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.

Tissue-based immune monitoring I: tumor core needle biopsies allow in-depth interrogation of the tumor microenvironment.

We sought to assess the feasibility and reproducibility of performing tissue-based immune characterization of the tumor microenvironment using CT-compatible needle biopsy material. Three independent biopsies were obtained intraoperatively from one metastatic epithelial ovarian cancer lesion of 7 consecutive patients undergoing surgical cytoreduction using a 16-gauge core biopsy needle. Core specimens were snap-frozen and subjected to immunohistochemistry (IHC) against human CD3, CD4, CD8, and FoxP3. A portion of the cores was used to isolate RNA for 1) real-time quantitative (q)PCR for CD3, CD4, CD8, FoxP3, IL-10 and TGF-beta, 2) multiplexed PCR-based T cell receptor (TCR) CDR3 Vβ region spectratyping, and 3) gene expression profiling. Pearson's correlations were examined for immunohistochemistry and PCR gene expression, as well as for gene expression array data obtained from different tumor biopsies. Needle biopsy yielded sufficient tissue for all assays in all patients. IHC was highly reproducible and informative. Significant correlations were seen between the frequency of CD3+, CD8+ and FoxP3+ T cells by IHC with CD3ε, CD8A, and FoxP3 gene expression, respectively, by qPCR (r=0.61, 0.86, and 0.89; all p< 0.05). CDR3 spectratyping was feasible and highly reproducible in each tumor, and indicated a restricted repertoire for specific TCR Vβ chains in tumor-infiltrating T cells. Microarray gene expression revealed strong correlation between different biopsies collected from the same tumor. Our results demonstrate a feasible and reproducible method of immune monitoring using CT-compatible needle biopsies from tumor tissue, thereby paving the way for sophisticated translational studies during tumor biological therapy.

