Loss of penicillin tolerance by inactivating the carbon catabolite repression determinant CcpA in Streptococcus gordonii.

OBJECTIVES: Antibiotic tolerance is a phenomenon allowing bacteria to withstand drug-induced killing. Here, we studied a penicillin-tolerant mutant of Streptococcus gordonii (Tol1), which was shown to be deregulated in the expression of the arginine deiminase operon (arc). arc was not directly responsible for tolerance, but is controlled by the global regulator CcpA. Therefore, we sought whether CcpA might be implicated in tolerance. METHODS: The ccpA gene was characterized and subsequently inactivated by PCR ligation mutagenesis in both the susceptible wild-type (WT) and Tol1. The minimal inhibitory concentration and time-kill curves for the strains were determined and the outcome of penicillin treatment in experimental endocarditis assessed. RESULTS: ccpA sequence and expression were similar between the WT and Tol1 strains. In killing assays, the WT lost 3.5 +/- 0.6 and 5.3 +/- 0.6 log(10) cfu/mL and Tol1 lost 0.4 +/- 0.2 and 1.4 +/- 0.9 log(10) cfu/mL after 24 and 48 h of penicillin exposure, respectively. Deletion of ccpA almost totally restored Tol1 kill susceptibility (loss of 2.5 +/- 0.7 and 4.9 +/- 0.7 log(10) cfu/mL at the same endpoints). In experimental endocarditis, penicillin treatment induced a significant reduction in vegetation bacterial densities between Tol1 (4.1 log(10) cfu/g) and Tol1DeltaccpA (2.4 log(10) cfu/g). Restitution of ccpA re-established the tolerant phenotype both in vitro and in vivo. CONCLUSIONS: CcpA, a global regulator of the carbon catabolite repression system, is implicated in penicillin tolerance both in vitro and in vivo. This links antibiotic survival to bacterial sugar metabolism. However, since ccpA sequence and expression were similar between the WT and Tol1 strains, other factors are probably involved in tolerance.

Glucocorticoid-induced tumor necrosis factor receptor is a p21Cip1/WAF1 transcriptional target conferring resistance of keratinocytes to UV light-induced apoptosis.

Glucocorticoid-induced tumor necrosis factor receptor (GITR) is a member of the tumor necrosis factor receptor superfamily, is expressed in T lymphocytes, and exerts an anti-apoptotic function in these cells. We reported that GITR is also highly expressed in the skin, specifically in keratinocytes, and that it is under negative transcriptional control of p21(Cip1/WAF1), independently from the cell cycle. Although GITR expression is higher in p21-deficient keratinocytes and skin, it is down-modulated with differentiation and in response to UVB. The combined analysis of keratinocytes with increased GITR expression versus normal keratinocytes and skin of mice with a disruption of the GITR gene indicates that this protein protects keratinocytes from UVB-induced apoptosis both in vitro and in vivo.

Computational and statistical analysis of copy number variants in normal and cancer genomes

