Pressing the right buttons: signaling in lymphangiogenesis.

Lymphatic vasculature is increasingly recognized as an important factor both in the regulation of normal tissue homeostasis and immune response and in many diseases, such as inflammation, cancer, obesity, and hypertension. In the last few years, in addition to the central role of vascular endothelial growth factor (VEGF)-C/VEGF receptor-3 signaling in lymphangiogenesis, significant new insights were obtained about Notch, transforming growth factor β/bone morphogenetic protein, Ras, mitogen-activated protein kinase, phosphatidylinositol 3 kinase, and Ca(2+)/calcineurin signaling pathways in the control of growth and remodeling of lymphatic vessels. An emerging picture of lymphangiogenic signaling is complex and in many ways distinct from the regulation of angiogenesis. This complexity provides new challenges, but also new opportunities for selective therapeutic targeting of lymphatic vasculature.

Glutamatergic regulation of mitochondrial ion dynamics in astrocytes

Résumé grand public :Le cerveau se compose de cellules nerveuses appelées neurones et de cellules gliales dont font partie les astrocytes. Les neurones communiquent entre eux par signaux électriques et en libérant des molécules de signalisation comme le glutamate. Les astrocytes ont eux pour charge de capter le glucose depuis le sang circulant dans les vaisseaux sanguins, de le transformer et de le transmettre aux neurones pour qu'ils puissent l'utiliser comme source d'énergie. L'astrocyte peut ensuite utiliser ce glucose de deux façons différentes pour produire de l'énergie : la première s'opère dans des structures appelées mitochondries qui sont capables de produire plus de trente molécules riches en énergie (ATP) à partir d'une seule molécule de glucose ; la seconde possibilité appelée glycolyse peut produire deux molécules d'ATP et un dérivé du glucose appelé lactate. Une théorie couramment débattue propose que lorsque les astrocytes capturent le glutamate libéré par les neurones, ils libèrent en réponse du lactate qui servirait de base énergétique aux neurones. Cependant, ce mécanisme n'envisage pas une augmentation de l'activité des mitochondries des astrocytes, ce qui serait pourtant bien plus efficace pour produire de l'énergie.En utilisant la microscopie par fluorescence, nous avons pu mesurer les changements de concentrations ioniques dans les mitochondries d'astrocytes soumis à une stimulation glutamatergique. Nous avons démontré que les mitochondries des astrocytes manifestent des augmentations spontanées et transitoires de leur concentrations ioniques, dont la fréquence était diminuée au cours d'une stimulation avec du glutamate. Nous avons ensuite montré que la capture de glutamate augmentait la concentration en sodium et acidifiait les mitochondries des astrocytes. En approfondissant ces mécanismes, plusieurs éléments ont suggéré que l'acidification induite diminuerait le potentiel de synthèse d'énergie d'origine mitochondriale et la consommation d'oxygène dans les astrocytes. En résumé, l'ensemble de ces travaux suggère que la signalisation neuronale impliquant le glutamate dicte aux astrocytes de sacrifier temporairement l'efficacité de leur métabolisme énergétique, en diminuant l'activité de leurs mitochondries, afin d'augmenter la disponibilité des ressources énergétiques utiles aux neurones.Résumé :La remarquable efficacité du cerveau à compiler et propager des informations coûte au corps humain 20% de son budget énergétique total. Par conséquent, les mécanismes cellulaires responsables du métabolisme énergétique cérébral se sont adéquatement développés pour répondre aux besoins énergétiques du cerveau. Les dernières découvertes en neuroénergétique tendent à démontrer que le site principal de consommation d'énergie dans le cerveau est situé dans les processus astrocytaires qui entourent les synapses excitatrices. Un nombre croissant de preuves scientifiques a maintenant montré que le transport astrocytaire de glutamate est responsable d'un coût métabolique important qui est majoritairement pris en charge par une augmentation de l'activité glycolytique. Cependant, les astrocytes possèdent également un important métabolisme énergétique de type mitochondrial. Par conséquent, la localisation spatiale des mitochondries à proximité des transporteurs de glutamate suggère l'existence d'un mécanisme régulant le métabolisme énergétique astrocytaire, en particulier le métabolisme mitochondrial.Afin de fournir une explication à ce paradoxe énergétique, nous avons utilisé des techniques d'imagerie par fluorescence pour mesurer les modifications de concentrations ioniques spontanées et évoquées par une stimulation glutamatergique dans des astrocytes corticaux de souris. Nous avons montré que les mitochondries d'astrocytes au repos manifestaient des changements individuels, spontanés et sélectifs de leur potentiel électrique, de leur pH et de leur concentration en sodium. Nous avons trouvé que le glutamate diminuait la fréquence des augmentations spontanées de sodium en diminuant le niveau cellulaire d'ATP. Nous avons ensuite étudié la possibilité d'une régulation du métabolisme mitochondrial astrocytaire par le glutamate. Nous avons montré que le glutamate initie dans la population mitochondriale une augmentation rapide de la concentration en sodium due à l'augmentation cytosolique de sodium. Nous avons également montré que le relâchement neuronal de glutamate induit une acidification mitochondriale dans les astrocytes. Nos résultats ont indiqué que l'acidification induite par le glutamate induit une diminution de la production de radicaux libres et de la consommation d'oxygène par les astrocytes. Ces études ont montré que les mitochondries des astrocytes sont régulées individuellement et adaptent leur activité selon l'environnement intracellulaire. L'adaptation dynamique du métabolisme énergétique mitochondrial opéré par le glutamate permet d'augmenter la quantité d'oxygène disponible et amène au relâchement de lactate, tous deux bénéfiques pour les neurones.Abstract :The remarkable efficiency of the brain to compute and communicate information costs the body 20% of its total energy budget. Therefore, the cellular mechanisms responsible for brain energy metabolism developed adequately to face the energy needs. Recent advances in neuroenergetics tend to indicate that the main site of energy consumption in the brain is the astroglial process ensheating activated excitatory synapses. A large body of evidence has now shown that glutamate uptake by astrocytes surrounding synapses is responsible for a significant metabolic cost, whose metabolic response is apparently mainly glycolytic. However, astrocytes have also a significant mitochondrial oxidative metabolism. Therefore, the location of mitochondria close to glutamate transporters raises the question of the existence of mechanisms for tuning their energy metabolism, in particular their mitochondrial metabolism.To tackle these issues, we used real time imaging techniques to study mitochondrial ionic alterations occurring at resting state and during glutamatergic stimulation of mouse cortical astrocytes. We showed that mitochondria of intact resting astrocytes exhibited individual spontaneous and selective alterations of their electrical potential, pH and Na+ concentration. We found that glutamate decreased the frequency of mitochondrial Na+ transient activity by decreasing the cellular level of ATP. We then investigated a possible link between glutamatergic transmission and mitochondrial metabolism in astrocytes. We showed that glutamate triggered a rapid Na+ concentration increase in the mitochondrial population as a result of plasma-membrane Na+-dependent uptake. We then demonstrated that neuronally released glutamate also induced a mitochondrial acidification in astrocytes. Glutamate induced a pH-mediated and cytoprotective decrease of mitochondrial metabolism that diminished oxygen consumption. Taken together, these studies showed that astrocytes contain mitochondria that are individually regulated and sense the intracellular environment to modulate their own activity. The dynamic regulation of astrocyte mitochondrial energy output operated by glutamate allows increasing oxygen availability and lactate production both being beneficial for neurons.

