Characterization of PHO1 and PHO1;H1 gene function in Arabidopsis thaliana

Summary Phosphorus is one of the major macronutrients required for plant growth and development. Plant roots acquire phosphorus as inorganic phosphate (Pi), which is further distributed to the shoot, via the transpiration stream and root pressure, where Pi is imported again into cells. PHO1 in Arabidopsis has been identified as a protein involved in the loading of Pi into the root xylem. PHO1 does not have any homology to described Pi transporters including the Pht1 family of H+/ Pi cotransporters. PHO1 bears two domains, SPX and EXS domains, previously identified in Saccharomyces cerevisiae proteins involved in Pi transport and/or sensing, or in sorting proteins to endomembranes. Phylogenetic analysis of the PHO1 gene family revealed the presence of three clusters, with PHO1 and PHO1;H1 forming one cluster. The biological significance behind this cluster was demonstrated by the complementation of the pho1 mutant with only PHO1 and PHO1;H1, of all the PHO1 family members, when expressed under the PHO1 promoter. PHO1 has been shown to be expressed mostly in the root vascular cylinder and at low level in the shoot. PHO1;H1 had a different expression pattern, being expressed in both root and shoot vascular cylinder to the same level, with the levels in leaves increasing with the leaf maturity, suggesting additional role of PHO1;H1 in the Pi mobilization in leaves. In order to further explore the role of PHO1, Pi dynamics was studied on plants expressing PHO1 at different levels compared to the wild type: PHO1 overexpressors, PHO1 underexpressors and the pho1 mutant. Overexpression of the PHO1 protein in the shoot vascular tissue was shown to lead to increased Pi efflux out of the leaf cells and Pi accumulation in the shoot xylem apoplast compared to wild type, confirming the hypothesized role of PHO1 in xylem loading with Pi. The overexpression of PHO1 in the shoot was responsible far both changed Pi dynamic and stunted growth of PHO1 overexpressors, as shown by grafting experiments between wild type and PHO1 overexpressor. We found a ca. 2 fold decrease of shoot phosphorus and a 5-10 fold decrease in vacuolar Pi content in the PHO1 underexpressors and the pho1 null mutant compared to wild type, consistent with the role of PHO1 in the transfer of Pi from the root to the shoot. Shoot Pi deficiency results in a poor growth of the pho1 mutant. Grafting experiments between pho1 and wild type confirmed that both Pi deficiency and stunt growth of the pho1 mutant were dependent on the pho1 root, further supporting the importance of PHO1 in the root xylem loading with Pi. The pho1 mutant and the PHO1 underexpressors accumulated 8-15 fold more Pi in the root relative to wild type. In contrast to the pho1 mutant, the growth of PHO1 underexpressors was not impaired by the low shoat Pi content. This finding suggests that either PHO1 protein or root Pi concentration is important in Pi signaling and development of Pi deficiency symptoms leading to reduced growth. Résumé Le phosphore est l'un des nutriments essentiels à la croissance et au développement des plantes. Les racines absorbent le phosphore sous forme de phosphate inorganique (Pi) qui est dirigé, par la transpiration et la pression de la racine, vers les feuilles où le phosphate est acquis par les cellules. La protéine PHO1 a été démontrée indispensable au chargement du Pi dans le xylème des racines d'Arabidopsis. PHO1 ne démontre pas d'homologie aux transporteurs de Pi connus, incluant la famille Pht1 de cotransporteurs H+/Pi qui ont comme fonction le transport du phosphate à l'intérieur de la cellule. PHO1 contient deux domaines, SPX et EXS, aussi présents dans des protéines de Saccharomyces cerevisiae impliquées dans le transport ou la perception du phosphate, ou dans la localisation des protéines vers différentes membranes. Le génome d'Arabidopsis contient onze gènes homologues à PHO1. Neuf de ces homologues sont répartis en trois groupes. PHO1 et PHO1;H1 forment un de ces groupes. Nos travaux ont démontré que seuls PHO1;H1 et PHO1, sous contrôle du promoteur PHO1, peuvent complémenter le mutant pho1. PHO1 est exprimé principalement dans le cylindre vasculaire de la racine et faiblement dans la partie aérienne. Le degré d'expression de PHO1;H1 est similaire dans le cylindre vasculaire de la racine et des feuilles. Ceci suggère que PHO1;H1 est aussi impliqué dans la mobilisation du Pi dans les feuilles, en plus de son rôle dans le transfert du Pi dans le xylème des racines. Afin de mieux explorer le rôle de PHO1, la dynamique du phosphate a été observée dans trois lignées de plantes transgéniques: un sur-expresseur de PHO1, un sous-expresseur de PHO1 et le mutant pho1. La sur-expression de PHO1 dans le tissue vasculaire des feuilles a provoqué l'efflux du Pi vers l'espace apoplastic du xylème, ce qui confirme le rôle de PHO1 dans le chargement du Pi dans le xylème. La sur-expressìon de PHO1 dans la rosette est responsable d'un changement de la dynamique du Pi et de la diminution de la croissance, ce qui fut démontré par une expérience de greffe de la rosette du sur-expresseur de PHO1 sur les racines du sauvage. On a observé pour le sous-expresseur de PHO1 et le mutant pho1 une diminution du phosphore d'environ 2 fais au niveau des feuilles, et une diminution de 5-10 fois du Pi dans les vacuoles des feuilles, par rapport au sauvage. Ceci confirme le rôle proposé de PHO1 dans le transfert du Pi des racines aux feuilles. La carence de Pi chez pho1 implique une diminution de la taille de la rosette. Pour expliquer ce phénotype une autre expérience de greffe démontra que la cause de ce changement provenait des racines. Ceci renforce l'hypothèse de l'importance du rôle de PHO1 dans le xylème de la racine pour le chargement du Pi. Le mutant phot et le sous-expresseur de PHO1 accumulent 8-15 fois plus de Pi dans leurs racines comparé au sauvage. Cependant, contrairement au phot mutant, le sous-expresseur de PHO1 avait une croissance comparable au sauvage malgré le niveau bas du Pi dans les feuilles. Ceci suggère que la taille de la rosette lors d'une carence en Pi chez Arabidopsis serait la conséquence d'un changement de concentration de Pi dans les racines ou d'une influence de la protéine PHO1.

