Potential REST Targets in Neural Stem Cells and Glioblastoma-Derived Stem Cells

Glioblastoma multiforme (GBM) tumors are the most common malignant primary brain tumors in adults. The current theory is that these tumors are caused by self-renewing glioblastoma-derived stem cells (GSCs). At the current time, the mechanisms that regulate self-renewal and other oncogenic properties of GSCs remain unknown. Recently, we found transcriptional repressor REST maintains self-renewal in neural stem cells (NSCs) and in GSCs. REST also regulates other oncogenic properties, such as apoptosis, invasion and proliferation. However, the mechanisms by which REST regulates these oncogenic properties are unknown. In an attempt to determine these mechanisms, we performed loss and gain-of-function experiments and genome-wide mRNA expression analysis in GSCs, and we were able to identify REST-regulated genes in GSCs. This was accomplished, after screening concordantly regulated genes in NSCs and GSCs, utilizing two RE1 databases, and setting two-fold expression as filters on the resulting genes. These results received further validation by qRT-PCR. Ingenuity Pathway Analysis (IPA) analysis further revealed the top REST target genes in GSCs were downstream targets of REST and/or involved in other cancers in other cell lines. IPA also revealed that many of the differentially-regulated genes identified in this study are involved in oncogenic properties seen in GBM, and which we believe are related to REST expression.

Energy loss and range of electrons and positrons /

Includes bibliographical references.

Energy loss and range of electrons and positrons. Supplement.

Mode of access: Internet.

The loss and recovery of elect sinners: with the difficulty of their coming back again to glory, methodically held forth under the similitude of captives ransomed and returning from slavery;

Page xiii incorrectly numbered xii.

Dissection du programme développemental du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus.

Une cascade de facteurs de transcription composée de SIM1, ARNT2, OTP, BRN2 et SIM2 est requise pour la différenciation des cinq types cellulaires qui peuplent le noyau paraventriculaire (PVN) de l’hypothalamus, un régulateur critique de plusieurs processus physiologiques essentiels à la survie. De plus, l’haploinsuffisance de Sim1 est aussi une cause d’hyperphagie isolée chez la souris et chez l’homme. Nous désirons disséquer le programme développemental du PVN, via une approche intégrative, afin d’identifier de nouveaux gènes qui ont le potentiel de réguler l’homéostasie chez l’individu adulte. Premièrement, nous avons utilisé une approche incluant l’analyse du transcriptome du PVN à différents stades du développement de la souris pour identifier de tels gènes. Nous avons comparé les transcriptomes de l’hypothalamus antérieur chez des embryons de souris Sim1+/+ et Sim1-/- à E12.5 issus de la même portée. De cette manière, nous avons identifié 56 gènes agissant en aval de Sim1 dont 5 facteurs de transcription - Irx3, Sax1, Rxrg, Ror et Neurod6. Nous avons également proposé un modèle de développement à deux couches de l’hypothalamus antérieur. Selon ce modèle, les gènes qui occupent un domaine médial dans la zone du manteau caractérisent des cellules qui peupleront le PVN alors que les gènes qui ont une expression latérale identifient des cellules qui donneront plus tard naissance aux structures ventrolatérales de l’hypothalamus. Nous avons aussi démontré que Sim1 est impliqué à la fois dans la différenciation, la migration et la prolifération des neurones qui peuplent le PVN tout comme Otp. Nous avons également isolé par microdissection au laser le PVN et l’hypothalamus médiobasal chez des souris de type sauvage à E14.5 pour en comparer les transcriptomes. Ceci nous a permis d’identifier 34 facteurs de transcription spécifiques au PVN et 76 facteurs spécifiques à l’hypothalamus médiobasal. Ces gènes représentent des régulateurs potentiels du développement hypothalamique. Deuxièmement, nous avons identifié 3 blocs de séquences au sein de la région 5’ d’Otp qui sont conservés chez l’homme, la souris et le poisson. Nous avons construit un transgène qui est composé d’un fragment de 7 kb contenant ces blocs de séquences et d’un gène rapporteur. L’analyse de 4 lignées de souris a montré que ce transgène est uniquement exprimé dans le PVN en développement. Nous avons généré un deuxième transgène dans lequel le fragment de 7 kb est inséré en amont de l’ADNc de Brn2 ou Sim1 et de Gfp. Nous avons obtenu quatre lignées de souris dans lesquels le profil d’expression de Brn2 et de Gfp reproduit celui d’Otp. Nous étudierons le développement du PVN et la prise alimentaire chez ces souris. En parallèle, nous croisons ces lignées avec les souris déficientes en Sim1 pour déterminer si l’expression de Brn2 permet le développement des cellules du PVN en absence de Sim1. En résumé, nous avons généré le premier transgène qui est exprimé spécifiquement dans le PVN. Ce transgène constitue un outil critique pour la dissection du programme développemental de l’hypothalamus. Troisièmement, nous avons caractérisé le développement de l’hypothalamus antérieur chez l’embryon de poulet qui représente un modèle intéressant pour réaliser des études de perte et de gain de fonction au cours du développement de cette structure. Il faut souligner que le modèle de développement à deux couches de l’hypothalamus antérieur semble être conservé chez l’embryon de poulet où il est aussi possible de classer les gènes selon leur profil d’expression médio-latéral et le devenir des régions qu’ils définissent. Finalement, nous croyons que cette approche intégrative nous permettra d’identifier et de caractériser des régulateurs du développement du PVN qui pourront potentiellement être associés à des pathologies chez l’adulte telles que l’obésité ou l’hypertension.

