Gene transfer into Xenopus hepatocytes: transcriptional regulation by members of the nuclear receptor superfamily.

A procedure to culture Xenopus laevis hepatocytes that allows the cells in primary culture to be subjected to gene transfer experiments has been developed. The cultured cells continue to present tissue-specific markers such as expression of the albumin gene or estrogen-controlled vitellogenin gene expression, which are both restricted to liver. Two efficient and reproducible gene transfer procedures have been adapted to the Xenopus hepatocytes, namely lipofection and calcium phosphate-mediated precipitation. The transcription of transfected reporter genes controlled by estrogen-, glucocorticoid- or peroxisome proliferator-response elements was stimulated by endogenous or co-transfected receptor in a ligand-dependent manner. Furthermore, the expression of a reporter gene under the control of the entire promoter of the vitellogenin B1 gene mimicked the expression of the chromosomal vitellogenin gene with respect to basal and estrogen-induced activity. Thus, this culture-transfection system will prove very useful to study the regulation of genes expressed in the liver under the control of various hormones or xenobiotics.

Extremity exposure in nuclear medicine therapy with 90Y-labelled substances - Results of the ORAMED project

90Y-labelled radiopharmaceuticals offer promising prospects for radionuclide therapies of tumours, e.g. radioimmunotherapies (RIT), (EANM, 2007), peptide receptor radiotherapies (PRRT), (Otte et al., 1998), and selective internal radiotherapies (SIRT), (Salem and Thurston, 2006). 90Y, an almost pure high-energy beta radiation emitter (Eβ,max = 2.28 MeV), is a favourable radionuclide for therapeutic purposes. However, when preparing and performing these therapies, high activities of 90Y (>1 GBq) are to be manipulated and technicians, physicians and nurses may receive high skin exposures to the hands. If radiation protection standards are low, the exposure of staff can exceed the annual skin dose limit of 500 mSv. Within a particular work package (WP4) of the ORAMED project, comprehensive measurements in nuclear medicine departments of several hospitals in 6 European countries were carried out. The study focussed on 90Y-labelled substances such as Zevalin® and DOTATOC to achieve a representative database on staff exposure. This paper summarises the most important results and conclusions for individual monitoring of skin exposure of staff.

An adeno-associated virus-based intracellular sensor of pathological nuclear factor-κB activation for disease-inducible gene transfer.

Stimulation of resident cells by NF-κB activating cytokines is a central element of inflammatory and degenerative disorders of the central nervous system (CNS). This disease-mediated NF-κB activation could be used to drive transgene expression selectively in affected cells, using adeno-associated virus (AAV)-mediated gene transfer. We have constructed a series of AAV vectors expressing GFP under the control of different promoters including NF-κB -responsive elements. As an initial screen, the vectors were tested in vitro in HEK-293T cells treated with TNF-α. The best profile of GFP induction was obtained with a promoter containing two blocks of four NF-κB -responsive sequences from the human JCV neurotropic polyoma virus promoter, fused to a new tight minimal CMV promoter, optimally distant from each other. A therapeutical gene, glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) cDNA under the control of serotype 1-encapsidated NF-κB -responsive AAV vector (AAV-NF) was protective in senescent cultures of mouse cortical neurons. AAV-NF was then evaluated in vivo in the kainic acid (KA)-induced status epilepticus rat model for temporal lobe epilepsy, a major neurological disorder with a central pathophysiological role for NF-κB activation. We demonstrate that AAV-NF, injected in the hippocampus, responded to disease induction by mediating GFP expression, preferentially in CA1 and CA3 neurons and astrocytes, specifically in regions where inflammatory markers were also induced. Altogether, these data demonstrate the feasibility to use disease-activated transcription factor-responsive elements in order to drive transgene expression specifically in affected cells in inflammatory CNS disorders using AAV-mediated gene transfer.

Calpastatin-mediated inhibition of calpains in the mouse brain prevents mutant ataxin 3 proteolysis, nuclear localization and aggregation, relieving Machado-Joseph disease.

