The membrane-associated transient receptor potential vanilloid channel is the central heat shock receptor controlling the cellular heat shock response in epithelial cells.

The heat shock response (HSR) is a highly conserved molecular response to various types of stresses, including heat shock, during which heat-shock proteins (Hsps) are produced to prevent and repair damages in labile proteins and membranes. In cells, protein unfolding in the cytoplasm is thought to directly enable the activation of the heat shock factor 1 (HSF-1), however, recent work supports the activation of the HSR via an increase in the fluidity of specific membrane domains, leading to activation of heat-shock genes. Our findings support the existence of a plasma membrane-dependent mechanism of HSF-1 activation in animal cells, which is initiated by a membrane-associated transient receptor potential vanilloid receptor (TRPV). We found in various non-cancerous and cancerous mammalian epithelial cells that the TRPV1 agonists, capsaicin and resiniferatoxin (RTX), upregulated the accumulation of Hsp70, Hsp90 and Hsp27 and Hsp70 and Hsp90 respectively, while the TRPV1 antagonists, capsazepine and AMG-9810, attenuated the accumulation of Hsp70, Hsp90 and Hsp27 and Hsp70, Hsp90, respectively. Capsaicin was also shown to activate HSF-1. These findings suggest that heat-sensing and signaling in mammalian cells is dependent on TRPV channels in the plasma membrane. Thus, TRPV channels may be important drug targets to inhibit or restore the cellular stress response in diseases with defective cellular proteins, such as cancer, inflammation and aging.

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

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

Ultrastructural changes of the internal limiting membrane removed during indocyanine green assisted peeling versus conventional surgery for idiopathic macular epiretinal membrane.

PURPOSE: To evaluate the histologic features of cellular retinal fragments on the internal limiting membrane (ILM) removed during idiopathic macular epiretinal membrane (MEM) peeling surgery with and without the aid of indocyanine green (ICG) diluted in 5% glucose. METHODS: ILM specimens removed from 88 eyes during idiopathic MEM surgery between 1995 and 2003 were reviewed retrospectively. Histologic analysis focused on the presence and characteristics of retinal fragments on the retinal surface of the ILM. Statistical analysis compared the results between group I (conventional surgery) and group II (ICG-assisted peeling). RESULTS: Seventy-one eyes underwent MEM surgery without the aid of ICG (group I) and seventeen underwent MEM ICG-assisted surgery (group II). The amount of Müller cell debris on the retinal surface of the ILM was more significant in the group I than in the group II (40.8 vs. 11.8; P = 0.024). Large fragments of Müller cells were more frequently observed in the group I (no ICG) than in the group II (ICG) (63.4 vs. 23.5%; P = 0.003). CONCLUSIONS: The use of ICG diluted with 5% glucose in ILM removal during MEM surgery was associated with less retinal debris attached to the retinal face of the ILM compared with surgery in which ICG was not used.

Mutual control of membrane fission and fusion proteins.