AbstractAlthough the genomes from any two human individuals are more than 99.99% identical at the sequence level, some structural variation can be observed. Differences between genomes include single nucleotide polymorphism (SNP), inversion and copy number changes (gain or loss of DNA). The latter can range from submicroscopic events (CNVs, at least 1kb in size) to complete chromosomal aneuploidies. Small copy number variations have often no (lethal) consequences to the cell, but a few were associated to disease susceptibility and phenotypic variations. Larger re-arrangements (i.e. complete chromosome gain) are frequently associated with more severe consequences on health such as genomic disorders and cancer. High-throughput technologies like DNA microarrays enable the detection of CNVs in a genome-wide fashion. Since the initial catalogue of CNVs in the human genome in 2006, there has been tremendous interest in CNVs both in the context of population and medical genetics. Understanding CNV patterns within and between human populations is essential to elucidate their possible contribution to disease. But genome analysis is a challenging task; the technology evolves rapidly creating needs for novel, efficient and robust analytical tools which need to be compared with existing ones. Also, while the link between CNV and disease has been established, the relative CNV contribution is not fully understood and the predisposition to disease from CNVs of the general population has not been yet investigated.During my PhD thesis, I worked on several aspects related to CNVs. As l will report in chapter 3, ! was interested in computational methods to detect CNVs from the general population. I had access to the CoLaus dataset, a population-based study with more than 6,000 participants from the Lausanne area. All these individuals were analysed on SNP arrays and extensive clinical information were available. My work explored existing CNV detection methods and I developed a variety of metrics to compare their performance. Since these methods were not producing entirely satisfactory results, I implemented my own method which outperformed two existing methods. I also devised strategies to combine CNVs from different individuals into CNV regions.I was also interested in the clinical impact of CNVs in common disease (chapter 4). Through an international collaboration led by the Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) and the Imperial College London I was involved as a main data analyst in the investigation of a rare deletion at chromosome 16p11 detected in obese patients. Specifically, we compared 8,456 obese patients and 11,856 individuals from the general population and we found that the deletion was accounting for 0.7% of the morbid obesity cases and was absent in healthy non- obese controls. This highlights the importance of rare variants with strong impact and provides new insights in the design of clinical studies to identify the missing heritability in common disease.Furthermore, I was interested in the detection of somatic copy number alterations (SCNA) and their consequences in cancer (chapter 5). This project was a collaboration initiated by the Ludwig Institute for Cancer Research and involved other groups from the Swiss Institute of Bioinformatics, the CHUV and Universities of Lausanne and Geneva. The focus of my work was to identify genes with altered expression levels within somatic copy number alterations (SCNA) in seven metastatic melanoma ceil lines, using CGH and SNP arrays, RNA-seq, and karyotyping. Very few SCNA genes were shared by even two melanoma samples making it difficult to draw any conclusions at the individual gene level. To overcome this limitation, I used a network-guided analysis to determine whether any pathways, defined by amplified or deleted genes, were common among the samples. Six of the melanoma samples were potentially altered in four pathways and five samples harboured copy-number and expression changes in components of six pathways. In total, this approach identified 28 pathways. Validation with two external, large melanoma datasets confirmed all but three of the detected pathways and demonstrated the utility of network-guided approaches for both large and small datasets analysis.RésuméBien que le génome de deux individus soit similaire à plus de 99.99%, des différences de structure peuvent être observées. Ces différences incluent les polymorphismes simples de nucléotides, les inversions et les changements en nombre de copies (gain ou perte d'ADN). Ces derniers varient de petits événements dits sous-microscopiques (moins de 1kb en taille), appelés CNVs (copy number variants) jusqu'à des événements plus large pouvant affecter des chromosomes entiers. Les petites variations sont généralement sans conséquence pour la cellule, toutefois certaines ont été impliquées dans la prédisposition à certaines maladies, et à des variations phénotypiques dans la population générale. Les réarrangements plus grands (par exemple, une copie additionnelle d'un chromosome appelée communément trisomie) ont des répercutions plus grave pour la santé, comme par exemple dans certains syndromes génomiques et dans le cancer. Les technologies à haut-débit telle les puces à ADN permettent la détection de CNVs à l'échelle du génome humain. La cartographie en 2006 des CNV du génome humain, a suscité un fort intérêt en génétique des populations et en génétique médicale. La détection de différences au sein et entre plusieurs populations est un élément clef pour élucider la contribution possible des CNVs dans les maladies. Toutefois l'analyse du génome reste une tâche difficile, la technologie évolue très rapidement créant de nouveaux besoins pour le développement d'outils, l'amélioration des précédents, et la comparaison des différentes méthodes. De plus, si le lien entre CNV et maladie a été établit, leur contribution précise n'est pas encore comprise. De même que les études sur la prédisposition aux maladies par des CNVs détectés dans la population générale n'ont pas encore été réalisées.Pendant mon doctorat, je me suis concentré sur trois axes principaux ayant attrait aux CNV. Dans le chapitre 3, je détaille mes travaux sur les méthodes d'analyses des puces à ADN. J'ai eu accès aux données du projet CoLaus, une étude de la population de Lausanne. Dans cette étude, le génome de plus de 6000 individus a été analysé avec des puces SNP et de nombreuses informations cliniques ont été récoltées. Pendant mes travaux, j'ai utilisé et comparé plusieurs méthodes de détection des CNVs. Les résultats n'étant pas complètement satisfaisant, j'ai implémenté ma propre méthode qui donne de meilleures performances que deux des trois autres méthodes utilisées. Je me suis aussi intéressé aux stratégies pour combiner les CNVs de différents individus en régions.Je me suis aussi intéressé à l'impact clinique des CNVs dans le cas des maladies génétiques communes (chapitre 4). Ce projet fut possible grâce à une étroite collaboration avec le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) et l'Impérial College à Londres. Dans ce projet, j'ai été l'un des analystes principaux et j'ai travaillé sur l'impact clinique d'une délétion rare du chromosome 16p11 présente chez des patients atteints d'obésité. Dans cette collaboration multidisciplinaire, nous avons comparés 8'456 patients atteint d'obésité et 11 '856 individus de la population générale. Nous avons trouvés que la délétion était impliquée dans 0.7% des cas d'obésité morbide et était absente chez les contrôles sains (non-atteint d'obésité). Notre étude illustre l'importance des CNVs rares qui peuvent avoir un impact clinique très important. De plus, ceci permet d'envisager une alternative aux études d'associations pour améliorer notre compréhension de l'étiologie des maladies génétiques communes.Egalement, j'ai travaillé sur la détection d'altérations somatiques en nombres de copies (SCNA) et de leurs conséquences pour le cancer (chapitre 5). Ce projet fut une collaboration initiée par l'Institut Ludwig de Recherche contre le Cancer et impliquant l'Institut Suisse de Bioinformatique, le CHUV et les Universités de Lausanne et Genève. Je me suis concentré sur l'identification de gènes affectés par des SCNAs et avec une sur- ou sous-expression dans des lignées cellulaires dérivées de mélanomes métastatiques. Les données utilisées ont été générées par des puces ADN (CGH et SNP) et du séquençage à haut débit du transcriptome. Mes recherches ont montrées que peu de gènes sont récurrents entre les mélanomes, ce qui rend difficile l'interprétation des résultats. Pour contourner ces limitations, j'ai utilisé une analyse de réseaux pour définir si des réseaux de signalisations enrichis en gènes amplifiés ou perdus, étaient communs aux différents échantillons. En fait, parmi les 28 réseaux détectés, quatre réseaux sont potentiellement dérégulés chez six mélanomes, et six réseaux supplémentaires sont affectés chez cinq mélanomes. La validation de ces résultats avec deux larges jeux de données publiques, a confirmée tous ces réseaux sauf trois. Ceci démontre l'utilité de cette approche pour l'analyse de petits et de larges jeux de données.Résumé grand publicL'avènement de la biologie moléculaire, en particulier ces dix dernières années, a révolutionné la recherche en génétique médicale. Grâce à la disponibilité du génome humain de référence dès 2001, de nouvelles technologies telles que les puces à ADN sont apparues et ont permis d'étudier le génome dans son ensemble avec une résolution dite sous-microscopique jusque-là impossible par les techniques traditionnelles de cytogénétique. Un des exemples les plus importants est l'étude des variations structurales du génome, en particulier l'étude du nombre de copies des gènes. Il était établi dès 1959 avec l'identification de la trisomie 21 par le professeur Jérôme Lejeune que le gain d'un chromosome supplémentaire était à l'origine de syndrome génétique avec des répercussions graves pour la santé du patient. Ces observations ont également été réalisées en oncologie sur les cellules cancéreuses qui accumulent fréquemment des aberrations en nombre de copies (telles que la perte ou le gain d'un ou plusieurs chromosomes). Dès 2004, plusieurs groupes de recherches ont répertorié des changements en nombre de copies dans des individus provenant de la population générale (c'est-à-dire sans symptômes cliniques visibles). En 2006, le Dr. Richard Redon a établi la première carte de variation en nombre de copies dans la population générale. Ces découvertes ont démontrées que les variations dans le génome était fréquentes et que la plupart d'entre elles étaient bénignes, c'est-à-dire sans conséquence clinique pour la santé de l'individu. Ceci a suscité un très grand intérêt pour comprendre les variations naturelles entre individus mais aussi pour mieux appréhender la prédisposition génétique à certaines maladies.Lors de ma thèse, j'ai développé de nouveaux outils informatiques pour l'analyse de puces à ADN dans le but de cartographier ces variations à l'échelle génomique. J'ai utilisé ces outils pour établir les variations dans la population suisse et je me suis consacré par la suite à l'étude de facteurs pouvant expliquer la prédisposition aux maladies telles que l'obésité. Cette étude en collaboration avec le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois a permis l'identification d'une délétion sur le chromosome 16 expliquant 0.7% des cas d'obésité morbide. Cette étude a plusieurs répercussions. Tout d'abord elle permet d'effectuer le diagnostique chez les enfants à naître afin de déterminer leur prédisposition à l'obésité. Ensuite ce locus implique une vingtaine de gènes. Ceci permet de formuler de nouvelles hypothèses de travail et d'orienter la recherche afin d'améliorer notre compréhension de la maladie et l'espoir de découvrir un nouveau traitement Enfin notre étude fournit une alternative aux études d'association génétique qui n'ont eu jusqu'à présent qu'un succès mitigé.Dans la dernière partie de ma thèse, je me suis intéressé à l'analyse des aberrations en nombre de copies dans le cancer. Mon choix s'est porté sur l'étude de mélanomes, impliqués dans le cancer de la peau. Le mélanome est une tumeur très agressive, elle est responsable de 80% des décès des cancers de la peau et est souvent résistante aux traitements utilisés en oncologie (chimiothérapie, radiothérapie). Dans le cadre d'une collaboration entre l'Institut Ludwig de Recherche contre le Cancer, l'Institut Suisse de Bioinformatique, le CHUV et les universités de Lausanne et Genève, nous avons séquencés l'exome (les gènes) et le transcriptome (l'expression des gènes) de sept mélanomes métastatiques, effectués des analyses du nombre de copies par des puces à ADN et des caryotypes. Mes travaux ont permis le développement de nouvelles méthodes d'analyses adaptées au cancer, d'établir la liste des réseaux de signalisation cellulaire affectés de façon récurrente chez le mélanome et d'identifier deux cibles thérapeutiques potentielles jusqu'alors ignorées dans les cancers de la peau.

