New human kallikrein 14: enzymatic characterization and inhibitors development.

RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLIC En biologie, si une découverte permet de répondre à quelques questions, en général elle en engendre beaucoup d'autres. C'est ce qui s'est produit récemment dans le monde des kallicréines. De la famille des protéases, protéines ayant la faculté de couper plus ou moins spécifiquement d'autres protéines pour exercer un rôle biologique, la famille des kallicréines humaines n'était composée que de 3 membres lors du siècle dernier. Parmi eux, une kallicréine mondialement utilisée pour détecter le cancer de la prostate, le PSA. En 2000, un chercheur de l'hôpital universitaire Mont Sinaï à Toronto, le Professeur Eleftherios Diamandis, a découvert la présence de 12 nouveaux gènes appartenant à cette famille, situés sur le même chromosome que les 3 premières kallicréines. Cette découverte majeure a placé les spécialistes des kallicréines face à une montagne d'interrogations car les fonctions de ces nouvelles protéases étaient totalement inconnues. La kallicréine humaine 14 (hK14) présente un intérêt particulier, car elle se retrouve associée à différents cancers, notamment les carcinomes ovariens et mammaires. Cette association ne répond cependant pas à la fonction de cette protéase. L'objectif de ce travail de thèse était donc de découvrir, dans un premier temps, la spécificité de cette nouvelle kallicréine, c'est-à-dire le type de coupure qu'elle engendre au niveau des protéines qu'elle cible. Utilisant une technologie de pointe qui exploite la propriété des bactériophages à se répliquer dans les bactéries à l'infini, des dizaines de millions de combinaisons protéiques aléatoires ont été présentées à hK14, qui a pu sélectionner celles qui lui étaient favorables pour la coupure. Cette technique qualitative porte le nom de Phage Display Substrate. Une fois la sélection réalisée, il fallait transférer ces séquences coupées ou substrats dans un système permettant de donner une valeur quantitative à l'efficacité de coupure. Pour cela nous avons développé une technologie qui permet d'évaluer cette efficacité en utilisant des protéines fluorescentes de méduse, modifiées génétiquement, dont l'excitation de la première (CFP : cyan fluorescent protein) par la lumière à une certaine longue d'onde permet le transfert d'énergie à la seconde (YFP : yellow fluorescent protein), via un substrat qui les lie. Pour que ce transfert d'énergie se produise, il faut que les deux protéines fluorescentes soient proches, comme c'est le cas lorsqu'elles sont liées par un substrat. La coupure de ce lien provoque un changement de transfert d'énergie qui est quantifiable en utilisant un spectrofluoromètre. Cette technologie permet donc de suivre la réaction d'hydrolyse (coupure) des protéases. Afin de poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre la fonction biologique d'hK14 ainsi que son éventuelle implication dans le cancer, nous avons développé des inhibiteurs spécifiques d'hK14. Les séquences qui on été le plus efficacement coupées par hK14 ont été utilisées pour transformer deux types d'inhibiteurs classiques, qui circulent dans notre sang, en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Selon les résultats obtenus in vitro, ils pourront être évalués in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. RESUME Les protéases sont des enzymes impliquées dans des processus physiologiques mais aussi parfois pathologiques. La famille des kallicréines tissulaires humaines représente le plus grand groupe de protéases humaines, dont plusieurs pourraient participer au développement de certaines maladies. D'autre part, ces protéases sont apparues comme des marqueurs de pathogénicité potentiels, notamment dans les cas de cancers hormono-dépendants. La kallicréine humaine 14 a été récemment découverte et son implication dans quelques maladies, particulièrement dans le cas de tumeurs, semble probable. En effet, son expression génique est augmentée au niveau des tissus cancéreux de la prostate et du sein et son expression protéique s'est révélée plus élevée dans le sérum de patientes atteintes d'un cancer du sein ou des ovaires. Cependant, comme c'est le cas pour la plupart des kallicréines, sa fonction est encore inconnue. Afin de mieux connaître son rôle biologique et/ou pathologique, nous avons décidé de caractériser son activité enzymatique. Nous avons tout d'abord mis au point un système de substrats entièrement biologique permettant d'étudier in vitro l'activité des protéases. Ce système est basé sur le phénomène de FRET, à savoir le transfert d'énergie de résonance fluorescente qui intervient entre deux molécules fluorescentes voisines si le spectre d'émission de la protéine donneuse chevauche le spectre d'excitation de la protéine receveuse. Nous avons fusionné de manière covalente une protéine fluorescente bleue (CFP) et une jaune (YFP) en les liant avec diverses séquences. Par clivage de la séquence de liaison, une perte du transfert d'énergie peut être mesurée par un spectrofluoromètre. Cette technologie représente un moyen facile de suivre la réaction d'hydrolyse des protéases. Les conditions optimales de production de ces substrats CFP-YFP ont été déterminées, de même que les paramètres pouvant éventuellement influencer le FRET. Ce système possède une grande résistance à la protéolyse non spécifique et est applicable à un grand nombre de protéase. Contrairement aux substrats