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

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

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

Nuclear receptor PPARS function in stem cell differentiation and bone physiology

In adult, bone remodeling is a permanent process, reaching an annual turnover of about 10% of the skeleton. Bone remodeling requires the sequential and coordinated actions of the hematopoietic origin osteoclasts, to remove bone and the mesenchymal origin osteoblasts to replace it. An increased level of bone resorption is the primary cause of age-related bone loss often resulting in osteopenia, and is the major cause of osteoporosis.¦Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs), which are expressed in three isotypes, PPARa, PPARp and PPARy, are ligand-activated transcription factors that control many cellular and metabolic processes, more particularly linked to lipid metabolism. In bone, previous works has shown that PPARy inhibits osteogenesis by favoring adipogenesis from common mesenchymal progenitors. In addition, the pro-osteoclastogenesis activity of PPARy results in an increased bone resorption. Accordingly, treatment with PPARy agonist such as the anti-diabetic drug TZD causes bone loss and accumulation of marrow adiposity in mice as well as in postmenopausal women. The aim of the present thesis work was to elucidate the PPARs functions in bone physiology.¦The initial characterization of the PPARP" bone phenotype mainly revealed a decreased BMD. In vitro studies exploring the potency of mesenchymal stem cells to differentiate in osteoblast showed no differences depending on the genotype. However, we could demonstrate an effect of PPARp in partially inhibiting osteoclastogenesis. These results are further sustained by a study made in collaboration with the group of Dr Kronke, which showed an impressive protection against ovariectomy-generated bone loss when the females are treated with a PPARp agonist.¦Observations in PPARy null mice are more complex. The lab has recently been able to generate mice carrying a total deletion of PPARy. Intriguingly, the exploration of the bone phenotype of these mice revealed paradoxical findings. Whereas short bones such as vertebrae exhibit an elevated BMD as expected, long bones (tibia and femur) are clearly osteoporotic. According to their activity when set in culture, osteoblast differentiation normally occurs. Indeed the phenotype can be mainly attributed to a high density of osteoclasts in the cortical bone of PPARy null mice, associated to large bone resorption areas.¦Our explorations suggest a mechanism that involves regulatory processes linking osteoclastogenesis to adipogenesis, the latter being totally absent in PPARy null mice. Indeed, the lack of adipose tissue creates a favorable niche for osteoclastogenesis since conditioned medium made from differentiated adipocyte 3T3L1 inhibited osteoclastogenesis from both PPARy-/- and WT cells. Thus, adipokines deficiency in PPARy-/- mice contributes to de- repress osteoclastogenesis. Using specific blocking antibody, we further identified adiponectin as the major player among dozens of adipokines. Using flow cytometry assay, we explored the levels at which the osteoclastic commitment was perturbed in the bone marrow of PPARy-/- mice. Intriguingly, we observe a general decrease for hematopoietic stem cell and lineage progenitors but increased proportion of osteoclast progenitor in PPARy-/- bone marrow. The general decrease of HSC in the bone marrow is however largely compensated by an important extra-medullary hematopoeisis, taking place in the liver and in the spleen.¦These specific characteristics emphasize the key role of PPARy on a cross road of osteogenesis, adipogenesis and hematopoiesis/osteoclastogenesis. They underline the complexity of the bone marrow niche, and demonstrate the inter-dependance of different cell types in defining bone homeostasis, that may be overseen when experimental design single out pure cell populations.