Characterization of BMP signaling in breast development and tumorigenesis

Résumé L'influence des hormones reproductives sur le développement du cancer du sein a été établie au travers de nombreuse études épidémiologiques. Nous avons précédemment démontré que le gène Wnt-4 est un médiateur essentiel de la progestérone dans le développement lobulo-alvéolaire de l'épithélium mammaire. De plus, le rôle de la voie de signalisation Wnt dans la tumorigénèse de la glande mammaire mutine est largement établi. Pour comprendre sa fonction dans le cancer du sein, nous avons activée cette voie en surexprimant le gène Wnt-1 dans des cellules épithéliales primaires de sein, au moyen d'un rétrovirus. Ceci a conduit à la transformation oncogénique de ces cellules et à l'obtention d'un modèle de carcinogénèse du sein dénommé Wnt-1 HMEC. L'analyse de l'expression des gènes induits par la surexpression de Wnt-1 dans ces cellules, a permis d'identifier les gènes BMP4 et 7. Alors que des analyses de RT-PCR ont montré leur forte expression dans les cellules Wnt-1-HMECs, la présence d'une grande quantité de la protéine BMP7 a été constatée dans les tumeurs dérivées de ces cellules. L'importante phosphorylation des Smad 1, 5, S dans les Wnt-1 HMECs indique l'activation de la voie BMP, possiblement due à la stimulation ce celle-ci par BMP7. L'activation de la voie Wnt par la ß-Caténine, conduit à la transcription de BMP7, identifiant ainsi ce gène comme un gène cible de la voie canonique. La pertinence de nos observations a par ailleurs été confirmée par le fait que BMP7 est surexprimé dans les tumeurs de seins humains. Afin d'élucider la fonction de la voie BMP dans le sein, nous avons utilisé le modèle mutin. L'expression du gène BMP7 dans les souris transgéniques MMTV Wnt-1 s'est avérée élevée, démontrant qu'il est aussi un gène cible de la voie Wnt in-vivo. L'expression de l'ARN messager .codant pour la protéine BMP7 est induite lors du développement lobulo-alvéolaire, qui se fait sous l'influence de la progestérone et de Wnt-4. Ensemble, ces observations corroborent le fait qu'une stimulation avec de la progestérone suffit à induire la transcription du gène dans les 24h. Nos résultats coïncident d'autre part avec le fait que BMP7 est exprimé dans la couche myoépithéliale de l'épithélium où la voie Wnt est activée. L'analyse de souris reportrices de l'activité de la voie BMP, suggère une activation dans la couche luminale de l'épithélium durant tout le développement de la glande mammaire. Curieusement, cette même voie est active dans le mésenchyme lors de la mammogénèse embryonnaire. Finalement, nos analyses d'immunofluorescence démontrent la capacité de prolifération des cellules ayant activé BMP, ainsi que leur nette ségrégation d'avec les cellules exprimant le récepteur à la progestérone. Nos résultats démontrent que le gène BMP7 est un gène cible de la voie Wnt canonique dans le sein. Son expression dans la couche myoépitheliale est induite par Wnt-4, lui-même sécrété par les cellules luminales sensibles à la progestérone. La sécrétion de la protéine BMP7 conduit finalement à l'activation de la voie BMP dans les cellules négatives pour le récepteur à la progestérone. Abstract Epidemiological studies highlight the repetitive exposure to circulating progesterone as a major risk in the development of breast cancer. Work in our laboratory showed that Wnt-4 is an essential mediator of progesterone-driven side-branch formation, while Wnt signaling has long been established as strongly oncogenic in the mouse mammary gland. To address the role of Wnt in breast tumorigenesis we activated the pathway in primary human breast epithelial cells by means of refroviral Wnt-1 expression. This resulted in a Wnt1-induced breast carcinogenesis model, being referred to as Wnt-1-HMECs. Gene expression profiling revealed the Bone Morphogenetic Protein 4 and 7 (BMP4 and 7) a mong the most upregulated gene by ectopic Wnt-1 expression in primary HMECs. RT-PCR analysis confirmed elevated BMP4 and 7 mRNA levels in Wnt-1-infected HMECs, as well as strong BMP7 expression in the tumors derived from these cells. Smad 1, 5, 8 phosphorylation was high in Wnt-1HMECs whereas below detection limit in primary HMECs suggesting that the increased expression of BMP-7 results in activation of downstream signaling. Ectopic expressíon of a stabilized form of ßcatenin in primary HMECs resulted in increased transcription of BMP-7 suggesting that it is a target of canonical Wnt signaling. The clinical relevance of our observations was confirmed by the finding of BMP7 being upregulated in human breast tumor samples. To elucidate the role of BMP ligands in the breast in-vivo, we made use of the mouse model. Expression of the BMP7 gene was found to be increased in MMTV-Wnt-1 transgenic animals, suggesting that BMP7 may also be a Wnt 1 target gene in vivo. Expression of BMP7 was upregulated in mid-pregnancy which coincides with progesterone/Wnt induced side branching. BMP7 was induced within 24 hours by progesterone. Consistent with it being a target of canonical Wnt signaling, we demonstrated preferential expression of this ligand in the myoepithelial cells, the target cells of Wnt signals. In-vivo analysis of BMP signaling using a reporter mouse revealed the activation of the pathway in the luminal layer of the epithelium throughout postnatal development. Interestingly, during embryonic mammogenesis the pathway was found to be active in the mesenchyme. Immunofluorescence studies demonstrated that cells with BMP activity can proliferate. They also revealed a clear segregation between progesterone receptor positive cells and cells with active BMP signaling. Together our observations suggest that BMP-7 is a canonical Wnt signaling target both in HMECs and in the mouse mammary gland in-vivo. It is expressed in the myoepithelium possibly in response to Wnt-4, which is secreted by steroid receptor positive cells in response to progesterone. BMP-7 in turn may impinge on lumina) epithelial cells and activate BMP signaling in PR negative cells.

Molecular features of hepatosplenic T-cell lymphoma unravels potential novel therapeutic targets.

