Analysis of the mechanisms controlling the activity of flp1, a chromosomal passenger protein in the fission Schizosaccharomyces pombe

ABSTRACT In S. cerevisiae, the protein phosphatase Cdc14pwt is essential far mitotic exit through its contribution to reducing mitotic CDK activity. But Cdc14pwt also acts as a mare general temporal coordinator of mid and late mitotic events by controlling the partitioning of DNA, microtubule stability and cytokinesis. Cdc14pwt orthologs are well conserved from yeasts to humans, and sequence comparison revealed the presence of three domains, A, B and C, of which A and B form the catalytic domain. Cdc14pwt orthologs are regulated (in part) through cell cycle dependent changes in their localization. Some of them are thought to be kept inactive by sequestration in the nucleolus during interphase. This is the case for flp1pwt, the single identified Cdc14pwt ortholog in the fission yeast S. pombe. In early mitosis, flp1pwt leaves the nucleolus and localizes to the kinetochores, the contractile ring and the mitotic spindle, suggesting that it has multiple substrates and regulates many mitotic processes. flp1D cells show a high chromosome loss rate and septation defects, suggesting a role for flp1wt in the fidelity of chromosome transmission and cytokinesis. The aim of this study is to characterize the mechanisms underlying flp1pwt functions and the control of its activity. A structure-function analysis has revealed that the presence of both A and B domains is required for biological function and for proper flp1pwt mitotic localization. In contrast, the C domain of flp1pwt is responsible for its proper nucleolar localization in G2/interphase. My data suggest that dephosphorylation of substrates by flp1pwt is not necessary for any changes in localization of flp1pwt except that at the medial ring. In that particular case, the catalytic activity of flp1pwt is required for efficient localization, therefore revealing an additional level of regulation. All the functions of flp1pwt assayed to date require its catalytic activity, emphasizing the importance of further identification of its substrates. As described for other orthologs, the capability of selfinteraction and phosphorylation status might help to control flp1pwt activity. My data suggest that flp1pwt forms oligomers in vivo and that phosphorylation is not essential far localization changes of the protein. In addition, the hypophosphorylated form of flp1pwt might be specifically involved in the promotion of cytokinesis. The results of this study suggest that multiple modes of regulation including localization, selfassociation and phosphorylation allow a fine-tuning regulation of flp1pwt phosphatase activity, and more generally that of Cdc14pwt family of phosphatases. RESUME Chez la levure S. cerevisiae, la protéine phosphatase Cdc14pwt est essentielle pour la sortie de mitose du fait de sa contribution dans la réduction d'activité des CDK mitotiques. Comme elle contrôle également le partage de l'ADN, la stabilité des microtubules et la cytokinèse, Cdc14pwt est en fait considérée comme un coordinateur temporel général des évènements de milieu et de fin de mitose. Les orthologues de Cdc14pwt sont bien conservés, des levures jusqu'à l'espèce humaine. Des comparaisons de séquence ont révélé la présence de trois domaines A, B et C, les deux premiers constituant le domaine catalytique. Ils sont régulés (en partie) via des changements dans leur localisation, eux-mêmes dépendants du cycle cellulaire. Plusieurs de ces orthologues sont supposés inactivés par séquestration dans le nucléole en interphase, ce qui est le cas de flp1pwt le seul orthologue de Cdc14pwt identifié chez la levure fissipare S, pombe. En début de mitose, flp1pwt quitte le nucléole et localise au niveau des kinetochores, de l'anneau contractile d'actine et du fuseau mitotique, ce qui laisse supposer de multiples substrats et fonctions. Comme les cellules délétées pour le gène flp1wt présentent un taux élevé de perte de chromosome et des défauts de septation, flp1pwt semble jouer un rôle dans la fidélité de la transmission du matériel génétique et la cytokinèse. Le but de cette étude est de caractériser les mécanismes impliqués dans les fonctions assurées par flp1pwt d'une part, et dans le contrôle de son activité d'autre part. Une analyse structure-fonction a révélé que la présence simultanée des deux domaines A et B est requise pour la fonction biologique de flp1pwt et sa localisation correcte pendant la mitose. Par contre, le domaine C de flp1pwt confère une localisation nucléolaire adéquate en G2/interphase. Mes données suggèrent que la déphosphorylation de substrats par flp1pwt est dispensable pour sa localisation correcte excepté celle à l'anneau médian, qui requiert dans ce cas, l'activité catalytique de flp1pwt, révélant ainsi un niveau de régulation supplémentaire. Toutes les fonctions de flp1 pwt testées jusqu'à présent nécessitent également son activité catalytique, ce qui accentue l'importance de l'identification future de ses substrats. Comme cela a déjà été décrit pour d'autres orthologues, la capacité d'auto-intéraction et le niveau de phosphorylation pourraient contrôler l'activité de flp1pwt. En effet, mes données suggèrent que flp1pwt forme des oligomères in vivo et que la phosphorylation n'est pas essentielle pour les changements de localisation observés pour la protéine. De plus, la forme hypophosphorylée de flp1pwt pourrait être spécifiquement impliquée dans la promotion de la cytokinèse. De multiples modes de régulation incluant la localisation, l'auto-association et la phosphorylation semblent permettre un contrôle fin et subtil de l'activité de la phosphatase flp1pwt, et plus généralement celle des protéines de la famille de Cdc14pwt.