NPY regulates catecholamine secretion from human adrenal chromaffin cells.

The aim of the present work was to find out whether NPY synthesized in human adrenal chromaffin cells controls in an autocrine/paracrine fashion the release of catecholamines by these cells. Accordingly, the constitutive and regulated release of both NPY and catecholamines was measured simultaneously in cultured human chromaffin cells. In addition, by using both RT-PCR and a combination of specific agonists and antagonists, we characterized the expression of NPY receptors on these cells as well as their pharmacology. Our results were as follows. 1) Human chromaffin cells constitutively secrete NPY. 2) Nicotine elicits a rapid increase in the release of both catecholamines and NPY; this release of NPY is more sustained than that of catecholamines. 3) RT-PCR shows expression of Y1, Y2, Y4, and Y5 receptor mRNA by chromaffin cells; these receptors are functional, as various receptor specific agonists elicit an increase in intracellular calcium. 4) Peptide YY, in contrast to NPY, is not able to stimulate the release of catecholamines. This finding was corroborated by the observation that no receptor-specific antagonists were able to reduce constitutive catecholamine release, whereas an NPY-immunoneutralizing antibody markedly attenuated the secretion. Taken together, these data suggest that NPY originating from the adrenal medulla locally enhances the secretion of catecholamines, presumably by acting via the putative y3 receptor.

Thy-1 binds to integrin beta(3) on astrocytes and triggers formation of focal contact sites.

BACKGROUND: Thy-1 is an abundant neuronal glycoprotein in mammals. Despite such prevalence, Thy-1 function remains largely obscure in the absence of a defined ligand. Astrocytes, ubiquitous cells of the brain, express a putative Thy-1 ligand that prevents neurite outgrowth. In this paper, a ligand molecule for Thy-1 was identified, and the consequences of Thy-1 binding for astrocyte function were investigated. RESULTS: Thy-1 has been implicated in cell adhesion and, indeed, all known Thy-1 sequences were found to contain an integrin binding, RGD-like sequence. Thy-1 interaction with beta3 integrin on astrocytes was demonstrated in an adhesion assay using a thymoma line (EL-4) expressing high levels of Thy-1. EL-4 cells bound to astrocytes five times more readily than EL-4(-f), control cells lacking Thy-1. Binding was blocked by either anti-Thy-1 or anti-beta3 antibodies, by RGD-related peptides, or by soluble Thy-1-Fc chimeras. However, neither RGE/RLE peptides nor Thy-1(RLE)-Fc fusion protein inhibited the interaction. Immobilized Thy-1-Fc, but not Thy-1(RLE)-Fc fusion protein supported the attachment and spreading of astrocytes in a Mn(2+)-dependent manner. Binding to Thy-1-Fc was inhibited by RGD peptides. Moreover, vitronectin, fibrinogen, denatured collagen (dcollagen), and a kistrin-derived peptide, but not fibronectin, also mediated Mn(2+)-dependent adhesion, suggesting the involvement of beta3 integrin. The addition of Thy-1 to matrix-bound astrocytes induced recruitment of paxillin, vinculin, and focal adhesion kinase (FAK) to focal contacts and increased tyrosine phosphorylation of proteins such as p130(Cas) and FAK. Furthermore, astrocyte binding to immobilized Thy-1-Fc alone was sufficient to promote focal adhesion formation and phosphorylation on tyrosine. CONCLUSIONS: Thy-1 binds to beta3 integrin and triggers tyrosine phosphorylation of focal adhesion proteins in astrocytes, thereby promoting focal adhesion formation, cell attachment, and spreading.

