ASIC1a oligomerization structure-function of its extracellular vestibule and functional characterization of αS243Pβɣ ENaC

Quatre cristaux du canal ASIC1a ont été publiés et soutiennent une stoechiométrie trimérique. Cependant, ces données contredisant de précédentes analyses fonctionnelles effectuées sur des canaux de la même famille, notre intérêt fut porté sur l'oligomérisation d'ASIC1a. Dans ce sens, un nouvel essai couplant la méthode d'analyse par substitution de cystéines (SCAM) avec l'utilisation de réactifs sulfhydryls bifonctionnels (crosslinkers) a été mis en place. Le but étant de stabiliser, puis sélectionner les canaux fonctionnels, pour ensuite les séparer selon leur taille par SDS-PAGE. Grâce à cette technique, nous avons démontré que le complexe stabilisé a une taille coïncidant avec une organisation tétramérique. En plus de son oligomérisation, le chemin emprunté par les ions pour traverser le canal n'est pas clairement défini dans ces structures. De ce fait, utilisant une approche électrophysiologique, nous avons étudié le lien entre la structure et la fonction du vestibule extracellulaire d'ASIC1a. Dans ce but, nous nous sommes intéressés l'accessibilité de cystéines spécifiques localisées dans ce vestibule pour des réactifs méthanethiosulfonates (MTS). Ainsi, nous avons pu corréler les cinétiques de modification de ces cystéines par les MTS avec les effets sur le courant sodique, et donc avoir des informations supplémentaires sur la voie empruntée par les ions. De plus, la simulation informatique de liaison de ces réactifs illustre le remplissage total de ce vestibule. Fonctionnellement, cette interaction ne perturbe pas le passage de ions, c'est pourquoi il nous apparaît probable que le vestibule présente une taille plus large que celle illustrée par les cristaux. Dans un deuxième temps, notre intérêt fut porté sur ENaC. Ce canal est composé des trois sous-unités (a, ß et y) et est exprimé dans divers épithéliums, dont les tubules des reins. Il participe à l'homéostasie sodique et est essentiellement régulé par voie hormonale via l'aldostérone et la Vasopressine, mais également par des sérines protéases ou le Na+. Nous avons étudié la répercussion fonctionnelle de la mutation aS243P, découverte chez un nouveau-né prématuré atteint de pseudohypoaldostéronisme de type 1. Cette maladie autosomale récessive se caractérise, généralement, par une hyponatrémie liée à d'importantes pertes de sel dans les urines, une hyperkaliémie, ainsi qu'un niveau élevé d'aldostérone. Tout d'abord aucune des expériences biochimiques et électrophysiologiques n'a pu démontrer un défaut d'expression ou une forte diminution de l'activité soutenant les données cliniques. Cependant, en challengeant aS243PßyENaC avec une forte concentration de Na+ externe, une hypersensibilité de canal fut observée. En effet, ni les phénomènes régulateurs de « feedback inhibition » ou de « Na+ self-inhibition » n'étaient semblables au canal sauvage. De ce fait, ils apparaissaient exacerbés en présence de la mutation, amenant ainsi à une diminution de la réabsorption de Na+. Ceci corrobore entièrement l'hyponatrémie diagnostiquée. Le rein d'un prématuré étant immature, la quantité de Na+ atteignant la partie distale du néphron est plus élevée, du fait que les autres mécanismes de réabsorption en amont ne sont probablement pas encore en place. Cette hypothèse est renforcée par l'existence d'un frère présentant la même mutation, mais qui, né à terme, ne présentait aucun signe d'hyponatrémie. - The main topic of my thesis is the structure-function relationship of the ENaC/Deg family of ion channels, namely the Acid-Sensing Ion Channel ASIC1a and the Epithelial Na Channel ENaC. The primary part of this research is dedicated to the structure of ASIC1a. Four channel crystals have been published, which support a trimeric stoichiometry, although these data contradict previous functional experiments on other ENaC/Deg members. We are therefore interested in ASIC1a oligomerization and have set up a new assay combining the Substituted- Cysteine Accessibility Method (SCAM) with Afunctional sulfhydryl reagents (crosslinkers) allowing its study. The aim was to first stabilize the channels, then select those that are functional and then resolve them according to their size on SDS-PAGE. We demonstrated that the stabilized complex has a molecular weight corresponding to a tetrameric stoichiometry. In addition to our interest in the oligomerization of the ENaC/Deg family of ion channels, we also wanted to investigate the thus far undefined way of permeation for these channels. Therefore, taking the advantage of a more electrophysiological approach, we studied the accessibility of specific cysteines for methanethiosulfonate reagents (MTS) and were able to correlate the MTS association kinetics on cysteine residues with Na+ currents. These results have given us an insight into ion permeation and our functional evidence indicates that the extracellular is larger than that depicted by the crystal structures. As a side project, we focused on ENaC, which is made up of three subunits (a, ß and y) and is expressed in various epithelia, especially in the distal nephron of the kidneys. It plays a role in Na+ homeostasis and is essentially regulated by hormones via aldosterone and vasopressin, but also by serine proteases or Na+. We have studied the functional impact of the aS243P mutation, discovered in a premature baby suffering from pseudohypoaldosteronism of type 1. This autosomal recessive disease is characterized by hyponatremia, hyperkalemia and high aldosterone levels. Firstly, neither biochemical nor electrophysiological experiments indicated an expression defect or a strong decrease in activity. However, challenging aS243PßyENaC with increased external Na+ concentration showed channel hypersensitivity. Indeed, both the "feedback inhibition" and the "Na+ self-inhibition" regulatory mechanisms are impaired, leading to a decrease in Na+ reabsorption, entirely supports the diagnosis. The kidneys in preterm infants are immature and Na+ levels reaching the distal nephron are higher than normally observed. We hypothesize that the upstream reabsorption machinery is unlikely to be sufficiently matured and this assumption is supported by an asymptomatic sibling carrying the same mutation, but born at term. - La cellule, unité fonctionnelle du corps humain, est délimitée par une membrane plasmique servant de barrière biologique entre les milieux intra et extracellulaires. Une communication entre cellules est indispensable pour un fonctionnement adéquat. Sa survie dépend, entre autres, du maintien de la teneur en ions dans chacun des milieux qui doivent pouvoir être réabsorbés, ou sécrétés, selon les besoins. Les protéines insérées dans la membrane forment un canal et sont un moyen de communication permettant spécifiquement à des ions tel que le sodium (Na+) de traverser. Le Na+ se trouve dans la plupart des aliments et le sel, et est spécifiquement réabsorbé au niveau des reins grâce au canal sodique épithélial ENaC. Cette réabsorption se fait de l'urine primaire vers l'intérieur de la cellule, puis est transporté vers le sang. Pour maintenir un équilibre, une régulation de ce canal est nécessaire. En effet, des dysfonctionnements impliquant la régulation ou l'activité d'ENaC lui-même sont à l'origine de maladies telles que la mucoviscidose, l'hypertension ou encore, le pseudohypoaldostéronisme (PHA). Cette maladie est caractérisée, notamment, par d'importantes pertes de sel dans les urines. Des pédiatres ont diagnostiqué un PHA chez un nouveau-né, ce dernier présentant une modification du canal ENaC, nous avons recréé cette protéine afin d'étudier l'impact de ce changement sur son activité. Nous avons démontré que la régulation d'ENaC était effectivement perturbée, conduisant ainsi à une forte réduction de la réabsorption sodique. Afin de développer des molécules capables de moduler l'activité de protéines. Il est nécessaire d'en connaître la structure. Celle du canal sodique sensible à l'acidification ASIC1, un canal cousin d'ENaC, est connue. Ces données structurales contredisant cependant les analyses fonctionnelles, nous nous sommes penchés une nouvelle fois sur ASIC1. Une protéine est une macromolécule biologique composée d'une chaîne d'acides aminés (aa). De l'enchaînement d'aa à la protéine fonctionnelle, quatre niveaux de structuration existent. Chaque aa donne une indication quant au repliement et plus particulièrement la cystéine. Arborant un groupe sulfhydryle (SH) capable de former une liaison spécifique et stable avec un autre SH, celle-ci est souvent impliquée dans la structure tridimensionnelle de la protéine. Ce type de liaison intervient également dans la stabilisation de la structure quaternaire, qui est l'association de plusieurs protéines identiques (homomère), ou pas (hétéromère). Dans cette partie, nous avons remplacé des aa par des cystéines à des endroits spécifiques. Le but était de stabiliser plusieurs homomères d'ASICl ensemble avec des réactifs créant des ponts entre deux SH. Ainsi, nous avons pu déterminer le nombre de protéines ASIC1 participant à la formation d'un canal fonctionnel. Nos résultats corroborent les données fonctionnelles soutenant un canal tétramérique. Nous avons également étudié l'accessibilité de ces nouvelles cystéines afin d'obtenir des informations supplémentaires sur la structure du chemin emprunté par le Na+ à travers ASIC1 et plus particulièrement du vestibule extracellulaire.

