Cardiopulmonary function in two human disorders of the hypoxia-inducible factor (HIF) pathway: von Hippel-Lindau disease and HIF-2 alpha gain-of-function mutation

The hypoxia-inducible factors (HIFs; isoforms HIF-1 alpha, HIF-2 alpha, HIF-3 alpha) mediate many responses to hypoxia. Their regulation is principally by oxygen-dependent degradation, which is initiated by hydroxylation of specific proline residues followed by binding of von Hippel-Lindau (VHL) protein. Chuvash polycythemia is a disorder with elevated HIF. It arises through germline homozygosity for hypomorphic VHL alleles and has a phenotype of hematological, cardiopulmonary, and metabolic abnormalities. This study explores the phenotype of two other HIF pathway diseases: classic VHL disease and HIF-2 alpha gain-of-function mutation. No cardiopulmonary abnormalities were detected in classic VHL disease. HIF-2 alpha gain-of-function mutations were associated with pulmonary hypertension, increased cardiac output, increased heart rate, and increased pulmonary ventilation relative to metabolism. Comparison of the HIF-2 alpha gain-of-function responses with data from studies of Chuvash polycythemia suggested that other aspects of the Chuvash phenotype were diminished or absent. In classic VHL disease, patients are germline heterozygous for mutations in VHL, and the present results suggest that a single wild-type allele for VHL is sufficient to maintain normal cardiopulmonary function. The HIF-2 alpha gain-of-function phenotype may be more limited than the Chuvash phenotype either because HIF-1 alpha is not elevated in the former condition, or because other HIF-independent functions of VHL are perturbed in Chuvash polycythemia.-Formenti, F., Beer, P. A., Croft, Q. P. P., Dorrington, K. L., Gale, D. P., Lappin, T. R. J., Lucas, G. S., Maher, E. R., Maxwell, P. H., McMullin, M. F., O'Connor, D. F., Percy, M. J., Pugh, C. W., Ratcliffe, P. J., Smith, T. G., Talbot, N. P., Robbins, P. A. Cardiopulmonary function in two human disorders of the hypoxia-inducible factor (HIF) pathway: von Hippel-Lindau disease and HIF-2 alpha gain-of-function mutation. FASEB J. 25, 2001-2011 (2011). www.fasebj.org

Structural and Molecular Biology of Type I Galactosemia: Disease-associated Mutations

Type I galactosemia results from reduced galactose 1-phosphate uridylyltransferase (GALT) activity. Signs of disease include damage to the eyes, brain, liver, and ovaries. However, the exact nature and severity of the pathology depends on the mutation(s) in the patient's genes and his/her environment. Considerable enzymological and structural knowledge has been accumulated and this provides a basis to explain, at a biochemical level, impairment in the enzyme in the more than 230 disease-associated variants, which have been described. The most common variant, Q188R, occurs close to the active site and the dimer interface. The substitution probably disrupts both UDP-sugar binding and homodimer stability. Other alterations, for example K285N, occur close to the surface of the enzyme and most likely affect the folding and stability of the enzyme. There are a number of unanswered questions in the field, which require resolution. These include the possibility that the main enzymes of galactose metabolism form a supramolecular complex and the need for a high resolution crystal structure of human GALT. (C) 2011 IUBMB IUBMB Life, 63(11): 949-954, 2011

Nestor-Guillermo Progeria Syndrome: a biochemical insight into Barrier-to-Autointegration Factor 1, alanine 12 threonine mutation

Background: Premature aging syndromes recapitulate many aspects of natural aging and provide an insight into this phenomenon at a molecular and cellular level. The progeria syndromes appear to cause rapid aging through disruption of normal nuclear structure. Recently, a coding mutation (c.34G > A [p.A12T]) in the Barrier to Autointegration Factor 1 (BANF1) gene was identified as the genetic basis of Nestor-Guillermo Progeria syndrome (NGPS). This mutation was described to cause instability in the BANF1 protein, causing a disruption of the nuclear envelope structure.

Results: Here we demonstrate that the BANF1 A12T protein is indeed correctly folded, stable and that the observed phenotype, is likely due to the disruption of the DNA binding surface of the A12T mutant. We demonstrate, using biochemical assays, that the BANF1 A12T protein is impaired in its ability to bind DNA while its interaction with nuclear envelope proteins is unperturbed. Consistent with this, we demonstrate that ectopic expression of the mutant protein induces the NGPS cellular phenotype, while the protein localizes normally to the nuclear envelope.

