Functional interactions of peroxisome proliferator-activated receptor, retinoid-X receptor, and Sp1 in the transcriptional regulation of the acyl-coenzyme-A oxidase promoter.

Peroxisome proliferator-activated receptor (PPARs) are members of the nuclear receptor superfamily. For transcriptional activation of their target genes, PPARs heterodimerize with the retinoid-X receptor (RXR). The convergence of the PPAR and RXR signaling pathways has been shown to have an important function in lipid metabolism. The promoter of the gene encoding the acyl-coenzyme-A oxidase (ACO), the rate-limiting enzyme in peroxisomal beta-oxidation of fatty acids, is a target site of PPAR action. In this study, we examined the role and the contribution of both cis-and trans-acting factors in the transcriptional regulation of this gene using transient transfections in insect cells. We identified several functional cis-acting elements present in the promoter of the ACO gene and established that PPAR-dependent as well as PPAR-independent mechanisms can activate the ACO promoter in these cells. We show that the PPAR/RXR heterodimer exerts its effect through two response elements within the ACO promoter, in synergy with the transcription factor Sp1 via five Sp1-binding sites. Furthermore, this functional interaction also occurs when Sp1 is co-expressed with PPAR or RXR alone, indicating that activation can occur independently of PPAR/RXR heterodimers.

Activation of peroxisome proliferator-activated receptor-β/-δ (PPAR-β/-δ) ameliorates insulin signaling and reduces SOCS3 levels by inhibiting STAT3 in interleukin-6-stimulated adipocytes.

OBJECTIVE It has been suggested that interleukin (IL)-6 is one of the mediators linking obesity-derived chronic inflammation with insulin resistance through activation of STAT3, with subsequent upregulation of suppressor of cytokine signaling 3 (SOCS3). We evaluated whether peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)-β/-δ prevented activation of the IL-6-STAT3-SOCS3 pathway and insulin resistance in adipocytes. RESEARCH DESIGN AND METHODS First, we observed that the PPAR-β/-δ agonist GW501516 prevented both IL-6-dependent reduction in insulin-stimulated Akt phosphorylation and glucose uptake in adipocytes. In addition, this drug treatment abolished IL-6-induced SOCS3 expression in differentiated 3T3-L1 adipocytes. This effect was associated with the capacity of the drug to prevent IL-6-induced STAT3 phosphorylation on Tyr(705) and Ser(727) residues in vitro and in vivo. Moreover, GW501516 prevented IL-6-dependent induction of extracellular signal-related kinase (ERK)1/2, a serine-threonine-protein kinase involved in serine STAT3 phosphorylation. Furthermore, in white adipose tissue from PPAR-β/-δ-null mice, STAT3 phosphorylation (Tyr(705) and Ser(727)), STAT3 DNA-binding activity, and SOCS3 protein levels were higher than in wild-type mice. Several steps in STAT3 activation require its association with heat shock protein 90 (Hsp90), which was prevented by GW501516 as revealed in immunoprecipitation studies. Consistent with this finding, the STAT3-Hsp90 association was enhanced in white adipose tissue from PPAR-β/-δ-null mice compared with wild-type mice. CONCLUSIONS Collectively, our findings indicate that PPAR-β/-δ activation prevents IL-6-induced STAT3 activation by inhibiting ERK1/2 and preventing the STAT3-Hsp90 association, an effect that may contribute to the prevention of cytokine-induced insulin resistance in adipocytes.

High altitude journeys and flights are associated with the increased risk of flares in IBD patients