Interference of pollutants with PPARs: endocrine disruption meets metabolism.

The concept of endocrine disruption emerged over a decade ago with the observation that several natural or industrial compounds can interfere with estrogen and androgen signaling, and thereby affect both male and female reproductive functions. Since then, many endocrine-disrupting chemicals (EDCs) have been identified and the concept has been broadened to receptors regulating other aspects of endocrine pathways. In that context, interference of EDCs with receptors regulating metabolism has been proposed as a factor that could contribute to metabolic diseases such as obesity and diabetes. We review recent studies showing that several pollutants, including phthalates and organotins, interfere with PPAR (peroxisome proliferator-activated receptors) nuclear receptors and may thereby affect metabolic homeostasis. Particular emphasis is given on the mechanisms of action of these compounds. However, unlike what has been suspected, we provide evidence from mouse models suggesting that in utero exposure to the phthalate ester di-ethyl-hexyl-phthalate most likely does not predispose to obesity. Collectively, these studies define a subclass of EDCs that perturb metabolic signaling and that we propose to define as metabolic disruptors.

Hypoxic Pulmonary Hypertension, Novel Predisposing Factors, Unsuspected Mechanisms

High altitude constitutes an exciting natural laboratory for medical research. Over the past decade, high-altitude studies have provided important new insight into the regulation of the pulmonary circulation. Studies in high-altitude pulmonary edema (HAPE)-prone subjects, a condition characterized by exaggerated hypoxic pulmonary hypertension, have provided evidence for the central role of pulmonary vascular endothelial and respiratory epithelial nitric oxide for pulmonary artery pressure homeostasis. Studies of healthy and maladapted high-altitude dwellers have provide important new insight into mechanisms conferring protection against/predisposing to pulmonary hypertension. Finally, the ambient hypoxia associated with high-altitude exposure facilitates the detection of pulmonary (and systemic) vascular dysfunction at an early stage. Here, we will summarize recent studies that, by capitalizing on these observations, have led to the description of novel mechanisms underpinning pulmonary hypertension and to the first direct demonstration of fetal programming of pulmonary vascular dysfunction in humans.

A hierarchical approach to model parameter optimization for developmental systems.

In the context of Systems Biology, computer simulations of gene regulatory networks provide a powerful tool to validate hypotheses and to explore possible system behaviors. Nevertheless, modeling a system poses some challenges of its own: especially the step of model calibration is often difficult due to insufficient data. For example when considering developmental systems, mostly qualitative data describing the developmental trajectory is available while common calibration techniques rely on high-resolution quantitative data. Focusing on the calibration of differential equation models for developmental systems, this study investigates different approaches to utilize the available data to overcome these difficulties. More specifically, the fact that developmental processes are hierarchically organized is exploited to increase convergence rates of the calibration process as well as to save computation time. Using a gene regulatory network model for stem cell homeostasis in Arabidopsis thaliana the performance of the different investigated approaches is evaluated, documenting considerable gains provided by the proposed hierarchical approach.

Point Mutations in the Monocarboxylate Transporter SLC16A12 Lead to Juvenile and Age-Related Cataract

Purpose: Previously we reported on a premature termination mutation in SLC16A12 that leads to dominant juvenile cataract and renal glucosuria. To assess the mutation rate and genotype-phenotype correlations of SLC16A12 in juvenile or age-related forms of cataract, we performed a mutation screen in cataract patients. Methods: Clinical data of approximately 660 patients were collected, genomic DNA was isolated and analyzed. Exons 3 to 8 including flanking intron sequences of SLC16A12 were PCR amplified and DNA sequence was determined. Selected mutations were tested by cell culture assays, in silico analysis and RT-PCR. Results: We found sequence alterations at a rate of approximately 1/75 patients. None of them was found in 360 control alleles. Alterations affect splice site and regulatory region but most mutations caused an amino acid substitution. The majority of the coding region mutations maps to trans-membrane domains. One mutation located to the 5'UTR. It affects translational efficiency of SLC16A12. In addition, we identified a cataract-predisposing SNP in the non-coding region that causes allele-specific splicing of the 5'UTR region. Conclusions: Altered translational efficiency of the solute carrier SLC16A12 and its allele-specific splicing strongly support a model of challenged homeostasis to cause various forms of cataract. In addition, the pathogenic property of the here reported sequence alterations is supported by the lack of known sequence variations within the coding region of SLC16A12. Due to the relatively high mutation rate, we suggest to include SLC16A12 in diagnostic cataract screening. Generally, our data recommend the assessment of regulatory sequences for diagnostic purposes.