Caractérisation fonctionnelle du suppresseur de tumeurs BAP1

La déubiquitinase BAP1 (« BRCA1-Associated Protein1 ») a initialement été isolée pour sa capacité de promouvoir la fonction suppressive de tumeurs de BRCA1. BAP1 est muté de manière homozygote dans plusieurs cancers (tel que le cancer du rein, de la peau, de l’oeil et du sein) suggérant fortement que cette déubiquitinase est un suppresseur de tumeurs. Effectivement, la surexpression de BAP1 réduit la prolifération cellulaire et la croissance tumorale dans des modèles de xénogreffe de souris. Toutefois, la fonction biologique et le mécanisme d’action de cette déubiquitinase restent encore marginalement connus. Ainsi, les objectifs de cette thèse sont de caractériser la fonction biologique de BAP1 et de révéler les bases moléculaires de sa fonction suppressive de tumeurs. Pour déterminer la fonction biologique de BAP1, nous avons immuno-purifié et identifié les protéines associées à BAP1, qui s’avèrent être principalement des facteurs et co-facteurs de transcription. Ensuite, nous avons démontré que BAP1 est un régulateur de la transcription. Parallèlement, un autre groupe a montré que BAP1 chez la drosophile, Calypso, régule l’ubiquitination de H2A et la transcription génique. D’autre part, nos résultats d’analyse d’expression génique globale suggèrent que BAP1 jouerait un rôle important dans la réponse aux dommages à l’ADN. Effectivement, des expériences de gain et de perte de fonction (méthode de l’ARNi, modèle de cellules KO en BAP1 et de cellules déficientes en BAP1 re-exprimant BAP1) ont révélé que cette déubiquitinase régule la réponse aux bris double brin d’ADN par la recombinaison homologue. Nos résultats suggèrent que BAP1 exerce sa fonction suppressive de tumeurs en contrôlant la réparation sans erreur de l’ADN via la recombinaison homologue. En cas d’inactivation de BAP1, les cellules deviendront plus dépendantes du mécanisme de réparation par jonction d'extrémités non-homologues, qui est potentiellement mutagénique causant ainsi l’instabilité génomique. D’autres études seront nécessaires afin de déterminer le rôle exact de BAP1 dans la transcription et de comprendre comment la dérégulation de l’ubiquitination de H2A contribue au développement du cancer. Définir les mécanismes de suppression tumorale est de grand intérêt, non seulement pour comprendre la carcinogénèse mais également pour le développement de nouvelles thérapies contre cette maladie.

Étude de la toxicité causée par le gène C9orf72 dans la Sclérose Latérale Amyotrophique