Background: There is increasing experimental evidence that hypoxia induces inflammation in the gastrointestinal tract. Hypoxia-inducible transcription factor (HIF)-1α influences adaptive immunity and has been shown to induce barrier-protective genes in the case of experimentally-induced colitis. The clinical impact of hypoxia in patients with inflammatory bowel disease (IBD) is so far poorly investigated. Aim: We wanted to evaluate if flights and journeys to regions ≥2000 meter above sea level are associated with the occurrence of flares in IBD patients in the following 4 weeks. Methods: A questionnaire was completed by inpatients and outpatients of the IBD clinics of three tertiary referral centers presenting with an IBD flare in the period from Sept 1st 2009 to August 31st 2010. Patients were inquired about their habits in the 4 weeks prior to the flare. Patients with flares were matched with an IBD group in remission during the observation period (according to age, gender, smoking habits, and medication). Results: A total of 103 IBD patients were included (43 Crohn's disease (CD), whereof 65% female, 60 ulcerative colitis, whereof 47% female, mean age 39.3±14.6 years for CD and 43.1±14.2 years for UC). Fifty-two patients with flares were matched to 51 patients without flare. Overall, IBD-patients with flares had significantly more frequently a flight and/or journey to regions ≥ 2000 meters above sea level in the observation period compared to the patients in remission (21/52 (40.4%) vs. 8/51 (15.7%), p=0.005). There was a statistically significant correlation between the occurrence of a flare and a flight and/or journey to regions ≥ 2000 meters above sea level among CD patients with flares as compared to CD patients in remission (8/21 (38.1%) vs. 2/22 (9.1%), p=0.024). A trend for more frequent flights and high-altitude journeys was observed in UC patients with flares (13/31 (41.9%) vs. 6/29 (20.7%), p=0.077). Mean flight duration was 5.8±4.3 hours. The groups were controlled for the following factors (always flare group cited first): age (39.6±13.4 vs. 43.5±14.6, p=0.102), smoking (16/52 vs. 10/51, p=0.120), regular sports activities (32/ 52 vs. 33/51, p=0.739), treatment with antibiotics in the 4 weeks before flare (8/52 vs. 7/ 51, p=0.811), NSAID intake (12/52 vs. 7/51, p=0.221), frequency of chronic obstructive pulmonary disease (both groups 0) and oxygen therapy (both groups 0). Conclusion: IBD patients with a flare had significantly more frequent flights and/or high-altitude journeys within four weeks prior to the IBD flare compared to the group that was in remission. We conclude that flights and stays in high altitude are a risk factor for IBD flares.

Progression from high insulin resistance to type 2 diabetes does not entail additional visceral adipose tissue inflammation.

Obesity is associated with a low-grade chronic inflammation state. As a consequence, adipose tissue expresses pro-inflammatory cytokines that propagate inflammatory responses systemically elsewhere, promoting whole-body insulin resistance and consequential islet β-cell exhaustation. Thus, insulin resistance is considered the early stage of type 2 diabetes. However, there is evidence of obese individuals that never develop diabetes indicating that the mechanisms governing the association between the increase of inflammatory factors and type 2 diabetes are much more complex and deserve further investigation. We studied for the first time the differences in insulin signalling and inflammatory pathways in blood and visceral adipose tissue (VAT) of 20 lean healthy donors and 40 equal morbidly obese (MO) patients classified in high insulin resistance (high IR) degree and diabetes state. We studied the changes in proinflammatory markers and lipid content from serum; macrophage infiltration, mRNA expression of inflammatory cytokines and transcription factors, activation of kinases involved in inflammation and expression of insulin signalling molecules in VAT. VAT comparison of these experimental groups revealed that type 2 diabetic-MO subjects exhibit the same pro-inflammatory profile than the high IR-MO patients, characterized by elevated levels of IL-1β, IL-6, TNFα, JNK1/2, ERK1/2, STAT3 and NFκB. Our work rules out the assumption that the inflammation should be increased in obese people with type 2 diabetes compared to high IR obese. These findings indicate that some mechanisms, other than systemic and VAT inflammation must be involved in the development of type 2 diabetes in obesity.

Significant molecular and systemic adaptations after repeated sprint training in hypoxia

While intermittent hypoxic training (IHT) has been reported to evoke cellular responses via hypoxia inducible factors (HIFs) but without substantial performance benefits in endurance athletes, we hypothesized that repeated sprint training in hypoxia could enhance repeated sprint ability (RSA) performed in normoxia via improved glycolysis and O(2) utilization. 40 trained subjects completed 8 cycling repeated sprint sessions in hypoxia (RSH, 3000 m) or normoxia (RSN, 485 m). Before (Pre-) and after (Post-) training, muscular levels of selected mRNAs were analyzed from resting muscle biopsies and RSA tested until exhaustion (10-s sprint, work-to-rest ratio 1ratio2) with muscle perfusion assessed by near-infrared spectroscopy. From Pre- to Post-, the average power output of all sprints in RSA was increased (p<0.01) to the same extent (6% vs 7%, NS) in RSH and in RSN but the number of sprints to exhaustion was increased in RSH (9.4+/-4.8 vs. 13.0+/-6.2 sprints, p<0.01) but not in RSN (9.3+/-4.2 vs. 8.9+/-3.5). mRNA concentrations of HIF-1alpha (+55%), carbonic anhydrase III (+35%) and monocarboxylate transporter-4 (+20%) were augmented (p<0.05) whereas mitochondrial transcription factor A (-40%), peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1alpha (-23%) and monocarboxylate transporter-1 (-36%) were decreased (p<0.01) in RSH only. Besides, the changes in total hemoglobin variations (Delta[tHb]) during sprints throughout RSA test increased to a greater extent (p<0.01) in RSH. Our findings show larger improvement in repeated sprint performance in RSH than in RSN with significant molecular adaptations and larger blood perfusion variations in active muscles.