Inhibitory effect of DNA supercoiling on DNA knotting

Using numerical simulations we investigated the effect of DNA supercoiling on the topological equilibrium of DNA molecules. We showed that under the steady state conditions that maintain the same effective deficit of the linking number in unknotted and knotted DNA molecules the topological equilibrium results in a much smaller fraction of knots than in the case of torsionally relaxed DNA molecules. Based on these results we propose that one of the important functions of DNA supercoiling is to reduce formation of DNA knots.

Molecular clock is involved in predictive circadian adjustment of renal function.

Renal excretion of water and major electrolytes exhibits a significant circadian rhythm. This functional periodicity is believed to result, at least in part, from circadian changes in secretion/reabsorption capacities of the distal nephron and collecting ducts. Here, we studied the molecular mechanisms underlying circadian rhythms in the distal nephron segments, i.e., distal convoluted tubule (DCT) and connecting tubule (CNT) and the cortical collecting duct (CCD). Temporal expression analysis performed on microdissected mouse DCT/CNT or CCD revealed a marked circadian rhythmicity in the expression of a large number of genes crucially involved in various homeostatic functions of the kidney. This analysis also revealed that both DCT/CNT and CCD possess an intrinsic circadian timing system characterized by robust oscillations in the expression of circadian core clock genes (clock, bma11, npas2, per, cry, nr1d1) and clock-controlled Par bZip transcriptional factors dbp, hlf, and tef. The clock knockout mice or mice devoid of dbp/hlf/tef (triple knockout) exhibit significant changes in renal expression of several key regulators of water or sodium balance (vasopressin V2 receptor, aquaporin-2, aquaporin-4, alphaENaC). Functionally, the loss of clock leads to a complex phenotype characterized by partial diabetes insipidus, dysregulation of sodium excretion rhythms, and a significant decrease in blood pressure. Collectively, this study uncovers a major role of molecular clock in renal function.

Pieces of Iowa’s Past, March 14, 2012

Pieces of Iowa’s Past, published by the Iowa State Capitol Tour Guides weekly during the legislative session, features historical facts about Iowa, the Capitol, and the early workings of state government. All historical publications are reproduced here with the actual spelling, punctuation, and grammar retained. March 14, 2012 THIS WEEK: The Functions of Government BACKGROUND: The text and documents presented here were taken from the book The Government of Iowa by Frank Edward Horack, A.M., Ph.D. Dr. Horack was assistant professor of political science at the University of Iowa and secretary of the Iowa State Historical Society. The book was published in 1911 and 1915 by Charles Scribner’s Sons.