Homeostasis and in vivo effector function of antigen-specific CD4+CD25+ regulatory T cells in experimental transplantation.

CD4+CD25+ regulatory T cells (Tregs) play a critical role in the prevention of autoimmune diseases as well as in the induction and maintenance of dominant tolerance in transplantation models. While their suppressive function has been extensively studied in vitro, their homeostasis and mechanisms of immunoregulation still remain to be clarifi ed in vivo. Using a murine adoptive transfer and skin allograft model, we analysed the expansion, effector function and traffi cking of effector T cells in the presence or absence of donor-specifi c Tregs. Although hyporesponsive to allogeneic and polyclonal stimulation in vitro, transferred Tregs survived and expanded, in response to an allograft in vivo. When co-transferred with naive CD4+CD25- effector T cells, they specifi cally prevented donor but not 3rd party allograft rejection by inhibiting the production of effector cytokines rather than the proliferation of effector T cells in response to alloantigens. The co-transfer of donor-specifi c Tregs did not affect the homing of effector T cells towards the graft draining lymph nodes, but it markedly reduced the infi ltration of the allograft by these pathogenic cells. Furthermore, in recipients where donor-specifi c transplantation tolerance was induced, Tregs preferentially accumulated in the allograft draining lymph nodes and within the grafted skin itself. Taken together, our results suggest that the suppression of graft rejection is an active process that involves the persistent presence of Tregs at the site of antigenic challenge.

Non integrative lentiviral vactors for gene transfer in the retina

Purpose:Lentiviral vectors are among the most efficient gene transfer tools for both dividing and non dividing cells, including pigmented epithelial cells of the retina. One of the latest developments in the field, which represents a significant advance in biosafety, consists in the use of non integrative lentiviral vectors (NILVs). These newly described tools were already shown to be efficient in various tissues, such as the retina. They allow prolonged transgene expression as long as the transduced cells do not divide or divide slowly. However, they were also shown to induce transgene expression less efficiently than their integrative counterparts. Further investigations are thus needed to improve their potential. To this aim, different strategies are under evaluation. In this study, we focused on using different integrase mutations. Methods:We considered different integrase mutations, including modifications in the catalytic site and in the C-terminal domain of the enzyme. Lentiviral vectors bearing these mutant integrases and allowing expression of various transgenes were produced and characterized in vitro and in vivo. In particular, we evaluated their transgene expression capability. Influence of integrase mutation on the residual integration activity was also investigated. Results:In line with the fact that the lentiviral integrase is involved in several steps of the replication cycle of lentiviruses, we observed that integrase mutations can modify lentiviral vector features, resulting in different transduction efficiencies as well as modulation of the integration activity. Conclusions:NILVs appear as suitable tools for gene transfer in the retina, particularly to transduce RPE cells. They can be advantageously used, for instance, to develop neuroprotective strategies aimed at rescuing photoreceptors from death in various retinal diseases.

Efficient energy transfer from Si clusters to Er3+ in complex silicate glasses

We present an extensive study of the structural and optical emission properties in aluminum silicates and soda-lime silicates codoped with Si nanoclusters (Si-nc) and Er. Si excess of 5 and 15¿at.¿% and Er concentrations ranging from 2×1019 up to 6×1020¿cm¿3 were introduced by ion implantation. Thermal treatments at different temperatures were carried out before and after Er implantation. Structural characterization of the resulting structures was performed to obtain the layer composition and the size distribution of Si clusters. A comprehensive study has been carried out of the light emission as a function of the matrix characteristics, Si and Er contents, excitation wavelength, and power. Er emission at 1540¿nm has been detected in all coimplanted glasses, with similar intensities. We estimated lifetimes ranging from 2.5¿to¿12¿ms (depending on the Er dose and Si excess) and an effective excitation cross section of about 1×10¿17¿cm2 at low fluxes that decreases at high pump power. By quantifying the amount of Er ions excited through Si-nc we find a fraction of 10% of the total Er concentration. Upconversion coefficients of about 3×10¿18¿cm¿3¿s¿1 have been found for soda-lime glasses and one order of magnitude lower in aluminum silicates.