Electron microscopic visualization of protein-DNA interactions at the estrogen responsive element and in the first intron of the Xenopus laevis vitellogenin gene.

Stable protein-DNA complexes can be assembled in vitro at the 5' end of Xenopus laevis vitellogenin genes using extracts of nuclei from estrogen-induced frog liver and visualized by electron microscopy. Complexes at the three following sites can be identified on the gene B2: the transcription initiation site, the estrogen responsive element (ERE) and in the first intron. The complex at the transcription initiation site is stabilized by dinucleotides and thus represents a ternary transcription complex. The formation of the complexes at the two other sites is enhanced by estrogen and is reduced by tamoxifen, an antagonist of estrogen, while this latter effect is reversed by adding an excess of hormone. No sequence homology is apparent between the site containing the ERE and the binding site in intron I and functional tests in MCF-7 cells suggest that these two sites are not equivalent. Finally, we made use of previously characterized deletion mutants of the 5' flanking region of the gene B1, a close relative of the gene B2, to demonstrate that the 13-bp palindromic core element of the ERE is involved in the formation of the complexes observed upstream of the transcription initiation site.

A Candidate HIV/AIDS Vaccine (MVA-B) that Enhances the Magnitude and Polyfunctionality of Memory HIV-1-Specific T-Cell Responses

Background: The poxvirus vector Modified Vaccinia Virus Ankara (MVA) expressing HIV-1 Env, Gag, Pol and Nef antigens from clade B (MVA-B) is currently used as a HIV/AIDS vaccine candidate. A general strategy to try to improve the immunogenicity of poxvirus HIV-1 vaccine candidates is the deletion of known or suggested immunomodulatory vaccinia virus (VACV) genes.Methods: We have generated and characterized the innate immune sensing and the immunogenicity profile of a new HIV-1 vaccine candidate, which contains a deletion in a VACV gene.Results: We show that this VACV protein is expressed early during virus infection and localizes to the cytoplasm of infected cells. Deletion of this VACV gene from the MVA-B had no effect on virus growth kinetics; therefore this VACV protein is not essential for virus replication. The innate immune signals elicited by the MVA-B deletion mutant in human macrophages and monocyte-derived dendritic cells were characterized. In a DNA prime/MVA boost immunization protocol in mice, flow cytometry analysis revealed that the MVA-B deletion mutant enhanced the magnitude and polyfunctionality of the HIV-1-specific CD4 + and CD8 + T-cell memory immune responses, with most of the HIV-1 responses mediated by the CD8 + T-cell compartment with an effector phenotype. Significantly, while MVA-B induced preferentially Env- and Gag-specific CD8 + T-cell responses, the MVA-B deletion mutant induced more GPN-specific CD8 + T-cell responses. Furthermore, the MVA-B deletion mutant enhanced the levels of antibodies against Env in comparison with MVA-B.Conclusion: These findings revealed that this new VACV protein can be considered as an immunomodulator and that deleting this gene in MVA-B confers an immunological benefit by inducing innate immune responses and increasing the magnitude and quality of the T-cell memory immune responses to HIV-1 antigens. Our observations are relevant for the improvement of MVA vectors as HIV-1 vaccines.

The nuclear hormone receptor PPARγ counteracts vascular calcification by inhibiting Wnt5a signalling in vascular smooth muscle cells.

Vascular calcification is a hallmark of advanced atherosclerosis. Here we show that deletion of the nuclear receptor PPARγ in vascular smooth muscle cells of low density lipoprotein receptor (LDLr)-deficient mice fed an atherogenic diet high in cholesterol, accelerates vascular calcification with chondrogenic metaplasia within the lesions. Vascular calcification in the absence of PPARγ requires expression of the transmembrane receptor LDLr-related protein-1 in vascular smooth muscle cells. LDLr-related protein-1 promotes a previously unknown Wnt5a-dependent prochondrogenic pathway. We show that PPARγ protects against vascular calcification by inducing the expression of secreted frizzled-related protein-2, which functions as a Wnt5a antagonist. Targeting this signalling pathway may have clinical implications in the context of common complications of atherosclerosis, including coronary artery calcification and valvular sclerosis.

Genetic factors of obesity and eating disorders: Copy number variations (CNV) involving SH2B1

Context : It is now clearly shown that genetic factors in association with environment play a key role in obesity and eating disorders. This project studies the clinical symptoms and molecular abnormalities in patients carrying a strong hereditary predisposition to obesity and eating behavior disorders. We have previously published the association between the 16:29.5-30.1 deletion and a very penetrant form of morbid obesity and macrocephaly. We have also demonstrated the association between the reciprocal 16:29.5-30.1 duplication and underweight and small head circumference. These 2 studies demonstrate that gene dosage of one or several genes in this region regulates BMI as well as brain growth. At present, there are no data pointing towards particular candidate genes. We are currently investigating a second non-overlapping recurrent CNV encompassing SH2B1, upstream of the aforementioned rearrangement. SNPs in this gene have been associated with BMI in GWAS studies and mice models confirmed this association. Bokuchova et al have reported an association between deletions encompassing this gene and severe early onset obesity, as well as insulin resistance. We are currently collecting and analyzing data to fully characterize the phenotype and the transcriptional patterns associated with this rearrangement. Aims : 1. Identify carriers of any CNVs in the greater 16p11.2 region (between 16:28MB and 32MB) in the EGG consortium. 2. Perform association studies between SNPs in the greater 16p11.2 region (16:28-32MB) and anthropometric measures with adjusted "locus-wide significance", to identify or prioritize candidate genes potentially driving the association observed in patients with the CNVs (and thus worthy of further validation and sequencing). 3. Explore associations between GSV genome-wide and brain volume. 4. Explore relationship between brain volumes (whole brain and regional for those who underwent brain MRI), head circumference and BMI. 5. Extrapolate this procedure to other regions covered by the Metabochip. Methods : - Examine and collect clinical informations, as well as molecular informations in these patients. - Analysis of MRI data in children and adults with BMI > 2SD. Compare changes to MRI data obtained in patients with monogenic forms of obesity (data from Lausanne study) and to underweight (BMI<-2SD) individuals from EGG. - Test whether opposite extremes of the phenotypic distribution may be highly informative Expected results : This is a highly focused study, pertaining to approximately 1 0/00 of the human genome. Yet it is clear that if successful, the lessons learned from this study could be extrapolated to other segments of the genome and would need validation and replication by additional studies. Altogether they will contribute to further explore the missing heritability and point to etiologic genes and pathways underlying these important health burdens.

Two novel MvaT-like global regulators control exoproduct formation and biocontrol activity in root-associated Pseudomonas fluorescens CHA0.

