Developmental critical period in gentic redox dysregulation: animal and human studies in schizophrenia

Converging evidence favors an abnormal susceptibility to oxidative stress in schizophrenia. Decreased levels of glutathione (GSH), the major cellular antioxidant and redox regulator, was observed in cerebrospinal-fluid and prefrontal cortex of patients. Importantly, abnormal GSH synthesis of genetic origin was observed: Two case-control studies showed an association with a GAG trinucleotide repeat (TNR) polymorphism in the GSH key synthesizing enzyme glutamate-cysteine-ligase (GCL) catalytic subunit (GCLC) gene. The most common TNR genotype 7/7 was more frequent in controls, whereas the rarest TNR genotype 8/8 was three times more frequent in patients. The disease associated genotypes (35% of patients) correlated with decreased GCLC protein, GCL activity and GSH content. Similar GSH system anomalies were observed in early psychosis patients. Such redox dysregulation combined with environmental stressors at specific developmental stages could underlie structural and functional connectivity anomalies. In pharmacological and knock-out (KO) models, GSH deficit induces anomalies analogous to those reported in patients. (a) morphology: spine density and GABA-parvalbumine immunoreactivity (PV-I) were decreased in anterior cingulate cortex. KO mice showed delayed cortical PV-I at PD10. This effect is exacerbated in mice with increased DA from PD5-10. KO mice exhibit cortical impairment in myelin and perineuronal net known to modulate PV connectivity. (b) physiology: In cultured neurons, NMDA response are depressed by D2 activation. In hippocampus, NMDA-dependent synaptic plasticity is impaired and kainate induced g-oscillations are reduced in parallel to PV-I. (c) cognition: low GSH models show increased sensitivity to stress, hyperactivity, abnormal object recognition, olfactory integration and social behavior. In a clinical study, GSH precursor N-acetyl cysteine (NAC) as add on therapy, improves the negative symptoms and decreases the side effects of antipsychotics. In an auditory oddball paradigm, NAC improves the mismatched negativity, an evoked potential related to pre-attention and to NMDA receptors function. In summary, clinical and experimental evidence converge to demonstrate that a genetically induced dysregulation of GSH synthesis combined with environmental insults in early development represent a major risk factor contributing to the development of schizophrenia Conclusion Based on these data, we proposed a model for PSIP1 promoter activity involving a complex interplay between yet undefined regulatory elements to modulate gene expression.

The gamma-crystallins and human cataracts: a puzzle made clearer.

Despite the fact that cataracts constitute the leading cause of blindness worldwide, the mechanisms of lens opacification remain unclear. We recently mapped the aculeiform cataract to the gamma-crystallin locus (CRYG) on chromosome 2q33-35, and mutational analysis of the CRYG-genes cluster identified the aculeiform-cataract mutation in exon 2 of gamma-crystallin D (CRYGD). This mutation occurred in a highly conserved amino acid and could be associated with an impaired folding of CRYGD. During our study, we observed that the previously reported Coppock-like-cataract mutation, the first human cataract mutation, in the pseudogene CRYGE represented a polymorphism seen in 23% of our control population. Further analysis of the original Coppock-like-cataract family identified a missense mutation in a highly conserved segment of exon 2 of CRYGC. These mutations were not seen in a large control population. There is no direct evidence, to date, that up-regulation of a pseudogene causes cataracts. To our knowledge, these findings are the first evidence of an involvement of CRYGC and support the role of CRYGD in human cataract formation.

Elf-1 contributes to the function of the complex interleukin (IL)-2-responsive enhancer in the mouse IL-2 receptor alpha gene.