Conclusions: Our study clarifies the role of the A12T mutation in NGPS patients, which will be of importance for understanding the development of the disease.

Detection of MegaTAL-induced HIV pol Mutation By Droplet Digital PCR

Thesis (Master's)--University of Washington, 2015

Small ubiquitin-like modifier conjugating enzyme with active site mutation acts as dominant negative inhibitor of SUMO conjugation in arabidopsis(F).

Small ubiquitin-like modifier (SUMO) conjugation affects a broad range of processes in plants, including growth, flower initiation, pathogen defense, and responses to abiotic stress. Here, we investigate in vivo and in vitro a SUMO conjugating enzyme with a Cys to Ser change in the active site, and show that it has a dominant negative effect. In planta expression significantly perturbs normal development, leading to growth retardation, early flowering and gene expression changes. We suggest that the mutant protein can serve as a probe to investigate sumoylation, also in plants for which poor genetic infrastructure precludes analysis via loss-of-function mutants.

Déficit familial de la LCAT au Québec : description d’une première mutation et contribution du génotype de l’APO E sur le phénotype lipoprotéique

Le déficit familial de LCAT (FLD) est une maladie caractérisée par un défaut de l’activité de l’enzyme lecithin:cholesterol acyltransferase (LCAT). Ce défaut résulte en une concentration plasmatique de C-HDL extrêmement basse, des opacités cornéennes prématurées, la présence d’anémie, de protéinurie et d’insuffisance rénale. Nous avons identifié les premiers patients canadiens-français atteints de déficit familial de LCAT. Deux frères, présentant les signes classiques de FLD étaient homozygotes pour une nouvelle mutation du gène de la LCAT: la mutation c.102delG. Cette mutation se traduit au niveau protéique par un changement du cadre de lecture au niveau du codon His35 et l’insertion d’un codon stop en position 61 entraînant une abolition de l’activité LCAT in vitro et in vivo. La présence de cette mutation cause une réduction importante du C-HDL chez les hétérozygotes (22%) et les homozygotes (88%) ainsi qu’une baisse du C-LDL chez les hétérozygotes (35%) et les homozygotes (58%). De plus, le profil lipidique différait de manière importante entre les deux frères atteints de FLD qui présentaient des génotypes APOE différents. Nous suggérons que APOE est un gène qui modifie le phénotype du FLD et pourrait expliquer l’hétérogénéité des profils lipidiques chez les patients atteints de FLD. Nos résultats suggèrent également que l’association du génotype LCAT-/- a un allèle APOE ε2 est un nouveau mécanisme conduisant à la dysbétalipoproteinemie. Finalement nous avons montré des différences importantes dans les sous-populations des HDL chez les deux sujets atteints de FLD. Le porteur de l’allèle APOE ε2 présentait une proportion beaucoup plus importante de HDL immatures (preβ discoïdaux) par rapport a son frère (77.9% vs. 31.0%).

Étude du transcriptome des cellules non tumorales de l’épithélium de surface de l’ovaire des femmes porteuses d’une mutation des gènes BRCA1 et BRCA2

Nous avons étudié le transcriptome de neuf échantillons d'ARN extraits de cultures primaires de cellules non tumorales de l’épithélium de surface de l’ovaire (NOSE) provenant de quatre donneuses non porteuses de mutation, deux mutées sur BRCA1 et trois sur BRCA2, ainsi que de quatre échantillons d’ARN extraits de cultures primaires de cellules tumorales de l’ovaire (TOV) provenant de trois donneuses porteuses de mutation sur BRCA1 et une sur BRCA2. Nous avons identifié, pour la première fois, les signatures moléculaires associées à la présence d’une mutation de BRCA1 et BRCA2 dans les cellules NOSEs ainsi que la signature associée à la transformation tumorale des cellules NOSEs en TOVs chez les porteuses de mutation de BRCA1. Nous avons également localisé les domaines chromosomiques comportant des gènes corégulés en association avec la présence d’une mutation de BRCA1 dans les cellules NOSEs. Les allèles sauvage et muté de BRCA2 étaient exprimés dans les cellules TOVs provenant des porteuses de la mutation 8765delAG sur BRCA2. Nous avons observé que le niveau d’expression des transcrits de BRCA2 était plus élevé dans les cellules provenant des tumeurs ovariennes les plus agressives chez les femmes porteuses de la mutation 8765delAG sur BRCA2, les transcrits correspondants à l’allèle muté contribuant avec un pourcentage élevé du niveau d’expression total du gène. Le phénotype tumoral observé chez les Canadiennes Françaises porteuses de cette mutation pourrait résulter d’un effet de dosage de l’allèle muté.