Pseudomonas fluorescens CHA0 protects various crop plants against root diseases caused by pathogenic fungi. Among a range of exoproducts excreted by strain CHA0, the antifungal compounds 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG) and pyoluteorin (PLT) are particularly relevant to the strain's biocontrol potential. Here, we report on the characterization of MvaT and MvaV as novel regulators of biocontrol activity in strain CHA0. We establish the two proteins as further members of an emerging family of MvaT-like regulators in pseudomonads that are structurally and functionally related to the DNA-binding protein H-NS. In mvaT and mvaV in frame-deletion mutants of strain CHA0, PLT production was enhanced about four- and 1.5-fold, respectively, whereas DAPG production remained at wild-type levels. Remarkably, PLT production was increased up to 20-fold in an mvaT mvaV double mutant. DAPG biosynthesis was almost completely repressed in this mutant. The effects on antibiotic production could be confirmed by following expression of gfp-based reporter fusions to the corresponding biosynthetic genes. MvaT and MvaV also influenced levels of other exoproducts, motility, and physicochemical cell-surface properties to various extents. Compared with the wild type, mvaT and mvaV mutants had an about 20% reduced capacity (in terms of plant fresh weight) to protect cucumber from a root rot caused by Pythium ultimum. Biocontrol activity was nearly completely abolished in the double mutant Our findings indicate that MvaT and MvaV act together as further global regulatory elements in the complex network controlling expression of biocontrol traits in plant-beneficial pseudomonads.

Mutations in DNAH5 account for only 15% of a non-preselected cohort of patients with primary ciliary dyskinesia.

BACKGROUND: Primary ciliary dyskinesia (PCD) is characterised by recurrent infections of the upper respiratory airways (nose, bronchi, and frontal sinuses) and randomisation of left-right body asymmetry. To date, PCD is mainly described with autosomal recessive inheritance and mutations have been found in five genes: the dynein arm protein subunits DNAI1, DNAH5 and DNAH11, the kinase TXNDC3, and the X-linked retinitis pigmentosa GTPase regulator RPGR. METHODS: We screened 89 unrelated individuals with PCD for mutations in the coding and splice site regions of the gene DNAH5 by denaturing high performance liquid chromatography (DHPLC) and sequencing. Patients were mainly of European origin and were recruited without any phenotypic preselection. RESULTS: We identified 18 novel (nonsense, splicing, small deletion and missense) and six previously described mutations. Interestingly, these DNAH5 mutations were mainly associated with outer + inner dyneins arm ultrastructural defects (50%). CONCLUSION: Overall, mutations on both alleles of DNAH5 were identified in 15% of our clinically heterogeneous cohort of patients. Although genetic alterations remain to be identified in most patients, DNAH5 is to date the main PCD gene.

Cardiac hypertrophy, low blood pressure, and low aldosterone levels in mice devoid of the three circadian PAR bZip transcription factors DBP, HLF, and TEF.

The cardiovascular system is under the control of the circadian clock, and disturbed circadian rhythms can induce cardiovascular pathologies. This cyclic regulation is probably brought about by the circadian expression of genes encoding enzymes and regulators involved in cardiovascular functions. We have previously shown that the rhythmic transcription of output genes is, in part, regulated by the clock-controlled PAR bZip transcription factors DBP (albumin D-element Binding Protein), HLF (Hepatic Leukemia Factor), and TEF (Thyrotroph Embryonic Factor). The simultaneous deletion of all three PAR bZip transcription factors leads to increased morbidity and shortened life span. Here, we demonstrate that Dbp/Tef/Hlf triple knockout mice develop cardiac hypertrophy and left ventricular dysfunction associated with a low blood pressure. These dysfunctions are exacerbated by an abnormal response to this low blood pressure characterized by low aldosterone levels. The phenotype of PAR bZip knockout mice highlights the importance of circadian regulators in the modulation of cardiovascular functions.

Molecular characterization of the processing of arenavirus envelope glycoprotein precursors by subtilisin kexin isozyme-1/site-1 protease.

A crucial step in the life cycle of arenaviruses is the biosynthesis of the mature fusion-active viral envelope glycoprotein (GP) that is essential for virus-host cell attachment and entry. The maturation of the arenavirus GP precursor (GPC) critically depends on proteolytic processing by the cellular proprotein convertase (PC) subtilisin kexin isozyme-1 (SKI-1)/site-1 protease (S1P). Here we undertook a molecular characterization of the SKI-1/S1P processing of the GPCs of the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) and the pathogenic Lassa virus (LASV). Previous studies showed that the GPC of LASV undergoes processing in the endoplasmic reticulum (ER)/cis-Golgi compartment, whereas the LCMV GPC is cleaved in a late Golgi compartment. Herein we confirm these findings and provide evidence that the SKI-1/S1P recognition site RRLL, present in the SKI-1/S1P prodomain and LASV GPC, but not in the LCMV GPC, is crucial for the processing of the LASV GPC in the ER/cis-Golgi compartment. Our structure-function analysis revealed that the cleavage of arenavirus GPCs, but not cellular substrates, critically depends on the autoprocessing of SKI-1/S1P, suggesting differences in the processing of cellular and viral substrates. Deletion mutagenesis showed that the transmembrane and intracellular domains of SKI-1/S1P are dispensable for arenavirus GPC processing. The expression of a soluble form of the protease in SKI-I/S1P-deficient cells resulted in the efficient processing of arenavirus GPCs and rescued productive virus infection. However, exogenous soluble SKI-1/S1P was unable to process LCMV and LASV GPCs displayed at the surface of SKI-I/S1P-deficient cells, indicating that GPC processing occurs in an intracellular compartment. In sum, our study reveals important differences in the SKI-1/S1P processing of viral and cellular substrates.