Heat transfer between nanoparticles: Thermal conductance for near-field interactions

We analyze the heat transfer between two nanoparticles separated by a distance lying in the near-field domain in which energy interchange is due to the Coulomb interactions. The thermal conductance is computed by assuming that the particles have charge distributions characterized by fluctuating multipole moments in equilibrium with heat baths at two different temperatures. This quantity follows from the fluctuation-dissipation theorem for the fluctuations of the multipolar moments. We compare the behavior of the conductance as a function of the distance between the particles with the result obtained by means of molecular dynamics simulations. The formalism proposed enables us to provide a comprehensive explanation of the marked growth of the conductance when decreasing the distance between the nanoparticles.

Continued fraction solution for the radiative transfer equation in three dimensions

Starting from the radiative transfer equation, we obtain an analytical solution for both the free propagator along one of the axes and an arbitrary phase function in the Fourier-Laplace domain. We also find the effective absorption parameter, which turns out to be very different from the one provided by the diffusion approximation. We finally present an analytical approximation procedure and obtain a differential equation that accurately reproduces the transport process. We test our approximations by means of simulations that use the Henyey-Greenstein phase function with very satisfactory results.

Ectodysplasin A (EDA)-EDA receptor signalling and its pharmacological modulation

L'ectodysplasine Al (EDA1 ou EDA), un ligand de la famille du TNF, et son récepteur EDAR favorisent le développement des poils, des dents et de plusieurs types de glandes. Chez l'humain, une déficience en EDA cause une dysplasie ectodermique liée à l'X, caractérisée par la genèse défectueuse des phanères. Les souris Tabby, déficientes en Eda, présentent des symptômes similaires. Nous démontrons que les souris Tabby sont en moyenne 7% plus légères que les contrôles au moment du sevrage. Ce phénotype ne dépend pas du génotype des petits, mais exclusivement de celui de la mère, suggérant que l'absence d'EDA perturbe la fonction mammaire. La glande mammaire se développe en plusieurs étapes, principalement à la puberté et pendant la grossesse. Nous avons généré des anticorps pour activer ou inhiber la signalisation d'EDAR. Les anticorps agonistes corrigent le développement de souris ou de chiens déficients en EDA, alors que les antagonistes provoquent une dysplasie ectodermique chez les souris saines. L'exposition répétée de souris Tabby aux anticorps agonistes après le sevrage accroît la taille et la fonction des glandes sébacées, démonstration pharmacologique qu'EDA contrôle l'homéostasie de la glande sébacée adulte. Ces outils seront utiles pour étudier la fonction d'EDA aux diverses étapes du développement de la glande mammaire. Fc-EDAl, un stimulateur d'EDAR, est en phase d'évaluation clinique. Nous avons montré que les structures dépendantes d'EDA qui se forment à différentes étapes du développement répondent à l'action du Fc-EDAl dans des fenêtres temporelles étroites ou larges. De plus, certaines structures peuvent être induites plusieurs jours après le début naturel de leur formation. Alors que la plupart des structures se forment suite à un seul jour d'activation d'EDAR, d'autre demandent un temps de stimulation plus long. La formation des dents est régulée par des signaux activateurs et inhibiteurs. Une forte stimulation d'EDAR spécifiquement appliquée aux deux premières molaires induit des signaux négatifs qui avortent la formation de la troisième molaire, alors qu'une forte stimulation donnée à la troisième molaire la rend hypertrophique tout en induisant parfois une quatrième molaire jamais observée chez les souris de type sauvage ou Tabby. EDA est donc un activateur important de la formation dentaire. Pris dans leur ensemble, ces résultats ont des implications pour la thérapie des dysplasies ectodermiques. - The TNF family ligand Ectodysplasin Al (EDA1 or EDA) and its receptor ED AR regulate embryonic development of hair, teeth and several types of glands. In humans, EDA mutations cause X-linked hypohidrotic ectodermal dysplasia (XLHED), a condition characterized by defective development of skin appendages. £da-deficient (Tabby) mice suffer from similar defects. We observed that Tabby pups at weaning were on average 7% smaller than WT controls, a phenotype that was curiously not linked to the genotype of pups, but to that of mothers, suggesting decreased mammary gland function in the absence of EDA. Mammary glands develop in several steps, most of which are post-natal. We generated monoclonal antibodies to block or activate EDAR signaling. Agonist antibodies rescued developmental defects when administered timely in £cfo-deficient mice and dogs, whereas blocking antibodies induced ectodermal dysplasia in WT mice. Agonist antibodies administered after weaning in £da-deficient mice for several months markedly increased both size and function of sebaceous glands, providing the first demonstration that pharmacological activation of the EDAR pathway in adults can correct important aspects of the dry skin phenotype. This also highlights a role for EDA1 in the homeostasis of adult sebaceous glands. These tools will be useful to study the function of EDA 1 at different stages of mammary gland development. Another EDAR agonist, Fc-EDAl, is currently evaluated in clinical trials. We found that EDA 1-dependent structures forming at different time points during development can respond to Fc-EDAl during time response windows that are narrow or wide. Also, some structures can be triggered up to several days after their normal time of induction. While most structures could be rescued by a single day of EDAR signaling, others required longer exposure times to form. Tooth formation is regulated by activating and inhibitory signals that impact one on the other. When strong EDAR signals were specifically given to the first two molars, overwhelming inhibitory signals completely inhibited formation of the third molar. In contrast, strong signals specifically given to the third molar induced hypertrophy of the later with occasional appearance of a fourth molar never observed in WT or £da-deficient mice. This clearly positions EDA as an important activating signal in tooth formation. Taken together, these results have implications for the therapy of ectodermal dysplasias.