CTL activation is induced by cross-linking of TCR/MHC-peptide-CD8/p56lck adducts in rafts.

To investigate the role of the coreceptor CD8 and lipid rafts in cytotoxic T lymphocyte (CTL) activation, we used soluble mono-and multimeric H-2Kd-peptide complexes and cloned S14 CTL specific for a photoreactive derivative of the Plasmodium berghei circumsporozoite (PbCS) peptide 252-260 [PbCS(ABA)]. We report that activation of CTL in suspension requires multimeric Kd-PbCS(ABA) complexes co-engaging TCR and CD8. Using TCR ligand photo-cross-linking, we find that monomeric Kd-PbCS(ABA) complexes promote association of TCR/CD3 with CD8/p56lck. Dimerization of these adducts results in activation of p56lck in lipid rafts, where phosphatases are excluded. Additional cross-linking further increases p56lck kinase activity, induces translocation of TCR/CD3 and other signaling molecules to lipid rafts and intracellular calcium mobilization. These events are prevented by blocking Src kinases or CD8 binding to TCR-associated Kd molecules, indicating that CTL activation is initiated by cross-linking of CD8-associated p56lck. They are also inhibited by methyl-beta-cyclodextrin, which disrupts rafts and by dipalmitoyl phosphatidylethanolamine, which interferes with TCR signaling. Because efficient association of CD8 and p56lck takes place in rafts, both reagents, though in different ways, impair coupling of p56lck to TCR, thereby inhibiting the initial and essential activation of p56lck induced by cross-linking of engaged TCR.

Characterization of tumor antigen specific CD8+ T cells and semi-invariant Vα24/Vβ11 NKT cells in tumor invaded liver