GacS sensor domains pertinent to the regulation of exoproduct formation and to the biocontrol potential of Pseudomonas fluorescens CHA0.

In the root-colonizing biocontrol strain CHA0 of Pseudomonas fluorescens, cell density-dependent synthesis of extracellular, plant-beneficial secondary metabolites and enzymes is positively regulated by the GacS/GacA two-component system. Mutational analysis of the GacS sensor kinase using improved single-copy vectors showed that inactivation of each of the three conserved phosphate acceptor sites caused an exoproduct null phenotype (GacS-), whereas deletion of the periplasmic loop domain had no significant effect on the expression of exoproduct genes. Strain CHA0 is known to synthesize a solvent-extractable extracellular signal that advances and enhances the expression of exoproduct genes during the transition from exponential to stationary growth phase when maximal exoproduct formation occurs. Mutational inactivation of either GacS or its cognate response regulator GacA abolished the strain's response to added signal. Deletion of the linker domain of the GacS sensor kinase caused signal-independent, strongly elevated expression of exoproduct genes at low cell densities. In contrast to the wild-type strain CHA0, the gacS linker mutant and a gacS null mutant were unable to protect tomato plants from crown and root rot caused by Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici in a soil-less microcosm, indicating that, at least in this plant-pathogen system, there is no advantage in using a signal-independent biocontrol strain.