The pathogenesis of hepatosplenic T-cell lymphoma (HSTL), a rare entity mostly derived from γδ T cells and usually with a fatal outcome, remains largely unknown. In this study, HSTL samples (7γδ and 2αβ) and the DERL2 HSTL cell line were subjected to combined gene-expression profiling and array-based comparative genomic hybridization. Compared with other T-cell lymphomas, HSTL had a distinct molecular signature irrespective of TCR cell lineage. Compared with peripheral T-cell lymphoma, not otherwise specified and normal γδ T cells, HSTL overexpressed genes encoding NK-cell-associated molecules, oncogenes (FOS and VAV3), the sphingosine-1-phosphatase receptor 5 involved in cell trafficking, and the tyrosine kinase SYK, whereas the tumor-suppressor gene AIM1 (absent in melanoma 1) was among the most down-expressed. We found highly methylated CpG islands of AIM1 in DERL2 cells, and decitabine treatment induced a significant increase in AIM1 transcripts. Syk was present in HSTL cells and DERL2 cells contained phosphorylated Syk and were sensitive to a Syk inhibitor in vitro. Genomic profiles confirmed recurrent isochromosome 7q (n = 6/9) without alterations at the SYK and AIM1 loci. Our results identify a distinct molecular signature for HSTL and highlight oncogenic pathways that offer rationale for exploring new therapeutic options such as Syk inhibitors and demethylating agents.

UVB-Induced Skin Inflammation and Cutaneous Tissue Injury Is Dependent on the MHC Class I-Like Protein, CD1d.

CD1d is a major histocompatibility complex class 1-like molecule that regulates the function and development of natural killer T (NKT) cells. Previously, we identified a critical role for the CD1d-NKT cell arm of innate immunity in promoting the development of UVB-induced p53 mutations, immune suppression, and skin tumors. Sunburn, an acute inflammatory response to UVB-induced cutaneous tissue injury, represents a clinical marker for non-melanoma skin cancer (NMSC) risk. However, the innate immune mechanisms controlling sunburn development are not considered relevant in NMSC etiology, and remain poorly investigated. Here we found that CD1d knockout (CD1d(-/-)) mice resist UVB-induced cutaneous tissue injury and inflammation compared with wild-type (WT) mice. This resistance was coupled with a faster epithelial tissue healing response. In contrast, the skins of UVB-irradiated invariant NKT cell-knockout (Jα18(-/-)) and NKT cell-deficient (TCRα(-/-)) mice, which express CD1d but are deficient in CD1d-dependent NKT cells, exhibited as much cutaneous tissue injury and inflammation as WT mice. In the absence of NKT cells, CD1d-deficient keratinocytes, dendritic cells, and macrophages exhibited diminished basal and stress-induced levels of pro-inflammatory mediators. Thus, our findings identify an essential role for CD1d in promoting UVB-induced cutaneous tissue injury and inflammation. They also suggest sunburn and NMSC etiologies are immunologically linked.

Insulin resistance in mice lacking neuronal nitric oxide synthase is related to an alpha-adrenergic mechanism