Summary: Detailed knowledge on tumor antigen expression and specific immune cells is required for a rational design of immunotherapy for patients with tumor invaded liver. In this study, we confirmed that Cancer/Testis (CT) tumor-associated antigens are frequently expressed in hepatocellular carcinoma (HCC) and searched for the presence of CD8+ T cells specific for these antigens. In 2/10 HLA-A2+ patients with HCC, we found that MAGE-A10 and/or SSX-2 specific CD8+ T cells naturally responded to the disease, since they were enriched in tumor lesions but not in non-tumoral liver. Isolated T cells specifically and strongly killed tumor cells in vitro, suggesting that these CTL were selected in vivo for high avidity antigen recognition, providing the rational for specific immunotherapy of HCC, based on immunization with CT antigens such as MAGE-Al 0 and SSX-2. Type 1 NKT cells express an invariant TCR α chain (Vα24.1α18, paired with Vβ11 in human) and share a specific reactivity to αGalactosylceramide (αGC) presented by CD1d. These cells can display paradoxical immuno-regulatory properties including strong anti-tumor effects upon αGC administration in murine models. To understand why NKT cells were not sufficiently protective against tumor development in patients with tumor invaded liver, we characterized the diversity of Vα24/Vβ11 NKT cells in healthy donors (HD) and cancer patients: NKT cells from HD and patients were generally diverse in terms of TCR β chain (Vβ11) variability and NKT cells from HD showed a variable recognition of αGC loaded CD 1 d multimers. Vα24/ Vβ11 NKT cells can be divided in 3 populations, the CD4, DN (CD4-/CD8-) and CD8 NKT cell subsets that show distinct ability of cytokine production. In addition, our functional analysis revealed that DN and CD8 subsets displayed a higher cytolytic potential and a weaker IFNγ release than the CD4 NKT cell subset. NKT cell subsets were variably represented in the blood of HD and cancer patients. However, HD with high NKT cell frequencies displayed an enrichment of the DN and CD8 subsets, and few of them were suggestive of an oligoclonal expansion in vivo. Comparable NKT cell frequencies were found between blood, non-tumoral liver and tumor of patients. In contrast, we identified a gradual enrichment of CD4 NKT cells from blood to the liver and to the tumor, together with a decrease of DN and CD8 NKT cell subsets. Most patient derived NKT cells were unresponsive upon αGalactosylceramide stimulation ex vivo; NKT cells from few patients displayed a weak responsiveness with different cytokine polarization. The NKT cell repertoire was thus different in tumor tissue, suggesting that CD4 NKT cells infiltrating tumors may be detrimental for protection against tumors and instead may favour the tumor growth/recurrence as recently reported in mice. Résumé en français scientifique : Afin de développer le traitement des patients porteurs d'une tumeur dans le foie par immunothérapie, de nouvelles connaissances sont requises concernant l'expression d'antigènes par les tumeurs et les cellules immunitaires spécifiques de ces antigènes. Nous avons vérifié que des antigènes associés aux tumeurs, tels que les antigènes « Cancer-Testis » (CT), sont fréquemment exprimés par le carcinome hepatocéllulaire (CHC). La recherche de lymphocytes T CD8+ spécifiques (CTL) de ces antigènes a révélé que des CTL spécifiques de MAGE-A10 et/ou SSX-2 ont répondu naturellement à la tumeur chez 2/10 patients étudiés. Ces cellules étaient présentes dans les lésions tumorales mais pas dans le foie adjacent. De plus, ces CTL ont démontré une activité cytolytique forte et spécifique contre les cellules tumorales in vitro, ce qui suggère que ces CTL ont été sélectionnés pour une haute avidité de reconnaissance de l'antigène in vivo. Ces données fournissent une base pour l'immunothérapie spécifique du CHC, en proposant de cibler les antigènes CT tels que MAGE-A10 ou SSX-2. Les cellules NKT de type 1 ont une chaîne α de TCR qui est invariante (chez l'homme, Vα24Jα18, apparié avec Vβ11) et reconnaissent spécifiquement l'αGalactosylceramide (αGC) présenté par CD1d. Ces cellules ont des propriétés immuno¬régulatrices qui peuvent être parfois contradictoires et leur activation par l'αGC induit une forte protection anti-tumorale chez la souris: Afin de comprendre pourquoi ces cellules ne sont pas assez protectrices contre le développement des tumeurs dans le foie chez l'homme, nous avons étudié la diversité des cellules NKT Vα24/Vβ11 d'individus sains (IS) et de patients cancéreux. Les cellules NKT peuvent être sous-divisées en 3 populations : Les CD4, DN (CD4- /CD8-) ou CDS, qui ont la capacité de produire des cytokines différentes. Nos analyses fonctionnelles ont aussi révélé que les sous-populations DN et CD8 ont un potentiel cytolytique plus élevé et une production d'IFNγ plus faible que la sous-population CD4. Ces sous-populations sont représentées de manière variable dans le sang des IS ou des patients. Cependant, les IS avec un taux élevé de cellules NKT ont un enrichissement des sous- populations DN ou CDS, et certains suggèrent qu'il s'agit d'une expansion oligo-clonale in vivo. Les patients avaient des fréquences comparables de cellules NKT entre le sang, le foie et la tumeur. Par contre, la sous-population CD4 était progressivement enrichie du sang vers le foie et la tumeur, tandis que les sous-populations DN ou CD8 était perdues. La plupart des cellules NKT des patients ne réagissaient pas lors de stimulation avec l'αGC ex vivo et les cellules NKT de quelques patients répondaient faiblement et avec des polarisations de cytokines différentes. Ces données suggèrent que les cellules NKT CD4, prédominantes dans les tumeurs, sont inefficaces pour la lutte anti-tumorale et pourraient même favoriser la croissance ou la récurrence tumorale. Donc, une mobilisation spécifique des cellules NKT CD4 négatives par immunothérapie pourrait favoriser l'immunité contre des tumeurs chez l'homme. Résumé en français pour un large public Au sein des globules blancs, les lymphocytes T expriment un récepteur (le TCR), qui est propre à chacun d'entre eux et leur permet d'accrocher de manière très spécifique une molécule appelée antigène. Ce TCR est employé par les lymphocytes pour inspecter les antigènes associés avec des molécules présentatrices à la surface des autres cellules. Les lymphocytes T CD8 reconnaissent un fragment de protéine (ou peptide), qui est présenté par une des molécules du Complexe Majeur d'Histocompatibilité de classe I et tuent la cellule qui présente ce peptide. Ils sont ainsi bien adaptés pour éliminer les cellules qui présentent un peptide issu d'un virus quand la cellule est infectée. D'autres cellules T CD8 reconnaissent des peptides comme les antigènes CT, qui sont produits anormalement par les cellules cancéreuses. Nous avons confirmé que les antigènes CT sont fréquemment exprimés par le cancer du foie. Nous avons également identifié des cellules T CD8 spécifiques d'antigènes CT dans la tumeur, mais pas dans le foie normal de 2 patients sur 10. Cela signifie que ces lymphocytes peuvent être naturellement activés contre la tumeur et sont capables de la trouver. De plus les lymphocytes issus d'un patient ont démontré une forte sensibilité pour reconnaître l'antigène et tuent spécifiquement les cellules tumorales. Les antigènes CT représentent donc des cibles intéressantes qui pourront être intégrés dans des vaccins thérapeutiques du cancer du foie. De cette manière, les cellules T CD8 du patient lui-même pourront être induites à détruire de manière spécifique les cellules cancéreuses. Un nouveau type de lymphocytes T a été récemment découvert: les lymphocytes NKT. Quand ils reconnaissent un glycolipide présenté par la molécule CD1d, ils sont capables, de manière encore incomprise, d'initier, d'augmenter, ou à l'inverse d'inhiber la défense immunitaire. Ces cellules NKT ont démontré qu'elles jouent un rôle important dans la défense contre les tumeurs et particulièrement dans le foie des souris. Nous avons étudié les cellules NKT de patients atteints d'une tumeur dans le foie, afin de comprendre pourquoi elles ne sont pas assez protectrice chez l'homme. Les lymphocytes NKT peuvent être sous-divisés en 3 populations: Les CD4, les DN (CD4-/CD8-) et les CD8. Ces 3 classes de NKT peuvent produire différents signaux chimiques appelés cytokines. Contrairement aux cellules NKT DN ou CDS, seules les cellules NKT CD4 sont capables de produire des cytokines qui sont défavorables pour la défense anti-tumorale. Par ailleurs nous avons trouvé que les cellules NKT CD4 tuent moins bien les cellules cancéreuses que les cellules NKT DN ou CD8. L'analyse des cellules NKT, fraîchement extraites du sang, du foie et de la tumeur de patients a révélé que les cellules NKT CD4 sont progressivement enrichies du sang vers le foie et la tumeur. La large prédominance des NKT CD4 à l'intérieur des tumeurs suggère que, chez l'homme, ces cellules sont inappropriées pour la lutte anti-tumorale. Par ailleurs, la plupart des cellules NKT de patients n'étaient pas capables de produire des cytokines après stimulation avec un antigène. Cela explique également pourquoi ces cellules ne protègent pas contre les tumeurs dans le foie.