Lymphocytes regulate their responsiveness to IL-2 through the transcriptional control of the IL-2R alpha gene, which encodes a component of the high affinity IL-2 receptor. In the mouse IL-2R alpha gene this control is exerted via two regulatable elements, a promoter proximal region, and an IL-2-responsive enhancer (IL-2rE) 1.3 kb upstream. In vitro and in vivo functional analysis of the IL-2rE in the rodent thymic lymphoma-derived, CD4- CD8- cell line PC60 demonstrated that three separate elements, sites I, II, and III, were necessary for IL-2 responsiveness; these three sites demonstrate functional cooperation. Site III contains a consensus binding motif for members of the Ets family of transcription factors. Here we demonstrate that Elf-1, an Ets-like protein, binds to site III and participates in IL-2 responsiveness. In vitro site III forms a complex with a protein constitutively present in nuclear extracts from PC60 cells as well as from normal CD4- CD8- thymocytes. We have identified this molecule as Elf-1 according to a number of criteria. The complex possesses an identical electrophoretic mobility to that formed by recombinant Elf-1 protein and is super-shifted by anti-Elf-1 antibodies. Biotinylated IL-2rE probes precipitate Elf-1 from PC60 extracts provided site III is intact and both recombinant and PC60-derived proteins bind with the same relative affinities to different mutants of site III. In addition, by introducing mutations into the core of the site III Ets-like motif and comparing the corresponding effects on the in vitro binding of Elf-1 and the in vivo IL-2rE activity, we provide strong evidence that Elf-1 is directly involved in IL-2 responsiveness. The nature of the functional cooperativity observed between Elf-1 and the factors binding sites I and II remains unresolved; experiments presented here however suggest that this effect may not require direct interactions between the proteins binding these three elements.

Expression of human estrogen receptor mutants in Xenopus oocytes: correlation between transcriptional activity and ability to form protein-DNA complexes.

The human estrogen receptor (hER) is a trans-acting regulatory protein composed of a series of discrete functional domains. We have microinjected an hER expression vector (HEO) into Xenopus oocyte nuclei and demonstrate, using Western blot assay, that the hER is synthesized. When nuclear extracts from oocytes were prepared and incubated in the presence of a 2.7 kb DNA fragment comprising the 5' end of the vitellogenin gene B2, formation of estrogen-dependent complexes could be visualized by electron microscopy over the estrogen responsive element (ERE). Of crucial importance is the observation that the complex formation is inhibited by the estrogen antagonist tamoxifen, is restored by the addition of the hormone and does not take place with extracts from control oocytes injected with the expression vector lacking the sequences encoding the receptor. The presence of the biologically active hER is confirmed in co-injection experiments, in which HEO is co-introduced with a CAT reporter gene under the control of a vitellogenin promoter containing or lacking the ERE. CAT assays and primer extensions analyses reveal that both the receptor and the ERE are essential for estrogen induced stimulation of transcription. The same approach was used to analyze selective hER mutants. We find that the DNA binding domain (region C) is essential for protein--DNA complex formation at the ERE but is not sufficient by itself to activate transcription from the reporter gene. In addition to region C, both the hormone binding (region E) and amino terminal (region A/B) domains are needed for an efficient transcription activation.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)

RNA-driven cyclin-dependent kinase regulation: when CDK9/cyclin T subunits of P-TEFb meet their ribonucleoprotein partners.

The positive transcription elongation factor (P-TEFb) consists of CDK9, a cyclin-dependent kinase and its cyclin T partner. It is required for transcription of most class II genes. Its activity is regulated by non-coding RNAs. The 7SK cellular RNA turns the HEXIM cellular protein into a P-TEFb inhibitor that binds its cyclin T subunit. Thus, P-TEFb activity responds to variations in global cellular transcriptional activity and to physiological conditions linked to cell differentiation, proliferation or cardiac hypertrophy. In contrast, the Tat activation region RNA plays an activating role. This feature at the 5' end of the human immunodeficiency (HIV) viral transcript associates with the viral protein Tat that in turn binds cyclin T1 and recruits active P-TEFb to the HIV promoter. This results in enhanced P-TEFb activity, which is critical for an efficient production of viral transcripts. Although discovered recently, the regulation of P-TEFb becomes a paradigm for non-coding RNAs that regulate transcription factors. It is also a unique example of RNA-driven regulation of a cyclindependent kinase.