fluorogéniques, il permet d'étudier les acides aminés se trouvant des deux côtés du site de clivage. Ce système étant entièrement biologique, il est le reflet des interactions protéine-protéine et représente un outil biologique facile, bon marché et rapide pour caractériser les protéases. Dans un premier temps, hK14 a été mise en présence d' une banque de haute diversité de pentapeptides aléatoires présentée à la surface de phages afin d'identifier des substrats spécifiques. Ensuite, le système CFP-YFP a été employé pour trier les peptides sélectionnés afin d'identifier les séquences de substrats les plus sensibles et spécifiques pour hK14. Nous avons montré, qu'en plus de sa prévisible activité de type trypsine, hK14 possède aussi une très surprenante activité de type chymotrypsine. Les séquences les plus sensibles ont été choisies pour cribler la banque de donnée Swissprot, permettant ainsi l'identification de 6 substrats protéiques humains potentiels pour hK14. Trois d'entre eux, la laminine α-5, le collagène IV et la matriline-4, qui sont des composants de la matrice extracellulaire, ont démontré une grande susceptibilité à l'hydrolyse par hK14. De plus, la séparation éléctrophorétique a montré que la dégradation de la laminine α-5 et de la matriline-4 par hK14 devait se produire aux sites identifiés par la technologie du phage display. Pour terminer, nous avons transformé, par mutagenèse dirigée, deux serpines (inhibiteurs de protéases de type sérine) connues, AAT et ACT (alpha anti-trypsine et alpha anti-chymotrypsine), qui inhibent un vaste éventail d'enzymes humaines en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Ces inhibiteurs pourront être utilisés d'une part pour poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre l'implication d'hK14 dans des voies physiologiques ou dans le cancer et d'autre part pour les évaluer in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. SUMMARY Proteases consist of enzymes involved in physiological events, but also, in case of dysregulation, in pathogenicity. The human tissue kallikrein family represents the largest human protease cluster and includes several members that either could participate in the course of certain diseases or emerged as potential biological markers, especially in hormone dependent cancers. The human kallikrein 14 has been recently discovered and suggested implications in some disorders, particularly in tumors since its gene expression is up-regulated in prostate and breast cancer tissues and its protein expression increased in the serum of patients with breast and ovarian cancers. However, like most kallikreins, its function remains unknown. To better understand hK14 biological and/or pathological role, we decided to characterize its enzymatic activity. First of all, we developped a biological system suitable for in vitro study of protease activity. This system is based on the so-called FRET phenomenon, that is the Fluorescence Resonance Energy Transfer that occurs between two nearby fluorescent proteins if the emission spectrum of the donor overlaps the excitation spectrum of the acceptor. We fused covalently a cyan fluorescent protein (CFP) and a yellow fluorescent protein (YFP) with diverses sequences. Upon cleavage of the linker sequence by protease, the loss of energy transfer can be measured by a spectrofluorometer allowing an easy following of hydrolysis reaction. The optimal conditions to produce in bacterial system these CFP-YFP substrates were determined as well as the parameters that could eventually influence the FRET. This system demonstrated a high degree of resistance to non-specific proteolysis and applicability to various conditions corresponding to a great number of existing proteases. Other avantages are the possibility to study the amino acids located both sides of the cleavage site as well as the interest to work in a full biological system reflecting protein-protein interaction. A phage substrate library with exhaustive diversity was used prior to CFP-substrate-YFP system to isolate specific human kallikrein 14 substrates. After that the CFP-YFP system was used to sort peptides and identify highly sensitive and specific substrate sequences for hK14. We showed that besides its predictable trypsin-like activity, hK14 also possesses a surprising chymotrypsin-like activity. The screening of the Swissprot database was achieved with the most sensitive sequences and allowed the identification of 6 potential human protein substrates for hK14. Three of them, laminin α-5, collagen IV and matrilin-4, which are components of the extracellular matrix were incubated with hK14, by which they were efficiently hydrolyzed. Moreover, electrophoretic separation revealed that degradation of laminin α-5 and matrilin-4 by hK14 generated fragments with identical molecular size than the predicted N-terminal fragments that would result from hK14 specific cleavage, proving the value of phage display substrate to identify potential substrates. Finally, with site-directed mutagenesis, we transformed two well-known serpins (serine protease inhibitors), AAT and ACT (alpha anti-trypsin and alpha anti-chymotrypsin), which inhibit a vast spectrum of human enzymes into highly efficient and specific hK14 inhibitors. These inhibitors will be used to pursue experiments that could help understand hK14 implication in physiological pathways as well as in cancer biology and also to perform their in vivo evalution as potential cancer treatment.

