TGA2, acts as a transcriptional activator in unchallenged Arabidopsis, however the significance of this activity is J unclear. Once SAR has been induced, TGAI and TGA2 interact with NPRI to form complexes that are capable of activating transcription. Curiously, although TGAI is capable of transactivating, the ability of the TGAI-NPRI complex to activate transcription results from a novel transactivation domain in NPRI. This transactivation domain, which depends on the oxidation of cysteines 521 and 529, is also responsible for the transactivation ability of the TGA2-NPRI complex. Although the exact mechanism preventing TGA2-NPRI interaction in unchallenged Arabidopsis is unclear, the regulation of TGAI-NPRI interaction is based on the redox status of cysteines 260 and 266 in TGAl. We determined that a glutaredoxin, which is an enzyme capable of regulating a protein's redox status, interacts with the reduced form of TGAI and this interaction results .in the glutathionylation of TGAI and a loss of interaction with NPRl. Taken together, these results expand our understanding of how TGA transcription factors and NPRI behave to regulate events and gene expression during SAR. Furthermore, the regulation of the behavior of both TGAI and NPRI by their redox status and the involvement of a glutaredoxin in modulating TGAI-NPRI interaction suggests the redox regulation of proteins is a general mechanism implemented in SAR.

Identification and characterization of the transcriptional targets of the WNT/β-catenin signaling pathway in granulosa cells

Les Wnts représentent une famille de glycoprotéines de signalisation qui sont connues pour les nombreux rôles qu'ils jouent durant le développement embryonnaire et dans la cancerogénèse. Plusieurs Wnts, leurs récepteurs (Fzd) et d'autres composants des voies de signalisation des Wnt sont exprimés dans l’ovaire postnatal, et il a été démontré que l’expression de certains de ces gènes est régulée pendant le développement et l'ovulation/luteinization folliculaires. Toutefois, leurs rôles physiologiques dans l’ovaire demeurent mal définis. Pour étudier le rôle de WNT4 dans le développement folliculaire, nous avons entrepris d’identifier ses cibles transcriptionnels dans les cellules de la granulosa. Pour ce faire, nous avons employé la souris Catnbflox(ex3)/flox(ex3), chez laquelle une activation constitutive de la voie de Wnt/β-catenin a lieu suite à l’action de la recombinare Cre. Des cellules de la granulosa de ces souris ont été mises en culture et infectées avec un adenovirus pour causer la surexpression de WNT4 ou l’expression de Cre. L’ARN a alors été extrait de ces cellules et analysé par micro-puce. Les résultats ont démontré qu’une forte proportion des gènes induits par WNT4 étaient des gènes impliqués dans la réponse cellulaire au stress. Presque tous gènes induits par WNT4 ont également été induits par Cre, indiquant que WNT4 signale via la voie Wnt/β-catenin dans ces cellules. Nos résultats suggèrent donc que WNT4 favorise la survie des follicules par l’induction de gènes de réponse au stress dans les cellules de la granulosa, augmentant ainsi la résistance cellulaire à l'apoptose.

The role of transcription factor Pitx1 and its regulation by hypoxia in Adolescent Idiopathic Scoliosis

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est définie comme une courbure de la colonne vertébrale supérieure à 10 degrés, qui est de cause inconnue et qui affecte de façon prépondérante les adolescents. Des études précédentes sur des modèles murins ont démontré une inactivation partielle du gène Pitx1. Cette inactivation partielle provoque une déformation spinale sévère lors du développement des souris Pitx1+/-, ce qui est grandement similaire au phénotype de la SIA. En se basant sur ces observations, nous postulons que la perte de fonction de Pitx1 pourrait avoir un rôle dans la SIA et pourrait être régulée par des mécanismes moléculaires spécifiques. En effet, des études faites sur l’expression de Pitx1 révèlent une perte de son expression dans les ostéoblastes dérivés de patients SIA au niveau de l’ARNm. Nous émettons l’hypothèse que la perte de Pitx1 dans la SIA pourrait être déclenchée par des facteurs hypoxiques puisqu’il est connu que Pitx1 est réprimé par l’hypoxie et que HIF-2 alpha est surexprimés dans les ostéoblastes des patients SIA même dans des conditions normoxiques. De plus, nous avons découvert une mutation dans le domaine ODD des HIF-1 alpha chez certains patients SIA (3,1%). Une fonction connue de ce domaine est de stabiliser et d’augmenter l’activité transcriptionnelle de HIF-1 alpha dans des conditions normoxiques. Nous avons confirmé, par la technique EMSA, l’existence d’un élément de réponse fonctionnel à l’hypoxie au niveau du promoteur de Pitx1. Cependant, des co-transfections avec des vecteurs d’expression pour HIF-1 alpha et HIF-2 alpha, en présence de leur sous-unité beta ARNT, ont conduit à une activation du promoteur de Pitx1 dans la lignée cellulaire MG-63 ainsi que dans les ostéoblastes des sujets contrôles. Il est intéressant de constater qu’aucune activité du promoteur de Pitx1 dans les ostéoblastes SIA n’a été observée, même après la co-expression de HIF-2 alpha et ARNT, confirmant le fait que l’expression de Pitx1 est abrogée dans la SIA. Dans l’ensemble, nos résultats démontrent un rôle important de Pitx1 dans la SIA et une possible régulation par des facteurs hypoxiques.