A gut feeling of the PXR, PPAR and NF-kappaB connection.

Bowel diseases reveal the complex interplay of sensing and signalling pathways in maintaining healthy homeostasis of the intestine. Recent studies of the xenobiotic nuclear receptor, pregnane X receptor and the inflammatory mediator nuclear transcription factor kappaB (NF-kappaB) reveal a functional link between xenobiotic neutralization and inflammation and explain how certain xenobiotics can affect the immune response. Furthermore, another nuclear receptor, peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR gamma) has been shown to produce beneficial effects in experimental inflammatory bowel diseases by repression of NF-kappaB thereby reducing inflammation, whilst its close relative PPAR beta/delta appears at a central position in signalling pathways involved in the progression of colon cancer. Recently accumulated knowledge on the action of these nuclear receptors and NF-kappaB in intestinal homeostasis may provide the rationale for the development of innovative treatment strategies with selective receptor modulators.

Mutational analysis of BTAF1-TBP interaction: BTAF1 can rescue DNA-binding defective TBP mutants.

The BTAF1 transcription factor interacts with TATA-binding protein (TBP) to form the B-TFIID complex, which is involved in RNA polymerase II transcription. Here, we present an extensive mapping study of TBP residues involved in BTAF1 interaction. This shows that residues in the concave, DNA-binding surface of TBP are important for BTAF1 binding. In addition, BTAF1 interacts with residues in helix 2 on the convex side of TBP as assayed in protein-protein and in DNA-binding assays. BTAF1 drastically changes the TATA-box binding specificity of TBP, as it is able to recruit DNA-binding defective TBP mutants to both TATA-containing and TATA-less DNA. Interestingly, other helix 2 interacting factors, such as TFIIA and NC2, can also stabilize mutant TBP binding to DNA. In contrast, TFIIB which interacts with a distinct surface of TBP does not display this activity. Since many proteins contact helix 2 of TBP, this provides a molecular basis for mutually exclusive TBP interactions and stresses the importance of this structural element for eukaryotic transcription.

Antigen Receptor Signaling to NF-kappa B via CARMA1, BCL10, and MALT1

The signaling pathway controlling antigen receptor-induced regulation of the transcription factor NF-kappa B plays a key role in lymphocyte activation and development and the generation of lymphomas. Work of the past decade has led to dramatic progress in the identification and characterization of new players in the pathway. Moreover, novel enzymatic activities relevant for this pathway have been discovered, which represent interesting drug targets for immuno-suppression or lymphoma treatment. Here, we summarize these findings and give an outlook on interesting open issues that need to be addressed in the future.

In vivo expansion of T reg cells with IL-2-mAb complexes: induction of resistance to EAE and long-term acceptance of islet allografts without immunosuppression.

Via a transcription factor, Foxp3, immunoregulatory CD4(+)CD25(+) T cells (T reg cells) play an important role in suppressing the function of other T cells. Adoptively transferring high numbers of T reg cells can reduce the intensity of the immune response, thereby providing an attractive prospect for inducing tolerance. Extending our previous findings, we describe an in vivo approach for inducing rapid expansion of T reg cells by injecting mice with interleukin (IL)-2 mixed with a particular IL-2 monoclonal antibody (mAb). Injection of these IL-2-IL-2 mAb complexes for a short period of 3 d induces a marked (>10-fold) increase in T reg cell numbers in many organs, including the liver and gut as well as the spleen and lymph nodes, and a modest increase in the thymus. The expanded T reg cells survive for 1-2 wk and are highly activated and display superior suppressive function. Pretreating with the IL-2-IL-2 mAb complexes renders the mice resistant to induction of experimental autoimmune encephalomyelitis; combined with rapamycin, the complexes can also be used to treat ongoing disease. In addition, pretreating mice with the complexes induces tolerance to fully major histocompatibility complex-incompatible pancreatic islets in the absence of immunosuppression. Tolerance is robust and the majority of grafts are accepted indefinitely. The approach described for T reg cell expansion has clinical potential for treating autoimmune disease and promoting organ transplantation.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.