Les partenaires d'interactions de Cirhin, la protéine portant la mutation responsable de la Cirrhose Amérindienne Infantile (NAIC)

La Cirrhose Amérindienne Infantile (CAI, NAIC) est une forme de cholestase non-syndromique héréditaire à transmission autosomique récessive, décrite uniquement chez les enfants autochtones du Nord-Ouest québécois et issue d’un effet fondateur. La maladie se présente d’abord sous la forme d’une jaunisse néonatale chez un enfant autrement en bonne santé, qui progresse en cirrhose de type biliaire dans l’enfance et dans l’adolescence. Le taux de survie à l’âge adulte est inférieur à 50% et la seule thérapie efficace à ce jour pour les patients avancés dans la maladie demeure la transplantation hépatique. Les recherches antérieures menées par le groupe ont permis d’identifier le locus ainsi que le gène responsable de NAIC, qui encode la protéine nucléolaire Cirhin. Cirhin est exprimée uniquement dans le foie et tous les patients sont homozygotes pour la mutation R565W. La fonction de Cirhin est inconnue, mais les motifs WD40 retrouvés dans sa séquence indiquent qu’elle participerait à des interactions protéine-protéine et serait impliquée dans un mécanisme moléculaire de base. Cirhin interagit avec la protéine nucléaire Cirip, qui a un effet positif important sur la transcription de l’élément activateur HIV-1 LTR et qui a un rôle dans la prolifération cellulaire. L’interaction de Cirhin et Cirip est affectée par la mutation R565W. À l’aide de la technique du double hybride chez la levure, la protéine nucléolaire Nol11 a été identifiée comme étant un partenaire d’interaction de Cirhin. Par son interaction avec MARK3 et c-Myc, Nol11 serait impliquée dans des processus cellulaires tels que le contrôle du cycle cellulaire, la polarité, la croissance cellulaire et possiblement la biogenèse des ribosomes. La portion C-terminale de Nol11 interagirait avec Cirhin, et la mutation R565W abolit cette interaction. Le résidu R565 serait donc important pour la fonctionnalité de Cirhin.

Effet de la mutation du gène lrpprc sur l'activité de l'AMPK dans les fibroblastes des patients atteints du syndrome de Leigh, type canadien français

Le syndrome de Leigh, type canadien français (LSFC) est une maladie infantile orpheline causée par une mutation du gène lrpprc. Elle se caractérise par une déficience tissu spécifique de cytochrome c oxydase (COX), une dysfonction mitochondriale et la survenue de crises d’acidose lactique fatales dans plus de 80% de cas. Selon les familles des patients, ces crises apparaissent lors d’une demande excessive d’énergie. Malheureusement, les mécanismes sous-jacents à l’apparition des crises et notamment la physiopathologie du LSFC demeurent inconnus. Afin de mieux comprendre les mécanismes de régulation du métabolisme énergétique chez les patients LSFC, nous avons examiné la régulation de la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK), une enzyme clé de l'homéostasie énergétique, de même que certaines de ses voies cibles (SIRT1/PGC1α et Akt/mTOR) dans les fibroblastes de patients LSFC et de témoins en conditions basales et conditions de stress. En conditions basales, l’activité de l’AMPK était similaire dans les cellules LSFC et les témoins. Par contre, les cellules LSFC montraient une surexpression significative des voies Akt/mTOR et SIRT1/PGC1α comparativement aux cellules témoins. Nous avons aussi examiné ces voies de signalisation suite à une incubation de 4h avec 10 mM de lactate et 1 mM de palmitate (LP), nous permettant de mimer les conditions de « crise ». Nos résultats ont démontré que le LP augmentait les niveaux de phosphorylation de l’AMPK de 90% (p<0,01) dans les cellules témoins mais pas dans les cellules LSFC. Pourtant, l’AMPK est activée dans les cellules LSFC en réponse à une hypoxie chimique induite par le 2,4 dinitrophénol. Dans les cellules témoins, le LP augmentait aussi les niveaux d’expression de SIRT1 (57%, p<0,05), de LRPPRC (23%, p=0,045) et de COXIV (19%, p<0,05). Un prétraitement de 48h au ZMP, un activateur pharmacologique de l’AMPK, a eu un effet additif avec le LP et des augmentations de SIRT1 phosphorylée (120%, p<0,05), de SIRT1 total (75%, p<0,01), de LRPPRC (63%, p<0,001) et de COXIV (38%, p<0,001) ont été observées. Tous ces effets étaient aussi abolis dans les cellules LSFC. En conclusion, nos résultats ont démontré des altérations importantes de la régulation du métabolisme énergétique dans les fibroblastes de patients LSFC.