Regulation of lipid metabolism in adipocytes and hepatocytes by hexarelin through scavenger receptor CD36

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides.

The Role of MicroRNA Regulation of Cardiac Ion Channel in Arrhythmia

La fibrillation auriculaire (FA) est le trouble du rythme le plus fréquemment observé en pratique clinique. Elle constitue un risque important de morbi-mortalité. Le traitement de la FA reste un défi majeur en lien avec les nombreux effets secondaires associés aux approches thérapeutiques actuelles. Dans ce contexte, une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents à la FA est essentielle pour le développement de nouvelles thérapies offrant un meilleur rapport bénéfice/risque pour les patients. La FA est caractérisée par i) un remodelage électrique délétère associé le plus souvent ii) à un remodelage structurel du myocarde favorisant la récurrence et le maintien de l’arythmie. La diminution de la période réfractaire effective au sein du tissu auriculaire est un élément clef du remodelage électrique. Le remodelage structurel, quant à lui, se manifeste principalement par une fibrose tissulaire qui altère la propagation de l’influx électrique dans les oreillettes. Les mécanismes moléculaires impliqués dans la mise en place de ces deux substrats restent mal connus. Récemment, le rôle des microARNs (miARNs) a été pointé du doigt dans de nombreuses pathologies notamment cardiaques. Dans ce contexte les objectifs principaux de ce travail ont été i) d'acquérir une compréhension approfondie du rôle des miARNs dans la régulation de l’expression des canaux ioniques et ii) de mieux comprendre le rôle de ces molécules dans l’installation d’un substrat favorable a la FA. Nous avons, dans un premier temps, effectué une analyse bio-informatique combinée à des approches expérimentales spécifiques afin d’identifier clairement les miARNs démontrant un fort potentiel de régulation des gènes codant pour l’expression des canaux ioniques cardiaques humains. Nous avons identifié un nombre limité de miARNs cardiaques qui possédaient ces propriétés. Sur la base de ces résultats, nous avons démontré que l’altération de l'expression des canaux ioniques, observée dans diverse maladies cardiaques (par exemple, les cardiomyopathies, l’ischémie myocardique, et la fibrillation auriculaire), peut être soumise à ces miARNs suggérant leur implication dans l’arythmogénèse. La régulation du courant potassique IK1 est un facteur déterminant du remodelage électrique auriculaire associée à la FA. Les mécanismes moléculaires sous-jacents sont peu connus. Nous avons émis l’hypothèse que l'altération de l’expression des miARNs soit corrélée à l’augmentation de l’expression d’IK1 dans la FA. Nous avons constaté que l’expression de miR-26 est réduite dans la FA et qu’elle régule IK1 en modulant l’expression de sa sous-unité Kir2.1. Nous avons démontré que miR-26 est sous la répression transcriptionnelle du facteur nucléaire des lymphocytes T activés (NFAT) et que l’activité accrue de NFATc3/c4, aboutit à une expression réduite de miR-26. En conséquence IK1 augmente lors de la FA. Nous avons enfin démontré que l’interférence in vivo de miR-26 influence la susceptibilité à la FA en régulant IK1, confirmant le rôle prépondérant de miR-26 dans le remodelage auriculaire électrique. La fibrose auriculaire est un constituant majeur du remodelage structurel associé à la FA, impliquant l'activation des fibroblastes et l’influx cellulaire du Ca2 +. Nous avons cherché à déterminer i) si le canal perméable au Ca2+, TRPC3, jouait un rôle dans la fibrose auriculaire en favorisant l'activation des fibroblastes et ii) étudié le rôle potentiel des miARNs dans ce contexte. Nous avons démontré que les canaux TRPC3 favorisent l’influx du Ca2 +, activant la signalisation Ca2 +-dépendante ERK et en conséquence activent la prolifération des fibroblastes. Nous avons également démontré que l’expression du TRPC3 est augmentée dans la FA et que le blocage in vivo de TRPC3 empêche le développement de substrats reliés à la FA. Nous avons par ailleurs validé que miR-26 régule les canaux TRPC3 en diminuant leur expression dans les fibroblastes. Enfin, nous avons montré que l'expression réduite du miR-26 est également due à l’activité augmentée de NFATc3/c4 dans les fibroblastes, expliquant ainsi l’augmentation de TRPC3 lors de la FA, confirmant la contribution de miR-26 dans le processus de remodelage structurel lié à la FA. En conclusion, nos résultats mettent en évidence l'importance des miARNs dans la régulation des canaux ioniques cardiaques. Notamment, miR-26 joue un rôle important dans le remodelage électrique et structurel associé à la FA et ce, en régulant IK1 et l’expression du canal TRPC3. Notre étude démasque ainsi un mécanisme moléculaire de contrôle de la FA innovateur associant des miARNs. miR-26 en particulier représente apres ces travaux une nouvelle cible thérapeutique prometteuse pour traiter la FA.