CD8 modulation of T-cell antigen receptor-ligand interactions on living cytotoxic T lymphocytes.

Thymocytes and class I major histocompatibility complex (MHC)-restricted cytotoxic T lymphocytes express predominantly heterodimeric alpha/beta CD8. By interacting with non-polymorphic regions of MHC class I molecules CD8 can mediate adhesion or by binding the same MHC molecules that interact with the T-cell antigen receptor (TCR) function as coreceptor in TCR-ligand binding and T-cell activation. Using TCR photoaffinity labelling with a soluble, monomeric photoreactive H-2Kd-peptide derivative complex, we report here that the avidity of TCR-ligand interactions on cloned cytotoxic T cells is very greatly strengthened by CD8. This is primarily explained by coordinate binding of ligand molecules by CD8 and TCR, because substitution of Asp 227 of Kd with Lys severely impaired the TCR-ligand binding on CD8+, but not CD8- cells. Kinetic studies on CD8+ and CD8- cells further showed that CD8 imposes distinct dynamics and a remarkable temperature dependence on TCR-ligand interactions. We propose that the ability of CD8 to act as coreceptor can be modulated by CD8-TCR interactions.

How can a dual oriT system contribute to efficient transfer of an integrative and conjugative element?

Integrative and conjugative elements (ICEs) are particularly interesting model systems for horizontal gene transfer, because they normally reside in an integrated state in the host chromosome but can excise and self-transfer under particular conditions, typically requiring exquisite regulatory cascades. Despite important advances in our understanding of the transfer mechanisms of a number of ICE, many essential details are lacking. Recently we reported that ICEclc, a 103 kb ICE of Pseudomonas knackmussii B13, has two active origins of transfer (oriTs), which is very much unlike conjugative plasmids that usually employ a single oriT. We discuss here how this dual oriT system could function and how it actually could have presented an evolutionary advantage for ICEclc distribution.

Novel action of a wake-promoting neuropeptide in hippocampus : inhibition of nmda receptor function at excitatory synapses through orexin-a