Biology and characterisation of polyalanine as an emerging pathological marker

Dix-huit maladies humaines graves ont jusqu'ici été associées avec des expansions de trinucléotides répétés (TNR) codant soit pour des polyalanines (codées par des codons GCN répétés) soit pour des polyglutamines (codées par des codons CAG répétés) dans des protéines spécifiques. Parmi eux, la dystrophie musculaire oculopharyngée (DMOP), l’Ataxie spinocérébelleuse de type 3 (SCA3) et la maladie de Huntington (MH) sont des troubles à transmission autosomale dominante et à apparition tardive, caractérisés par la présence d'inclusions intranucléaires (IIN). Nous avons déjà identifié la mutation responsable de la DMOP comme étant une petite expansion (2 à 7 répétitions supplémentaires) du codon GCG répété du gène PABPN1. En outre, nous-mêmes ainsi que d’autres chercheurs avons identifié la présence d’événements de décalage du cadre de lecture ribosomique de -1 au niveau des codons répétés CAG des gènes ATXN3 (SCA3) et HTT (MH), entraînant ainsi la traduction de codons répétés hybrides CAG/GCA et la production d'un peptide contenant des polyalanines. Or, les données observées dans la DMOP suggèrent que la toxicité induite par les polyalanines est très sensible à leur quantité et leur longueur. Pour valider notre hypothèse de décalage du cadre de lecture dans le gène ATXN3 dans des modèles animaux, nous avons essayé de reproduire nos constatations chez la drosophile et dans des neurones de mammifères. Nos résultats montrent que l'expression transgénique de codons répétés CAG élargis dans l’ADNc de ATXN3 conduit aux événements de décalage du cadre de lecture -1, et que ces événements sont néfastes. À l'inverse, l'expression transgénique de codons répétés CAA (codant pour les polyglutamines) élargis dans l’ADNc de ATXN3 ne conduit pas aux événements de décalage du cadre de lecture -1, et n’est pas toxique. Par ailleurs, l’ARNm des codons répétés CAG élargis dans ATXN3 ne contribue pas à la toxicité observée dans nos modèles. Ces observations indiquent que l’expansion de polyglutamines dans nos modèles drosophile et de neurones de mammifères pour SCA3 ne suffit pas au développement d'un phénotype. Par conséquent, nous proposons que le décalage du cadre de lecture ribosomique -1 contribue à la toxicité associée aux répétitions CAG dans le gène ATXN3. Pour étudier le décalage du cadre de lecture -1 dans les maladies à expansion de trinucléotides CAG en général, nous avons voulu créer un anticorps capable de détecter le produit présentant ce décalage. Nous rapportons ici la caractérisation d’un anticorps polyclonal qui reconnaît sélectivement les expansions pathologiques de polyalanines dans la protéine PABPN1 impliquée dans la DMOP. En outre, notre anticorps détecte également la présence de protéines contenant des alanines dans les inclusions intranucléaires (IIN) des échantillons de patients SCA3 et MD.