Characterisation and regulation of E2F-6 and E2F-6b in the rat heart: a potential target for myocardial regeneration?

The E2F transcription factors are instrumental in regulating cell cycle progression and growth, including that in cardiomyocytes, which exit the cell cycle shortly after birth. E2F-6 has been demonstrated to act as a transcriptional repressor; however, its potential role in normal cardiomyocyte proliferation and hypertrophy has not previously been investigated. Here we report the isolation and characterisation of E2F-6 and E2F-6b in rat cardiomyocytes and consider its potential as a target for myocardial regeneration following injury. At the mRNA level, both rat E2F-6 and the alternatively spliced variant, E2F-6b, were expressed in E18 myocytes and levels were maintained throughout development into adulthood. Interestingly, E2F-6 protein expression was down-regulated during myocyte development suggesting that it is regulated post-transcriptionally in these cells. During myocyte hypertrophy, the mRNA expressions of E2F-6 and E2F-6b were not regulated whereas E2F-6 protein was up-regulated significantly. Indeed, E2F-6 protein expression levels closely parallel the developmental withdrawal of myocytes from the cell cycle and the subsequent reactivation of their cell cycle machinery during hypertrophic growth. Furthermore, depletion of E2F-6, using anti-sense technology, results in death of cultured neonatal myocytes. Taken together, abrogation of E2F-6 expression in neonatal cardiomyocytes leads to a significant decrease in their viability, consistent with the notion that E2F-6 might be required for maintaining normal myocyte growth.

Global iron-dependent gene regulation in Escherichia coli - A new mechanism for iron homeostasis

Organisms generally respond to iron deficiency by increasing their capacity to take up iron and by consuming intracellular iron stores. Escherichia coli, in which iron metabolism is particularly well understood, contains at least 7 iron-acquisition systems encoded by 35 iron-repressed genes. This Fe-dependent repression is mediated by a transcriptional repressor, Fur ( ferric uptake regulation), which also controls genes involved in other processes such as iron storage, the Tricarboxylic Acid Cycle, pathogenicity, and redox-stress resistance. Our macroarray-based global analysis of iron- and Fur-dependent gene expression in E. coli has revealed several novel Fur-repressed genes likely to specify at least three additional iron- transport pathways. Interestingly, a large group of energy metabolism genes was found to be iron and Fur induced. Many of these genes encode iron- rich respiratory complexes. This iron- and Fur-dependent regulation appears to represent a novel iron-homeostatic mechanism whereby the synthesis of many iron- containing proteins is repressed under iron- restricted conditions. This mechanism thus accounts for the low iron contents of fur mutants and explains how E. coli can modulate its iron requirements. Analysis of Fe-55-labeled E. coli proteins revealed a marked decrease in iron- protein composition for the fur mutant, and visible and EPR spectroscopy showed major reductions in cytochrome b and d levels, and in iron- sulfur cluster contents for the chelator-treated wild-type and/or fur mutant, correlating well with the array and quantitative RT-PCR data. In combination, the results provide compelling evidence for the regulation of intracellular iron consumption by the Fe2+-Fur complex.