Construction and analysis of a new conditional ferritin H knockout mouse strain/

Résumé Le fer joue un rôle important dans la plupart des fonctions biologiques mais sa présence excessive provoque la production de molécules réactives d'oxygène (ROS) qui peuvent contribuer à diverses maladies. La protéine de stockage du fer, la ferritine H, capte l'excès en fer et le stocke sous forme non-toxique, ce qui empêche des dommages potentiels. La délétion de la ferritine H dans des souris knock-out a été essayée antérieurement, mais ces souris mouraient au stade précoce du développement embryonnaire. Pour étudier l'importance du fer, et en particulier son stockage dans la ferritine, et pour pouvoir mieux comprendre les fonctions de la ferritine H, nous avons créé un modèle de souris knock-out conditionnelles de la ferritine H, selon le système classique de Cre-LoxP. Le premier exon et la région du promoteur du gène de la ferritine H ont été entourés de sites loxP. La mortalité embryonnaire provoquée par la délétion constitutive du gène de la ferritine H a été confirmée en croisant nos souris avec des souris exprimant nestin-Cre1. En croisant nos souris avec des souris transgéniques Mx-Cre, nous avons observé que l'induction de Cre par injection de polyI-polyC provoque la délétion presque complète de la ferritine H dans le foie (> 99%) et la rate (> 88%). Ces tissus ont également perdu une grande partie de leur réserve de fer. Cette observation apporte pour la première fois la preuve in vivo que la ferritine H est indispensable pour le stockage du fer, que les fonctions de la ferritine H et de la ferritine L ne sont pas équivalentes, et que la ferritine L ne peut pas assumer seule la fonction de stockage du fer. Dans le foie des souris knock-out, l'expression de l'ARN messager de l'hepcidine a été induite après 10 jours. En même temps, l'expression de l'ARN messager des gènes codant pour des protéines de l'absorption de fer (DMT1, ferroportin, Dcytb1 et hephaestin) a été réprimée mais dans le duodénum seulement. L'expression d'hepcidine est inversément corrélée avec celle des gènes liés à l'absorption de fer. Cette observation corrobore des études antérieures. Mais, en plus, elle montre également que cette répression se produit seulement dans l'intestin. Nous pouvons ainsi tirer la conclusion suivante : ou bien l'hepcidine a un récepteur spécifique dans le duodénum ou bien les gènes liés à l'absorption de fer dans le duodénum ont un facteur spécifique de transcription sensible à l'hepcidine. Aucune répression de DMT1 et de ferroportin n'a été observée dans les macrophages de la rate après l'induction d'hepcidine. La délétion de ferritine H a entraîné une augmentation du taux de mortalité des cellules hépatiques, ainsi que des altérations dans l'architecture normale du tissu de la rate. Vu par l'immunohistologie, le nombre de lymphocytes B et T était réduit dans la rate, tendant à démontrer que la ferritine H et l'homéostase du fer jouent un rôle dans l'immunité. En conclusion, le modèle de souris knock-out conditionnelles de la ferritine H nous fournit un outil précieux pour l'étude in vivo du rôle joué par la ferritine dans l'homéostase du fer, dans les dommages créés par les ROS, ainsi que dans l'apoptose et l'immunité. Summary Iron plays an important role in most biological functions. However, excess of iron results in production of reactive oxygen species (ROS) which could substantially contribute to pathology of various diseases. Ferritin H scavenges excess of iron and stores it in non-toxic form and potentially prevents the damage. Fenitin H targeting in mice has been attempted before, however, straight knockout was lethal in early embryonic stage. To study the role of iron and its storage protein ferritin and to further elucidate ferritin H functions, we aimed at creating a conditional ferritin H knockout mouse model by classical Cre-LoxP system. First exon along with promoter region of the ferritin H gene was foxed. Embryonic lethality of the constitutive ferritin H deletion was confirmed by crossing the foxed mice with mice expressing nestin Cre-1 as transgene. Almost complete deletion was observed in liver (> 99%) and spleen (>88%) upon induction of Cre by injecting polyI-polyC in Fth Lox/Lox; MxCre mice. These tissues also lost substantial fraction of their iron stores. This provides first in vivo evidence that ferritin H is required for iron storage, ferritin H and L functions are not redundant and that ferritin L cannot perform iron storage function alone. Hepcidin mRNA expression was induced after 10 days in the livers of deleted mice and, simultaneously, mRNA expression of iron absorption related genes (DMT 1, ferroportin, Dcytb1 and hephaestin) was repressed in duodenum only. Hepcidin expression is inversely correlated with that of duodenal iron absorption related genes. This is in agreement with previous studies. However, we also show that this repression happens only in intestine. This leads to the conclusion that either hepcidin has a specific receptor in duodenum or the iron absorption related genes have duodenum specific transcription factor that is responsive to hepcidin. No repression of DMT1 and ferroportin was observed in spleen macrophages upon hepcidin induction. Ferritin H deletion showed increased cell death in liver and disruption of normal architecture of spleen. B lymphocytes were reduced in spleen on immunohistology which point towards a role of ferritin H and iron homeostasis in immunity. In conclusion, ferritin H conditional knockout mouse model provides us with an invaluable tool to study the in vivo role of ferritin H in iron homeostasis, ROS mediated damage, apoptosis and immunity.