Lentiviral gene transfer to the nonhuman primate brain.

Lentiviral vectors infect quiescent cells and allow for the delivery of genes to discrete brain regions. The present study assessed whether stable lentiviral gene transduction can be achieved in the monkey nigrostriatal system. Three young adult Rhesus monkeys received injections of a lentiviral vector encoding for the marker gene beta galatosidase (beta Gal). On one side of the brain, each monkey received multiple lentivirus injections into the caudate and putamen. On the opposite side, each animal received a single injection aimed at the substantia nigra. The first two monkeys were sacrificed 1 month postinjection, while the third monkey was sacrificed 3 months postinjection. Robust incorporation of the beta Gal gene was seen in the striatum of all three monkeys. Stereological counts revealed that 930,218; 1,192,359; and 1,501,217 cells in the striatum were beta Gal positive in monkeys 1 (n = 2) and 3 (n = 1) months later, respectively. Only the third monkey had an injection placed directly into the substantia nigra and 187,308 beta Gal-positive cells were identified in this animal. The injections induced only minor perivascular cuffing and there was no apparent inflammatory response resulting from the lentivirus injections. Double label experiments revealed that between 80 and 87% of the beta Gal-positive cells were neurons. These data indicate that robust transduction of striatal and nigral cells can occur in the nonhuman primate brain for up to 3 months. Studies are now ongoing testing the ability of lentivirus encoding for dopaminergic trophic factors to augment the nigrostriatal system in nonhuman primate models of Parkinson's disease.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Differential involvement of peroxisome-proliferator-activated receptors alpha and delta in fibrate and fatty-acid-mediated inductions of the gene encoding liver fatty-acid-binding protein in the liver and the small intestine.

Liver fatty-acid-binding protein (L-FABP) is a cytoplasmic polypeptide that binds with strong affinity especially to long-chain fatty acids (LCFAs). It is highly expressed in both the liver and small intestine, where it is thought to have an essential role in the control of the cellular fatty acid (FA) flux. Because expression of the gene encoding L-FABP is increased by both fibrate hypolipidaemic drugs and LCFAs, it seems to be under the control of transcription factors, termed peroxisome-proliferator-activated receptors (PPARs), activated by fibrate or FAs. However, the precise molecular mechanism by which these regulations take place remain to be fully substantiated. Using transfection assays, we found that the different PPAR subtypes (alpha, gamma and delta) are able to mediate the up-regulation by FAs of the gene encoding L-FABP in vitro. Through analysis of LCFA- and fibrate-mediated effects on L-FABP mRNA levels in wild-type and PPARalpha-null mice, we have found that PPARalpha in the intestine does not constitute a dominant regulator of L-FABP gene expression, in contrast with what is known in the liver. Only the PPARdelta/alpha agonist GW2433 is able to up-regulate the gene encoding L-FABP in the intestine of PPARalpha-null mice. These findings demonstrate that PPARdelta can act as a fibrate/FA-activated receptor in tissues in which it is highly expressed and that L-FABP is a PPARdelta target gene in the small intestine. We propose that PPARdelta contributes to metabolic adaptation of the small intestine to changes in the lipid content of the diet.

The Interleukin-1 receptor antagonist is a direct target gene of PPARalpha in liver.

BACKGROUND/AIMS: The Peroxisome Proliferator-Activated Receptor (PPAR) alpha belongs to the superfamily of Nuclear Receptors and plays an important role in numerous cellular processes, including lipid metabolism. It is known that PPARalpha also has an anti-inflammatory effect, which is mainly achieved by down-regulating pro-inflammatory genes. The objective of this study was to further characterize the role of PPARalpha in inflammatory gene regulation in liver. RESULTS: According to Affymetrix micro-array analysis, the expression of various inflammatory genes in liver was decreased by treatment of mice with the synthetic PPARalpha agonist Wy14643 in a PPARalpha-dependent manner. In contrast, expression of Interleukin-1 receptor antagonist (IL-1ra), which was acutely stimulated by LPS treatment, was induced by PPARalpha. Up-regulation of IL-1ra by LPS was lower in PPARalpha -/- mice compared to Wt mice. Transactivation and chromatin immunoprecipitation studies identified IL-1ra as a direct positive target gene of PPARalpha with a functional PPRE present in the promoter. Up-regulation of IL-1ra by PPARalpha was conserved in human HepG2 hepatoma cells and the human monocyte/macrophage THP-1 cell line. CONCLUSIONS: In addition to down-regulating expression of pro-inflammatory genes, PPARalpha suppresses the inflammatory response by direct up-regulation of genes with anti-inflammatory properties.