Inference on microsatellite mutation processes in the invasive mite, Varroa destructor, using reversible jump Markov chain Monte Carlo

Varroa destructor is a parasitic mite of the Eastern honeybee Apis cerana. Fifty years ago, two distinct evolutionary lineages (Korean and Japanese) invaded the Western honeybee Apis mellifera. This haplo-diploid parasite species reproduces mainly through brother sister matings, a system which largely favors the fixation of new mutations. In a worldwide sample of 225 individuals from 21 locations collected on Western honeybees and analyzed at 19 microsatellite loci, a series of de novo mutations was observed. Using historical data concerning the invasion, this original biological system has been exploited to compare three mutation models with allele size constraints for microsatellite markers: stepwise (SMM) and generalized (GSM) mutation models, and a model with mutation rate increasing exponentially with microsatellite length (ESM). Posterior probabilities of the three models have been estimated for each locus individually using reversible jump Markov Chain Monte Carlo. The relative support of each model varies widely among loci, but the GSM is the only model that always receives at least 9% support, whatever the locus. The analysis also provides robust estimates of mutation parameters for each locus and of the divergence time of the two invasive lineages (67,000 generations with a 90% credibility interval of 35,000-174,000). With an average of 10 generations per year, this divergence time fits with the last post-glacial Korea Japan land separation. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Comparative biology of mammalian telomeres: hypotheses on ancestral states and the roles of telomeres in longevity determination

Progressive telomere shortening from cell division (replicative aging) provides a barrier for human tumor progression. This program is not conserved in laboratory mice, which have longer telomeres and constitutive telomerase. Wild species that do ⁄ do not use replicative aging have been reported, but the evolution of different phenotypes and a conceptual framework for understanding their uses of telomeres is lacking. We examined telomeres ⁄ telomerase in cultured cells from > 60 mammalian species to place different uses of telomeres in a broad mammalian context. Phylogeny-based statistical analysis reconstructed ancestral states. Our analysis suggested that the ancestral mammalian phenotype included short telomeres (< 20 kb, as we now see in humans) and repressed telomerase. We argue that the repressed telomerase was a response to a higher mutation load brought on by the evolution of homeothermy. With telomerase repressed, we then see the evolution of replicative aging. Telomere length inversely correlated with lifespan, while telomerase expression co-evolved with body size. Multiple independent times smaller, shorter-lived species changed to having longer telomeres and expressing telomerase. Trade-offs involving reducing the energetic ⁄ cellular costs of specific oxidative protection mechanisms (needed to protect < 20 kb telomeres in the absence oftelomerase) could explain this abandonment of replicative aging. These observations provide a conceptual framework for understanding different uses of telomeres in mammals, support a role for human-like telomeres in allowing longer lifespans to evolve, demonstrate the need to include telomere length in the analysis of comparative studies of oxidative protection in the biology of aging, and identify which mammals can be used as appropriate model organisms for the study of the role of telomeres in human cancer and aging. Key words: evolution of telomeres; immortalization; telomerase; replicative aging; senescence.

A Single Mutation at the Sheet Switch Region Results in Conformational Changes Favoring lambda 6 Light-Chain Fibrillogenesis

Systemic amyloid light-chain (LC) amyloidosis is a disease process characterized by the pathological deposition of monoclonal LCs in tissue. All LC subtypes are capable of fibril formation although lambda chains, particularly those belonging to the lambda 6 type, are overrepresented. Here, we report the thermodynamic and in vitro fibrillogenic properties of several mutants of the lambda 6 protein 6aJL2 in which Pro7 and/or His8 was substituted by Ser or Pro. The H8P and H8S mutants were almost as stable as the wildtype protein and were poorly fibrillogenic. In contrast, the P7S mutation decreased the thermodynamic stability of 6aJL2 and greatly enhanced its capacity to form amyloid-like fibrils in vitro. The crystal structure of the P7S mutant showed that the substitution induced both local and long-distance effects, such as the rearrangement of the V(L) (variable region of the light chain)-V(L) interface. This mutant crystallized in two orthorhombic polymorphs, P2(1)2(1)2(1) and C222(1). In the latter, a monomer that was not arranged in the typical Bence-Jones dimer was observed for the first time. Crystal-packing analysis of the C222(1) lattice showed the establishment of intermolecular beta-beta interactions that involved the N-terminus and beta-strand B and that these could be relevant in the mechanism of LC fibril formation. Our results strongly suggest that Pro7 is a key residue in the conformation of the N-terminal sheet switch motif and, through long-distance interactions, is also critically involved in the contacts that stabilized the V(L) interface in lambda 6 LCs. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Changes in the structure and pigmentation of the eyes of honeybee (Apis mellifera L.) queens with the limão mutation

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Cytotoxicity and genotoxicity of Agaricus blazei methanolic extract fractions assessed using gene and chromosomal mutation assays

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)