Mechanisms of HCF protein proteolytic maturation

Abstract : Post-translational modifications such as proteolytic processing, phosphorylation, and glycosylation, add extra layers of complexity to proteomes and allow a finely tuned regulation of the activity of many proteins. The evolutionarily conserved cell-cycle and transcriptional regulator HCP-] is regulated by proteolytic maturation via which a stable heterodirneric complex of two cleaved subunits is formed from a single precursor protein. The human HCF-1 precursor is cleaved at six nearly identical 26 amino acid sequence repeats, called HCF-1pro repeats, which represent uncommon protease recognition sites dedicated to human HCF-1 proteolysis. This proteolytic maturation process is conserved in vertebrate HCF-1 homologues and is essential for the functions of the human protein in cell-cycle regulation; the mechanisms that execute and control HCF-1 proteolysis, however, remain poorly understood. In this dissertation I investigate the mechanisms of proteolytic maturation of HCF-1 proteins in different species. I show that the Drosophila homolog of human HCF-1, called dHCP, is proteolytically cleaved via a different mechanism than human HCF-1. dHCP is processed by the same protease, called Taspase], which cleaves one of the key developmental regulators in flies, the Trithorax protein. Maturation of HCP proteins via Taspase] cleavage is probably not particular to dHCP as many invertebrate HCP proteins, particularly insects and flatworms, possess Taspase] recognition sites. In contrast, the vertebrate HCF-1 proteins lack Taspase] recognition sites and the HCF-1pro repeats are not Taspase1 substrates, suggesting that multiple mechanisms for HCF-1 proteolytic maturation have appeared during evolution. I also show that the proteolytic activity responsible for the cleavage of the HCP- 1pro repeats is very difficult to characterize, being resistant to most protease inhibitors and very sensitive to biochemical fractionation. Moreover, the HCF-1pro repeats represent complex protease recognition sites and I demonstrate that, in addition to be the HCF-1 cleavage sites, these repeated sequences, also recruit the OG1cNAc transferase OGT. The OGT protein and the OG1cNAc modification of HCF-1 are both important for HCF-1pro repeat proteolysis. Interestingly, a human recombinant OGT purified from insect cells is able to induce cleavage of a HCF-1pro-repeat precursor in vitro, indicating that OGT either (i) induces HCF-1 autoproteolysis,(ii) is the HCF-1pro- repeat proteolytic activity itself, or (iii) physically associates with a proteolytic activity that is conserved in insect cells. In any case, OGT plays an important role in HCF-1 proteolytic maturation and perhaps a broader role in HCF-1 biological function. Résumé : Les modifications post-traductionelles pomme le clivage protéolytique, la phosphorylation, et la glycosylation, augmentent significativement la complexité des protéomes et permettent une régulation fine de l'activité de beaucoup de protéines. La protéine HCF-1, qui est un régulateur du cycle cellulaire et de la transcription, est elle- même régulée par clivage protéolytique. La protéine HCF-1 est en effet coupée en deux sous-unités qui s'associent l'une a l'autre pour former la protéine mature. Le précurseur de la protéine HCF-1 humaine est clivé à six sites correspondant à six séquences répétées nommées les HCF-1pro repeats, chacune composée de 26 acide aminés. Les HCF-1pro- repeats ne ressemblent ai aucune séquence de clivage protéolytique connue et sont présentes seulement dans les protéines HCF-1 chez les vertébrés. Bien que la maturation protéolytique d'HCF-1 soit essentielle pour les activités de cette protéine pendant le cycle cellulaire, les mécanismes qui la contrôlent restent inconnus. Au cours de mon travail de thèse, j'ai analysé les mécanismes de clivage protéolytique des protéines HCF dans différentes espèces. J'ai montré que la protéine de Drosophile homologue d'HCF-1 humaine nommée dHCF est clivée par une protéase nommée Taspase1. Ainsi, dHCF est clivé par la même protéase que celle qui induit la maturation protéolytique d'un des principaux facteurs du développement chez la mouche, la protéine Trithorax. La maturation de dHCF via le clivage par la Taspase1 n'est pas spécifique à la mouche, mais est probablement étendu à plusieurs protéines HCF chez les invertébrés, surtout dans les familles des insectes et des plathehninthes, car ces protéines HCF présentent des sites de reconnaissance pour la Taspasel. Par contre, les protéines HCF-1 chez les vertébrés n'ont pas de sites de reconnaissance pour la Taspasel et cela suggère que différents mécanismes de maturation des protéines HCF- ls ont apparu au cours de l'évolution. J'ai montré aussi que les HCF-1pro-repeats sont clivés par une activité protéolytique très difficile a identifier, car elle est résistante à la plupart des inhibiteurs de protéases, mais elle est très sensible au fractionnement biochimique. En plus, les HCF-1pro-repeats sont un site de protéolyse complexe qui ne sert pas seulement au clivage des protéines HCF- chez les vertébrés mais aussi à recruter l'enzyme responsable de la O- GlcNAcylation nommée OGT. La protéine OGT et la O-GlcNAcylatio d'HCF-1 sont toutes les deux importantes pour le clivage protéolytique des HCF1pro-repeats. Curieusement, la protéine OGT humaine produite dans des cellules d'insectes est capable de cliver les HCF-1pro repeats in vitro et cela suggère que OGT soit (i) induit le clivage autocatalytique cl'HCF-1, soit (ii) est elle-même l'activité protéolytique qui clive HCF4, soit (iii) est associée à une activité protéolytique conservée dans les cellules d'insectes qui a été co-purifiée avec OGT. En conclusion, OGT joue un rôle important dans la maturation protéolytique d'HCF-1 et peut-être aussi un rôle plus large dans les fonctions biologiques de la protéine HCF-1.

Department of Commerce Iowa Utilities Board, Performance Report, FY2013

This report highlights the services the IUB provided to Iowans, along with results achieved to ensure reliability, and to improve and expand utility service infrastructure in Iowa. This information is provided in accordance with the State of Iowa Accountable Government Act, Iowa Code chapter 8E. The two basic business functions of the IUB are utility regulation and compliance, and resource management. This report covers performance information for both of these areas.

Calpain 3, the "gatekeeper" of proper sarcomere assembly, turnover and maintenance.