¦Chez l'adulte, même après la fin de la croissance, le renouvellement des os se poursuit et porte sur environ 10% de l'ensemble du squelette adulte, par année. Ce renouvellement implique à la fois des mécanismes séquentiels et coordonnés des ostéoclastes d'origine hématopoïetique, qui dégradent l'os, et des ostéoblastes d'origine mésenchymale, qui permettent la régénération de l'os. La perte en densité osseuse due à l'âge entraîne un fort niveau de résorption, conduisant souvent à une ostéopénie, elle-même cause de l'ostéoporose.¦Les trois isotypes PPAR (Peroxisome proliferator-activated receptor, PPARa, PPARp, et PPARy) sont des récepteurs nucléaires qui contrôlent de nombreux mécanismes cellulaires et métaboliques, plus particulièrement liés au métabolisme lipidique. Au niveau osseux, des travaux précédents ont montré que PPARy inhibe l'ostéoblastogenèse en favorisant la formation d'adipocytes à partir de la cellule progénitrice commune. De plus, l'activité pro- ostéoclastogénique de PPARy induit une résorption osseuse accrue. Condormément à ces observations, les patients diabétiques traités par les thiazolidinediones qui agissent sur PPARy, ont un risque accrue d'ostéoporose liée à une perte osseuse accrue et un accroissement de l'adiposité au niveau de la moelle osseuse. Dans ce contexte, l'objectif de mon travail de thèse a été d'élucider le rôle des PPAR dans la physiologie osseuse, en s'appuyant sur le phénotype des souris porteuses de mutation pour PPAR.¦La caractérisation initiale des os des souris porteuses d'une délétion de ΡΡΑΕφ a principalement révélé une diminution de la densité minérale osseuse (DMO). Alors que l'ostéogenèse n'est pas significativement altérée chez ces souris, l'ostéoclastogenèse est elle augmentée, suggérant un rôle modérateur de ce processus par ΡΡΑΕΙβ. Ces résultats sont par ailleurs soutenus par une étude menée par le groupe du Dr Krônke en collaboration avec notre groupe, et qui monte une protection très importante des souris traitées par un activateur de PPARP contre l'ostéoporose provoquée par l'ovariectomie.¦Les observations concernant PPARy donnent des résultats plus complexes. Le laboratoire a en effet été capable récemment de générer des souris portant une délétion totale de PPARy. Alors que les os courts chez ces souris présentent une augmentation de la DMO, comme attendu, les os longs sont clairement ostéoporotiques. Ce phénotype corrèle avec une densité élevée d'ostéoclastes dans l'os cortical de ces os longs. Deux processus semblent contribuer à ce phénotype. En premier lieu, nous démontrons qu'un milieu conditionné provenant de cultures de cellules 3T3-L1 différenciées en adipocytes contiennent une forte activité inhibitrice d'osteoclastogenesis. L'utilisation d'anticorps neutralisant permet d'identifier l'adiponectine comme l'un des facteurs principaux de cette inhibition. Les souris PPARy étant totalement dépourvues d'adipocytes et donc de tissu adipeux, la sécrétion locale d'adiponectine dans la moelle osseuse est donc également absente, entraînant une désinhibition de l'ostéoclastogenèse. En second lieu, des analyses par FACS révèle une proportion accrue des cellules progénitrices d'ostéoclastes dans la moelle osseuse. Cela s'accompagne par une diminution globale des cellules souches hématopoïétiques, qui est cependant largement compensée par une importante hématopoëise extra-médullaire, dans le foie comme dans la rate.¦L'ensemble de notre travail montre toute l'importance de PPARy au carrefour de l'ostéogenèse, adipogenèse, et hématopoëise/osteoclastogenèse. Il souligne la complexité de la niche que représente la moelle osseuse et démontre l'inter-dépendance des différents types cellulaires définissant l'homéostasie osseuse, complexité qui peut facilement être masqué lorsque le travail expérimental se concentre sur le comportement d'un type cellulaire donné.