Tolerogenic dendritic cells and their role in induction of immune tolerance

Les cellules dendritiques sont des cellules du système immunitaire qui permettent d'instruire les lymphocytes T, autres cellules de ce système, pour mettre en place une réponse immunitaire adaptée afin de combattre et vaincre une infection. Ces cellules dendritiques vont reconnaître des motifs spécifiquement exprimés par des pathogènes par l'intermédiaire de récepteurs exprimés à leur surface. En détectant ces molécules, elles vont s'activer et subir diverses modifications pour pouvoir activer les lymphocytes T. Elles vont alors interagir avec les lymphocytes Τ et transférer les informations nécessaires pour que ces cellules s'activent à leur tour et produisent différentes protéines de façon à éliminer le pathogène. En fonction du type de pathogène, les informations transférées entre les cellules dendritiques et les lymphocytes seront différentes de manière à produire la réponse immunitaire la mieux adaptée pour supprimer l'élément infectieux. Dans le corps, les cellules dendritiques circulent continuellement afin de détecter les éléments étrangers. Quand elles reconnaissent une protéine étrangère, elles la phagocytent, c'est-à-dire qu'elles la mangent afin de pouvoir la présenter aux lymphocytes T. Mais quand elles phagocytent un élément étranger, elles peuvent également prendre des éléments du soi, comme par exemple quand elles phagocytent une cellule infectée par un virus. Les cellules dendritiques doivent alors être capables de différentier les molécules du soi et du non-soi de façon à ne pas induire une réponse en présentant un antigène du soi aux lymphocytes T. D'autant plus que lors de leur développement, les lymphocytes Τ qui sont capables de reconnaître le soi sont éliminés mais ce système n'est pas parfait et donc certains lymphocytes Τ auto-reactifs peuvent se trouver dans le corps. Il existe ainsi d'autres mécanismes en périphérie du site de développement pour inhiber ces lymphocytes Τ auto-reactifs. Ce sont les mécanismes de tolérance. Quand les lymphocytes Τ induisent une réponse aux antigènes du soi, cela résulte à des maladies auto-immunes. Dans mon projet de recherche, nous avons travaillé avec des lignées de cellules dendritiques, c'est-à-dire des cellules dendritiques semblables à celles que l'on peut trouver in vivo mais qui sont immortalisées, elles peuvent donc être cultiver et manipuler in vitro. Nous avons génétiquement modifiées ces lignées cellulaires pour qu'elles expriment des molécules immunosuppressives afin d'étudier comment induire une tolérance immunitaire, c'est-à-dire si l'expression de ces molécules permet d'éviter de générer une réponse immunitaire. Pour cela, nous avons utilisé des modèles murins de tumeurs et de maladies auto-immunes. Nous avons démontré que ces lignées de cellules dendritiques peuvent être un grand outil de recherche pour étudier les bénéfices de différentes molécules immuno-modulatrices afin d'induire une tolérance immunitaire à différents antigènes. - Les cellules dendritiques sont responsables de l'induction des réponses immunitaires adaptatives. Suite à une infection microbienne, les cellules dendritiques s'activent, elles induisent l'expression de molécules de costimulation à leur surface, sécrètent des cytokines et induisent la différentiation des cellules Τ effectrices et mémoires. De plus, les cellules dendritiques ont un rôle important dans l'induction et la maintenance de la tolérance immunitaire au niveau du thymus et en périphérie, en induisant l'anergie, la délétion ou la conversion des cellules Τ naïves en cellules régulatrices. Dans notre groupe, une nouvelle lignée de cellules dendritiques appelée MuTu a été crée par la culture de cellules dendritiques tumorales isolées à partir d'une rate d'une souris transgénique, dans laquelle l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP sont sous le contrôle du promoteur CD1 le, et sont ainsi spécifiquement exprimés dans les cellules dendritiques. Ces nouvelles lignées appartiennent au sous-type des cellules dendritiques conventionnelles exprimant CD8a. Elles ont conservé leur capacité d'augmenter l'expression des marqueurs de costimulation à leur surface ainsi que le production de cytokines en réponse à des ligands des récepteurs Toll, ainsi que leur capacité à présenter des antigènes associés aux molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe I ou II pour activer la prolifération et la différentiation des lymphocytes T. En utilisant un système de transduction de lentivirus de seconde génération, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques ont été génétiquement modifiées pour sur-exprimer des molécules immunosuppressives (IL-10, TGFP latent, TGFp actif, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC et CTLA4). Ces lignées permettent d'étudier de manière reproductible le rôle de ces molécules potentiellement tolérogènes sur les réponses immunitaires in vitro et in vivo. Ces lignées potentiellement tolérogènes ont été testées, tout d'abord, in vitro, pour leur capacité à inhiber l'activation des cellules dendritiques, à bloquer la prolifération des cellules Τ ou à modifier leur polarisation. Nos résultats démontrent qu'en réponse à une stimulation, la sur-expression des molécules costimulatrices et la sécrétion de molécules pro- inflammatoires est réduite quand les cellules dendritiques sur-expriment l'IL-10. La sur¬expression de TGFp sous sa forme active induit le développement de cellules régulatrices CD4+ CD25+ Foxp3+ et bloque la réponse CD8 cytotoxique tandis que la sur-expression de CTLA4 à la surface des cellules dendritiques inhibe une réponse Thl et induit des lymphocytes Τ anergiques. Ces lignées ont également été utilisées pour étudier l'induction de tolérance in vivo. Tout d'abord, nous avons étudié l'induction de tolérance dans un modèle de développement de tumeurs. En effet, quand les lignées tumorales sont transférées dans les lignées de souris C57BL/6, elles sont reconnues comme du non-soi du à l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP et sont éliminées. Ce mécanisme d'élimination a été étudié en utilisant une lignée de cellules dendritiques modifiée pour exprimer la luciférase et qui a permis de suivre le développement des tumeurs par de l'imagerie in vivo dans des animaux