One of the most intriguing functions of the brain is the ability to learn and memorize. The mechanism through which memory and learning are expressed requires the activation of NMDA receptors (NMDARs). These molecular entities are placed at the postsynaptic density of excitatory synapses and their function is tightly controlled by the actions of several modulators at the extracellular, intracellular and pore sites. A large part of the intracellular modulation comes from the action of G-protein coupled receptors (GPCRs). Through intracellular cascades typically involving kinases and phosphatases, GPCRs potentiate or inhibit NMDARs, controlling the conductive state but also the trafficking within the synapse. The GPCRs are involved in the modulation of a variety of brain functions. Many of them control cognition, memory and learning performance, therefore, their effects on NMDARs are extensively studied. The orexinergic system signals through GPCRs and it is well known for the regulation of waking, feeding, reward and autonomic functions. Moreover, it is involved in potentiating hippocampus-related cognitive tasks. Orexin receptors and fibers are present within the hippocampus, but whether these directly modulate hippocampal cells and synapses has not yet been determined. During my thesis, I studied orexinergic actions on excitatory synaptic transmission via whole-cell patch-clamp recordings in rat acute hippocampal slices. I observed that exogenously applied orexin-A (ox-A) exerted a strong inhibitory action on NMDAR-mediated synaptic potentials at mossy fiber (MF)-CA3 synapses, by postsynaptically activating orexin-2 receptors, a minor inhibition at Schaffer collateral-CAl synapses and did not affect other synapses with the CA3 area. Moreover, I demonstrated that the susceptibility of NMDARs to ox- A depends on the tone of endogenous orexin known to fluctuate during the day-night cycle. In fact, in slices prepared during the active period of the rats, when endogenous orexin levels are high, NMDAR-currents were not affected by exogenously applied ox-A. The inhibitory effect of ox-A was, however, reverted when interfering with the orexinergic system through intraperitoneal injections of almorexant, a dual orexin receptor antagonist, during the active phase prior to slice preparation. This thesis work suggests that the orexinergic system regulates NMDAR-dependent information flow through select hippocampal pathways depending on the time-of-day. The specific orexinergic modulation of NMDARs at MFs dampens the excitability of the hippocampal circuit and could impede the mechanisms related to memory formation, possibly also following extended periods of waking. -- La capacité d'apprentissage et de mémorisation est une des fonctions les plus intrigantes de notre cerveau. Il a été montré qu'elles requièrent l'activation des récepteurs NMDA (NMDARs). Ces entités moléculaires sont présentes au niveau de la densité post-synaptique des synapses excitatrices et leur fonction est étroitement contrôlée par l'action de nombreux modulateurs au niveau extracellulaire, intracellulaire et membranaire de ces récepteurs. Une grande partie de la modulation intracellulaire s'effectue via l'action de récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs). Grace à leurs cascades intracellulaires typiquement impliquant des kinases et des phosphatases, les GPCRs favorisent l'activation ou l'inhibition des NMDARs, contrôlant ainsi leur perméabilité mais aussi leur mouvement à la synapse. Les GPCRs sont impliquées dans de nombreuses fonctions cérébrales telles que la cognition, la mémoire ainsi que la capacité d'apprentissage c'est pour cela que leurs effets sur les NMDARs sont très étudiés. Le système orexinergique fait intervenir ces GPCRs et est connu par son rôle dans la régulation de fonctions physiologiques telles que l'éveil, la prise alimentaire, la récompense ainsi que d'autres fonctions du système nerveux autonome. De plus, ce système est impliqué dans la régulation de tâches cognitives liées à l'hippocampe. Bien que les fibres et les récepteurs à l'orexine soient présents dans l'hippocampe, leur mécanisme d'action sur les cellules et les synapses de l'hippocampe n'a pas encore été élucidé. Durant ma thèse, je me suis intéressée aux effets de l'orexine sur la transmission synaptique excitatrice en utilisant la méthode d'enregistrement en patch-clamp en configuration cellule entière sur des tranches aiguës d'hippocampes de rats. J'ai observé que l'application exogène d'orexine A d'une part inhibe fortement les courants synaptiques dépendants de l'activation des NMDARs au niveau de la synapse entre les fibres moussues et CA3 via l'activation post-synaptique des orexine récepteurs 2 mais d'autre part n'inhibe que de façon mineure la synapse entre les collatérales de Schaffer et CAI et n'affecte pas les autres synapses impliquant CA3. J'ai également démontré que la sensibilité des NMDARs à l'orexine A dépend de sa concentration endogène qui fluctue durant le cycle éveil-sommeil. En effet, lorsque les coupes d'hippocampes sont préparées durant la période active de l'animal correspondant à un niveau endogène d'orexine élevé, l'application exogène d'orexine A n'a aucun effet sur les courants dépendants de l'activation des NMDARs. Cependant, l'injection dans le péritoine, durant la phase active de l'animal, d'un antagoniste des orexine récepteurs, l'almorexant, va supprimer l'effet inhibiteur de l'orexine A. Les résultats de ma thèse suggèrent donc que le système orexinergique module les informations véhiculées par les NMDARs via des voies de signalisation sélectives de l'hippocampe en fonction du moment de la journée. La modulation orexinergique des NMDARs au niveau des fibres moussues diminue ainsi l'excitabilité du circuit hippocampal et pourrait entraver les mécanismes liés à la formation de la mémoire, potentiellement après de longues périodes d'éveil.

International union of basic and clinical pharmacology. XCI. structure, function, and pharmacology of acid-sensing ion channels and the epithelial Na+ channel.

The epithelial Na(+) channel (ENaC) and the acid-sensing ion channels (ASICs) form subfamilies within the ENaC/degenerin family of Na(+) channels. ENaC mediates transepithelial Na(+) transport, thereby contributing to Na(+) homeostasis and the maintenance of blood pressure and the airway surface liquid level. ASICs are H(+)-activated channels found in central and peripheral neurons, where their activation induces neuronal depolarization. ASICs are involved in pain sensation, the expression of fear, and neurodegeneration after ischemia, making them potentially interesting drug targets. This review summarizes the biophysical properties, cellular functions, and physiologic and pathologic roles of the ASIC and ENaC subfamilies. The analysis of the homologies between ENaC and ASICs and the relation between functional and structural information shows many parallels between these channels, suggesting that some mechanisms that control channel activity are shared between ASICs and ENaC. The available crystal structures and the discovery of animal toxins acting on ASICs provide a unique opportunity to address the molecular mechanisms of ENaC and ASIC function to identify novel strategies for the modulation of these channels by pharmacologic ligands.

Local Ca(2+) detection and modulation of synaptic release by astrocytes.