Intracellular excision and reintegration dynamics of the ICEclc genomic island of Pseudomonas knackmussii sp. strain B13.

Genomic islands are DNA elements acquired by horizontal gene transfer that are common to a large number of bacterial genomes, which can contribute specific adaptive functions, e.g. virulence, metabolic capacities or antibiotic resistances. Some genomic islands are still self-transferable and display an intricate life-style, reminiscent of both bacteriophages and conjugative plasmids. Here we studied the dynamical process of genomic island excision and intracellular reintegration using the integrative and conjugative element ICEclc from Pseudomonas knackmussii B13 as model. By using self-transfer of ICEclc from strain B13 to Pseudomonas putida and Cupriavidus necator as recipients, we show that ICEclc can target a number of different tRNA(Gly) genes in a bacterial genome, but only those which carry the GCC anticodon. Two conditional traps were designed for ICEclc based on the attR sequence, and we could show that ICEclc will insert with different frequencies in such traps producing brightly fluorescent cells. Starting from clonal primary transconjugants we demonstrate that ICEclc is excising and reintegrating at detectable frequencies, even in the absence of recipient. Recombination site analysis provided evidence to explain the characteristics of a larger number of genomic island insertions observed in a variety of strains, including Bordetella petri, Pseudomonas aeruginosa and Burkholderia.

Comparison of a modified shell vial culture procedure with conventional mouse inoculation for rabies virus isolation

Rabies is a neurotropic disease that is often lethal. The early diagnosis of rabies infection is important and requires methods that allow for the isolation of the virus from animals and humans. The present study compared a modified shell vial (MSV) procedure using 24-well tissue culture plates with the mouse inoculation test (MIT), which is considered the gold standard for rabies virus isolation. Thirty brain samples (25 positive and 5 negative by the fluorescent antibody test) obtained from different animal species at the National Institute of Hygiene Rafael Rangel in Caracas, Venezuela, were studied by the MIT and MSV assays. Nine samples (36%) were positive at 24 h, 10 (40%) were positive at 48 h and six (24%) were positive at 72 h by the MSV assay. With the MIT assay, 76% were positive at six days post inoculation and 12% were positive at 12 and 18 days post inoculation. One sample that was negative according to the MSV assay was positive with MIT on the 12th day. The MSV procedure exhibited a sensitivity of 96.2%, a specificity of 100%, a positive predictive value of 100% and a negative predictive value 80%. This procedure allowed for rapid rabies virus detection. MIT can be employed as an alternative method in laboratories without tissue culture facilities.

Analysis of Centrosome duplication in "Caenorhabditis elegans" : the role of "sas" genes