RXR: from partnership to leadership in metabolic regulations.

Vitamin A signaling occurs through nuclear receptors recognizing diverse forms of retinoic acid (RA). The retinoic acid receptors (RARs) bind all-trans RA and its 9-cis isomer (9-cis RA). They convey most of the activity of RA, particularly during embryogenesis. The second subset of receptors, the rexinoid receptors (RXRs), binds 9-cis RA only. However, RXRs are obligatory DNA-binding partners for a number of nuclear receptors, broadening the spectrum of their biological activity to the corresponding nuclear receptor-signaling pathways. The present chapter more particularly focuses on RXR-containing transcriptional complexes for which RXR is not only a structural component necessary for DNA binding but also acts as a ligand-activated partner. After positioning RXR among the nuclear receptor superfamily in the first part, we will give an overview of three major signaling pathways involved in metabolism, which are sensitive to RXR activation: LXR:RXR, FXR:RXR, and PPAR:RXR. The third and last part is focused on RXR signaling and its potential role in metabolic regulation. Indeed, while the nature of the endogenous ligand for RXR is still in question, as we will discuss herein, a better understanding of RXR activities is necessary to envisage the potential therapeutic applications of synthetic RXR ligands.

Small RNAs as regulators of primary and secondary metabolism in Pseudomonas species.

Small RNAs (sRNAs) exert important functions in pseudomonads. Classical sRNAs comprise the 4.5S, 6S, 10Sa and 10Sb RNAs, which are known in enteric bacteria as part of the signal recognition particle, a regulatory component of RNA polymerase, transfer-messenger RNA (tmRNA) and the RNA component of RNase P, respectively. Their homologues in pseudomonads are presumed to have analogous functions. Other sRNAs of pseudomonads generally have little or no sequence similarity with sRNAs of enteric bacteria. Numerous sRNAs repress or activate the translation of target mRNAs by a base-pairing mechanism. Examples of this group in Pseudomonas aeruginosa are the iron-repressible PrrF1 and PrrF2 sRNAs, which repress the translation of genes encoding iron-containing proteins, and PhrS, an anaerobically inducible sRNA, which activates the expression of PqsR, a regulator of the Pseudomonas quinolone signal. Other sRNAs sequester RNA-binding proteins that act as translational repressors. Examples of this group in P. aeruginosa include RsmY and RsmZ, which are central regulatory elements in the GacS/GacA signal transduction pathway, and CrcZ, which is a key regulator in the CbrA/CbrB signal transduction pathway. These pathways largely control the extracellular activities (including virulence traits) and the selection of the energetically most favourable carbon sources, respectively, in pseudomonads.

Cutting edge: an essential role for Notch-1 in the development of both thymus-independent and -dependent T cells in the gut.

Whereas most T cells arise in the thymus, a distinct lineage of extrathymically derived T cells is present in the gut mucosa. The developmental origin of extrathymic T cells is poorly understood. We show here that Notch-1, a transmembrane receptor involved in T cell fate specification of bipotential T/B precursors in the thymus, is absolutely required for the development of extrathymic (as well as thymus-derived) mature T cells in the intestinal epithelium. In the absence of Notch-1, CD117(+) T cell precursors are relatively more abundant in the gut than the thymus, whereas immature B cells accumulate in the thymus but not the gut. Collectively, these data demonstrate that Notch-1 is essential for both thymic and extrathymic T cell fate specification and further suggest that bipotential T/B precursors that do not receive a Notch-1 signal adopt a B cell fate in the thymus but become developmentally arrested in the gut.