A comprehensive analysis of gene expression profiles in distal parts of the mouse renal tubule.

The distal parts of the renal tubule play a critical role in maintaining homeostasis of extracellular fluids. In this review, we present an in-depth analysis of microarray-based gene expression profiles available for microdissected mouse distal nephron segments, i.e., the distal convoluted tubule (DCT) and the connecting tubule (CNT), and for the cortical portion of the collecting duct (CCD; Zuber et al., Proc Natl Acad Sci USA 106:16523-16528, 2009). Classification of expressed transcripts in 14 major functional gene categories demonstrated that all principal proteins involved in maintaining the salt and water balance are represented by highly abundant transcripts. However, a significant number of transcripts belonging, for instance, to categories of G-protein-coupled receptors or serine/threonine kinases exhibit high expression levels but remain unassigned to a specific renal function. We also established a list of genes differentially expressed between the DCT/CNT and the CCD. This list is enriched by genes related to segment-specific transport functions and by transcription factors directing the development of the distal nephron or collecting ducts. Collectively, this in silico analysis provides comprehensive information about relative abundance and tissue specificity of the DCT/CNT and the CCD expressed transcripts and identifies new candidate genes for renal homeostasis.

Impact of social structure variation on population genetics, social conflicts and life histories in ants

Summary The evolution of social structures and breeding systems in animals is a complex process that combines ecological, genetical and social factors. This thesis sheds light on important changes in population genetics, life-history and social behavior that are associated with variation in social structure in ants. The socially polymorphic ant Formica selysi was chosen as the model organism because single- and multiple-queen colonies occur in close proximity within a single large population. The shift from single- to multiple-queen colonies is generally associated with profound changes in dispersal behavior and mode of colony founding. In chapter 1, we examine the genetic consequences of variation in social structure at both the colony and population levels. A detailed microsatellite analysis reveals that both colony types have similar mating systems, with few or no queen turnover. Furthermore, the complete lack of genetic differentiation observed between single- and multiple-queen colonies provides no support to the hypothesis that change in queen number leads to restricted gene flow between social forms. Besides changes in the genetic composition of the colony, the variation in the number of queens per colony is associated with changes in a network of behavioral and life-history traits that have been described as forming a "polygyny syndrome". In chapter 2, we demonstrate that multiple-queen colonies profoundly differ from single-queen ones in terms of size, nest density and lifespan of colonies, in weight of queens produced, as well as in allocation to reproductive individuals relative to workers. These multifaceted changes in life-history traits can provide various fitness benefits to members of multiple-queen colonies. Increasing the number of queens in a colony usually results in a decreased level of aggression towards non-nestmates. The phenotype matching hypothesis predicts that, compared to single-queen colonies, multiple-queen colonies have more diverse genetically-derived cues used for recognition, resulting in a lower ability to discriminate non-nestmates. In sharp contrast to this hypothesis, we show in chapter 3 that single- and multiple-queen colonies exhibit on average similar levels of aggression. Moreover, stronger aggression is recorded between colonies of different social structure than between colonies of the same social structure. Several hypotheses propose that the evolution of multiple-queen colonies is at least partly due to benefits resulting from an increase in colony genetic diversity. The task-efficiency hypothesis holds that genetic variation improves task performance due to a more complete or more sensitive expression of the genetically-based division of labor. In .chapter 4, we evaluate if higher colony genetic diversity increases worker size polymorphism and thus may improve division of labor. We show that despite the fact that worker size has a heritable component, higher levels of genetic diversity do not result in more polymorphic workers. The smaller size and lower polymorphism levels of workers of multiple-queen colonies compared to single-queen ones further indicate that an increase in colony genetic diversity does not increase worker