Abstract: The centrosome is the major microtubule organizing center (MTOC) of most animal cells. As such, it is essential for a number of processes, including polarized secretion or bipolar spindle assembly. Hence, centrosome number needs to be controlled precisely in coordination with DNA replication. Cells early in the cell cycle contain one centrosome that duplicates during S-phase to give rise to two centrosomes that organize a bipolar spindle during mitosis. A failure in this process is likely to engage the spindle assembly checkpoint and threaten genome stability. Despite its importance for normal and uncontrolled proliferation the mechanisms underlying centrosome duplication are still unclear. The Caenorhabditis elegans embryo is well suited to study the mechanisms of centrosome duplication. It allows for the analysis of cellular processes with high temporal and spatial resolution. Gene identification and inactivation techniques are very powerful and a wide set of mutant and transgenic strains facilitates analysis. My thesis project consisted of characterizing three sas-genes: sas-4, sas-5 and sas-¬6. Embryos lacking these genes fail to form a bipolar spindle, hence their name (spindle assembly). I established that sas-4(RNAi) and sas-6(RNAi) embryos do not form daughter centrioles and thus do not duplicate their centrosomes. Furthermore, I showed that both proteins localize to the cytoplasm and are strikingly enriched at centrioles throughout the cell cycle. By performing fluorescent recovery after photobleaching (FRAP) experiments and differentially labeling centrioles, I established that both proteins are recruited to centrioles once per cell cycle when daughter centrioles form. In contrast, SAS-5, PLK-1 and SPD-2 shuttle permanently between the cytoplasm and centrioles. By showing that SAS-5 and SAS-6 interact in vivo, I established a functional relationship between the proteins. Testing the putative human homologue of SAS-6 (HsSAS-6) and a distant relative of SAS-4 (CPAP), I was able to show that these proteins are required for centrosome duplication in human cells. In addition I found that overexpression of GFP¬HsSAS-6 leads to formation of extra centrosomes. In conclusion, we identified and gained important insights into proteins required for centrosome duplication in C. elegans and in human cells. Thus, our work contributes to further elucidate an important step of cell division in normal and malignant tissues. Eventually, this may allow for the development of novel diagnostic or therapeutic reagents to treat cancer patients. Résumé: Le centrosome est le principal centre organisateur des microtubules dans les cellules animales. De ce fait, il est essentiel pour un certain nombre de processus, comme l'adressage polarisé ou la mise en place d'un fuseau bipolaire. Le nombre de centrosome doit être contrôlé de façon précise et en coordination avec la réplication de l'ADN. Au début du cycle cellulaire, les cellules n'ont qu'un seul centrosome qui se duplique au cours de la phase S pour donner naissance à deux centrosomes qui forment le fuseau bipolaire pendant la mitose. Des défauts dans ce processus déclencheront probablement le "checkpoint" d'assemblage du fuseau et menaceront la stabilité du génome. Malgré leurs importances pour la prolifération normale ou incontrôlée des cellules, les mécanismes gouvernant la duplication des centrosomes restent obscures. L'embryon de Caenorhabditis elegans est bien adapté pour étudier les mécanismes de duplication des centrosomes. Il permet l'analyse des processus cellulaires avec une haute résolution spatiale et temporelle. L'identification des gènes et les techniques d'inactivation sont très puissantes et de larges collections de mutants et de lignées transgéniques facilitent les analyses. Mon projet de thèse a consisté à caractérisé trois gènes: sas-4, sas-5 et sas-6. Les embryons ne possédant pas ces gènes ne forment pas de fuseaux bipolaires, d'où leur nom (spindle assembly). J'ai établi que les embryons sas-4(RNAi) et sas-6(RNAi) ne forment pas de centrioles fils, et donc ne dupliquent pas leur centrosome. De plus, j'ai montré que les deux protéines sont localisées dans le cytoplasme et sont étonnamment enrichies aux centrioles tout le long du cycle cellulaire. En réalisant des expériences de FRAP (fluorscence recovery after photobleaching) et en marquant différentiellement les centrioles, j'ai établi que ces deux protéines sont recrutées une fois par cycle cellulaire aux centrioles, au moment de la duplication. Au contraire, SAS-5, PLK-1 et SPD-2 oscillent en permanence entre le cytoplasme et les centrioles. En montrant que SAS-5 et SAS-6 interagissent in vivo, j'ai établi une relation fonctionnelle entre les deux protéines. En testant les homologues humains putatifs de SAS-6 (HsSAS-6) et de SAS-4 (CPAP), j'ai été capable de montrer que ces protéines étaient aussi requises pour la duplication des centrosomes dans les cellules humaines. De plus, j'ai montré que la surexpression de GFP-HsSAS-6 entrainait la formation de centrosomes surnuméraires. En conclusion, nous avons identifié et progressé dans la compréhension de protéines requises pour la duplication des centrosomes chez C. elegans et dans les cellules humaines. Ainsi, notre travail contribue à mieux élucider une étape importante du la division cellulaire dans les cellules normales et malignes. A terme, ceci devrait aider au développement de nouveaux diagnostics ou de traitements thérapeuthiques pour soigner les malades du cancer.

DsRed2 transient expression in Culex quinquefasciatus mosquitoes

Culex quinquefasciatus mosquitoes have been successfully genetically modified only once, despite the efforts of several laboratories to transform and establish a stable strain. We have developed a transient gene expression method, in Culex, that delivers plasmid DNA directly to the mosquito haemolymph and additional tissues. We were able to express DsRed2 fluorescent protein in adult Cx. quinquefasciatus mosquitoes by injecting plasmids directly into their thorax. The expression of DsRed2 in adult Cx. quinquefasciatus mosquitoes is an important stepping stone to genetic transformation and the potential use of new control strategies and genetic interactions.

Tenascin-W is a specific marker of glioma-associated blood vessels and stimulates angiogenesis in vitro.

The microenvironment hosting a tumor actively participates in regulating tumor cell proliferation, migration, and invasion. Among the extracellular matrix proteins enriched in the stroma of carcinomas are the tenascin family members tenascin-C and tenascin-W. Whereas tenascin-C overexpression in gliomas is known to correlate with poor prognosis, the status of tenascin-W in brain tumors has not been investigated so far. In the present study, we analyzed protein levels of tenascin-W in 38 human gliomas and found expression of tenascin-W in 80% of the tumor samples, whereas no tenascin-W could be detected in control, nontumoral brain tissues. Double immunohistochemical staining of tenascin-W and von Willebrand factor revealed that tenascin-W is localized around blood vessels, exclusively in tumor samples. In vitro, the presence of tenascin-W increased the proportion of elongated human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and augmented the mean speed of cell migration. Furthermore, tenascin-W triggered sprouting of HUVEC spheroids to a similar extent as the proangiogenic factor tenascin-C. In conclusion, our study identifies tenascin-W as a candidate biomarker for brain tumor angiogenesis that could be used as a molecular target for therapy irrespective of the glioma subtype.-Martina, E., Degen, M., Rüegg, C., Merlo, A., Lino, M. M., Chiquet-Ehrismann, R., Brellier, F. Tenascin-W is a specific marker of glioma-associated blood vessels and stimulates angiogenesis in vitro.