vivants. Ces lignées de cellules dendritiques MuTu sont éliminées dans la souris C57BL/6 par les lymphocytes CD8 et l'action cytotoxique de la perforine. Après plusieurs injections, les cellules dendritiques sur-exprimant CTLA4 ou l'actif TGFp peuvent casser cette réponse immunitaire inhérente aux antigènes de la lignée et induire le développement de la tumeur dans la souris C57BL/6. Le développement tumoral a pu être suivi en mesurant la bioluminescence émise par des cellules dendritiques modifiées pour exprimer à la fois l'actif TGFp et la luciférase. Ces tumeurs ont pu se développer grâce à la mise en place d'un microenvironnement suppressif pour échapper à l'immunité en recrutant des cellules myéloïde suppressives, des lymphocytes CD4 régulateurs et en induisant l'expression d'une molécule inhibitrice PD-1 à la surface des lymphocytes CD8 infiltrant la tumeur. Dans un deuxième temps, ces lignées tolérogènes ont également été testées dans un modèle murin de maladies auto-immunes, appelé l'encéphalomyélite auto-immune expérimental (EAE), qui est un modèle pour la sclérose en plaques. L'EAE a été induite dans la souris par le transfert de cellules de ganglions prélevées d'une souris donneuse préalablement immunisée avec une protéine du système nerveux central, la glycoprotéine myéline oligodendrocyte (MOG) émulsifiée dans de l'adjuvant complet de Freund. La vaccination des souris donneuses et receveuses avec les cellules sur-exprimant l'actif TGFP préalablement chargées avec la protéine MOG bloque l'induction de l'EAE. Nous sommes actuellement en train de définir les mécanismes qui permettent de protéger la souris du développement de la maladie auto-immune. Dans cette étude, nous avons ainsi démontré la possibilité d'induire la tolérance in vivo et in vitro à différents antigènes en utilisant nos nouvelles lignées de cellules dendritiques et en les modifiant pour exprimer des molécules immunosuppressives. En conséquence, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques représentent un outil pour explorer les bénéfices de différentes molécules ayant des propriétés immuno-modulatrices pour manipuler le système immunitaire vers un phénotype tolérogène. - Dendritic cells (DC) are widely recognized as potent inducers of the adaptive immune responses. Importantly, after microbial infections, DC become activated, induce co- stimulation, secrete cytokines and induce effector and memory Τ cells. DC furthermore play an important role in inducing and maintaining central and peripheral tolerance by inducing anergy, deletion or commitment of antigen-specific naïve Τ cells into regulatory Τ cells. In our group, stable MuTu DC lines were generated by culture of splenic DC tumors from transgenic mice expressing the SV40 large Τ oncogene and the GFP under DC-specific CDllc promoter. These transformed DC belong to the CD8a+ conventional DC subtype and have fully conserved their capacity to upregulate co-stimulatory markers and produce cytokines after activation with Toll Like Receptors-ligands, and to present Major Histocompatibility class-I or MHCII-restricted antigens to activate Τ cell expansion and differentiation. Using a second- generation lentiviral transduction system, these newly developed MuTu DC lines were genetically modified to overexpress immunosuppressive molecules (IL-10, latent TGFp, active TGFp, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC and CTLA4). This allows to reproducibly investigate the role of these potentially tolerogenic molecules on in vitro and in vivo immune responses. These potentially tolerogenic DC were tested in vitro for their ability to inhibit DC activation, to prevent Τ cell proliferation and to modify Τ cell polarization. Our results show that the upregulation of costimulatory molecules and the secretion of pro-inflammatory cytokines were reduced upon stimulation of DC overexpressing IL-10. The overexpression of active TGFP induced the development of CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and inhibited the cytotoxic CD8 Τ cell response as shown by using the OT-II Τ cell system whereas the surface expression of CTLA-4 on DC prevented the Thl response and prompted an anergic antigen-specific Τ cell response. These MuTu DC lines were also used in vivo in order to study the induction of tolerance. First we addressed the induction of tolerance in a model of tumorogenesis. The adoptively transferred tumor cell lines were cleared in C57BL/6 mice due to the foreign expression of SV40 LargeT and GFP. The mechanism of clearance of MuTu DC line into C57BL/6 mice was investigated by using luciferase-expressing DC line. These DC line allowed to follow, by in vivo imaging, the tumor development in living animals and determined that MuTu DC lines were eliminated in a perforin-mediated CD8 Τ cell dependent and CD4 Τ cell independent response. After multiple injections, DC overexpressing CTLA4 or active TGFp could break the immune response to these inherent antigens and induced DC tumorogenesis in wild type mice. The tumor outgrowth in C57BL/6 mice was nicely observed by double-transduced DC lines to express both luciferase and active TGFp. actTGFp-DC tumor was shown to recruit myeloid-derived suppressor cells, induce CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and induce the expression of the inhibitory receptor PD-1 on tumor- infiltrating CD8+ Τ cells in order to escape tumor immunity. Tolerogenic DC lines were also tested for the induction of tolerance in a murine model of autoimmune disease, the experimental autoimmune encephalitis (EAE) model for human multiple sclerosis. EAE was induced in C57BL/6 mice by the adoptive transfer of lymph node cells isolated from donor mice previously immunized by a protein specific to the central nervous system, the myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) emulsified in the complete freund adjuvant. The vaccination of donor and recipient mice with MOG-pulsed actTGFP-DC line prevented EAE induction. We are still investigating how the active TGFP protect mice from EAE development. We generated tolerogenic DC lines inducing tolerance in vitro and in vivo. Thereby these MuTu DC lines represent a great tool to explore the benefits of various immuno-modulatory molecules to manipulate the immune system toward a tolerogenic phenotype.