Genistein affects the expression of genes involved in blood pressure regulation and angiogenesis in primary human endothelial cells

Background: Several lines of evidence suggest that the dietary isoflavone genistein (Gen) has beneficial effects with regard to cardiovascular disease and in particular on aspects related to blood pressure and angiogenesis. The biological action of Gen may be, at Least in part, attributed to its ability to affect cell signalling and response. However, so far, most of the molecular mechanisms underlying the activity of Gen in the endothelium are unknown. Methods and results: To examine the transcriptional response to 2.5 mu M Gen on primary human endothelial cells (HUVEC), we applied cDNA array technology both under baseline condition and after treatment with the pro-atherogenic stimulus, copper-oxidized LDL. The alteration of the expression patterns of individual transcripts was substantiated using either RT-PCR or Northern blotting. Gen significantly affected the expression of genes encoding for proteins centrally involved in the vascular tone such as endothelin-converting enzyme-1, endothetin-2, estrogen related receptor a and atria[ natriuretic peptide receptor A precursor. Furthermore, Gen countered the effect of oxLDL on mRNA levels encoding for vascular endothelial growth factor receptor 165, types 1 and 2. Conclusions: Our data indicate that physiologically achievable levels of Gen change the expression of mRNA encoding for proteins involved in the control of blood pressure under baseline conditions and reduce the angiogenic response to oxLDL in the endothelium. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Growth of melanocytic cells is associated with down-regulation of protein kinase C α,δ and ε isoforms: Possible role of diacylglycerol

Protein kinase C (PKC) down-regulation has been shown to correlate with the growth of murine melanocytic cells in culture (Brooks, G., Wilson, R. E., Dooley, T. P., Goss, M. W., and Hart, I. R. (1991) Cancer Res. 51, 3281-3288). We now show that PKC alpha, delta, epsilon, and zeta isoforms are present at the protein level in quiescent, non-transformed Mel-ab melanocytes, maintained in the absence of phorbol ester. Proliferation of Mel-ab cells, achieved by incubation in the continual presence of phorbol 12,13-dibutyrate, was associated with a down-regulation of the PKC alpha, delta, and epsilon isozymes. Examination of two transformed syngeneic lines (the B16 murine melanoma and the long terminal repeat Ras.2 line), that grew in the absence of exogenous phorbol esters, showed that PKC alpha protein levels were either partially down-regulated or unaffected, the PKC delta and epsilon isoforms were down-regulated completely, and the levels of PKC zeta protein remained unaltered relative to quiescent Mel-ab cells. Basal levels of total diacylglycerol were elevated 5-fold in B16 melanoma cells compared with levels found in quiescent or proliferating Mel-ab melanocytes and appear to arise largely from the breakdown of phosphatidylinositol phospholipids accompanied by a significant rise in phospholipase C activity. Hourly treatments of quiescent Mel-ab melanocytes with the synthetic diacylglycerol analogue, 1,2-dioctanoyl-sn-glycerol, for 24 h, resulted in an induction of DNA synthesis which was associated with a significant down-regulation of PKC levels mediated largely via post-translational rather than transcriptional mechanisms. These results show for the first time that specific isoforms of PKC are down-regulated at the protein level during proliferation of murine melanocytic cells and suggest that the constitutive down-regulation of PKC in transformed melanoma cells may arise as a consequence of elevated endogenous phosphatidylinositol-derived diacylglycerol levels.