Cells derived from the coelomic epithelium contribute to multiple gastrointestinal tissues in mouse embryos.

Gut mesodermal tissues originate from the splanchnopleural mesenchyme. However, the embryonic gastrointestinal coelomic epithelium gives rise to mesenchymal cells, whose significance and fate are little known. Our aim was to investigate the contribution of coelomic epithelium-derived cells to the intestinal development. We have used the transgenic mouse model mWt1/IRES/GFP-Cre (Wt1(cre)) crossed with the Rosa26R-EYFP reporter mouse. In the gastrointestinal duct Wt1, the Wilms' tumor suppressor gene, is specific and dynamically expressed in the coelomic epithelium. In the embryos obtained from the crossbreeding, the Wt1-expressing cell lineage produces the yellow fluorescent protein (YFP) allowing for colocalization with differentiation markers through confocal microscopy and flow cytometry. Wt1(cre-YFP) cells were very abundant throughout the intestine during midgestation, declining in neonates. Wt1(cre-YFP) cells were also transiently observed within the mucosa, being apparently released into the intestinal lumen. YFP was detected in cells contributing to intestinal vascularization (endothelium, pericytes and smooth muscle), visceral musculature (circular, longitudinal and submucosal) as well as in Cajal and Cajal-like interstitial cells. Wt1(cre-YFP) mesenchymal cells expressed FGF9, a critical growth factor for intestinal development, as well as PDGFRα, mainly within developing villi. Thus, a cell population derived from the coelomic epithelium incorporates to the gut mesenchyme and contribute to a variety of intestinal tissues, probably playing also a signaling role. Our results support the origin of interstitial cells of Cajal and visceral circular muscle from a common progenitor expressing anoctamin-1 and SMCα-actin. Coelomic-derived cells contribute to the differentiation of at least a part of the interstitial cells of Cajal.

Strain-transcending Fc-dependent killing of Plasmodium falciparum by merozoite surface protein 2 allele-specific human antibodies.

It is widely accepted that antibody responses against the human parasitic pathogen Plasmodium falciparum protect the host from the rigors of severe malaria and death. However, there is a continuing need for the development of in vitro correlate assays of immune protection. To this end, the capacity of human monoclonal and polyclonal antibodies in eliciting phagocytosis and parasite growth inhibition via Fcγ receptor-dependent mechanisms was explored. In examining the extent to which sequence diversity in merozoite surface protein 2 (MSP2) results in the evasion of antibody responses, an unexpectedly high level of heterologous function was measured for allele-specific human antibodies. The dependence on Fcγ receptors for opsonic phagocytosis and monocyte-mediated antibody-dependent parasite inhibition was demonstrated by the mutation of the Fc domain of monoclonal antibodies against both MSP2 and a novel vaccine candidate, peptide 27 from the gene PFF0165c. The described flow cytometry-based functional assays are expected to be useful for assessing immunity in naturally infected and vaccinated individuals and for prioritizing among blood-stage antigens for inclusion in blood-stage vaccines.

A Microtus fortisprotein, serum albumin, is a novel inhibitor of Schistosoma japonicumschistosomula

Schistosomiasis is an endemic parasite disease and praziquantel is the only drug currently in use to control this disease. Experimental and epidemiological evidence strongly suggests that Microtus fortis( Mf) is a naturally resistant vertebrate host of Schistosoma japonicum. In the present study, we found that Mfserum albumin ( Mf-albumin) and the conditioned medium of pcDNA3.1- Mf-albumin caused 46.2% and 38.7% schistosomula death rates in 96 h, respectively, which were significantly higher than that of the negative control (p < 0.05). We also found that mice injected with Mf-albumin had a 43.5% reduction in worm burden and a 48.1% reduction in liver eggs per gram (p < 0.05) in comparison to the control animals. To characterise the mechanisms involved in clearance, schistosomula were incubated with fluorescein isothiocyanate-labelled Mf-albumin and fluorescent enrichment effects were found in the gut lumen of schistosomula after 48 h of incubation. Next, digestive tract excretions from schistosomula were collected and the sensitivity of Mf-albumin to digestive tract excretions was evaluated. The results indicated that schistosomula digestive tract excretions showed indigestibility of Mf-albumin. The death of schistosomula could be partially attributed to the lack of digestion of Mf-albumin by digestive tract excretions during the development of the schistosomula stage. Therefore, these data indicate the potential of Mf-albumin as one of the major selective forces for schistosomiasis.