Astrocytes communicate with synapses by means of intracellular calcium ([Ca(2+)](i)) elevations, but local calcium dynamics in astrocytic processes have never been thoroughly investigated. By taking advantage of high-resolution two-photon microscopy, we identify the characteristics of local astrocyte calcium activity in the adult mouse hippocampus. Astrocytic processes showed intense activity, triggered by physiological transmission at neighboring synapses. They encoded synchronous synaptic events generated by sparse action potentials into robust regional (∼12 μm) [Ca(2+)](i) elevations. Unexpectedly, they also sensed spontaneous synaptic events, producing highly confined (∼4 μm), fast (millisecond-scale) miniature Ca(2+) responses. This Ca(2+) activity in astrocytic processes is generated through GTP- and inositol-1,4,5-trisphosphate-dependent signaling and is relevant for basal synaptic function. Thus, buffering astrocyte [Ca(2+)](i) or blocking a receptor mediating local astrocyte Ca(2+) signals decreased synaptic transmission reliability in minimal stimulation experiments. These data provide direct evidence that astrocytes are integrated in local synaptic functioning in adult brain.

Mice with an adipocyte-specific lipin 1 separation-of-function allele reveal unexpected roles for phosphatidic acid in metabolic regulation.

Lipin 1 is a coregulator of DNA-bound transcription factors and a phosphatidic acid (PA) phosphatase (PAP) enzyme that catalyzes a critical step in the synthesis of glycerophospholipids. Lipin 1 is highly expressed in adipocytes, and constitutive loss of lipin 1 blocks adipocyte differentiation; however, the effects of Lpin1 deficiency in differentiated adipocytes are unknown. Here we report that adipocyte-specific Lpin1 gene recombination unexpectedly resulted in expression of a truncated lipin 1 protein lacking PAP activity but retaining transcriptional regulatory function. Loss of lipin 1-mediated PAP activity in adipocytes led to reduced glyceride synthesis and increased PA content. Characterization of the deficient mice also revealed that lipin 1 normally modulates cAMP-dependent signaling through protein kinase A to control lipolysis by metabolizing PA, which is an allosteric activator of phosphodiesterase 4 and the molecular target of rapamycin. Consistent with these findings, lipin 1 expression was significantly related to adipose tissue lipolytic rates and protein kinase A signaling in adipose tissue of obese human subjects. Taken together, our findings identify lipin 1 as a reciprocal regulator of triglyceride synthesis and hydrolysis in adipocytes, and suggest that regulation of lipolysis by lipin 1 is mediated by PA-dependent modulation of phosphodiesterase 4.

ACID-SENSING ION CHANNELS: functional and molecular characterization in putative nociceptors, and modulation by nerve injury and serine protease