Calpain 3 is a member of the calpain family of calcium-dependent intracellular proteases. Thirteen years ago it was discovered that mutations in calpain 3 (CAPN3) result in an autosomal recessive and progressive form of limb girdle muscular dystrophy called limb girdle muscular dystrophy type 2A. While calpain 3 mRNA is expressed at high levels in muscle and appears to have some role in developmental processes, muscles of patients and mice lacking calpain 3 still form apparently normal muscle during prenatal development; thus, a functional calpain 3 protease is not mandatory for muscle to form in vivo but it is a pre-requisite for muscle to remain healthy. Despite intensive research in this field, the physiological substrates of the calpain 3 protein (hereafter referred to as CAPN3) and its alternatively spliced isoforms remain elusive. The existence of these multiple isoforms complicates the search for the physiological functions of CAPN3 and its pathophysiological role. In this review, we summarize the genetic and biochemical evidence that point to loss of function of the full-length isoform of CAPN3, also known as p94, as the pathogenic isoform. We also argue that its natural substrates must reside in its proximity within the sarcomere where it is stored in an inactive state anchored to titin. We further propose that CAPN3 has many attributes that make it ideally suited as a sensor of sarcomeric integrity and function, involved in its repair and maintenance. Loss of these CAPN3-mediated activities can explain the "progressive" development of muscular dystrophy.

Calpain 3, the "gatekeeper" of proper sarcomere assembly, turnover and maintenance.

Calpain 3 is a member of the calpain family of calcium-dependent intracellular proteases. Thirteen years ago it was discovered that mutations in calpain 3 (CAPN3) result in an autosomal recessive and progressive form of limb girdle muscular dystrophy called limb girdle muscular dystrophy type 2A. While calpain 3 mRNA is expressed at high levels in muscle and appears to have some role in developmental processes, muscles of patients and mice lacking calpain 3 still form apparently normal muscle during prenatal development; thus, a functional calpain 3 protease is not mandatory for muscle to form in vivo but it is a pre-requisite for muscle to remain healthy. Despite intensive research in this field, the physiological substrates of the calpain 3 protein (hereafter referred to as CAPN3) and its alternatively spliced isoforms remain elusive. The existence of these multiple isoforms complicates the search for the physiological functions of CAPN3 and its pathophysiological role. In this review, we summarize the genetic and biochemical evidence that point to loss of function of the full-length isoform of CAPN3, also known as p94, as the pathogenic isoform. We also argue that its natural substrates must reside in its proximity within the sarcomere where it is stored in an inactive state anchored to titin. We further propose that CAPN3 has many attributes that make it ideally suited as a sensor of sarcomeric integrity and function, involved in its repair and maintenance. Loss of these CAPN3-mediated activities can explain the "progressive" development of muscular dystrophy.

CD160-Associated CD8 T-Cell Functional Impairment Is Independent of PD-1 Expression.

Expression of co-inhibitory molecules is generally associated with T-cell dysfunction in chronic viral infections such as HIV or HCV. However, their relative contribution in the T-cell impairment remains unclear. In the present study, we have evaluated the impact of the expression of co-inhibitory molecules such as 2B4, PD-1 and CD160 on the functions of CD8 T-cells specific to influenza, EBV and CMV. We show that CD8 T-cell populations expressing CD160, but not PD-1, had reduced proliferation capacity and perforin expression, thus indicating that the functional impairment in CD160+ CD8 T cells may be independent of PD-1 expression. The blockade of CD160/CD160-ligand interaction restored CD8 T-cell proliferation capacity, and the extent of restoration directly correlated with the ex vivo proportion of CD160+ CD8 T cells suggesting that CD160 negatively regulates TCR-mediated signaling. Furthermore, CD160 expression was not up-regulated upon T-cell activation or proliferation as compared to PD-1. Taken together, these results provide evidence that CD160-associated CD8 T-cell functional impairment is independent of PD-1 expression.

Receptor activator for NF-κB ligand in acute myeloid leukemia: expression, function, and modulation of NK cell immunosurveillance.

The TNF family member receptor activator for NF-κB ligand (RANKL) and its receptors RANK and osteoprotegerin are key regulators of bone remodeling but also influence cellular functions of tumor and immune effector cells. In this work, we studied the involvement of RANK-RANKL interaction in NK cell-mediated immunosurveillance of acute myeloid leukemia (AML). Substantial levels of RANKL were found to be expressed on leukemia cells in 53 of 78 (68%) investigated patients. Signaling via RANKL into the leukemia cells stimulated their metabolic activity and induced the release of cytokines involved in AML pathophysiology. In addition, the immunomodulatory factors released by AML cells upon RANKL signaling impaired the anti-leukemia reactivity of NK cells and induced RANK expression, and NK cells of AML patients displayed significantly upregulated RANK expression compared with healthy controls. Treatment of AML cells with the clinically available RANKL Ab Denosumab resulted in enhanced NK cell anti-leukemia reactivity. This was due to both blockade of the release of NK-inhibitory factors by AML cells and prevention of RANK signaling into NK cells. The latter was found to directly impair NK anti-leukemia reactivity with a more pronounced effect on IFN-γ production compared with cytotoxicity. Together, our data unravel a previously unknown function of the RANK-RANKL molecule system in AML pathophysiology as well as NK cell function and suggest that neutralization of RANKL with therapeutic Abs may serve to reinforce NK cell reactivity in leukemia patients.