Machado-Joseph disease is the most frequently found dominantly-inherited cerebellar ataxia. Over-repetition of a CAG trinucleotide in the MJD1 gene translates into a polyglutamine tract within the ataxin 3 protein, which upon proteolysis may trigger Machado-Joseph disease. We investigated the role of calpains in the generation of toxic ataxin 3 fragments and pathogenesis of Machado-Joseph disease. For this purpose, we inhibited calpain activity in mouse models of Machado-Joseph disease by overexpressing the endogenous calpain-inhibitor calpastatin. Calpain blockage reduced the size and number of mutant ataxin 3 inclusions, neuronal dysfunction and neurodegeneration. By reducing fragmentation of ataxin 3, calpastatin overexpression modified the subcellular localization of mutant ataxin 3 restraining the protein in the cytoplasm, reducing aggregation and nuclear toxicity and overcoming calpastatin depletion observed upon mutant ataxin 3 expression. Our findings are the first in vivo proof that mutant ataxin 3 proteolysis by calpains mediates its translocation to the nucleus, aggregation and toxicity and that inhibition of calpains may provide an effective therapy for Machado-Joseph disease.

Apports de la médecine nucléaire en cardiologie préventive: l'exemple du syndrome métabolique [Value of nuclear medicine in preventive cardiology: the metabolic syndrome example]

Metabolic syndrome represents a grouping of risk factors closely linked to cardiovascular diseases and diabetes. At first, nuclear medicine has no direct application in cardiology at the level of primary prevention, but positron emission tomography is a non invasive imaging technique that can assess myocardial perfusion as well as the endothelium-dependent coronary vasomotion--a surrogate marker of cardiovascular event rate--thus finding an application in studying coronary physiopathology. As the prevalence of the metabolic syndrome is still unknown in Switzerland, we will estimate it from data available in the frame of a health promotion program. Based on the deleterious effect on the endothelium already observed with two components, we will estimate the number of persons at risk in Switzerland.