Differential gene expression in response to mechanical wounding and insect feeding in Arabidopsis.

Wounding in multicellular eukaryotes results in marked changes in gene expression that contribute to tissue defense and repair. Using a cDNA microarray technique, we analyzed the timing, dynamics, and regulation of the expression of 150 genes in mechanically wounded leaves of Arabidopsis. Temporal accumulation of a group of transcripts was correlated with the appearance of oxylipin signals of the jasmonate family. Analysis of the coronatine-insensitive coi1-1 Arabidopsis mutant that is also insensitive to jasmonate allowed us to identify a large number of COI1-dependent and COI1-independent wound-inducible genes. Water stress was found to contribute to the regulation of an unexpectedly large fraction of these genes. Comparing the results of mechanical wounding with damage by feeding larvae of the cabbage butterfly (Pieris rapae) resulted in very different transcript profiles. One gene was specifically induced by insect feeding but not by wounding; moreover, there was a relative lack of water stress-induced gene expression during insect feeding. These results help reveal a feeding strategy of P. rapae that may minimize the activation of a subset of water stress-inducible, defense-related genes.

Mechanisms of B cell survival induced by BAFF, APRIL and their receptors

RESUME : BAFF est un membre de 1a famille du TNF qui contrôle l'homéostasie des lymphocytes B. BAFF lie les récepteurs TACI, BCMA et BAFF-R sur les cellules B, tandis qu'APRIL, son proche homologue, lie seulement TACI et BCMA. BAFF et APRIL sont des protéines transmembranaires pouvant -être relâchées sous forme de cytokines trimériques solubles suite à un clivage protéolytique. Le BAFF soluble peut s'assembler en 60-mère. Les rôles physiologiques des BAFF membranaires et solubles sont inconnnus. Nous avons étudié la capacité de diverses formes de BAFF et APRIL à activer différents récepteurs. BAFF-R répond à toutes les formes dé BAFF, tandis que TACI nécessite du BAFF ou de l'APRIL membranaire ou oligomérisé pour être activé et pour transmettre des signaux de survie dans les lymphocytes B primaires. TACI ne répond pas aux ligands trimériques bien qu'il puisse les lier. TACI est essentiel pour la réponse humorale aux antigènes présentant des épitoges répétitifs, une réponse qui est indépendante des lymphocytes T (réponse TI-2). Des souris exprimant moins de BAFF ont un pourcentage modérément réduit de lymphocytes B et leur réponse TI-2 est atténuée. Par contre, des souris qui n'expriment que du BAFF membranaire ont encore moins de cellules B mais répondent efficacement aux antigènes TI-2. Ces résultats suggèrent que le BAFF soluble est impliqué dans le maintien de la population des lymphocytes B, alors que le BAFF membranaire peut activer TACI lors d'are réponse TI-2. Le BAFF 60-mère est un autre activateur potentiel de TACI in vivo. Le BAFF 60-mère existe dans des surnageants de cellules productrices de BAFF mais n'est pas détecté dans le plasma de souris saines, même lorsqu'elles présentent des niveaux élevés de BAFF. BAFF 60-mère est néanmoins présent dans le plasma de souris transgéniques pour BAFF et de souris déficientes en TACI. Comme ces deux lignées présentent des signes d'autoimmunité, ces résultats suggèrent que la présence de BAFF 60-mère pourrait être liée à des conditions pathologiques. Summary : The TNF family ligand BAFF is essential for B cell homeostasis. BAFF binds to the receptors TACI, BCMA and BAFF-R on B cells, whereas its close homolog APRIL binds to TACI and BCMA only. BAFF and APRIL are transmembrane proteins, which can be proteolytically processed to release trimeric soluble cytokines. Soluble BAFF 3-mer can further assemble in a 60-mer. The physiological roles of membrane-bound and soluble BAFF are unknown. We studied the ability of various forms of BAFF and APRIL to signal through different receptors. BAFF-R responded to all forms of BAFF, but TACI required membrane-bound, cross-licked or oligomeric BAFF or APRIL in order to transmit productive signals in primary B cells. TACI was unresponsive to trimeric ligands, although it could bind them. TACI is essential for T-cell independent antibody responses to antigens with repetitive epitopes (TI-2 responses). Mice expressing lower than normal levels of BAFF displayed a moderate B cell reduction and impaired TI-2 responses, whereas mice expressing membrane-bound BAFF displayed severe B cell reduction, but unimpaired TI-2 responses. These results suggest that processed BAFF is involved in the maintenance of the B cell pool and that membrane-bound BAFF can activate TACI during T-cell independent humoral responses. BAFF 60-mer is another potential activator of TACI in vivo. BAFF 60-mer was detected in the supernatant of BAFF-producing cells, but not in the plasma of healthy mice with either norma1 or elevated BAFF levels. It was however present in sera of BAFF transgenic mice and TACI-/- mice, both of which suffer from autoimmunity, suggesting that GAFF 60-mer may be linked to pathogenic conditions.