Efecto de los contenidos de C, Mn y Si en el comportamiento a fluencia en caliente de aceros de construcción al carbono y microaleados: aplicación a la obtención de grano ultrafino en productos largos laminados

Després d’aplicar alguns tractaments d’elaboració i conservació als aliments, queden bacteris lesionats. Aquests bacteris perden la capacitat de créixer en els medis de cultiu selectiu convencionals, de manera que se’n subestima el recompte. Malgrat això, poden recuperar-se als aliments i suposar un risc per la salut, ja que alguns encara poden mantenir activitat metabòlica i integritat estructural. En aquest projecte, es van optimitzar protocols de preparació de mostres per citometria de flux (CF) per avaluar l’estat fisiològic de patògens alimentaris (Escherichia coli O157:H7, Salmonella Enteritidis i Listeria monocytogenes) sotmesos a estrès. Es van estudiar principalment dos paràmetres fisiològics: la integritat de membrana, mitjançant iodur de propidi i fluorocroms de la família SYTO; i l’activitat respiratòria, per la reducció intracel•lular d’una sal de tetrazole, el CTC. En primer lloc, es van avaluar variables de protocol, com la concentració de colorant, la ràtio entre colorants, la solució de tinció i el temps d’incubació, en mostres control (cèl•lules sanes i mortes). A continuació, els protocols optimitzats es van aplicar a suspensions bacterianes en medi de cultiu que prèviament havien estat sotmeses a estressos físics i fisicoquímics. Durant l’etapa final del projecte, els coneixements adquirits sobre la preparació de mostres per CF es van aplicar a l’anàlisi de mostres de matriu complexa: amanides comercials inoculades amb E. coli O157:H7. Als assajos amb indicadors d’integritat de membrana en suspensions bacterianes sotmeses a estrès, es van poder quantificar cèl•lules amb la membrana parcialment danyada (presumptes cèl•lules lesionades). El recompte de cèl•lules que mantingueren l’activitat respiratòria després de ser sotmeses a estrès va ser superior al que es va obtenir mitjançant recompte en placa convencional, cosa que va evidenciar la presència de cèl•lules actives però no cultivables. La introducció d’estratègies per reduir les interferències provocades per les partícules alimentàries i l’ús d’un anticòs amb marcatge fluorescent va permetre detectar selectivament les cèl•lules d’E. coli O157:H7 i avaluar-ne la integritat de membrana simultàniament. L’anàlisi de cèl•lules bacterianes per CF requereix de la exhaustiva optimització dels protocols, que són específics per cada soca i matriu. Malgrat això, i a diferència del mètode convencional per recompte en placa, ofereix la possibilitat d’obtenir una gran quantitat d’informació sobre el sovint complex estat fisiològic d’una mostra.

Integrating receptor interactions and dynamics and Interference with endocrine disruptors in the mechanisms of action of PPAR nuclear receptors