Résumé Les canaux ioniques ASICs (acid-sensing ion channels) appartiennent à la famille des canaux ENaC/Degenerin. Pour l'instant, quatre gènes (1 à 4) ont été clonés dont certains présentent des variants d'épissage. Leur activation par une acidification rapide du milieu extracellulaire génère un courant entrant transitoire essentiellement sodique accompagné pour certains types d'ASICs d'une phase soutenue. Les ASICs sont exprimés dans le système nerveux, central (SNC) et périphérique (SNP). On leur attribue un rôle dans l'apprentissage, la mémoire et l'ischémie cérébrale au niveau central ainsi que dans la nociception (douleur aiguë et inflammatoire) et la méchanotransduction au niveau périphérique. Toutefois, les données sont parfois contradictoires. Certaines études suggèrent qu'ils sont des senseurs primordiaux impliqués dans la détection de l'acidification et la douleur. D'autres études suggèrent plutôt qu'ils ont un rôle modulateur inhibiteur dans la douleur. De plus, le fait que leur activation génère majoritairement un courant transitoire alors que les fibres nerveuses impliquées dans la douleur répondent à un stimulus nocif avec une adaptation lente suggère que leurs propriétés doivent être modulés par des molécules endogènes. Dans une première partie de ma thèse, nous avons abordé la question de l'expression fonctionnelle des ASICs dans les neurones sensoriels primaires afférents du rat adulte pour clarifier le rôle des ASICs dans les neurones sensoriels. Nous avons caractérisé leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques par la technique du patch-clamp en configuration « whole-cell ». Nous avons pu démontrer que près de 60% des neurones sensoriels de petit diamètre expriment des courants ASICs. Nous avons mis en évidence trois types de courant ASIC dans ces neurones. Les types 1 et 3 ont des propriétés compatibles avec un rôle de senseur du pH alors que le type 2 est majoritairement activé par des pH inférieurs à pH6. Le type 1 est médié par des homomers de la sous-unité ASIC1 a qui sont perméables aux Ca2+. Nous avons étudié leur co-expression avec des marqueurs des nocicepteurs ainsi que la possibilité d'induire une activité neuronale suite à une acidification qui soit dépendante des ASICs. Le but était d'associer un type de courant ASIC avec une fonction potentielle dans les neurones sensoriels. Une majorité des neurones exprimant les courants ASIC co-expriment des marqueurs des nocicepteurs. Toutefois, une plus grande proportion des neurones exprimant le type 1 n'est pas associée à la nociception par rapport aux types 2 et 3. Nous avons montré qu'il est possible d'induire des potentiels d'actions suite à une acidification. La probabilité d'induction est proportionnelle à la densité des courants ASIC et à l'acidité de la stimulation. Puis, nous avons utilisé cette classification comme un outil pour appréhender les potentielles modulations fonctionnelles des ASICs dans un model de neuropathie (spared nerve injury). Cette approche fut complétée par des expériences de «quantitative RT-PCR ». En situation de neuropathie, les courants ASIC sont dramatiquement changés au niveau de leur expression fonctionnelle et transcriptionnelle dans les neurones lésés ainsi que non-lésés. Dans une deuxième partie de ma thèse, suite au test de différentes substances sécrétées lors de l'inflammation et l'ischémie sur les propriétés des ASICs, nous avons caractérisé en détail la modulation des propriétés des courants ASICs notamment ASIC1 par les sérines protéases dans des systèmes d'expression recombinants ainsi que dans des neurones d'hippocampe. Nous avons montré que l'exposition aux sérine-protéases décale la dépendance au pH de l'activation ainsi que la « steady-state inactivation »des ASICs -1a et -1b vers des valeurs plus acidiques. Ainsi, l'exposition aux serine protéases conduit à une diminution du courant quand l'acidification a lieu à partir d'un pH7.4 et conduit à une augmentation du courant quand l'acidification alleu à partir d'un pH7. Nous avons aussi montré que cette régulation a lieu des les neurones d'hippocampe. Nos résultats dans les neurones sensoriels suggèrent que certains courants ASICs sont impliqués dans la transduction de l'acidification et de la douleur ainsi que dans une des phases du processus conduisant à la neuropathie. Une partie des courants de type 1 perméables au Ca 2+ peuvent être impliqués dans la neurosécrétion. La modulation par les sérines protéases pourrait expliquer qu'en situation d'acidose les canaux ASICs soient toujours activables. Résumé grand publique Les neurones sont les principales cellules du système nerveux. Le système nerveux est formé par le système nerveux central - principalement le cerveau, le cervelet et la moelle épinière - et le système nerveux périphérique -principalement les nerfs et les neurones sensoriels. Grâce à leur nombreux "bras" (les neurites), les neurones sont connectés entre eux, formant un véritable réseau de communication qui s'étend dans tout le corps. L'information se propage sous forme d'un phénomène électrique, l'influx nerveux (ou potentiels d'actions). A la base des phénomènes électriques dans les neurones il y a ce que l'on appelle les canaux ioniques. Un canal ionique est une sorte de tunnel qui traverse l'enveloppe qui entoure les cellules (la membrane) et par lequel passent les ions. La plupart de ces canaux sont normalement fermés et nécessitent d'être activés pour s'ouvrire et générer un influx nerveux. Les canaux ASICs sont activés par l'acidification et sont exprimés dans tout le système nerveux. Cette acidification a lieu notamment lors d'une attaque cérébrale (ischémie cérébrale) ou lors de l'inflammation. Les expériences sur les animaux ont montré que les canaux ASICs avaient entre autre un rôle dans la mort des neurones lors d'une attaque cérébrale et dans la douleur inflammatoire. Lors de ma thèse je me suis intéressé au rôle des ASICs dans la douleur et à l'influence des substances produites pendant l'inflammation sur leur activation par l'acidification. J'ai ainsi pu montrer chez le rat que la majorité des neurones sensoriels impliqués dans la douleur ont des canaux ASICs et que l'activation de ces canaux induit des potentiels d'action. Nous avons opéré des rats pour qu'ils présentent les symptômes d'une maladie chronique appelée neuropathie. La neuropathie se caractérise par une plus grande sensibilité à la douleur. Les rats neuropathiques présentent des changements de leurs canaux ASICs suggérant que ces canaux ont une peut-être un rôle dans la genèse ou les symptômes de cette maladie. J'ai aussi montré in vitro qu'un type d'enryme produit lors de l'inflammation et l'ischémie change les propriétés des ASICs. Ces résultats confirment un rôle des ASICs dans la douleur suggérant notamment un rôle jusque là encore non étudié dans la douleur neuropathique. De plus, ces résultats mettent en évidence une régulation des ASICs qui pourrait être importante si elle se confirmait in vivo de part les différents rôles des ASICs. Abstract Acid-sensing ion channels (ASICs) are members of the ENaC/Degenerin superfamily of ion channels. Their activation by a rapid extracellular acidification generates a transient and for some ASIC types also a sustained current mainly mediated by Na+. ASICs are expressed in the central (CNS) and in the peripheral (PNS) nervous system. In the CNS, ASICs have a putative role in learning, memory and in neuronal death after cerebral ischemia. In the PNS, ASICs have a putative role in nociception (acute and inflammatory pain) and in mechanotransduction. However, studies on ASIC function are somewhat controversial. Some studies suggest a crucial role of ASICs in transduction of acidification and in pain whereas other studies suggest rather a modulatory inhibitory role of ASICs in pain. Moreover, the basic property of ASICs, that they are activated only transiently is irreconcilable with the well-known property of nociception that the firing of nociceptive fibers demonstrated very little adaptation. Endogenous molecules may exist that can modulate ASIC properties. In a first part of my thesis, we addressed the question of the functional expression of ASICs in adult rat dorsal root ganglion (DRG) neurons. Our goal was to elucidate ASIC roles in DRG neurons. We characterized biophysical and pharmacological properties of ASIC currents using the patch-clamp technique in the whole-cell configuration. We observed that around 60% of small-diameter sensory neurons express ASICs currents. We described in these neurons three ASIC current types. Types 1 and 3 have properties compatible with a role of pH-sensor whereas type 2 is mainly activated by pH lower than pH6. Type 1 is mediated by ASIC1a homomultimers which are permeable to Ca 2+. We studied ASIC co-expression with nociceptor markers. The goal was to associate an ASIC current type with a potential function in sensory neurons. Most neurons expressing ASIC currents co-expressed nociceptor markers. However, a higher proportion of the neurons expressing type 1 was not associated with nociception compared to type 2 and -3. We completed this approach with current-clamp measurements of acidification-induced action potentials (APs). We showed that activation of ASICs in small-diameter neurons can induce APs. The probability of AP induction is positively correlated with the ASIC current density and the acidity of stimulation. Then, we used this classification as a tool to characterize the potential functional modulation of ASICs in the spared nerve injury model of neuropathy. This approach was completed by quantitative RT-PCR experiments. ASICs current expression was dramatically changed at the functional and transcriptional level in injured and non-injured small-diameter DRG neurons. In a second part of my thesis, following an initial screening of the effect of various substances secreted during inflammation and ischemia on ASIC current properties, we characterized in detail the modulation of ASICs, in particular of ASIC1 by serine proteases in a recombinant expression system as well as in hippocampal neurons. We showed that protease exposure shifts the pH dependence of ASIC1 activation and steady-state inactivation to more acidic pH. As a consequence, protease exposure leads to a decrease in the current response if ASIC1 is activated by a pH drop from pH 7.4. If, however, acidification occurs from a basal pH of 7, protease-exposed ASIC1a shows higher activity than untreated ASIC1a. We provided evidence that this bi-directional regulation of ASIC1a function also occurs in hippocampal neurons. Our results in DRG neurons suggest that some ASIC currents are involved in the transduction of peripheral acidification and pain. Furthermore, ASICs may participate to the processes leading to neuropathy. Some Ca 2+-permeable type 1 currents may be involved in neurosecretion. ASIC modulation by serine proteases may be physiologically relevant, allowing ASIC activation under sustained slightly acidic conditions.