Exercise aggravates cardiovascular risks and mortality in rats with disrupted nitric oxide pathway and treated with recombinant human erythropoietin.

Chronic administration of recombinant human erythropoietin (rHuEPO) can generate serious cardiovascular side effects such as arterial hypertension (HTA) in clinical and sport fields. It is hypothesized that nitric oxide (NO) can protect from noxious cardiovascular effects induced by chronic administration of rHuEPO. On this base, we studied the cardiovascular effects of chronic administration of rHuEPO in exercise-trained rats treated with an inhibitor of NO synthesis (L-NAME). Rats were treated or not with rHuEPO and/or L-NAME during 6 weeks. During the same period, rats were subjected to treadmill exercise. The blood pressure was measured weekly. Endothelial function of isolated aorta and small mesenteric arteries were studied and the morphology of the latter was investigated. L-NAME induced hypertension (197 ± 6 mmHg, at the end of the protocol). Exercise prevented the rise in blood pressure induced by L-NAME (170 ± 5 mmHg). However, exercise-trained rats treated with both rHuEPO and L-NAME developed severe hypertension (228 ± 9 mmHg). Furthermore, in these exercise-trained rats treated with rHuEPO/L-NAME, the acetylcholine-induced relaxation was markedly impaired in isolated aorta (60% of maximal relaxation) and small mesenteric arteries (53%). L-NAME hypertension induced an internal remodeling of small mesenteric arteries that was not modified by exercise, rHuEPO or both. Vascular ET-1 production was not increased in rHuEPO/L-NAME/training hypertensive rats. Furthermore, we observed that rHuEPO/L-NAME/training hypertensive rats died during the exercise or the recovery period (mortality 51%). Our findings suggest that the use of rHuEPO in sport, in order to improve physical performance, represents a high and fatal risk factor, especially with pre-existing cardiovascular risk.

On ubiquitin ligases and cancer.

Protein kinase genes account for almost 10% of all currently known cancer genes, highlighting the role of signal transduction in oncogenesis. A reexamination of the literature and available databases shows that E3 ubiquitin ligases are also key mediators of tumorigenesis. Altogether kinase and E3 genes represent more than 15% of the known cancer genes, underlining the importance of phosphorylation and ubiquitylation signaling pathways in cancer formation. Considering the recent literature reporting correlations between alterations in ubiquitylation processes and oncogenesis, this percentage is likely to increase even further in the future. Finally, E3 genes could serve as baits for the identification of additional cancer genes (e.g. their interacting partners). In contrast, deubiquitinases, like phosphatases, are not overrepresented among cancer genes. The same holds for E1 and E2 genes. Thus, kinase and E3 genes represent primary targets as cancer susceptibility genes for mutation screening and for the design of novel therapies.