The role of the vacuolar H+ - ATPase in membrane fusion

RésuméLa H+-ATPase vacuolaire (V-ATPase) est un complexe enzymatique composé de deux secteurs multimériques (VQ et Vi) dont l'association dans la cellule est réversible. Le secteur intramembranaire de la V-ATPase (V0) interagit physiquement avec des protéines SNARE et stimule la fusion homotypique des vacuoles de la levure (lysosomes), la sécrétion de neurotransmetteurs et d'insuline, la fusion entre phagosome et lysosome ainsi que la sécrétion des corps multivésiculaires par un mécanisme inconnu. Dans cette étude j'ai identifié des résidues d'acides amines situés dans des sous-unités de V0 impliqués dans le mécanisme de fusion des vacuoles mais non essentiels pour l'acidification vacuolaire par la V-ATPase. j'ai utilisé un protocole de mutagenèse aléatoire pour produire des libraries de mutants des sous unités de V0. Ces libraries ont été analysées in vivo afin d'identifier des alleles qui permettent la translocation des protons mais produisent une vacuole fragmentée, phénotype indiquant un défaut dans la fusion membranaire. Les vacuoles des mutants ont été isolées et caractéisées en utilisant une grande variété d'outils biochimiques pour déterminer précisément l'impact des différentes mutations sur l'accomplissement d'événements clés du processus de fusion.J'ai identifié des mutations associées à des défauts spécifiques de la fusion dans plusieurs sous-unités de V0. Dans les protéolipides c, c' et c" ces mutations se concentrent dans la partie cytosolique des domaines transmembranaires. Elles renforcent les associations entre les secteurs de la V-ATPase et entre V0 et les SNAREs. Dans la fusion vacuolaire ces mutations permettent la formation de complexes SNAREs en trans mais inhibent l'induction de la fusion. Par contre, la deletion de la sous- unité d influence les étapes de la fusion qui précèdent la formation des complexes trans-SNAREs. Mes résultats démontrent que V0 joue des rôles différents dans plusieurs étapes de la fusion et que ces fonctions sont liées au système des SNAREs. Ils différencient génétiquement les activités de V0 dans la translocation des protons et dans la fusion et identifient de nombreux résidus importants pour la fusion vacuolaire. De plus, compte tenu de la grande conservation de sequence des protéolipides chez les eukaryotes les mutations identifiées dans cette l'étude apportent de nouvelles informations pour analyser la fonction de V0 dans des organismes multicellulaires pour lesquels la function catalytique de la V-ATPase est essentielle à la survie.Résumé pour le large publicLe transport de protéines et de membranes est important pour maintenir la fonction des organelles dans la cellule. Il s'excerce au niveau des vesicules. La fusion membranaire est un processus élémentaire de ce transport. Pour fusionner deux membranes, il faut la coordination de deux activités: le rapprochement et la déstabiiization des deux membranes. La collaboration d'un ensemble de proteins conservés chez les eukaryotes, est nécessaire pour catalyser ces activités. Les proteins SNAREs sont les protagonistes principaux dans la fusion membranaire. Néanmoins, d'autres protéines, comme des Rab-GTPases et des chaperonnes, sont nécessaires pour permettre ce phénomène de fusion. Toutes ces protéines sont temporairement associées avec les SNAREs et leur fonction dans la fusion membranaire est souvent directement liée à leur activité dans cette association. Le secteur transmembranaire V0 de la V-ATPase rnteragit avec des SNAREs et est essentiel pour la fusion dans une variété de systèmes modèles comme la mouche, la souris et la levure. Le secteur V0 est composé de six protéines différentes. Avec te secteur Va, qui réside dans le cytosol, il forme la V-ATPase dont la fonction principale est l'acidification des organelles par translocation des protons à travers la membrane par un mécanisme ressemblant à celui d'une pompe. V0joue un role dans la fusion membranaire, indépendamment de son activité catalytique liée au pompage des protons, et ce rôle est encore largement méconnu à ce jour. Le but de ma thèse était de mieux comprendre l'implication de V0 dans ce contexte.Pour étudier des activités liées à la V-ATPase, la levure est un excellent modèle d'étude car elle survie à une inactivation de l'enzyme alors que le meme traitement serait léthal pour des organismes multicellulaires. Dans ma thèse j'ai utilisé la fusion homotypique de la vacuole de levure comme système modèle pour étudier le rôle de V0 dans la fusion. J'ai muté des gènes qui encodent des sous- unités de V0 et les ai introduit dans des souches privées des gènes respectifs. Dans les librairies de souches portant différentes versions de ces gènes j'ai cherché des clones exprimant une V-ATPase intacte et fonctionnelle mais qui possèdent une vacuole fragmentée. Le plus souvent, une vacuole fragmentée indique un défaut dans la fusion vacuolaire. Dans les trois types de protéolipides qui composent un cylindre dans le secteur V0, j'ai trouvé des clones avec une vacuole fragmentée. Après avoir isolé les mutations responsable de ce type de morphologie vacuolaire, j'ai isolé les vacuoles de ces clones pour étudier leur activités dans différentes étapes de la fusion vacuolaire. Les résultats de ces analyses mettent en évidence une implication de V0 dans plusieurs étapes de la fusion vacuolaire. Certaines mutations sélectionnées dans mon étude inhibent une étape précoce de la fusion qui inclue la dissociation des complexes SNARE, tandis que d'autres mutations inhibent une étape tardive du processus de fusion qui inclue la transmission d'une force disruptive dans la membrane.AbstractThe membrane-integral V0 sector of the vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) interacts with SNARE proteins. V0 stimulates fusion between yeast vacuoles (lysosomes) (Peters et al., 2001b), secretion of neurotransmitters and insulin (Hiesinger et al., 2005a, Sun-Wada et al., 2006a), phagosome-lysosome fusion (Peri and Nusslein-Volhard, 2008) and secretion of multivesicular bodies (Liegeois et al., 2006b) by a yet unknown mechanism. In my thesis, I identified sites in V0 subunits that are involved in yeast vacuole fusion but dispensable for the proton pumping by the V-ATPase. I randomly mutagenized V0 subunits and screened in vivo for mutant alleles that support proton pumping but cause fragmented vacuoles, a phenotype indicative of a fusion defect. Mutant vacuoles were isolated and analyzed in a cell-free system, allowing assay of key events in fusion, such as trans-SNARE pairing, lipid transition and fusion pore opening (Reese et al., 2005b).Mutants with selective fusion defects were found in several V0 subunits. In the proteolipids c, c' and c", critical mutations are concentated in the cytosolic half of the transmembrane domains. These mutations rendered the V-ATPase holoenzyme more stable and modulated V0-SNARE associations. In vacuole fusion critical proteolipid mutations permitted trans-SNARE pairing but impeded the induction of lipid flow between the membranes. Deletion of subunit d, by contrast, influenced early stages of fusion that precede trans-SNARE pairing. My results show that V0 acts in several steps of the fusion process and that its function is intimately connected to the SNARE system. They genetically separate the proton pump and fusion activities of V0 and identify numerous critical residues. Given the high sequence conservation of proteolipids in eukaryotic life, the identified mutations may be helpful in analyzing the fusion function of V0 also in mammalian cells, where V- ATPase pump function is essential for survival.