Abstract Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPARs) form a family of three nuclear receptors regulating important cellular and metabolic functions. PPARs control gene expression by directly binding to target promoters as heterodimers with the Retinoid X Receptor (RXR), and their transcriptional activity is enhanced upon activation by natural or pharmacological ligands. The binding of PPAR/RXR heterodimers on target promoters allows the anchoring of a series of coactivators and corepressors involved in promoter remodeling and the recruitment of the transcription machinery. The transcriptional output finally depends on a complex interplay between (i) the respective expression levels of PPARs, RXRs and of other nuclear receptors competing for DNA binding and RXR recruitment, (ii) the availability and the nature of PPAR and RXR ligands, (iii) the expression levels and the nature of the different coactivators and corepressors and (iv) the sequence and the epigenetic status of the promoter. Understanding how all these factors and signals integrate and fine-tune transcription remains a challenge but is necessary to understand the specificity of the physiological functions regulated by PPARs. The work presented herein focuses on the molecular mechanisms of PPAR action and aims at understanding how the interactions and mobility of the receptor modulate transcription in the physiological context of a living cell: Such observations in vivo rely on the use of engineered fluorescent protein chimeras and require the development and the application of complementary imaging techniques such as Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP), Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) and Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS). Using such techniques, PPARs are shown to reside solely in the nucleus where they are constitutively associated with RXR but transcriptional activation by ligand binding -does not promote the formation of sub-nuclear structures as observed with other nuclear receptors. In addition, the engagement of unliganded PPARs in large complexes of cofactors in living cells provides a molecular basis for their ligand-independent activity. Ligand binding reduces receptor diffusion by promoting the recruitment of coactivators which further enlarge the size of PPAR complexes to acquire full transcriptional competence. Using these molecular approaches, we deciphered the molecular mechanisms through which phthalates, a class of pollutants from the plastic industry, interfere with PPARγ signaling. Mono-ethyl-hexyl-phthalate (MEHP) binding induces the recruitment of a specific subset of cofactors and translates into the expression of a specific subset of target genes, the transcriptional output being strongly conditioned by the differentiation status of the cell. This selective PPARγ modulation induces limited adipogenic effects in cellular models while exposure to phthalates in animal models leads to protective effects on glucose tolerance and diet-induced obesity. These results demonstrate that phthalates influence lipid and carbohydrate metabolism through complex mechanisms which most likely involve PPARγ but also probably PPARα and PPARß, Altogether, the molecular and physiological demonstration of the interference of pollutants with PPAR action outlines an important role of chemical exposure in metabolic regulations. Résumé Les PPARs (Peroxisome Proliferator-Activated Receptors) forment une famille de récepteurs nucléaires qui régulent des fonctions cellulaires et métaboliques importantes. Les PPARs contrôlent l'expression des gènes en se liant directement à leurs promoteurs sous forme d'hétérodimères avec les récepteurs RXR (Retinoid X Receptor), et leur activité transcriptionnelle est stimulée par la liaison de ligands naturels ou pharmacologiques. L'association des hétérodimères PPAR/RXR avec les promoteurs des gènes cibles permet le recrutement de coactivateurs et de corépresseurs qui vont permettre le remodelage de la chromatine et le recrutement de la machinerie transcriptionnelle. Les actions transcriptionnelles du récepteur dépendent toutefois d'interactions complexes qui sont régulées par (i) le niveau d'expression des PPARs, des RXRs et d'autres récepteurs nucléaires entrant en compétition pour la liaison à l'ADN et l'association avec RXR, (ii) la disponibilité et la nature de ligands de PPAR et de RXR, (iii) les niveaux d'expression et la nature des différents coactivateurs et corépresseurs et (iv) la séquence et le marquage épigénétique des promoteurs. La compréhension des mécanismes qui permettent d'intégrer ces aspects pour assurer une régulation fine de l'activité transcriptionnelle est un défi qu'il est nécessaire de relever pour comprendre la spécificité des fonctions physiologiques régulées par les PPARs. Ce travail concerne l'étude des mécanismes d'action moléculaire des PPARs et vise à mieux comprendre comment les interactions du récepteur avec d'autres protéines ainsi que la mobilité de ce dernier régulent son activité transcriptionnelle dans le contexte physiologique des cellules vivantes. De telles observations reposent sur l'emploi de protéines fusionnées à des protéines fluorescentes ainsi que sur le développement et l'utilisation de techniques d'imagerie complémentaires telles que le FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching), le FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) ou la FCS (Fluorescence Corrélation Spectroscopy). En appliquant ces méthodes, nous avons pu montrer que les PPARs résident toujours dans le noyau où ils sont associés de manière constitutive à RXR, mais que l'ajout de ligand n'induit pas la formation de structures sub-nucléaires comme cela a pu être décrit pour d'autres récepteurs nucléaires. De plus, les PPARs sont engagés dans de larges complexes protéiques de cofacteurs en absence de ligand, ce qui procure une explication moléculaire à leur activité ligand-indépendante. La liaison du ligand réduit la vitesse de diffusion du récepteur en induisant le recrutement de coactivateurs qui augmente encore plus la taille des complexes afin d'acquérir un potentiel d'activation maximal. En utilisant ces approches moléculaires, nous avons pu caractériser les mécanismes permettant aux phtalates, une classe de polluants provenant de l'industrie plastique, d'interférer avec PPARγ. La liaison du mono-ethyl-hexyl-phtalate (NERF) à PPARγ induit un recrutement sélectif de cofacteurs, se traduisant par l'induction spécifique d'un sous-ensemble de gènes qui varie en fonction du niveau de différentiation cellulaire. La modulation sélective de PPARγ par le MEHP provoque une adipogenèse modérée dans des modèles cellulaires alors que l'exposition de modèles animaux aux phtalates induit des effets bénéfiques sur la tolérance au glucose et sur le développement de l'obésité. Toutefois, les phtalates ont une action complexe sur le métabolisme glucido-lipidique en faisant intervenir PPARγ mais aussi probablement PPARα et PPARß. Cette démonstration moléculaire et physiologique de l'interférence des polluants avec les récepteurs nucléaires PPAR souligne un rôle important de l'exposition à de tels composés dans les régulations métaboliques.

Novel micelle carriers for cyclosporin A topical ocular delivery: in vivo cornea penetration, ocular distribution and efficacy studies.