size polymorphism but might improve colony homeostasis. In chapter 5, we provide clear evidence for an ongoing conflict between queens and workers on sex allocation, as predicted by kin selection theory. Our data show that queens of F. selysi strongly influence colony sex allocation by biasing the sex ratio of their eggs. However, there is also evidence that workers eliminated some male brood, resulting in a population sex-investment ratio that is between the queens' and workers' equilibria. Résumé L'évolution des structures sociales et systèmes d'accouplement chez les animaux est un processus complexe combinant à la fois des facteurs écologiques, génétiques et sociaux. Cette thèse met en lumière des changements importants dans la génétique des populations, les traits d'histoire de vie et les comportements sociaux qui sont associés à des variations de structure sociale chez les fourmis. Durant ce travail, nous avons étudié une population de Formica selysi composée à la fois de colonies à une reine et de colonies à plusieurs reines. La transition de colonie à une reine à colonie à plusieurs reines est généralement associée à des changements profonds dans le comportement de dispersion ainsi que le mode de fondation des sociétés. Dans le chapitre 1, nous examinons les conséquences génétiques de la variation de structure sociale tant au niveau de la colonie qu'au niveau de la population. Une analyse détaillée à l'aide de marqueurs microsatellites nous révèle que les deux types de colonies ont des systèmes d'accouplements similaires avec peu ou pas de renouvellement de reines. L'absence totale de différenciation génétique entre les colonies à une et à plusieurs reines n'apporte aucun support à l'hypothèse selon laquelle un changement dans le nombre de reines conduit à un flux de gènes restreint entre les deux formes sociales. A côté de changements dans la composition génétique de la colonie, la variation du nombre de reines dans une colonie est associée à une multitude de changements comportementaux et de traits d'histoire de vie qui ont été décrits comme formant un "syndrome polygyne". Dans le chapitre 2, nous démontrons que les colonies à plusieurs reines diffèrent profondément des colonies à une reine en terme de taille, densité de nids, longévité des colonies, poids des nouvelles reines produites ainsi que dans l'allocation entre les individus reproducteurs et les ouvrières. Ces changements multiples dans les traits d'histoire de vie peuvent apporter des bénéfices variés en terme de fitness aux colonies à plusieurs reines. L'augmentation du nombre de reines dans une colonie est généralement associée à une baisse du degré d'agressivité envers les fourmis étrangères au nid. L'hypothèse "phénotype matching" prédit que les colonies à plusieurs reines ont une plus grande diversité dans les facteurs d'origine génétique utilisés pour la reconnaissance, résultant en une capacité diminuée à discriminer une fourmi étrangère au nid. Contrairement à cette hypothèse, nous montrons dans le chapitre 3 que les colonies à une et à plusieurs reines ont des niveaux d'agressivité similaires. De plus, une agressivité accrue est observée entre colonies de structures sociales différentes comparée à des colonies de même structure sociale. Plusieurs hypothèses ont proposé que l'évolution de colonies ä plusieurs reines soit en partie due aux bénéfices résultant d'une augmentation de la diversité génétique dans la colonie. L'hypothèse "task efficiency" prédit que la diversité génétique améliore l'efficacité à effectuer certaines tâches grâce à une expression plus complète et plus souple d'une division du travail génétiquement déterminée. Nous évaluons dans le chapitre 4 si un accroissement de la diversité génétique augmente le polymorphisme de taille des ouvrières, d'où peut ainsi découler une meilleure division du travail. Nous montrons qu'en dépit du fait que la taille des ouvrières soit un caractère héritable, une forte diversité génétique ne se traduit pas par un plus fort polymorphisme chez les ouvrières. Les ouvrières de colonies à plusieurs reines sont plus petites et moins polymorphes que celles des colonies à une seule reine. Dans le chapitre 5, nous démontrons l'existence d'un conflit ouvert entre reines et ouvrières à propos de l'allocation dans les sexes, comme le prédit la théorie de la sélection de parentèle. Nos données révèlent que les reines de F. selysi influencent fortement l'allocation dans les sexes en biaisant la sexe ratio des oeufs. Cependant, certains indices indiquent que les ouvrières éliminent une partie du couvain mâle, ce qui a pour effet d'avoir un investissement dans les sexes au niveau de la population intermédiaire entre les intérêts des reines et des ouvrières.

Neurochemical profile of the mouse hypothalamus using in vivo 1H MRS at 14.1T.