Estrogen receptor regulates MyoD gene expression by preventing AP-1-mediated repression.

Cell growth and differentiation are opposite events in the myogenic lineage. Growth factors block the muscle differentiation program by inducing the expression of transcription factors that negatively regulate the expression of muscle regulatory genes like MyoD. In contrast, extracellular clues that induce cell cycle arrest promote MyoD expression and muscle differentiation. Thus, the regulation of MyoD expression is critical for muscle differentiation. Here we show that estrogen induces MyoD expression in mouse skeletal muscle in vivo and in dividing myoblasts in vitro by relieving the MyoD promoter from AP-1 negative regulation through a mechanism involving estrogen receptor/AP-1 protein-protein interactions but independent of the estrogen receptor DNA binding activity.

A gene-rich, transcriptionally active environment and the pre-deposition of repressive marks are predictive of susceptibility to KRAB/KAP1-mediated silencing.

AbstractBACKGROUND: KRAB-ZFPs (Krüppel-associated box domain-zinc finger proteins) are vertebrate-restricted transcriptional repressors encoded in the hundreds by the mouse and human genomes. They act via an essential cofactor, KAP1, which recruits effectors responsible for the formation of facultative heterochromatin. We have recently shown that KRAB/KAP1 can mediate long-range transcriptional repression through heterochromatin spreading, but also demonstrated that this process is at times countered by endogenous influences.METHOD: To investigate this issue further we used an ectopic KRAB-based repressor. This system allowed us to tether KRAB/KAP1 to hundreds of euchromatic sites within genes, and to record its impact on gene expression. We then correlated this KRAB/KAP1-mediated transcriptional effect to pre-existing genomic and chromatin structures to identify specific characteristics making a gene susceptible to repression.RESULTS: We found that genes that were susceptible to KRAB/KAP1-mediated silencing carried higher levels of repressive histone marks both at the promoter and over the transcribed region than genes that were insensitive. In parallel, we found a high enrichment in euchromatic marks within both the close and more distant environment of these genes.CONCLUSION: Together, these data indicate that high levels of gene activity in the genomic environment and the pre-deposition of repressive histone marks within a gene increase its susceptibility to KRAB/KAP1-mediated repression.

Peroxisome proliferator-activated receptors: insight into multiple cellular functions.

Peroxisome proliferator-activated receptors, PPARs, (NR1C) are nuclear hormone receptors implicated in energy homeostasis. Upon activation, these ligand-inducible transcription factors stimulate gene expression by binding to the promoter of target genes. The different structural domains of PPARs are presented in terms of activation mechanisms, namely ligand binding, phosphorylation, and cofactor interaction. The specificity of ligands, such as fatty acids, eicosanoids, fibrates and thiazolidinediones (TZD), is described for each of the three PPAR isotypes, alpha (NR1C1), beta (NR1C2) and gamma (NR1C3), so as the differential tissue distribution of these isotypes. Finally, general and specific functions of the PPAR isotypes are discussed, namely their implication in the control of inflammatory responses, cell proliferation and differentiation, the roles of PPARalpha in fatty acid catabolism and of PPARgamma in adipogenesis.

Regulation of adaptive behaviour during fasting by hypothalamic Foxa2.