Genetic analysis of c-Myc in mouse bone marrow and liver

1. Summary The transcription factor and proto-oncogene c-myc plays an important role in integrating many mitogenic signals within the cell. The consequences are both broad and varied and include the regulation of apoptosis, cellular differentiation, cellular growth and cell cycle progression. It is found to be mis-regulated in over 70% of all cancers, however, our knowledge about c-Myc remains limited and very little is known about its physiological role in mammalian development and in adulthood. We have addressed the physiological role of c-Myc in both the bone marrow and the liver of mice by generating adult c-myc flox/flox mice that lacked c-myc in either the bone marrow or the liver after conversion of the c-myc flox alleles into null alleles by the inducible Mx¬Cre transgene with polyI-polyC. In investigating the role of c-Myc in the haematopoietic system, we concentrated on the aspects of cellular proliferation, cellular differentiation and apoptosis. Mice lacking c-Myc develop anaemia between 3-8 weeks and all more differentiated cell types are severely depleted leading to death. However in addition to its role in driving proliferation in transient amplifying cells, we unexpectedly discovered a new role for c-Myc in controlling haematopoietic stem cell (HSC) differentiation. c-Myc deficient HSCs are able to proliferate normally in vivo. In addition, their differentiation into more committed progenitors is blocked. These cells expressed increased adhesion molecules, which possibly prevent HSCs from being released from the special stem cell supporting stromal niche cells with which they closely associate. Secondly we used the liver as a model system to address the role of c-Myc in cellular growth, meaning the increase in cell size, and also cellular proliferation. Our results revealed c-Myc to play no role in metabolic cellular growth following a period of fasting. Following treatment with the xenobiotic TCPOBOP, c-Myc deficient hepatocytes increased in cell size as control hepatocytes and could surprisingly proliferate albeit at a reduced rate demonstrating a c-Myc independent proliferation pathway to exist in parenchymal cells. However, following partial hepatectomy, in which two-thirds of the liver was removed, mutant livers were severely restricted in their regeneration capacity compared to control livers demonstrating that c-Myc is essential for liver regeneration. Résumé Le facteur de transcription et proto-oncogène c-myc joue un rôle important dans l'intégration de nombreux signaux mitogéniques dans la cellule. Les conséquences de son activation sont étendues et variées et incluent la régulation de l'apoptose, de la différenciation, de la croissance et de la progression du cycle cellulaire. Même si plus de 20% des cancers montrent une dérégulation de c-myc, les connaissances sur ce facteur de transcription restent limitées et ses rôles physiologiques au cours du développement et chez l'adulte sont très peu connus. Nous avons étudié le rôle physiologique de c-Myc dans la molle osseuse et le foie murin en générant des souris adultes c-myc flox/flox. Dans ces souris, les allèles c-myc flox sont convertis en allèles nuls par le transgène Mx-Cre après induction avec du Poly-I.C. Pour notre étude du rôle de c-Myc dans le système hématopoiétique, nous nous sommes concentrés sur les aspects de la prolifération et de la différenciation cellulaire, ainsi que sur l'apoptose. Les souris déficientes pour c-Myc développent une anémie 3 à 8 semaines après la délétion du gène; tous les différents types cellulaires matures sont progressivement épuisés ce qui entraîne la mort des animaux. Néanmoins, outre sa capacité à induire la prolifération des cellules transitoires de la molle osseuse, nous avons inopinément découvert un nouveau rôle pour c-Myc dans le contrôle de la différenciation des cellules souches hématopoiétiques (HSC). Les HSC déficientes pour c-Myc prolifèrent normalement in vivo mais leur différenciation en progéniteurs plus engagés dans une voie de différenciation est bloquée. Ces cellules surexpriment certaines molécules d'adhésion ce qui empêcherait les HSC d'être relachées du stroma spécialisé, ou niche, auquel elles sont étroitement associées. D'autre part, nous avons utilisé le foie comme système modèle pour étudier le rôle de c-Myc dans la prolifération et dans la croissance cellulaire, c'est à dire l'augmentation de taille des cellules. Nos résultats ont révélé que c-Myc ne joue pas de rôle dans le métabolisme cellulaire qui suit une période de jeûne. L'augmentation de la taille cellulaire des hépatocytes déficients pour c-Myc suite au traitement avec l'agent xénobiotique TCPOBOP est identique à celle observée pour les cellules de contrôle. Le taux de prolifération des hépatocytes mutants est par contre réduit, indiquant qu'une voie de différenciation indépendante de c-Myc existe dans les cellules parenchymales. Néanmoins, après hépatectomie partielle, où deux-tiers du foie sont éliminés chirurgicalement, les foies mutants sont sévèrement limités dans leur capacité de régénération par rapport aux foies de contrôle, montrant ainsi que c-Myc est essentiel pour la régénération hépatique.