Critical roles of the nuclear receptor PPARbeta (peroxisome-proliferator-activated receptor beta) in skin wound healing.

The PPARs (peroxisome-proliferator-activated receptors) alpha, beta/delta and gamma belong to the nuclear hormone receptor superfamily. While all three receptors are undetectable in adult mouse interfollicular epidermis, PPARbeta expression and activity is strongly re-activated by inflammatory stimuli during epidermal injury. The pro-inflammatory cytokine TNFalpha (tumour necrosis factor alpha) stimulates transcription of the PPARbeta gene via an activator protein-1 site in its promoter and it also triggers the production of PPARbeta ligands in keratinocytes. This increase of PPARbeta activity in these cells up-regulates the expression of integrin-linked kinase and 3-phosphoinositide-dependent kinase-1, which phosphorylates protein kinase B-alpha (Akt1). The resulting increase in Akt1 activity suppresses apoptosis and ensures the presence of a sufficient number of viable keratinocytes at the wound margin for re-epithelialization. Together, these observations reveal that PPARbeta takes on multiple roles and contributes favourably to the process of wound closure.

Identification and potential origin of invasive clawed frogs Xenopus (Anura: Pipidae) in Sicily based on mitochondrial and nuclear DNA

African clawed frogs of the widespread polytypic species Xenopus laevis Daudin, 1802 (ranging large parts of sub-Saharan Africa) have been spreading since the 1940s, and have established reproductive populations in Europe, Asia and the Americas, where they can have negative impact as competitors of native amphibians and as disease vectors for chytridomycosis or ranaviruses. Here we use two mitochondrial (cytochrome b, 16S rDNA) and one nuclear (RAG 1: Recombination Associated Gene 1) DNA markers to infer the potential origin of invasive clawed frogs from Sicily that represent the largest invasive population in Europe. Identical mtDNA haplotypes match with those of Xenopus laevis, and Sicilian clawed frogs very probably belong to a lineage from the Cape Region of South Africa, most likely originating from a laboratory stock. Nuclear data support this conclusion. Identical mtDNA sequences (cyt b, 16S) of frogs sampled across their range in Sicily suggest the occurrence of a single source population and a potential bottleneck at their release, but faster evolving multilocus nuclear data (microsatellites, SNPs) on the population genetics would be important in the future to better support this hypothesis

Kinase signaling cascades that modulate peroxisome proliferator-activated receptors.

Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) are nuclear receptors involved in lipid and glucose homeostasis, inflammation and wound healing. In addition to ligand binding, phosphorylation can also regulate PPARs; the biological effects of phosphorylation depend on the stimulus, the kinase, the PPAR isotype, the residue modified, the cell type and the promoter investigated. The study of this dual regulation mode, which allows PPARs to integrate signals conveyed by lipophilic ligands with those coming from the plasma membrane, may ultimately offer new therapeutic strategies.

Behavior of nuclear matrix proteins during camptothecin-induced apoptosis in HL-60 human leukemia cells.

In this study we focused our attention on the behavior of four nuclear matrix proteins during the various stages of apoptosis in the HL-60 cell line exposed to the DNA topoisomerase I inhibitor, camptothecin. We have examined the following antigens by immunocytochemical techniques: (i) the 180-kDa nucleolar isoform of DNA topoisomerase II; (ii) a 126-kDa polypeptide of nuclear bodies; (iii) a 125-kDa protein; and (iv) a 160-kDa polypeptide which are known to be components of the matrix inner network. Indirect immunofluorescence experiments were performed to follow these nuclear matrix antigens during apoptosis. Moreover, the ultrastructural localization of both 125- and 160-kDa proteins was investigated by electron microscope immunocytochemistry with gold-conjugated secondary antibodies. While the antibody to the nucleolar isoform of DNA topoisomerase II gave a fluorescent pattern that was well-maintained until the late phases of apoptosis, the other three nuclear antigens showed marked modifications in their distribution. A common feature, particularly evident for 125- and 160-kDa proteins, was their absence from cap-shaped chromatin marginations, whereas they were present in the areas of remaining decondensed chromatin. The 126-kDa polypeptide concentrated progressively in an irregular mass at the opposite side of the crescentic caps and then broke up in fine spots. The 125- and 160-kDa proteins localized in the nucleolus and precisely within certain granules which are known to appear in the nucleolar area after camptothecin administration. These results show that, in addition to the well-known chromatin changes, nuclear organization undergoes other rearrangements during the apoptotic process.

Phosphatidic acid mediates demyelination in Lpin1 mutant mice

Lipids play crucial roles in many aspects of glial cell biology, affecting processes ranging from myelin membrane biosynthesis to axo-glial interactions. In order to study the role of lipid metabolism in myelinating glial cells, we specifically deleted in Schwann cells the Lpin1 gene, which encodes the Mg2+-dependent phosphatidate phosphatase (PAP1) enzyme necessary for normal triacylglycerol biosynthesis. The affected animals developed pronounced peripheral neuropathy characterized by myelin degradation, Schwann cell dedifferentiation and proliferation, and a reduction in nerve conduction velocity. The observed demyelination is mediated by endoneurial accumulation of the substrate of the PAP1 enzyme, phosphatidic acid (PA). In addition, we show that PA is a potent activator of the MEK-Erk pathway in Schwann cells, and that this activation is required for PA-induced demyelination. Our results therefore reveal a surprising role for PA in Schwann cell fate determination and provide evidence of a direct link between diseases affecting lipid metabolism and abnormal Schwann cell function