Survival responses in stressed organs

Apoptosis or programmed cell death is a regulated form of cell suicide executed by cysteine proteases, or "caspases", to maintain proper tissue homeostasis in multicellular organisms. Dysregulation of apoptosis leads to pathological complications including cancer, autoimmunity, neurodegenerative, and heart diseases. Beside their known function as the key executioners of apoptotic cell death, caspases were reported to mediate non-apoptotic functions. In this report we study the survival signals conveyed through caspase-3-mediated cleavage of Ras GTPase-activating proteins (RasGAP). Ubiquitously expressed, RasGAP senses caspase activity and controls the cell death/survival switch. RasGAP is cleaved once at low caspase activity and the generated N-terminal fragment (fragment N) induces a survival response by activating Ras/PI3K/Akt pathway. However, high caspase activity associated with increased stress leads to fragment Ν cleavage into fragments that do not mediate any detectable survival signals. In this thesis project we studied the role of fragment Ν in protecting stressed organs as well as in maintenance of their functionality. In response to stress in different organs, we found that mice lacking caspase-3 or unable to cleave RasGAP (Knock-In mice), and therefore unable to generate fragment N, were deficient in Akt activation and experienced increased apoptosis compared to wild-type mice. Augmented tissue damage and organ dysfunction in those mice highlight the importance of fragment Ν in activating Akt-mediated prosurvival pathway and in protection of organs during episodes of stress. In parallel we investigated the role of fragment Ν in regulating the activation of transcription factor NF-kB, a master regulator of inflammation. Sustained NF-kB activation may be detrimental by directly causing apoptosis or leading to a persistent damaging inflammation response. We found that fragment Ν is a potent inhibitor of NF-kB by favoring its nuclear export. Therefore, fragment Ν regulates NF-kB activity and contributes to a controlled response as well as maintenance of homeostasis in stressed cells. Importantly, these findings introduce new insights of how activated caspase-3 acts as a stress intensity sensor that controls cell fate by either initiating a fragment N- dependent cell resistance program or a cell suicide response. This identifies the pivotal role of fragment Ν in protection against patho-physiological damage, and encourages the development of therapies which aim to increase cell resistance to vigorous treatment. - L'apoptose, ou mort cellulaire programmée, est une forme contrôlée de suicide cellulaire exécuté par des protéines appelées caspases, dans le but de maintenir l'homéostasie des tissus sains dans les organismes multicellulaires. Un mauvais contrôle de l'apoptose peut mener à des pathologies comme le cancer, la neurodégénération et les maladies cardiaques et auto-immunes. En dehors de leur rôle connu d'exécutrices de l'apoptose, les caspases ont aussi été identifiées dans d'autres contextes non-apoptotiques. Dans ce projet, nous avons étudié les signaux de survie émis par le résultat du clivage de RasGAP par la caspase-3. Exprimée de façon ubiquitaire, RasGAP est sensible à l'activité de caspase-3 et contrôle la décision de la cellule à entreprendre la mort ou la survie cellulaire. A un taux d'activité faible, la caspase-3 clive RasGAP, ce qui mène à la génération d'un fragment N-terminal, appelé Fragment N, qui induit des signaux de survie via l'activation de la cascade Ras/PI3K/Akt. Cependant, lorsque l'activité de la caspase-3 augmente, le fragment N est clivé, ce qui a pour effet d'éliminer ces signaux de survie. Dans ce travail, nous avons étudié le rôle du Fragment N dans la protection des organes en état de stress et dans le maintien de leur fonctionnalité. En réponse à certains stress, nous avons découvert que les organes de souris n'exprimant pas la caspase-3 ou alors incapables de cliver RasGAP (souris Kl), et de ce fait n'ayant pas la possibilité de générer le Fragment N, perdaient leur faculté d'activer la protéine Akt et démontraient un taux d'apoptose plus élevé que des organes de souris sauvages. Le fait que les organes et tissus de ces souris manifestaient de graves dommages et dysfonctions met en évidence l'importance du Fragment N dans l'activation des signaux de survie via la protéine Akt et dans la neutralisation de l'apoptose induite par la caspase-3. En parallèle, nous avons investigué le rôle du Fragment N dans la régulation de l'activation de NF-kB, un facteur de transcription clé dans l'inflammation. Une activation soutenue de NF-kB peut être délétère par activation directe de l'apoptose ou peut mener à une réponse inflammatoire persistante. Nous avons découvert que le Fragment N, en favorisant l'export de NF-kB depuis le noyau, était capable de l'inhiber très efficacement. Le Fragment N régule donc l'activité de NF-kB et contribue au maintien de l'homéostasie dans des cellules stressées. Ces découvertes aident, de façon importante, à la compréhension de comment l'activation de la caspase-3 agit comme senseur de stress et décide du sort de la cellule soit en initiant une protection par le biais du fragment N, ou en induisant un suicide cellulaire. Cette étude définit le Fragment Ν comme ayant un rôle de pivot dans la protection contre des dommages patho-physiologiques, et ouvre des perspectives de développement de thérapies qui cibleraient à augmenter la résistance à divers traitements.

Improvement of the HIV/AIDS vaccine candidate NYVAC-C by deletion of the viral type I IFN inhibitor and/or acquisition of replication competence

Background: Recombinant viruses based on the attenuated vaccinia virus strain NYVAC are promising HIV vaccine candidates as phase I/II clinical trials have shown good safety and immunogenicity profiles. However, this NYVAC strain is non-replicating in most human cell lines and encodes viral inhibitors of the immune system. Methods: With the aim to increase the immune potency of the current NYVAC-C vector (expressing the codon optimized clade C HIV-1 genes encoding gp120 and Gag-Pol-Nef polyprotein), we have generated and characterized three NYVAC-C-based vectors by, 1) deletion of the viral type I IFN inhibitor gene (NYVAC-CdeltaB19R), 2) restoration of virus replication competence in human cells by re-inserting K1L and C7L host range genes (NYVAC-C-KC) and, 3) combination of both strategies (NYVACC- KC-deltaB19R). Results: Insertion of the KC fragment restored the replication competence of the viruses in human cells (HeLa cells and primary dermal fibroblasts and keratinocytes), increased the expression of HIV antigens by more than 3-fold compared to the non-replicating homologs, inhibited apoptosis induced by the parental NYVAC-C and retained attenuation in a newborn mouse model. In adult mice, replication-competent viruses showed a limited capacity to replicate in tissues surrounding the inoculation site (ovaries and lymph nodes). After infection of keratinocytes, PBMCs and dendritic cells these viruses induced differential modulation in specific host cell signal transduction pathways, triggering genes important in immune modulation. Conclusion: We have developed improved NYVAC-C-based vectors with enhanced HIV-1 antigen expression, with the ability to replicate in cultured human cells and partially in some tissues, with an induced expression of cellular genes relevant to immune system activation, and which trigger IFN-dependent and independent signalling pathways, while maintaining a safety phenotype. These new vectors are promising new HIV vaccine candidates. These studies were performed within the Poxvirus Tcell Vaccine Discovery Consortium (PTVDC) which is part of the CAVD program.