The biology of cancer stem cells : part 1: nuclear translocation of CD44 : part 2: IMP2 in glioblastoma cancer stem cells

SummaryCancer stem cells (CSC) are poorly differentiated, slowly proliferating cells, with high tumorigenic potential. Some of these cells, as it has been shown in leukemia, evade chemo- and radiotherapy and recapitulate the tumor composed of CSC and their highly proliferative progeny. Therefore, understanding the molecular biology of those cells is crucial for improvement of currently used anti-cancer therapies.This work is composed of two CSC-related projects. The first deals with CD44, a frequently used marker of CSC; the second involves Imp2 and its role in CSC bioenergetics. PART 1. CD44 is a multifunctional transmembrane protein involved in migration, homing, adhesion, proliferation and survival. It is overexpressed in many cancers and its levels are correlated with poor prognosis. CD44 is also highly expressed by CSC and in many malignancies it is used for CSC isolation.In the present work full-lenght CD44 nuclear localization was studied, including the mechanism of nuclear translocation and its functional role in the nucleus. Full-length CD44 can be found in nuclei of various cell types, regardless of their tumorigenic potential. For nuclear localization, CD44 needs to be first inserted into the cell membrane, from which it is transported via the endocytic pathway. Upon binding to transportinl it is translocated to the nucleus. The nuclear localization signal recognized by transportinl has been determined as the first 20 amino acids of the membrane proximal intracellular domain. Nuclear export of CD44 is facilitated by exportin Crml. Investigation of the function of nuclear CD44 revealed its implication in de novo RNA synthesis.PART 2. Glioblastoma multiforme is the most aggressive and most frequent brain malignancy. It was one of the first solid tumors from which CSC have been isolated. Based on the similarity between GBM CSC and normal stem cells expression of an oncofetal mRNA binding protein Imp2 has been investigated.Imp2 is absent in normal brain as well as in low grade gliomas, but is expressed in over 75% GBM cases and its expression is higher in CSC compared to their more differentiated counterparts. Analysis of mRNA transcripts bound by Imp2 and its protein interactors revealed that in GBM CSC Imp2 may be implicated in mitochondrial metabolism. Indeed, shRNA mediated silencing of protein expression led to decreased mitochondrial activity, decreased oxygen consumption and decreased activity of respiratory chain protein complex I. Moreover, lack of Imp2 severely affected self-renewal and tumorigenicity of GBM CSC. Experimental evidence suggest that GBM CSC depend on mitochondrial oxidative phosphorylation as an energy producing pathway and that Imp2 is a novel regulator of this pathway.RésuméLes cellules cancéreuses souches sont des cellules peu différentiées, à proliferation lente et hautement tumorigénique. Ces cellules sont radio-chimio résistantes et sont capable reformer la tumeur dans sont intégralité, reproduisant l'hétérogénéité cellulaire présent dans la tumeur d'origine. Pour améliorer les therapies antitumorales actuelles il est crucial de comprendre les mécanismes moléculaires qui caractérisent cette sous-population de cellules hautement malignes.Ce travail de thèse se compose de deux projets s'articulant autour du même axe :Le CD44 est une protéine multifonctionnelle et transmembranaire très souvent utilisée comme marqueur de cellules souches tumorales dans différents cancers. Elle est impliquée dans la migration, l'adhésion, la prolifération et la survie des cellules. Lors de ce travail de recherche, nous nous sommes intéressés à la localisation cellulaire du CD44, ainsi qu'aux mécanismes permettant sa translocation nucléaire. En effet, bien que principalement décrit comme un récepteur de surface transmembranaire, le CD44 sous sa forme entière, non clivée en peptides, peut également être observé à l'intérieur du noyau de diverses cellules, quel que soit leur potentiel tumorigénique. Pour passer ainsi d'un compartiment cellulaire à un autre, le CD44 doit d'abord être inséré dans la membrane plasmique, d'où il est transporté par endocytose jusqu'à l'intérieur du cytoplasme. La transportai permet ensuite la translocation nucléaire du CD44 via une « séquence signal » contenue dans les 20 acides aminés du domaine cytoplasmique qui bordent la membrane. A l'inverse, le CD44 est exporté du noyau grâce à l'exportin Crml. En plus des mécanismes décrits ci-dessus, cette étude a également mis en évidence l'implication du CD44 dans la synthèse des ARN, d'où sa présence dans le noyau.Le glioblastome est la plus maligne et la plus fréquente des tumeurs cérébrales. Dans ce second projet de recherche, le rôle de IMP2 dans les cellules souches tumorales de glioblastomes a été étudié. La présence de cette protéine oncofoetale a d'abord été mise en évidence dans 75% des cas les plus agressifs des gliomes (grade IV, appelés glioblastomes), tandis qu'elle n'est pas exprimée dans les grades I à III de ces tumeurs, ni dans le cerveau sain. De plus, IMP2 est apparue comme étant davantage exprimée dans les cellules souches tumorales que dans les cellules déjà différenciées. La baisse de l'expression de IMP2 au moyen de shRNA a résulté en une diminution de l'activité mitochondriale, en une réduction de la consommation d'oxygène ainsi qu'en une baisse de l'activité du complexe respiratoire I.L'inhibition de IMP2 a également affecté la capacité de renouvellement de la population des cellules souches tumorales ainsi que leur aptitude à former des tumeurs.Lors de ce travail de thèse, une nouvelle fonction d'un marqueur de cellules souches tumorales a été mise en évidence, ainsi qu'un lien important entre la bioénergétique de ces cellules et l'expression d'une protéine oncofoetale.