Defining molecular components of symbiotic phosphate uptake in rice

Phosphate (Pi) acquisition of crops via arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis acquires increasing importance due to the limited rock Pi reserves and the demand for environmentally sustainable agriculture. However, the symbiotic Pi uptake machinery has not been characterized in any monocotyledonous plant species. Among these, rice is the primary staple food for more than half of the human population and thus central for future food security. However, the relevance of the AM symbiosis for rice Pi nutrition is presently unclear. Here, we show that 70% of the overall Pi acquired by rice is delivered via the symbiotic route. To better understand this pathway we combined genetic, molecular and physiological approaches to determine the specific functions of the two rice Pi transporters, PT11 and PT13, which are expressed only during AM symbiosis. The PT11 lineage of proteins is present in mono- and dicotyledons whereas PT13, while found across the Poaceae, is absent from dicotyledons. Surprisingly, mutations in either PT11 or PT13 affected fungal colonization and arbuscule formation demonstrating that both genes are essential for AM symbiosis between rice and Glomus intra.rad.ices. Importantly, for symbiotic Pi uptake, only PT11 is necessary and sufficient. We found that mycorrhizal rice, remarkably, received almost all Pi via the symbiotic route. Such dominating mycorrhizal Pi uptake was found in plants grown under controlled conditions as well as in field soils, suggesting that the AM symbiosis is relevant for the Pi nutrition of field grown rice. Development of smaller arbuscules in PT11 mutants suggested that symbiotic Pi signaling is required for fungal nourishment by the plant. However, co-culture of mutant with wild type nurse plants did not restore normal arbuscule size in mutant roots, indicating that other factors than malnutrition accounted for the altered arbuscule phenotype. Surprisingly, the loss of PT13 did not affect symbiotic Pi uptake although it impacted arbuscule morphology, suggesting that PT13 is involved in signaling during arbuscule development. However, induction of PT13 was not only monitored in arbusculated cells but also in inner cortex cells of non-inoculated roots of plants grown under high Pi fertilization conditions. According to preliminary observations, PT13 localized at the tonoplast in arbusculated and non-arbusculated cells, suggesting that it might be involved in transporting Pi into the vacuole, possibly for maintaining cellular Pi homeostasis. The further investigation showed that fungal colonization level was significantly affected in the crown roots of two ptlS mutant alleles, but not in large lateral roots, implying the possible role of PT13 for maintaining Pi homeostasis in the crown roots. - L'acquisition de phosphate (Pi) par les plantes cultivées s'effectue grâce à une symbiose mycorhizienne arbasculaire (AM). L'étude de cette symbiose devient fondamentale puisque d'une part, les réserves en phosphate minéral sont limitées, et, d'autre part, la demande pour une agriculture écologiquement soutenable se renforce. La machinerie d'absorption symbiotique du phosphate n'est cependant pas encore élucidée chez les plantes monocotylédones. Parmi celles-ci, le riz occupe une place primordiale. Aliment de base pour plus de la moitié de la population mondiale, il revêt de ce fait une dimension essentielle en termes de sécurité alimentaire. Pourtant, l'importance de la symbiose AM chez le riz dans le processus d'acquisition du phosphate n'est, encore de nos jours, que peu comprise. Dans cette étude, nous montrons que 70% du phosphate acquis par le riz est mis à disposition de la plante grâce à la symbiose AM. Afin de mieux comprendre ce mécanisme, nous avons employé des approches physiologiques et génétiques nous permettant de déterminer les fonctions spécifiques de deux transporteurs de Pi, PT11 et PT13, présents chez le riz et exprimés uniquement durant la symbiose AM. La famille de gènes à laquelle appartient PT11 est présente chez les monocotylédones ainsi que chez les dicotylédones tandis que PT13, bien que retrouvé au sein des Poaceae, est absent chez les dicotylédones. Etonnamment, des versions mutées de PT11 ou de PT13 affectent la colonisation par le champignon endo-mycorhizien ainsi que la formation d'arbuscules, démontrant l'importance de ces deux gènes dans la symbiose AM entre le riz et Glomus intraradices. Il est à noter que seul PT11 se révèle nécessaire et suffisant pour l'apport de Pi grâce à la symbiose. Nous avons observé que la presque totalité du phosphate dont dispose le riz lors d'une symbiose AM provient du champignon. De telles proportions ont été observées