The generation and analysis of combined legless 1 and 2 knock-out mice

Summary The Wnt signaling pathway plays an important role during development and also for maintaining tissue homeostasis due to its function in proliferation, differentiation and cell fate decisions. Wnt ligands bind to Frizzled receptors and activate a signaling cascade that results in the stabilization of β-Catenin, a key component of the pathway. β-Catenin translocates to the nucleus, where, together with a transcription factor of the Tcf/Lef family, it activates the expression of target genes. Legless and Pygopus are two recently discovered essential components of the Wnt pathway in Drosophila, which may mediate the nuclear import and retention of beta-Catenin and/or contribute directly to the activation of Wnt target genes. To address the function of Legless in the mouse, we have generated compound constitutive and conditional knockout alleles of the two homologues legless 'I (bc1-9) and 2. We have induced the deletion of legless in self-renewing tissues such as the gastrointestinal tract, the mammary gland and the skin during adulthood and constitutively in the embryo. The present thesis focused on the consequences of the inactivation of legless in epithelial homeostasis as well as in a regeneration model and its comparison to pygopus. Deletion of neither legless nor pygopus in the adult small intestine resulted in any apparent anomaly, contrasting expectations from the phenotype caused by over-expression of Dickkopf, a Wnt inhibitor (Pinto et al., 2003). These observations indicate that canonical Wnt signaling might not be indispensable for normal gastrointestinal epithelium homeostasis, or that, in this context, Legless and Pygopus are not essential components of the Wnt pathway. However, the regeneration of the colonic epithelium after DSS induced damage was markedly impaired in legless, but not in pygopus deficient mice. Thus, unlike in Drosophila, deletion of mammalian legless and pygopus resulted in different phenotypes, suggesting that Legless might interact with as yet unidentified partners in addition to Pygopus. Resumé La voie de signalisation Wnt joue un rôle important au cours du développement ainsi que pour le maintien de l' homéostase tissulaire due à sa fonction durant la prolifération, la différentiation et les décisions sur l'avenir des cellules. Les ligands de Wnt se lient aux récepteurs Frizzled et activent une cascade de signalisation résultant en la stabilisation de β-Catenin, un composant central de cette voie. β-Catenin est transloquée dans le noyau ou, avec l'aide des facteurs de transcription de la famille Tcf/lef, elle active la transcription des gènes cibles. Legless et Pygopus sont deux composants récemment découverts et essentiels de la voie de signalisation Wnt chez la Drosophile qui pourraient être des médiateurs de l'import et de la rétention nucléaire de bêta-catenin et/ou contribuer directement a l'activation des gènes cibles. Afin de comprendre la fonction de Legless chez la souris, nous avons généré simultanément les allèles « knock-out » constitutifs et conditionnels des deux homologues legless 1 (bc1-9) et 2. Nous avons induit la délétion de legless dans des tissus capables de s'auto renouveler comme le tract gastro-intestinal, la glande mammaire et la peau chez l'adulte et nous avons supprimé constitutivement legless chez l'embryon. La présente thèse est concentrée sur les conséquences de l'inactivation de legless au cours de l' homéostase épithéliale ainsi que dans un modèle de régénération et sur sa comparaison avec pygopus. Ni la délétion de legless ni celle de pygopus dans l'intestin adulte n'ont résulté en quelque anomalie, contrastant nos attentes provenant des phénotypes causes par la surexpression de Dickkpof, un inhibiteur de Wnt (Pinto et al., 2003). Ces observations indiquent que la voie de signalisation Wnt/β-Catenin pourrait ne pas être indispensable à l' homéostase normale du tract gastro-intestinal, ou que, dans ce contexte, Legless et Pygopus ne sont pas des composants essentiels de la vole Wnt. Cependant, la régénération de l'épithélium du colon après induction de son endommagement au DSS fut dramatiquement diminuée chez legless mais pas chez les souris mutantes pour pygopus. Ainsi, a la différence de chez la Drosophile, la délétion de legless et pygopus chez les mammifères a résulté en des phénotypes différents, suggérant que Legless pourrait interagir avec d'autres partenaires, encore non identifies, que Pygopus.