The hypothalamus plays an essential role in the central nervous system of mammals by among others regulating glucose homeostasis, food intake, temperature, and to some extent blood pressure. Assessments of hypothalamic metabolism using, e.g. (1)H MRS in mouse models can provide important insights into its function. To date, direct in vivo (1)H MRS measurements of hypothalamus have not been reported. Here, we report that in vivo single voxel measurements of mouse hypothalamus are feasible using (1)H MRS at 14.1T. Localized (1)H MR spectra from hypothalamus were obtained unilaterally (2-2.2 microL, VOI) and bilaterally (4-4.4 microL) with a quality comparable to that of hippocampus (3-3.5 microL). Using LCModel, a neurochemical profile consisting of 21 metabolites was quantified for both hypothalamus and hippocampus with most of the Cramér-Rao lower bounds within 20%. Relative to the hippocampus, the hypothalamus was characterized by high gamma-aminobutryric acid and myo-inositol, and low taurine concentrations. When studying transgenic mice with no glucose transporter isoform 8 expressed, small metabolic changes were observed, yet glucose homeostasis was well maintained. We conclude that a specific neurochemical profile of mouse hypothalamus can be measured by (1)H MRS which will allow identifying and following metabolic alterations longitudinally in the hypothalamus of genetic modified models.

Physiological function of PARbZip circadian clock-controlled transcription factors.

PARbZip proteins (proline and acidic amino acid-rich basic leucine zipper) represent a subfamily of circadian transcription factors belonging to the bZip family. They are transcriptionally controlled by the circadian molecular oscillator and are suspected to accomplish output functions of the clock. In turn, PARbZip proteins control expression of genes coding for enzymes involved in metabolism, but also expression of transcription factors which control the expression of these enzymes. For example, these transcription factors control vitamin B6 metabolism, which influences neurotransmitter homeostasis in the brain, and loss of PARbZip function leads to spontaneous and sound-induced epilepsy that are frequently lethal. In liver, kidney, and small intestine, PAR bZip transcription factors regulate phase I, II, and III detoxifying enzymes in addition to the constitutive androstane receptor (CAR), one of the principal sensors of xenobiotics. Indeed, knockout mice for the three PARbZip transcription factors are deficient in xenobiotic detoxification and display high morbidity, high mortality, and accelerated aging. Finally, less than 20% of these animals reach an age of 1 year. Accumulated evidences suggest that PARbZip transcription factors play a role of relay, coupling circadian metabolism of xenobiotic and probably endobiotic substances to the core clock circuitry of local circadian oscillators.

Ins1 (Cre) knock-in mice for beta cell-specific gene recombination.

AIMS/HYPOTHESIS: Pancreatic beta cells play a central role in the control of glucose homeostasis by secreting insulin to stimulate glucose uptake by peripheral tissues. Understanding the molecular mechanisms that control beta cell function and plasticity has critical implications for the pathophysiology and therapy of major forms of diabetes. Selective gene inactivation in pancreatic beta cells, using the Cre-lox system, is a powerful approach to assess the role of particular genes in beta cells and their impact on whole body glucose homeostasis. Several Cre recombinase (Cre) deleter mice have been established to allow inactivation of genes in beta cells, but many show non-specific recombination in other cell types, often in the brain. METHODS: We describe the generation of Ins1 (Cre) and Ins1 (CreERT2) mice in which the Cre or Cre-oestrogen receptor fusion protein (CreERT2) recombinases have been introduced at the initiation codon of the Ins1 gene. RESULTS: We show that Ins1 (Cre) mice induce efficient and selective recombination of floxed genes in beta cells from the time of birth, with no recombination in the central nervous system. These mice have normal body weight and glucose homeostasis. Furthermore, we show that tamoxifen treatment of adult Ins1 (CreERT2) mice crossed with Rosa26-tdTomato mice induces efficient recombination in beta cells. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: These two strains of deleter mice are useful new resources to investigate the molecular physiology of pancreatic beta cells.

The mif gene is transcriptionally regulated by glucose in insulin-secreting cells.

Macrophage migration inhibitory factor (MIF) is an important regulator of glucose homeostasis. In pancreatic beta-cells, MIF expression is regulated by glucose and its secretion potentiates the glucose-induced insulin secretion. The molecular mechanisms by which glucose mediates its effect on MIF expression are not elucidated. Herein, we report that incubating the differentiated insulin-secreting cell line INS-1 in high glucose concentration increases MIF transcriptional activity as well as the reporter gene activity driven by the -1033 to +63 bp fragment of the MIF promoter. A minimal region located between -187 and -98 bp of this promoter sequence contributes both to basal activity and glucose-responsiveness of the gene. Within this promoter region, two cis-binding sequences were identified by mobility shift assays and footprinting experiments. Both cis-elements interact with nuclear proteins expressed specifically in insulin-secreting cells. In conclusion, we identified a minimal region of the MIF promoter which contributes to the glucose stimulation of the mif gene in insulin-secreting cells.