Rpe65-Gene Transfer Using an Integration-Deficient Lentiviral Vector

Purpose: We previously demonstrated efficient retinal rescue of RPE65 mouse models (Rpe65-/- (Bemelmans et al, 2006) and Rpe65R91W/R91W mice) using a HIV1-derived lentiviral vector encoding for the mouse RPE65 cDNA. In order to optimize a lentiviral vector as an alternative tool for RPE65-derived Leber Congenital Amaurosis clinical trials, we evaluated the efficiency of an integration-deficient lentiviral vector (IDLV) encoding the human RPE65 cDNA to restore retinal function in the Rpe65R91W/R91W mice. Methods: An HIV-1-derived lentiviral vector expressing either the hrGFPII or the human Rpe65 cDNA under the control of a 0.8 kb fragment of the human Rpe65 promoter (R0.8) was produced by transient transfection of 293T cells. A LQ-integrase mutant was used to generate the IDLV vectors. IDLV-R0.8-hRPE65 or hrGFPII were injected subretinally into 1 month-old Rpe65R91W/R91W mice. Functional rescue was assessed by ERG (1 and 3 months post-injection) and cone survival by immunohistology. Results: An increased light sensitivity was detected by scotopic ERG in animals injected with IDLV-R0.8-hRPE65 compared to hrGFPII-treated animals or untreated mice. However the improvement was delayed compared to integration-proficient LV and observed at 3 months but not 1 month post-injection. Immunolabelling of cone markers showed an increased number of cones in the transduced area compared to control groups. Conclusions: The IDLV-R0.8-hRPE65 vectors allow retinal improvement in the Rpe65R91W/R91W mice. Both rod function and cone survival were demonstrated even if there is a delay in the rescue as assessed by scotopic ERG. Integration-deficient vectors minimize insertional mutagenesis and thus are safer candidates for human application. Further experiments using large animals are now needed to validate correct gene transfer and expression of the RPE65 gene as well as tolerance of the vector after subretinal injection before envisaging a clinical trial application.