In vitro negative selection of viral superantigen-reactive thymocytes by thymic dendritic cells.

Intrathymic expression of endogenous mouse mammary tumor virus (MMTV)-encoded superantigens (SAg) induces the clonal deletion of T cells bearing SAg-reactive T-cell receptor (TCR) Vbeta elements. However, the identity of the thymic antigen-presenting cells (APC) involved in the induction of SAg tolerance remains to be defined. We have analyzed the potential of dendritic cells (DC) to mediate the clonal deletion of Mtv-7-reactive TCR alphabeta P14 transgenic thymocytes in an in vitro assay. Our results show that both thymic and splenic DC induced the deletion of TCR transgenic double positive (DP) thymocytes. DC appear to be more efficient than splenic B cells as negatively selecting APC in this experimental system. Interestingly, thymic and splenic DC display a differential ability to induce CD4+ SP thymocyte proliferation. These observations suggest that thymic DC may have an important role in the induction of SAg tolerance in vivo.

Hypocretins regulate the anxiogenic-like effects of nicotine and induce reinstatement of nicotine-seeking behavior

Emerging evidence suggests that the hypocretinergic system is involved in addictive behavior. In this study, we investigated the role of these hypothalamic neuropeptides in anxiety-like responses of nicotine and stress-induced reinstatement of nicotine-seeking behavior. Acute nicotine (0.8 mg/kg, s.c.) induced anxiogenic-like effects in the elevated plus-maze and activated the paraventricular nucleus of thehypothalamus (PVN) as revealed by c-Fos expression. Pretreatment with the hypocretin receptor 1 (Hcrtr-1) antagonist SB334867 orpreprohypocretin gene deletion blocked both nicotine effects. In the PVN, SB334867 also prevented the activation of corticotrophinreleasing factor (CRF) and arginine-vasopressin (AVP) neurons, which expressed Hcrtr-1. In addition, an increase of the percentage of c-Fos-positive hypocretin cells in the perifornical and dorsomedial hypothalamic (PFA/DMH) areas was found after nicotine (0.8 mg/kg,s.c.) administration. Intracerebroventricular infusion of hypocretin-1 (Hcrt-1) (0.75 nmol/1 l) or footshock stress reinstated a previouslyextinguished nicotine-seeking behavior. The effects of Hcrt-1 were blocked by SB334867, but not by the CRF1 receptor antagonistantalarmin. Moreover, SB334867 did not block CRF-dependent footshock-induced reinstatement of nicotine-seeking while antalarmin was effective in preventing this nicotine motivational response. Therefore, the Hcrt system interacts with CRF and AVP neurons in the PVN and modulates the anxiogenic-like effects of nicotine whereas Hcrt and CRF play a different role in the reinstatement of nicotineseeking.Indeed, Hcrt-1 reinstates nicotine-seeking through a mechanism independent of CRF activation whereas CRF mediates the reinstatement induced by stress.