Antigen-secretory IgA immune complexes are retro-transported into mouse Peyer's patches: immunotargeting to dendritic cells

RÉSUMÉ Les plaques de Peyer (PP) représentent le site d'entrée majeur des pathogènes au niveau des muqueuses intestinales. Après avoir traversé la cellule M, l'antigène est pris en charge par les cellules dendritiques (DC) de la région sub-épithéliale du dôme des PP. Ces dernières activent une réponse immunitaire qui conduit à la production de l'IgA de sécrétion (SIgA), l'anticorps majeur au niveau muqueux. Des études précédentes dans notre laboratoire ont démontré qu'après administration de SIgA dans des anses intestinales de souris, les SIgA se lient spécifiquement aux cellules M, entrent dans les PP, et sont éventuellement internalisées par les DC. Le but de ce travail est de comprendre la relevance biologique de l'entrée des SIgA dans les PP et leur relevance physiologique dans l'homéostasie mucosale. Dans un premier temps, nous avons montré en utilisant une méthode de purification optimisée basée sur une isolation magnétique, que, en plus des DC myéloïdes (CD11c+/CD11b+) et des DC lymphoïdes (CD11c+/CD8+), les PP de souris contiennent un nouveau sous-type de DC exprimant les marqueurs CD11c et CD19. L'utilisation de la microscopie confocale nous a permis de démontrer que les DC myéloïdes internalisent des SIgA, contrairement aux DC lymphoïdes qui n'interagissent pas avec les SIgA, alors que le nouveau sous-type de DC exprimant CD19 lie les SIgA. En plus, nous avons démontré qu'aucune des DC de rate, de ganglion bronchique ou de ganglion inguinal interagit avec les SIgA. Dans le but d'explorer si les SIgA peuvent délivrer des antigènes aux DC des PP in vivo, nous avons administré des complexes immunitaires formés de Shigella flexneri complexées à des SIgA, dans des anses intestinales de souris. Nous avons observé une entrée dans les PP, suivie d'une migration vers les ganglions mésentériques drainants, contrairement aux Shigella flexneri seules, qui n'infectent pas la souris par la voie intestinale. Shigella flexneri délivrée par SIgA n'induit pas de destruction tissulaire au niveau de l'intestin. En plus de l'exclusion immunitaire, ces résultats suggèrent un nouveau rôle des SIgA, qui consiste à transporter des antigènes à l'intérieur des PP dans un contexte non-inflammatoire. RÉSUMÉ DESTINÉ À UN LARGE PUBLIC L'intestin a pour rôle principal d'absorber les nutriments digérés tout au long du tube digestif, et de les faire passer dans le compartiment intérieur sanguin. Du fait de son exposition chronique avec un monde extérieur constitué d'aliments et de bactéries, l'intestin est un endroit susceptible aux infections et a donc besoin d'empêcher l'entrée de microbes. Pour cela, l'intestin est tapissé de "casernes" appelées les plaques de Peyer, qui appartiennent à un système de défense appelé système immunitaire muqueux. Les plaques de Peyer sont composées de différents types de cellules, ayant pour rôle de contrôler l'entrée de microbes et de développer une réaction immunitaire lors d'infection. Cette réaction immunitaire contre les microbes (antigènes) débute par la prise en charge de l'antigène par des sentinelles, les cellules dendritiques. L'antigène est préparé de façon à être reconnu par d'autres cellules appelées lymphocytes T capables d'activer d'autres cellules, les lymphocytes B. La réaction immunitaire résulte dans la production par les lymphocytes B d'un anticorps spécifique appelé IgA de sécrétion (SIgA) au niveau de la lumière intestinale. De manière classique, le rôle de SIgA au niveau de la lumière intestinale consiste à enrober les microbes et donc exclure leur entrée dans le compartiment intérieur. Dans ce travail, nous avons découvert une nouvelle fonction des SIgA qui consiste à introduire des antigènes dans les plaques de Peyer, et de les diriger vers les cellules dendritiques. Sachant que les SIgA sont des anticorps qui ne déclenchent pas de réactions de défense violentes dites inflammatoires, l'entrée des antigènes via SIgA serait en faveur d'une défense intestinale maîtrisée sans qu'il y ait d'inflammation délétère. Ces résultats nous laissent supposer que l'entrée d'antigènes via SIgA pourrait conduire le système immunitaire muqueux à reconnaître ces antigènes de manière appropriée. Ce mécanisme pourrait expliquer les désordres immunitaires de types allergiques et maladies auto-immunitaires que l'on rencontre chez certaines personnes déficientes en IgA, chez qui cette lecture d'antigènes de manière correcte serait inadéquate. ABSTRACT Peyer's patches (PP) represent the primary site for uptake and presentation of ingested antigens in the intestine. Antigens are sampled by M cells, which pass them to underlying antigen-presenting cells including dendritic cells (DC). This leads to the induction of mucosal T cell response that is important for the production of secretory IgA (SIgA), the chief antibody at mucosal surfaces. Previous studies in the laboratory have shown that exogenous SIgA administrated into mouse intestinal loop binds specifically to M cells, enter into PP, and is eventually internalized by DC. The aim of this work is to understand the biological significance of the SIgA uptake by PP DC and its physiological relevance for mucosal homeostasis. As a first step, we have shown by using an optimized MACS method that, in addition to the CD11c+/CD11b+ (myeloid DC) and CD11c+/CD8+ (lymphoid DC) subtypes, mouse PP contain a novel DC subtype exhibiting both CD11c and CD19 markers. By using a combination of MACS isolation and confocal microscopy, we have demonstrated that in contrast to the lymphoid DC which do not interact with SIgA, the myeloid DC internalize SIgA, while the CD19+ subtype binds SIgA on its surface. Neither spleen DC, nor bronchial-lymph node DC, nor inguinal lymph node DC exhibit such a binding specificity. To test whether SIgA could deliver antigens to PP DC in vivo, we administered SIgA-Shigella flexneri immune complexes into mouse intestinal loop containing a PP. We found that (i) SIgA-Shigella flexneri immune complexes enter the PP and are internalized by sub-epithelial dome PP DC, in contrast to Shigella flexneri alone that does not penetrate the intestinal epithelia in mice, (ii) immune complexes migrate to the draining mesenteric lymph node, (iii) Shigella flexneri carried via SIgA do not induce intestinal tissue destruction. Our results suggest that in addition to immune exclusion, SIgA transports antigens back to the PP under non-inflammatory conditions.