Cornea transplantation is one of the most performed graft procedures worldwide with an impressive success rate of 90%. However, for "high-risk" patients with particular ocular diseases in addition to the required surgery, the success rate is drastically reduced to 50%. In these cases, cyclosporin A (CsA) is frequently used to prevent the cornea rejection by a systemic treatment with possible systemic side effects for the patients. To overcome these problems, it is a challenge to prepare well-tolerated topical CsA formulations. Normally high amounts of oils or surfactants are needed for the solubilization of the very hydrophobic CsA. Furthermore, it is in general difficult to obtain ocular therapeutic drug levels with topical instillations due to the corneal barriers that efficiently protect the intraocular structures from foreign substances thus also from drugs. The aim of this study was to investigate in vivo the effects of a novel CsA topical aqueous formulation. This formulation was based on nanosized polymeric micelles as drug carriers. An established rat model for the prevention of cornea graft rejection after a keratoplasty procedure was used. After instillation of the novel formulation with fluorescent labeled micelles, confocal analysis of flat-mounted corneas clearly showed that the nanosized carriers were able to penetrate into all corneal layers. The efficacy of a 0.5% CsA micelle formulation was tested and compared to a physiological saline solution and to a systemic administration of CsA. In our studies, the topical CsA treatment was carried out for 14 days, and the three parameters (a) cornea transparency, (b) edema, and (c) neovascularization were evaluated by clinical observation and scoring. Compared to the control group, the treated group showed a significant higher cornea transparency and significant lower edema after 7 and 13 days of the surgery. At the end point of the study, the neovascularization was reduced by 50% in the CsA-micelle treated animals. The success rate of cornea graft transplantation was 73% in treated animals against 25% for the control group. This result was as good as observed for a systemic CsA treatment in the same animal model. This new formulation has the same efficacy like a systemic treatment but without the serious CsA systemic side effects. Ocular drug levels of transplanted and healthy rat eyes were dosed by UPLC/MS and showed a high CsA value in the cornea (11710 ± 7530 ng(CsA)/g(tissue) and 6470 ± 1730 ng(CsA)/g(tissue), respectively). In conclusion, the applied formulation has the capacity to overcome the ocular surface barriers, the micelles formed a drug reservoir in the cornea from, where a sustained release of CsA can take place. This novel formulation for topical application of CsA is clearly an effective and well-tolerated alternative to the systemic treatment for the prevention of corneal graft rejection.

Estudios dirigidos a la síntesis de nuevos interruptores moleculares fluorescentes basados en perilendiimidas

Los interruptores moleculares son sistemas moleculares cuyas propiedades pueden ser reversiblemente alternadas entre dos estados diferentes, “On” y “Off”, como respuesta a la aplicación de un estímulo externo. El interruptor molecular fluorescente objetivo de éste trabajo responderá a estímulos fotoquímicos y se detectará por medidas de fluorescencia. En concreto, se ha llevado a cabo la síntesis y caracterización de las tres unidades funcionales que constituyen el interruptor molecular objetivo: dos fluoróforos de perilendiimida y un cromóforo azobencénico.

A dynamic view of hepatitis C virus replication complexes.

Hepatitis C virus (HCV) replicates its genome in a membrane-associated replication complex (RC). Specific membrane alterations, designated membranous webs, represent predominant sites of HCV RNA replication. The principles governing HCV RC and membranous web formation are poorly understood. Here, we used replicons harboring a green fluorescent protein (GFP) insertion in nonstructural protein 5A (NS5A) to study HCV RCs in live cells. Two distinct patterns of NS5A-GFP were observed. (i) Large structures, representing membranous webs, showed restricted motility, were stable over many hours, were partitioned among daughter cells during cell division, and displayed a static internal architecture without detectable exchange of NS5A-GFP. (ii) In contrast, small structures, presumably representing small RCs, showed fast, saltatory movements over long distances. Both populations were associated with endoplasmic reticulum (ER) tubules, but only small RCs showed ER-independent, microtubule (MT)-dependent transport. We suggest that this MT-dependent transport sustains two distinct RC populations, which are both required during the HCV life cycle.

Construction of three new Gateway&#174; expression plasmids for Trypanosoma cruzi

We present here three expression plasmids for Trypanosoma cruzi adapted to the Gateway® recombination cloning system. Two of these plasmids were designed to express trypanosomal proteins fused to a double tag for tandem affinity purification (TAPtag). The TAPtag and Gateway® cassette were introduced into an episomal (pTEX) and an integrative (pTREX) plasmid. Both plasmids were assayed by introducing green fluorescent protein (GFP) by recombination and the integrity of the double-tagged protein was determined by western blotting and immunofluorescence microscopy. The third Gateway adapted vector assayed was the inducible pTcINDEX. When tested with GFP, pTcINDEX-GW showed a good response to tetracycline, being less leaky than its precursor (pTcINDEX).