The lateral hypothalamic area is considered the classic 'feeding centre', regulating food intake, arousal and motivated behaviour through the actions of orexin and melanin-concentrating hormone (MCH). These neuropeptides are inhibited in response to feeding-related signals and are released during fasting. However, the molecular mechanisms that regulate and integrate these signals remain poorly understood. Here we show that the forkhead box transcription factor Foxa2, a downstream target of insulin signalling, regulates the expression of orexin and MCH. During fasting, Foxa2 binds to MCH and orexin promoters and stimulates their expression. In fed and in hyperinsulinemic obese mice, insulin signalling leads to nuclear exclusion of Foxa2 and reduced expression of MCH and orexin. Constitutive activation of Foxa2 in the brain (Nes-Cre/+;Foxa2T156A(flox/flox) genotype) results in increased neuronal MCH and orexin expression and increased food consumption, metabolism and insulin sensitivity. Spontaneous physical activity of these animals in the fed state is significantly increased and is similar to that in fasted mice. Conditional activation of Foxa2 through the T156A mutation expression in the brain of obese mice also resulted in improved glucose homeostasis, decreased fat and increased lean body mass. Our results demonstrate that Foxa2 can act as a metabolic sensor in neurons of the lateral hypothalamic area to integrate metabolic signals, adaptive behaviour and physiological responses.

Reverse-transcriptase-associated RNaseH activity mediates template switching during reverse transcription in vitro.

During the first steps of reverse transcription of the retroviral genome, sequences present at the extremities of the RNA are used to reconstitute a host cell PolII promoter. The assembly of the promoter occurs by template switching, which takes advantage of a direct repeat at the ends of the RNA molecule. These steps are catalysed by the viral reverse transcriptase, which carries an intrinsic RNaseH activity that is probably also involved therein. To study the role of the RNaseH activity in this first template-switching event, an in vitro system has been developed based on primer extensions of synthetic RNAs. When an RNA was reverse transcribed with wild-type reverse transcriptase in the presence of a second RNA the 3' part of which was repeated at the 5' end of the first one, extension products could be observed corresponding to a chimeric cDNA comprising both RNA species. This template switching could not be detected when a mutant reverse transcriptase lacking the RNaseH activity was used. The results show that the RNaseH activity is needed to remove the 5' RNA sequences from the cDNA:RNA hybrid thereby enabling its translocation to another RNA containing an appropriate complementary target sequence.

Normal glucagon signaling and β-cell function after near-total α-cell ablation in adult mice.

OBJECTIVEEvaluate whether healthy or diabetic adult mice can tolerate an extreme loss of pancreatic α-cells and how this sudden massive depletion affects β-cell function and blood glucose homeostasis.RESEARCH DESIGN AND METHODSWe generated a new transgenic model allowing near-total α-cell removal specifically in adult mice. Massive α-cell ablation was triggered in normally grown and healthy adult animals upon diphtheria toxin (DT) administration. The metabolic status of these mice was assessed in 1) physiologic conditions, 2) a situation requiring glucagon action, and 3) after β-cell loss.RESULTSAdult transgenic mice enduring extreme (98%) α-cell removal remained healthy and did not display major defects in insulin counter-regulatory response. We observed that 2% of the normal α-cell mass produced enough glucagon to ensure near-normal glucagonemia. β-Cell function and blood glucose homeostasis remained unaltered after α-cell loss, indicating that direct local intraislet signaling between α- and β-cells is dispensable. Escaping α-cells increased their glucagon content during subsequent months, but there was no significant α-cell regeneration. Near-total α-cell ablation did not prevent hyperglycemia in mice having also undergone massive β-cell loss, indicating that a minimal amount of α-cells can still guarantee normal glucagon signaling in diabetic conditions.CONCLUSIONSAn extremely low amount of α-cells is sufficient to prevent a major counter-regulatory deregulation, both under physiologic and diabetic conditions. We previously reported that α-cells reprogram to insulin production after extreme β-cell loss and now conjecture that the low α-cell requirement could be exploited in future diabetic therapies aimed at regenerating β-cells by reprogramming adult α-cells.