tant chez des plantes cultivées en conditions contrôlées que chez des plantes cultivées dans les champs. Cela suggère l'importance de la symbiose AM dans le processus d'acquisition du Pi chez le riz cultivé à l'extérieur. Le développement d'arbuscules plus petits chez le mutant PT11 tend à montrer qu'une voie signalétique impliquant le Pi symbiotique est nécessaire pour l'entretien du champignon par la plante. Toutefois, une co-culture du mutant avec des plantes sauvages ne permet pas de restaurer des arbuscules de taille normale dans les racines du mutant. Ce résultat indique le rôle de facteurs autres que la malnutrition aboutissant à la formation d'arbuscules altérés. Si la perte de PT13 n'affecte pas l'acquisition de phosphate symbiotique, la morphologie de l'arbuscule est, quant à elle, modifiée. Ceci suggère un rôle de PT13 durant le développement de l'arbuscule. Or, l'induction de PT13 est non seulement détectée dans des cellules contenant des arbuscules mais également dans des cellules du cortex, ceci chez des plantes cultivées sans champignon mais dans des conditions de fortes concentrations en engrais phosphaté. En accord avec des observations précédentes, PT13 est localisé au niveau du tonoplaste des cellules contenant ou non des arbuscules. Ceci suggère que PT13 pourrait être impliqué dans le transport du Pi vers la vacuole, éventuellement pour maintenir une certaine homéostasie du phosphate. Dans cette étude, nous démontrons également que le niveau de colonisation par le champignon est affecté de manière significative dans les racines principales des deux allèles du mutants ptl3, mais pas dans les grosses racines latérales. Cela impliquerait un rôle possible de PT13 dans le maintien de l'homéostasie du phosphate dans les racines principales. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC Le phosphate (Pi), l'un des éléments minéraux essentiel au développement des plantes, se trouve généralement en faible quantité dans le sol, limitant ainsi la croissance des plantes. Le rendement de la production agricole dépend dès lors de l'addition d'engrais contenant du phosphate inorganique (Pi), obtenu à partir de ressources minières riches en phosphate. Or, ces ressources devraient être épuisées d'ici la fin du siècle. Les racines des plantes possèdent des transporteurs de phosphate efficaces leur permettant d'acquérir rapidement le Pi présent dans le sol. Comme le Pi s'avère immobile dans le sol, l'absorption rapide par les racines crée des zones pauvres en Pi autour des systèmes racinaires. Pour surmonter cet obstacle, les plantes ont développé une symbiose avec des champignons endomycorhiziens, la symbiose mycorhizienne arbusculaire (AM). Cette association leur donne accès à d'autres ressources en phosphate puisque le mycélium de ces champignons se développe sur une surface 100 fois supérieure à celle des racines. Cela augmente considérablement la surface de nutrition, dépassant ainsi la zone appauvrie en Pi. Le phosphate, transporté grâce au champignon jusqu'à l'intérieur des racines, est fourni à la plante par le biais de structures établies à l'intérieur des cellules végétales, appelées arbuscules. De leur côté, les plantes possèdent des transporteurs spécifiques afin de recevoir le Pi fourni par les champignons. A l'heure actuelle, la machinerie nécessaire à cette absorption a été uniquement décrite chez des plantes dicotylédones. Or, comprendre l'apport de phosphate par les champignons mycorhiziens s'avère particulièrement pertinent dans le cas des espèces monocotylédones cultivées telles que les céréales. Ces dernières constituent en effet la majeure partie de l'alimentation humaine. Parmi les céréales, le riz demeure l'aliment de base de la population mondiale, d'où son importance en terme de sécurité alimentaire. Durant mon travail de thèse, j'ai identifié et caractérisé le transporteur du riz impliqué dans l'apport de phosphate par ce type de symbiose AM. J'ai également démontré que le riz, lorsqu'il vit en symbiose, bénéficie de la presque totalité du Pi transporté par le champignon. Environ 40% de la production globale de riz est cultivée dans des conditions permettant la symbiose avec des mycorhizes arbusculaires. Les variétés de riz adaptées à ces conditions aérobiques deviennent des alternatives favorables aux cultivars actuels nécessitant une forte irrigation. Elles se révèlent en effet plus tolérantes aux pénuries d'eau et permettent l'utilisation de pratiques agricoles moins intensives. Les données présentées dans cette étude enrichissent nos connaissances concernant l'absorption du phosphate chez le riz grâce à la symbiose AM. Ces connaissances peuvent s'avérer décisives pour le développement de cultivars du riz plus adaptés à une agriculture écologiquement soutenable.