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative qui affecte les neurones moteurs. 10% des cas sont des cas familiaux et l’étude de ces familles a mené à la découverte de plusieurs gènes pouvant causer la SLA, incluant SOD1, TARDBP et FUS. L’expansion de la répétition GGGGCC dans le gène C9orf72 est, à ce jour, la cause la plus connue de SLA. L’impact de cette expansion est encore méconnu et il reste à déterminer si la toxicité est causée par un gain de fonction, une perte de fonction ou les deux. Plusieurs gènes impliqués dans la SLA sont conservés entre le nématode Caenorhabditis elegans et l’humain. C. elegans est un vers transparent fréquemment utilisé pour des études anatomiques, comportementales et génétiques. Il possède une lignée cellulaire invariable qui inclue 302 neurones. Aussi, les mécanismes de réponse au stress ainsi que les mécanismes de vieillissement sont très bien conservés entre ce nématode et l’humain. Donc, notre groupe, et plusieurs autres, ont utilisé C. elegans pour étudier plusieurs aspects de la SLA. Pour mieux comprendre la toxicité causée par l’expansion GGGGCC de C9orf72, nous avons développé deux modèles de vers pour étudier l’impact d’une perte de fonction ainsi que d’un gain de toxicité de l’ARN. Pour voir les conséquences d’une perte de fonction, nous avons étudié l’orthologue de C9orf72 dans C. elegans, alfa-1 (ALS/FTD associated gene homolog). Les vers mutants alfa-1(ok3062) développent des problèmes moteurs causant une paralysie et une dégénérescence spécifique des neurones moteurs GABAergiques. De plus, les mutants sont sensibles au stress osmotique qui provoque une dégénérescence. D’autre part, l’expression de la séquence d’ARN contenant une répétition pathogénique GGGGCC cause aussi des problèmes moteurs et de la dégénérescence affectant les neurones moteurs. Nos résultats suggèrent donc qu’un gain de toxicité de l’ARN ainsi qu’une perte de fonction de C9orf72 sont donc toxiques pour les neurones. Puisque le mouvement du vers peut être rapidement évalué en cultivant les vers dans un milieu liquide, nous avons développé un criblage de molécules pouvant affecter le mouvement des vers mutants alfa-1 en culture liquide. Plus de 4 000 composés ont été évalués et 80 ameliore la mobilité des vers alfa-1. Onze molécules ont aussi été testées dans les vers exprimant l’expansion GGGGCC et huit diminuent aussi le phénotype moteur de ces vers. Finalement, des huit molécules qui diminent la toxicité causée par la perte de fonction de C9orf72 et la toxicité de l’ARN, deux restaurent aussi l’expression anormale de plusieurs transcrits d’ARN observée dans des cellules dérivées de patient C9orf72. Avec ce projet, nous voulons identifier des molécules pouvant affecter tous les modes de toxicité de C9orf72 et possiblement ouvrir de nouvelles avenues thérapeutiques

Étude de la toxicité causée par le gène C9orf72 dans la Sclérose Latérale Amyotrophique

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative qui affecte les neurones moteurs. 10% des cas sont des cas familiaux et l’étude de ces familles a mené à la découverte de plusieurs gènes pouvant causer la SLA, incluant SOD1, TARDBP et FUS. L’expansion de la répétition GGGGCC dans le gène C9orf72 est, à ce jour, la cause la plus connue de SLA. L’impact de cette expansion est encore méconnu et il reste à déterminer si la toxicité est causée par un gain de fonction, une perte de fonction ou les deux. Plusieurs gènes impliqués dans la SLA sont conservés entre le nématode Caenorhabditis elegans et l’humain. C. elegans est un vers transparent fréquemment utilisé pour des études anatomiques, comportementales et génétiques. Il possède une lignée cellulaire invariable qui inclue 302 neurones. Aussi, les mécanismes de réponse au stress ainsi que les mécanismes de vieillissement sont très bien conservés entre ce nématode et l’humain. Donc, notre groupe, et plusieurs autres, ont utilisé C. elegans pour étudier plusieurs aspects de la SLA. Pour mieux comprendre la toxicité causée par l’expansion GGGGCC de C9orf72, nous avons développé deux modèles de vers pour étudier l’impact d’une perte de fonction ainsi que d’un gain de toxicité de l’ARN. Pour voir les conséquences d’une perte de fonction, nous avons étudié l’orthologue de C9orf72 dans C. elegans, alfa-1 (ALS/FTD associated gene homolog). Les vers mutants alfa-1(ok3062) développent des problèmes moteurs causant une paralysie et une dégénérescence spécifique des neurones moteurs GABAergiques. De plus, les mutants sont sensibles au stress osmotique qui provoque une dégénérescence. D’autre part, l’expression de la séquence d’ARN contenant une répétition pathogénique GGGGCC cause aussi des problèmes moteurs et de la dégénérescence affectant les neurones moteurs. Nos résultats suggèrent donc qu’un gain de toxicité de l’ARN ainsi qu’une perte de fonction de C9orf72 sont donc toxiques pour les neurones. Puisque le mouvement du vers peut être rapidement évalué en cultivant les vers dans un milieu liquide, nous avons développé un criblage de molécules pouvant affecter le mouvement des vers mutants alfa-1 en culture liquide. Plus de 4 000 composés ont été évalués et 80 ameliore la mobilité des vers alfa-1. Onze molécules ont aussi été testées dans les vers exprimant l’expansion GGGGCC et huit diminuent aussi le phénotype moteur de ces vers. Finalement, des huit molécules qui diminent la toxicité causée par la perte de fonction de C9orf72 et la toxicité de l’ARN, deux restaurent aussi l’expression anormale de plusieurs transcrits d’ARN observée dans des cellules dérivées de patient C9orf72. Avec ce projet, nous voulons identifier des molécules pouvant affecter tous les modes de toxicité de C9orf72 et possiblement ouvrir de nouvelles avenues thérapeutiques