Mutual control of membrane fission and fusion proteins.

Membrane fusion and fission are antagonistic reactions controlled by different proteins. Dynamins promote membrane fission by GTP-driven changes of conformation and polymerization state, while SNAREs fuse membranes by forming complexes between t- and v-SNAREs from apposed vesicles. Here, we describe a role of the dynamin-like GTPase Vps1p in fusion of yeast vacuoles. Vps1p forms polymers that couple several t-SNAREs together. At the onset of fusion, the SNARE-activating ATPase Sec18p/NSF and the t-SNARE depolymerize Vps1p and release it from the membrane. This activity is independent of the SNARE coactivator Sec17p/alpha-SNAP and of the v-SNARE. Vps1p release liberates the t-SNAREs for initiating fusion and at the same time disrupts fission activity. We propose that reciprocal control between fusion and fission components exists, which may prevent futile cycles of fission and fusion.

Additional data for nuclear DNA give new insights into the phylogenetic position of Sorex granarius within the Sorex araneus group.

Many species contain genetic lineages that are phylogenetically intermixed with those of other species. In the Sorex araneus group, previous results based on mtDNA and Y chromosome sequence data showed an incongruent position of Sorex granarius within this group. In this study, we explored the relationship between species within the S. araneus group, aiming to resolve the particular position of S. granarius. In this context, we sequenced a total of 2447 base pairs (bp) of X-linked and nuclear genes from 47 individuals of the S. araneus group. The same taxa were also analyzed within a Bayesian framework with nine autosomal microsatellites. These analyses revealed that all markers apart from mtDNA showed similar patterns, suggesting that the problematic position of S. granarius is best explained by an incongruent behavior by mtDNA. Given their close phylogenetic relationship and their close geographic distribution, the most likely explanation for this pattern is past mtDNA introgression from S. araneus race Carlit to S. granarius.

Mechanism of reduction of virus release and cell-cell fusion in persistent canine distemper virus infection.

Canine distemper virus (CDV), a mobillivirus related to measles virus causes a chronic progressive demyelinating disease, associated with persistence of the virus in the central nervous system (CNS). CNS persistence of morbilliviruses has been associated with cell-to-cell spread, thereby limiting immune detection. The mechanism of cell-to-cell spread remains uncertain. In the present study we studied viral spread comparing a cytolytic (non-persistent) and a persistent CDV strain in cell cultures. Cytolytic CDV spread in a compact concentric manner with extensive cell fusion and destruction of the monolayer. Persistent CDV exhibited a heterogeneous cell-to-cell pattern of spread without cell fusion and 100-fold reduction of infectious viral titers in supernatants as compared to the cytolytic strain. Ultrastructurally, low infectious titers correlated with limited budding of persistent CDV as compared to the cytolytic strain, which shed large numbers of viral particles. The pattern of heterogeneous cell-to-cell viral spread can be explained by low production of infectious viral particles in only few areas of the cell membrane. In this way persistent CDV only spreads to a small proportion of the cells surrounding an infected one. Our studies suggest that both cell-to-cell spread and limited production of infectious virus are related to reduced expression of fusogenic complexes in the cell membrane. Such complexes consist of a synergistic configuration of the attachment (H) and fusion (F) proteins on the cell surface. F und H proteins exhibited a marked degree of colocalization in cytolytic CDV infection but not in persistent CDV as seen by confocal laser microscopy. In addition, analysis of CDV F protein expression using vaccinia constructs of both strains revealed an additional large fraction of uncleaved fusion protein in the persistent strain. This suggests that the paucity of active fusion complexes is due to restricted intracellular processing of the viral fusion protein.