Novel action of a wake-promoting neuropeptide in hippocampus : inhibition of nmda receptor function at excitatory synapses through orexin-a

One of the most intriguing functions of the brain is the ability to learn and memorize. The mechanism through which memory and learning are expressed requires the activation of NMDA receptors (NMDARs). These molecular entities are placed at the postsynaptic density of excitatory synapses and their function is tightly controlled by the actions of several modulators at the extracellular, intracellular and pore sites. A large part of the intracellular modulation comes from the action of G-protein coupled receptors (GPCRs). Through intracellular cascades typically involving kinases and phosphatases, GPCRs potentiate or inhibit NMDARs, controlling the conductive state but also the trafficking within the synapse. The GPCRs are involved in the modulation of a variety of brain functions. Many of them control cognition, memory and learning performance, therefore, their effects on NMDARs are extensively studied. The orexinergic system signals through GPCRs and it is well known for the regulation of waking, feeding, reward and autonomic functions. Moreover, it is involved in potentiating hippocampus-related cognitive tasks. Orexin receptors and fibers are present within the hippocampus, but whether these directly modulate hippocampal cells and synapses has not yet been determined. During my thesis, I studied orexinergic actions on excitatory synaptic transmission via whole-cell patch-clamp recordings in rat acute hippocampal slices. I observed that exogenously applied orexin-A (ox-A) exerted a strong inhibitory action on NMDAR-mediated synaptic potentials at mossy fiber (MF)-CA3 synapses, by postsynaptically activating orexin-2 receptors, a minor inhibition at Schaffer collateral-CAl synapses and did not affect other synapses with the CA3 area. Moreover, I demonstrated that the susceptibility of NMDARs to ox- A depends on the tone of endogenous orexin known to fluctuate during the day-night cycle. In fact, in slices prepared during the active period of the rats, when endogenous orexin levels are high, NMDAR-currents were not affected by exogenously applied ox-A. The inhibitory effect of ox-A was, however, reverted when interfering with the orexinergic system through intraperitoneal injections of almorexant, a dual orexin receptor antagonist, during the active phase prior to slice preparation. This thesis work suggests that the orexinergic system regulates NMDAR-dependent information flow through select hippocampal pathways depending on the time-of-day. The specific orexinergic modulation of NMDARs at MFs dampens the excitability of the hippocampal circuit and could impede the mechanisms related to memory formation, possibly also following extended periods of waking. -- La capacité d'apprentissage et de mémorisation est une des fonctions les plus intrigantes de notre cerveau. Il a été montré qu'elles requièrent l'activation des récepteurs NMDA (NMDARs). Ces entités moléculaires sont présentes au niveau de la densité post-synaptique des synapses excitatrices et leur fonction est étroitement contrôlée par l'action de nombreux modulateurs au niveau extracellulaire, intracellulaire et membranaire de ces récepteurs. Une grande partie de la modulation intracellulaire s'effectue via l'action de récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs). Grace à leurs cascades intracellulaires typiquement impliquant des kinases et des phosphatases, les GPCRs favorisent l'activation ou l'inhibition des NMDARs, contrôlant ainsi leur perméabilité mais aussi leur mouvement à la synapse. Les GPCRs sont impliquées dans de nombreuses fonctions cérébrales telles que la cognition, la mémoire ainsi que la capacité d'apprentissage c'est pour cela que leurs effets sur les NMDARs sont très étudiés. Le système orexinergique fait intervenir ces GPCRs et est connu par son rôle dans la régulation de fonctions physiologiques telles que l'éveil, la prise alimentaire, la récompense ainsi que d'autres fonctions du système nerveux autonome. De plus, ce système est impliqué dans la régulation de tâches cognitives liées à l'hippocampe. Bien que les fibres et les récepteurs à l'orexine soient présents dans l'hippocampe, leur mécanisme d'action sur les cellules et les synapses de l'hippocampe n'a pas encore été élucidé. Durant ma thèse, je me suis intéressée aux effets de l'orexine sur la transmission synaptique excitatrice en utilisant la méthode d'enregistrement en patch-clamp en configuration cellule entière sur des tranches aiguës d'hippocampes de rats. J'ai observé que l'application exogène d'orexine A d'une part inhibe fortement les courants synaptiques dépendants de l'activation des NMDARs au niveau de la synapse entre les fibres moussues et CA3 via l'activation post-synaptique des orexine récepteurs 2 mais d'autre part n'inhibe que de façon mineure la synapse entre les collatérales de Schaffer et CAI et n'affecte pas les autres synapses impliquant CA3. J'ai également démontré que la sensibilité des NMDARs à l'orexine A dépend de sa concentration endogène qui fluctue durant le cycle éveil-sommeil. En effet, lorsque les coupes d'hippocampes sont préparées durant la période active de l'animal correspondant à un niveau endogène d'orexine élevé, l'application exogène d'orexine A n'a aucun effet sur les courants dépendants de l'activation des NMDARs. Cependant, l'injection dans le péritoine, durant la phase active de l'animal, d'un antagoniste des orexine récepteurs, l'almorexant, va supprimer l'effet inhibiteur de l'orexine A. Les résultats de ma thèse suggèrent donc que le système orexinergique module les informations véhiculées par les NMDARs via des voies de signalisation sélectives de l'hippocampe en fonction du moment de la journée. La modulation orexinergique des NMDARs au niveau des fibres moussues diminue ainsi l'excitabilité du circuit hippocampal et pourrait entraver les mécanismes liés à la formation de la mémoire, potentiellement après de longues périodes d'éveil.