A loss-of-function variant of PTPN22 is associated with reduced risk of systemic lupus erythematosus.

A gain-of-function R620W polymorphism in the PTPN22 gene, encoding the lymphoid tyrosine phosphatase LYP, has recently emerged as an important risk factor for human autoimmunity. Here we report that another missense substitution (R263Q) within the catalytic domain of LYP leads to reduced phosphatase activity. High-resolution structural analysis revealed the molecular basis for this loss of function. Furthermore, the Q263 variant conferred protection against human systemic lupus erythematosus, reinforcing the proposal that inhibition of LYP activity could be beneficial in human autoimmunity.

Conditional reduction of human immunodeficiency virus type 1 replication by a gain-of-herpes simplex virus 1 thymidine kinase function.

The development of an effective vaccine for human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) would be a major advance toward controlling the AIDS pandemic. Several disparate strategies for a safe and effective HIV vaccine have been proposed. Recent data suggest that loss-of-function live-attenuated virus could be a safe lentivirus vaccine. Here, we propose a gain-of-function approach that can complement loss-of-function in enhancing the safety profile of a live-attenuated virus. We describe an example in which ganciclovir (GCV) was used to treat effectively nef(-)HIV-1 engineered to express herpes simplex virus (HSV-1) thymidine kinase (TK). This treatment was found to be highly efficient in controlling HIV-1 spread in tissue culture and in a small animal (hu-PBL-SCID) model. We demonstrate that one distinct advantage of GCV-HSV-TK treatment is the elimination of integrated proviruses, a goal not easily achieved with other antiretrovirals.

Mutation of juxtamembrane tyrosine residue 1001 suppresses loss-of-function mutations of the met receptor in epithelial cells.

Signals transduced by the met tyrosine kinase, which is the receptor for scatter factor/hepatocyte growth factor, are of major importance for the regulation of epithelial cell motility, morphogenesis, and proliferation. We report here that different sets of tyrosine residues in the cytoplasmic domain of the met receptor affect signal transduction in epithelial cells in a positive or negative fashion: mutation of the C-terminal tyrosine residues 13-16 (Y1311, Y1347, Y1354, and Y1363) reduced or abolished ligand-induced cell motility and branching morphogenesis. In contrast, mutation of the juxtamembrane tyrosine residue 2 (Y1001) produced constitutively mobile, fibroblastoid cells. Furthermore, the gain-of-function mutation of tyrosine residue 2 suppressed the loss-of-function mutations of tyrosine residue 15 or 16. The opposite roles of the juxtamembrane and C-terminal tyrosine residues may explain the suggested dual function of the met receptor in both epithelial-mesenchymal interactions and tumor progression.

Protein disulfide isomerase (PDI) associates with NADPH oxidase and is required for phagocytosis of Leishmania chagasi promastigotes by macrophages