Temporal regulation of expression of immediate early and second phase transcripts by endothelin-1 in cardiomyocytes

Background: Endothelin-1 stimulates Gq protein-coupled receptors to promote proliferation in dividing cells or hypertrophy in terminally differentiated cardiomyocytes. In cardiomyocytes, endothelin-1 rapidly (within minutes) stimulates protein kinase signaling, including extracellular-signal regulated kinases 1/2 (ERK1/2; though not ERK5), with phenotypic/physiological changes developing from approximately 12 h. Hypertrophy is associated with changes in mRNA/protein expression, presumably consequent to protein kinase signaling, but the connections between early, transient signaling events and developed hypertrophy are unknown. Results: Using microarrays, we defined the early transcriptional responses of neonatal rat cardiomyocytes to endothelin-1 over 4 h, differentiating between immediate early gene (IEG) and second phase RNAs with cycloheximide. IEGs exhibited differential temporal and transient regulation, with expression of second phase RNAs within 1 h. Of transcripts upregulated at 30 minutes encoding established proteins, 28 were inhibited >50% by U0126 (which inhibits ERK1/2/5 signaling), with 9 inhibited 25-50%. Expression of only four transcripts was not inhibited. At 1 h, most RNAs (approximately 67%) were equally changed in total and polysomal RNA with approximately 17% of transcripts increased to a greater extent in polysomes. Thus, changes in expression of most protein-coding RNAs should be reflected in protein synthesis. However, approximately 16% of transcripts were essentially excluded from the polysomes, including some protein-coding mRNAs, presumably inefficiently translated. Conclusion: The phasic, temporal regulation of early transcriptional responses induced by endothelin-1 in cardiomyocytes indicates that, even in terminally differentiated cells, signals are propagated beyond the primary signaling pathways through transcriptional networks leading to phenotypic changes (that is, hypertrophy). Furthermore, ERK1/2 signaling plays a major role in this response.

Transcriptional regulators of the GAD acid stress island are carried by effector protein-encoding prophages and indirectly control type III secretion in enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7

P>Type III secretion (T3S) plays a pivotal role in the colonization of ruminant hosts by Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC). The T3S system translocates effector proteins into host cells to promote bacterial attachment and persistence. The repertoire and variation in prophage regions underpins differences in the pathogenesis and epidemiology of EHEC strains. In this study, we have used a collection of deletions in cryptic prophages and EHEC O157 O-islands to screen for novel regulators of T3S. Using this approach we have identified a family of homologous AraC-like regulators that indirectly repress T3S. These prophage-encoded secretion regulator genes (psr) are found exclusively on prophages and are associated with effector loci and the T3S activating Pch family of regulators. Transcriptional profiling, mutagenesis and DNA binding studies were used to show that these regulators usurp the conserved GAD acid stress resistance system to regulate T3S by increasing the expression of GadE (YhiE) and YhiF and that this regulation follows attachment to bovine epithelial cells. We further demonstrate that PsrA and effectors encoded within cryptic prophage CP933-N are required for persistence in a ruminant model of colonization.

Genes driving potato tuber initiation and growth: identification based on transcriptional changes using the POCI array

The increasing amount of available expressed gene sequence data makes whole-transcriptome analysis of certain crop species possible. Potato currently has the second largest number of publicly available expressed sequence tag (EST) sequences among the Solanaceae. Most of these ESTs, plus other proprietary sequences, were combined and used to generate a unigene assembly. The set of 246,182 sequences produced 46,345 unigenes, which were used to design a 44K 60-mer oligo array (Potato Oligo Chip Initiative: POCI). In this study, we attempt to identify genes controlling and driving the process of tuber initiation and growth by implementing large-scale transcriptional changes using the newly developed POCI array. Major gene expression profiles could be identified exhibiting differential expression at key developmental stages. These profiles were associated with functional roles in cell division and growth. A subset of genes involved in the regulation of the cell cycle, based on their Gene Ontology classification, exhibit a clear transient upregulation at tuber onset indicating increased cell division during these stages. The POCI array allows the study of potato gene expression on a much broader level than previously possible and will greatly enhance analysis of transcriptional control mechanisms in a wide range of potato research areas. POCI sequence and annotation data are publicly available through the POCI database (http://pgrc.ipk-gatersleben.de/poci).