Rapport de synthèse : Le monoxyde d'azote (NO) joue un rôle important dans la régulation de l'homéostasie du système cardiovasculaire et du glucose. Les souris déficientes pour le gène codant l'isoforme neuronale de la synthase de monoxyde d'azote (nNOS) sont résistantes à l'insuline, mais les mécanismes sous-jacents sont inconnus. Le manque de NO produit par la nNOS pourrait être à l'origine d'une diminution de la perfusion du muscle squelettique et ainsi d'une diminution de l'apport de substrat. Alternativement, le déficit de nNOS normalement hautement exprimé dans le tissu musculaire squelettique pourrait directement y perturber la consommation de glucose. Finalement l'absence de l'action sympatholytique du NO neuronal pourrait diminuer la sensibilité à l'insuline. Afin de tester ces hypothèses nous avons étudié, chez des souris déficientes en nNOS et des souris-contrôle, la consommation corporelle totale de glucose et le flux musculaire squelettique pendant des clamps hyperinsulinémiques euglycémiques in vivo, ainsi que la consommation de glucose dans le muscle squelettique in vitro. De plus nous avons analysé les effets d'une inhibition alpha-adrénergique sur la consommation de glucose pendant les clamps hyperinsulinémiques euglycémiques in vivo. Le taux de perfusion de glucose pendant les clamps était grossièrement 15 pourcent plus bas (P&lt;0.001) chez les souris déficientes en nNOS que chez les souris-contrôle. Cette résistance à l'insuline chez les souris déficientes en nNOS n'était due ni à une stimulation déficiente du flux sanguin musculaire par l'insuline ni à un défaut intrinsèque de la consommation de glucose du muscle (qui étaient comparables dans les deux groupes), mais à un mécanisme alpha-adrénergique, car l'administration de phentolamine rétablissait la sensibilité à l'insuline chez les souris déficientes en nNOS. Ces résultats suggèrent qu'une hyperactivité sympathique, potentiellement due à la perte de l'inhibition neuronale centrale du flux sympathique par le NO provenant de nNOS, contribue à la résistance à l'insuline des souris déficientes en nNOS. Par ailleurs ces résultats tendent à prouver qu'un défaut de production de NO provoquerait une résistance à l'insuline par des mécanismes différents selon l'isoforme de NO synthase déficiente (par exemple chez les souris déficientes pour la forme endothéliale de NO synthase, il a été montré que la résistance à l'insuline est due à un défaut de stimulation de la perfusion musculaire par l'insuline et à un défaut du signalling de l'insuline dans la cellule musculaire squelettique). Chez l'être humain il est établi que les états de résistance à l'insuline sont associés à une synthèse défectueuse et/ou une mauvaise biodisponibilité du NO, ainsi qu'à une hyperactivité sympathique. Nous spéculons que la perte d'inhibition centrale du flux sympathique représente un mécanisme contribuant à la résistance à l'insuline et ses complications cardiovasculaires chez l'être humain.

Phosphorylation of CARMA1 by HPK1 is critical for NF-kappaB activation in T cells.

Activation of the NF-kappaB pathway in T cells is required for induction of an adaptive immune response. Hematopoietic progenitor kinase (HPK1) is an important proximal mediator of T-cell receptor (TCR)-induced NF-kappaB activation. Knock-down of HPK1 abrogates TCR-induced IKKbeta and NF-kappaB activation, whereas active HPK1 leads to increased IKKbeta activity in T cells. Yet, the precise molecular mechanism of this process remains elusive. Here, we show that HPK1-mediated NF-kappaB activation is dependent on the adaptor protein CARMA1. HPK1 interacts with CARMA1 in a TCR stimulation-dependent manner and phosphorylates the linker region of CARMA1. Interestingly, the putative HPK1 phosphorylation sites in CARMA1 are different from known PKC consensus sites. Mutations of residues S549, S551, and S552 in CARMA1 abrogated phosphorylation of a CARMA1-linker construct by HPK1 in vitro. In addition, CARMA1 S551A or S5549A/S551A point mutants failed to restore HPK1-mediated and TCR-mediated NF-kappaB activation and IL-2 expression in CARMA1-deficient T cells. Thus, we identify HPK1 as a kinase specific for CARMA1 and suggest HPK1-mediated phosphorylation of CARMA1 as an additional regulatory mechanism tuning the NF-kappaB response upon TCR stimulation.

Effects of epitope modification on T cell receptor-ligand binding and antigen recognition by seven H-2Kd-restricted cytotoxic T lymphocyte clones specific for a photoreactive peptide derivative.

We tested for antigen recognition and T cell receptor (TCR)-ligand binding 12 peptide derivative variants on seven H-2Kd-restricted cytotoxic T lymphocytes (CTL) clones specific for a bifunctional photoreactive derivative of the Plasmodium berghei circumsporozoite peptide 252-260 (SYIPSAEKI). The derivative contained iodo-4-azidosalicylic acid in place of PbCS S-252 and 4-azidobenzoic acid on PbCS K-259. Selective photoactivation of the N-terminal photoreactive group allowed crosslinking to Kd molecules and photoactivation of the orthogonal group to TCR. TCR photoaffinity labeling with covalent Kd-peptide derivative complexes allowed direct assessment of TCR-ligand binding on living CTL. In most cases (over 80%) cytotoxicity (chromium release) and TCR-ligand binding differed by less than fivefold. The exceptions included (a) partial TCR agonists (8 cases), for which antigen recognition was five-tenfold less efficient than TCR-ligand binding, (b) TCR antagonists (2 cases), which were not recognized and capable of inhibiting recognition of the wild-type conjugate, (c) heteroclitic agonists (2 cases), for which antigen recognition was more efficient than TCR-ligand binding, and (d) one partial TCR agonist, which activated only Fas (C1)95), but not perforin/granzyme-mediated cytotoxicity. There was no correlation between these divergences and the avidity of TCR-ligand binding, indicating that other factors than binding avidity determine the nature of the CTL response. An unexpected and novel finding was that CD8-dependent clones clearly incline more to TCR antagonism than CD8-independent ones. As there was no correlation between CD8 dependence and the avidity of TCR-ligand binding, the possibility is suggested that CD8 plays a critical role in aberrant CTL function.