PPARs in diseases: control mechanisms of inflammation.

The three isotypes of peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs), PPARalpha, beta/delta and gamma, are ligand-inducible transcription factors that belong to the nuclear hormone receptor family. PPARs are implicated in the control of inflammatory responses and in energy homeostasis and thus, can be defined as metabolic and anti-inflammatory transcription factors. They exert their anti-inflammatory effects by inhibiting the induction of pro-inflammatory cytokines, adhesion molecules and extracellular matrix proteins or by stimulating the production of anti-inflammatory molecules. Furthermore, PPARs modulate the proliferation, differentiation and survival of immune cells including macrophages, B cells and T cells. This review discusses the molecular mechanisms by which PPARs and their ligands modulate the inflammatory response. In addition, it presents recent developments implicating PPAR specific ligands in potential treatments of inflammation-related diseases, such as atherosclerosis, inflammatory bowel diseases, Parkinson's and Alzheimer's diseases.

Evidence for tuning adipocytes ICER levels for obesity care.

Abnormal adipokine production, along with defective uptake and metabolism of glucose within adipocytes, contributes to insulin resistance and altered glucose homeostasis. Recent research has highlighted one of the mechanisms that accounts for impaired production of adiponectin (ADIPOQ) and adipocyte glucose uptake in obesity. In adipocytes of human obese subjects and mice fed with a high fat diet, the level of the inducible cAMP early repressor (ICER) is diminished. Reduction of ICER elevates the cAMP response element binding protein (CREB) activity, which in turn increases the repressor activating transcription factor 3. In fine, the cascade triggers reduction in the ADIPOQ and GLUT4 levels, which ultimately hampers insulin-mediated glucose uptake. The c-Jun N-terminal kinase (JNK) interacting-protein 1, also called islet brain 1 (IB1), is a target of CREB/ICER that promotes JNK-mediated insulin resistance in adipocytes. A rise in IB1 and c-Jun levels accompanies the drop of ICER in white adipose tissues of obese mice when compared with mice fed with a chow diet. Other than the expression of ADIPOQ and glucose transport, decline in ICER expression might impact insulin signaling. Impairment of ICER is a critical issue that will need major consideration in future therapeutic purposes.