SCRIB and PUF60 Are Primary Drivers of the Multisystemic Phenotypes of the 8q24.3 Copy-Number Variant.

Copy-number variants (CNVs) represent a significant interpretative challenge, given that each CNV typically affects the dosage of multiple genes. Here we report on five individuals with coloboma, microcephaly, developmental delay, short stature, and craniofacial, cardiac, and renal defects who harbor overlapping microdeletions on 8q24.3. Fine mapping localized a commonly deleted 78 kb region that contains three genes: SCRIB, NRBP2, and PUF60. In vivo dissection of the CNV showed discrete contributions of the planar cell polarity effector SCRIB and the splicing factor PUF60 to the syndromic phenotype, and the combinatorial suppression of both genes exacerbated some, but not all, phenotypic components. Consistent with these findings, we identified an individual with microcephaly, short stature, intellectual disability, and heart defects with a de novo c.505C>T variant leading to a p.His169Tyr change in PUF60. Functional testing of this allele in vivo and in vitro showed that the mutation perturbs the relative dosage of two PUF60 isoforms and, subsequently, the splicing efficiency of downstream PUF60 targets. These data inform the functions of two genes not associated previously with human genetic disease and demonstrate how CNVs can exhibit complex genetic architecture, with the phenotype being the amalgam of both discrete dosage dysfunction of single transcripts and also of binary genetic interactions.

A system-level, molecular evolutionary analysis of mammalian phototransduction

Visual perception is initiated in the photoreceptor cells of the retina via the phototransduction system.This system has shown marked evolution during mammalian divergence in such complex attributes as activation time and recovery time. We have performed a molecular evolutionary analysis of proteins involved in mammalianphototransduction in order to unravel how the action of natural selection has been distributed throughout thesystem to evolve such traits. We found selective pressures to be non-randomly distributed according to both a simple protein classification scheme and a protein-interaction network representation of the signaling pathway. Proteins which are topologically central in the signaling pathway, such as the G proteins, as well as retinoid cycle chaperones and proteins involved in photoreceptor cell-type determination, were found to be more constrained in their evolution. Proteins peripheral to the pathway, such as ion channels and exchangers, as well as the retinoid cycle enzymes, have experienced a relaxation of selective pressures. Furthermore, signals of positive selection were detected in two genes: the short-wave (blue) opsin (OPN1SW) in hominids and the rod-specific Na+/Ca2+,K+ ion exchanger (SLC24A1) in rodents. The functions of the proteins involved in phototransduction and the topology of the interactions between them have imposed non-random constraints on their evolution. Thus, in shaping or conserving system-level phototransduction traits, natural selection has targeted the underlying proteins in a concerted manner.

The effect of tax enforcement on tax elasticities: Evidence from charitable contributions in France

Optimal tax formulas expressed in "sufficient statistics" are usually calibrated under the assumptionthat the relevant tax elasticities are unaffected by other available policy instruments.In practice though, tax authorities have many more instruments than the mere tax rates andtax elasticities are functions of all these policy instruments. In this paper we provide evidencethat tax elasticities are extremely sensitive to a particular policy instrument: the level of taxenforcement. We exploit a natural experiment that took place in France in 1983, when the taxadministration tightened the requirements to claim charitable deductions. The reform led to asubstantial drop in the amount of contributions reported to the administration, which can becredibly attributed to overreporting of charitable contributions before the reform, rather thanto a real change in giving behaviours. We show that the reform was also associated with asubstantial decline in the absolute value of the elasticity of reported contributions. This findingallows us to partially identify the elasticity of overreporting contributions, which is shown tobe large and inferior to -2 in the lax enforcement regime. We further show using bunching oftaxpayers at kink-points of the tax schedule that the elasticity of taxable income also experienceda significant decline after the reform. Our results suggest that optimizing the tax rate fora given tax elasticity when other policy instruments are not optimized can lead to misleadingconclusions when tax authorities have another instrument that could set the tax elasticity itselfat its optimal level as in Kopczuk and Slemrod [2002].