T cell receptor-ligand interactions: a conformational preequilibrium or an induced fit.

Kinetic parameters of T cell receptor (TCR) interactions with its ligand have been proposed to control T cell activation. Analysis of kinetic data obtained has so far produced conflicting insights; here, we offer a consideration of this problem. As a model system, association and dissociation of a soluble TCR (sT1) and its specific ligand, an azidobenzoic acid derivative of the peptide SYIPSAEK-(ABA)I (residues 252-260 from Plasmodium berghei circumsporozoite protein), bound to class I MHC H-2K(d)-encoded molecule (MHCp) were studied by surface plasmon resonance. The association time courses exhibited biphasic patterns. The fast and dominant phase was assigned to ligand association with the major fraction of TCR molecules, whereas the slow component was attributed to the presence of traces of TCR dimers. The association rate constant derived for the fast phase, assuming a reversible, single-step reaction mechanism, was relatively slow and markedly temperature-dependent, decreasing from 7.0 x 10(3) at 25 degrees C to 1.8 x 10(2) M(-1).s(-1) at 4 degrees C. Hence, it is suggested that these observed slow rate constants are the result of unresolved elementary steps of the process. Indeed, our analysis of the kinetic data shows that the time courses of TCR-MHCp interaction fit well to two different, yet closely related mechanisms, where an induced fit or a preequilibrium of two unbound TCR conformers are operational. These mechanisms may provide a rationale for the reported conformational flexibility of the TCR and its unusual ligand recognition properties, which combine high specificity with considerable crossreactivity.

Crescimento de pimentão em diferentes arranjos espaciais

O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento do pimentão cv. Atlantis sob diferentes arranjos espaciais. Foram avaliados três arranjos de espaçamentos entre fileiras duplas e fileiras simples de plantio (1,5x0,5, 1,6x0,4 e 1,7x0,3 m), e quatro espaçamentos entre plantas nas fileiras (0,2, 0,3, 0,4 e 0,5 m), combinados em esquema fatorial. Utilizou-se o delineamento de blocos ao acaso, com três repetições e parcelas subdivididas no tempo. A avaliação de crescimento foi realizada em nove épocas espaçadas em 14 dias, com a primeira avaliação realizada 14 dias após o transplantio (DAT). Até os 126 DAT, foram avaliados: área foliar (AF); índice de área foliar (IAF); massas secas de folhas (MSF), do caule (MSC), de frutos (MSFr) e do total da parte aérea (MST); taxa de crescimento absoluto (TCA), assimilatória líquida (TAL) e de crescimento relativo (TCR); e as razões de área foliar (RAF) e de massa foliar (RMF). As alterações em AF, TCR, RMF e RAF foram independentes do espaçamento entre fileiras que, no entanto, influenciou MSF, MSC, MSFr e MST, IAF e TCA. O aumento do espaçamento entre plantas reduz o IAF e a RAF e aumenta a AF, MSF, MSC, MSFr, MST, TCA e TAL, mas não influencia a TCR e RMF.

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.