Modelling negative feedback networks for activating transcription factor 3 predicts a dominant role for miRNAs in immediate early gene regulation

Activating transcription factor 3 (Atf3) is rapidly and transiently upregulated in numerous systems, and is associated with various disease states. Atf3 is required for negative feedback regulation of other genes, but is itself subject to negative feedback regulation possibly by autorepression. In cardiomyocytes, Atf3 and Egr1 mRNAs are upregulated via ERK1/2 signalling and Atf3 suppresses Egr1 expression. We previously developed a mathematical model for the Atf3-Egr1 system. Here, we adjusted and extended the model to explore mechanisms of Atf3 feedback regulation. Introduction of an autorepressive loop for Atf3 tuned down its expression and inhibition of Egr1 was lost, demonstrating that negative feedback regulation of Atf3 by Atf3 itself is implausible in this context. Experimentally, signals downstream from ERK1/2 suppress Atf3 expression. Mathematical modelling indicated that this cannot occur by phosphorylation of pre-existing inhibitory transcriptional regulators because the time delay is too short. De novo synthesis of an inhibitory transcription factor (ITF) with a high affinity for the Atf3 promoter could suppress Atf3 expression, but (as with the Atf3 autorepression loop) inhibition of Egr1 was lost. Developing the model to include newly-synthesised miRNAs very efficiently terminated Atf3 protein expression and, with a 4-fold increase in the rate of degradation of mRNA from the mRNA/miRNA complex, profiles for Atf3 mRNA, Atf3 protein and Egr1 mRNA approximated to the experimental data. Combining the ITF model with that of the miRNA did not improve the profiles suggesting that miRNAs are likely to play a dominant role in switching off Atf3 expression post-induction.

Regulation of Catalase-Peroxidase KatG Is OxyR Dependent and Fur Independent in Caulobacter crescentus

Most organisms that grow in the presence of oxygen possess catalases and/or peroxidases, which are necessary for scavenging the H(2)O(2) produced by aerobic metabolism. In this work we investigate the pathways that regulate the Caulobacter crescentus katG gene, encoding the only enzyme with catalase-peroxidase function in this bacterium. The transcriptional start site of the katG gene was determined, showing a short 5` untranslated region. The katG regulatory region was mapped by serial deletions, and the results indicate that there is a single promoter, which is responsible for induction at stationary phase. An oxyR mutant strain was constructed; it showed decreased katG expression, and no KatG protein or catalase-peroxidase activity was detected in stationary-phase cell extracts, implying that OxyR is the main positive regulator of the C. crescentus katG gene. Purified OxyR protein bound to the katG regulatory region between nucleotides -42 and -91 from the transcription start site, as determined by a DNase I footprinting assay, and a canonical OxyR binding site was found in this region. Moreover, OxyR binding was shown to be redox dependent, given that only oxidized proteins bound adjacent to the -35 sequence of the promoter and the katG P1 promoter was activated by OxyR in an H(2)O(2)-dependent manner. On the other hand, this work showed that the iron-responsive regulator Fur does not regulate C. crescentus katG, since a fur mutant strain presented wild-type levels of katG transcription and catalase-peroxidase production and activity, and the purified Fur protein was not able to bind to the katG regulatory region.

Role of sigma(54) in the regulation of genes involved in type I and type IV pili biogenesis in Xylella fastidiosa

The phytopathogen Xylella fastidiosa produces long type IV pili and short type I pili involved in motility and adhesion. In this work, we have investigated the role of sigma factor sigma(54) (RpoN) in the regulation of fimbrial biogenesis in X. fastidiosa. An rpoN null mutant was constructed from the non-pathogenic citrus strain J1a12, and microarray analyses of global gene expression comparing the wild type and rpoN mutant strains showed few genes exhibiting differential expression. In particular, gene pilA1 (XF2542), which encodes the structural pilin protein of type IV pili, showed decreased expression in the rpoN mutant, whereas two-fold higher expression of an operon encoding proteins of type I pili was detected, as confirmed by quantitative RT-PCR (qRT-PCR) analysis. The transcriptional start site of pilA1 was determined by primer extension, downstream of a sigma(54)-dependent promoter. Microarray and qRT-PCR data demonstrated that expression of only one of the five pilA paralogues, pilA1, was significantly reduced in the rpoN mutant. The rpoN mutant made more biofilm than the wild type strain and presented a cell-cell aggregative phenotype. These results indicate that sigma(54) differentially regulates genes involved in type IV and type I fimbrial biogenesis, and is involved in biofilm formation in X. fastidiosa.