PDI, a redox chaperone, is involved in host cell uptake of bacteria/viruses, phagosome formation, and vascular NADPH oxidase regulation. PDI involvement in phagocyte infection by parasites has been poorly explored. Here, we investigated the role of PDI in in vitro infection of J774 macrophages by amastigote and promastigote forms of the protozoan Leishmania chagasi and assessed whether PDI associates with the macrophage NADPH oxidase complex. Promastigote but not amastigote phagocytosis was inhibited significantly by macrophage incubation with thiol/PDI inhibitors DTNB, bacitracin, phenylarsine oxide, and neutralizing PDI antibody in a parasite redox-dependent way. Binding assays indicate that PDI preferentially mediates parasite internalization. Bref-A, an ER-Golgi-disrupting agent, prevented PDI concentration in an enriched macrophage membrane fraction and promoted a significant decrease in infection. Promastigote phagocytosis was increased further by macrophage overexpression of wild-type PDI and decreased upon transfection with an antisense PDI plasmid or PDI siRNA. At later stages of infection, PDI physically interacted with L. chagasi, as revealed by immunoprecipitation data. Promastigote uptake was inhibited consistently by macrophage preincubation with catalase. Additionally, loss-or gain-of-function experiments indicated that PMA-driven NADPH oxidase activation correlated directly with PDI expression levels. Close association between PDI and the p22phox NADPH oxidase subunit was shown by confocal colocalization and coimmunoprecipitation. These results provide evidence that PDI not only associates with phagocyte NADPH oxidase but also that PDI is crucial for efficient macrophage infection by L. chagasi. J. Leukoc. Biol. 86: 989-998; 2009.

Comprehensive clinical and molecular analysis of 12 families with type 1 recessive cutis laxa.

Autosomal recessive cutis laxa type I (ARCL type I) is characterized by generalized cutis laxa with pulmonary emphysema and/or vascular complications. Rarely, mutations can be identified in FBLN4 or FBLN5. Recently, LTBP4 mutations have been implicated in a similar phenotype. Studying FBLN4, FBLN5, and LTBP4 in 12 families with ARCL type I, we found bi-allelic FBLN5 mutations in two probands, whereas nine probands harbored biallelic mutations in LTBP4. FBLN5 and LTBP4 mutations cause a very similar phenotype associated with severe pulmonary emphysema, in the absence of vascular tortuosity or aneurysms. Gastrointestinal and genitourinary tract involvement seems to be more severe in patients with LTBP4 mutations. Functional studies showed that most premature termination mutations in LTBP4 result in severely reduced mRNA and protein levels. This correlated with increased transforming growth factor-beta (TGFβ) activity. However, one mutation, c.4127dupC, escaped nonsense-mediated decay. The corresponding mutant protein (p.Arg1377Alafs(*) 27) showed reduced colocalization with fibronectin, leading to an abnormal morphology of microfibrils in fibroblast cultures, while retaining normal TGFβ activity. We conclude that LTBP4 mutations cause disease through both loss of function and gain of function mechanisms.

Neuronal calcium channel mutation in a patient with congenital ataxia and attacks of hemiplegic migraine with cerebral edema

Background: Familial Hemiplegic Migraine (FHM), characterized by a prolonged unilateral hemiparesis, mainly results from mutations in the alpha-1a subunit of the calcium channel gene CACNA1A that can also cause two other dominantly inherited neurological disorders, Episodic Ataxia type 2 (EA2, with sometimes migrainous headaches) and Spinocerebellar Ataxia type 6 (SCA6, late-onset and progressive). A same mutation can have different clinical expression in a family (hemiplegic migraine, migraine-coma, cerebellar ataxia). CACNA1A mutations in FHM are usually missense, leading to gain-of-function, while truncating mutations leading to loss-of-function are usually associated with EA2. Case report: This 9-year-old girl was seen as a baby for hypotonia and transient vertical nystagmus. Her first brain MRI was normal. She evolved as a congenital ataxia, but since the age of two, she had attacks of coma, hemiparesis (either side), partial seizures, dystonic movements and fever. Attacks were initially triggered by minor head bumps, subsequently spontaneous. Brain MRIs in the acute stage always showed transient unilateral hemisphere swelling. Follow-up images revealed atrophic lesions in the temporo-occipital regions and cerebellar atrophy. A prophylactic trial with flunarizine was ineffective. Acetazolamide was recently introduced. Methods: Since our patient shared features of both FHM and EA2, we studied the CACNA1A gene by direct sequencing in the patient's and parents' DNA. Results: We identified an unreported de novo heterozygous deletion of three base pairs (c.4503_4505delCTT) predicting the deletion of one amino acid (p.Phe1502del). The CACNA1A protein contains 4 domains, each formed by six transmembrane segments. The deletion is located in a highly conserved region in segment 6 (S6) of the third domain. Mutations in S6 segments of calcium channels change single-channel conductance and channel selectivity, most resulting in loss-of-function. Outlook: In vitro expression studies of the identified mutation are underway, aiming at understanding its functional consequences and finding an efficient treatment.