EWS-FLI1 Utilizes Divergent Chromatin Remodeling Mechanisms to Directly Activate or Repress Enhancer Elements in Ewing Sarcoma.

The aberrant transcription factor EWS-FLI1 drives Ewing sarcoma, but its molecular function is not completely understood. We find that EWS-FLI1 reprograms gene regulatory circuits in Ewing sarcoma by directly inducing or repressing enhancers. At GGAA repeat elements, which lack evolutionary conservation and regulatory potential in other cell types, EWS-FLI1 multimers induce chromatin opening and create de novo enhancers that physically interact with target promoters. Conversely, EWS-FLI1 inactivates conserved enhancers containing canonical ETS motifs by displacing wild-type ETS transcription factors. These divergent chromatin-remodeling patterns repress tumor suppressors and mesenchymal lineage regulators while activating oncogenes and potential therapeutic targets, such as the kinase VRK1. Our findings demonstrate how EWS-FLI1 establishes an oncogenic regulatory program governing both tumor survival and differentiation.

The TT genotype of the STAT4 rs7574865 polymorphism is associated with high disease activity and disability in patients with early arthritis

BACKGROUND The number of copies of the HLA-DRB1 shared epitope, and the minor alleles of the STAT4 rs7574865 and the PTPN22 rs2476601 polymorphisms have all been linked with an increased risk of developing rheumatoid arthritis. In the present study, we investigated the effects of these genetic variants on disease activity and disability in patients with early arthritis. METHODOLOGY AND RESULTS We studied 640 patients with early arthritis (76% women; median age, 52 years), recording disease-related variables every 6 months during a 2-year follow-up. HLA-DRB1 alleles were determined by PCR-SSO, while rs7574865 and rs2476601 were genotyped with the Taqman 5' allelic discrimination assay. Multivariate analysis was performed using generalized estimating equations for repeated measures. After adjusting for confounding variables such as gender, age and ACPA, the TT genotype of rs7574865 in STAT4 was associated with increased disease activity (DAS28) as compared with the GG genotype (β coefficient [95% confidence interval] = 0.42 [0.01-0.83], p = 0.044). Conversely, the presence of the T allele of rs2476601 in PTPN22 was associated with diminished disease activity during follow-up in a dose-dependent manner (CT genotype = -0.27 [-0.56- -0.01], p = 0.042; TT genotype = -0.68 [-1.64- -0.27], p = 0.162). After adjustment for gender, age and disease activity, homozygosity for the T allele of rs7574865 in STAT4 was associated with greater disability as compared with the GG genotype. CONCLUSIONS Our data suggest that patients with early arthritis who are homozygous for the T allele of rs7574865 in STAT4 may develop a more severe form of the disease with increased disease activity and disability.