Pharmacogenetic Study on Antidementia Drugs

Differences in efficacy and safety of drugs among patients are a recognized problem in pharmacotherapy. The reasons are multifactorial and, therefore, the choice of a drug and its dosage for a particular patient based on different clinical and genetic factors is suggested to improve the clinical outcome. Four drugs are currently used for the treatment of Alzheimer's disease: three acetylcholinesterase inhibitors (donepezil, galantamine, rivastigmine) and the N-methyl-D-aspartate-antagonist memantine. For these drugs, a high interindividual variability in plasma levels was observed, which might influence the response to treatment. The main objective of this thesis was to provide a better understanding of clinical and genetic factors affecting the plasma levels of antidementia drugs. Furthermore, the relationship between plasma levels, genetic variations and side effects was assessed. For this purpose, a pharmacogenetic study was conducted including 300 patients from a naturalistic clinical setting. Analytical methods for the simultaneous measurement of antidementia drugs in plasma have been developed and validated using liquid chromatography methods coupled with mass spectrometry detection. Presently, these methods are used in the therapeutic drug monitoring service of our laboratory. The routine use of therapeutic drug monitoring for antidementia drugs cannot yet be recommended with the available data, but it may be beneficial for some patients in special clinical cases such as insufficient treatment response, side effects or drug interactions. Donepezil and galantamine are extensively metabolized by the liver enzymes cytochromes P450 (CYP) 2D6 and 3A and are substrates of the drug transporter P-glycoprotein. The relationship of variations in genes affecting the activity of these metabolic enzymes and drug transporter (CYP2D6, CYP3A, POR, NR1I2, ABCB1) with donepezil and galantamine plasma levels was investigated. The CYP2D6 genotype appeared to be the major genetic factor involved in the pharmacokinetics of these two drugs. Thus, CYP2D6 poor metabolizers demonstrated significantly higher drug plasma levels than extensive metabolizers. Additionally, in the donepezil study population, the frequency of side effects was significantly increased in poor metabolizers. Lower donepezil plasma levels were observed in ultra rapid metabolizers, which might expose those patients to the risk of non-response. Memantine is mainly eliminated unchanged by the kidney, with implication of tubular secretion by renal transporters. A population pharmacokinetic model was developed to quantify the effects of clinical factors and genetic variations in renal cation transporters (SLC22A1/2/5, SLC47A1, ABCB1), and nuclear receptors (NR1I2, NR1I3, PPARG) involved in transporter expression, on memantine plasma levels. In addition to the renal function and gender, a genetic variation in the nuclear receptor Pregnane-X-Receptor (NR1I2) significantly affected memantine elimination. These findings suggest that an individualized therapy approach for antidementia drugs, taking into account clinical characteristics and genetic background of a patient, might increase efficacy and safety of the treatment. - Les différences interindividuelles dans l'efficacité et la tolérance des médicaments sont un problème connu en pharmacothérapie. Les raisons sont multiples, et le choix du médicament et de la dose, basé sur des facteurs cliniques et génétiques spécifiques au patient, peut contribuer à améliorer la réponse clinique. Quatre médicaments sont couramment utilisés dans le traitement de la maladie d'Alzheimer : trois inhibiteurs de l'acétylcholinestérase (donépézil, galantamine, rivastigmine) et un antagoniste du récepteur N-méthyl-D-aspartate, la mémantine. Une forte variabilité interindividuelle dans les taux plasmatiques de ces quatre composés a été observée, ce qui pourrait influencer la réponse au traitement. L'objectif principal de ce travail de thèse est de mieux comprendre les facteurs cliniques et génétiques influençant les taux des médicaments pro-cognitifs. En outre, des associations entre les taux, la variabilité génétique et les effets secondaires ont été recherchées. Dans ce but, 300 patients sous traitement avec un médicament pro-cognitif ont été recrutés pour une étude pharmacogénétique. Des méthodes de dosage simultané de médicaments pro-cognitifs par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse ont été développées et validées. Ces méthodes sont actuellement utilisées dans le service de suivi thérapeutique de notre unité. Malgré le fait qu'un suivi des taux sanguins des pro-cognitifs ne puisse pas encore être recommandé en routine, un dosage peut être utile dans des cas cliniques spécifiques, comme une réponse insuffisante, une intolérance ou une interaction médicamenteuse. Le donépézil et la galantamine sont fortement métabolisés par les cytochromes P450 (CYP) 2D6 et 3A, et sont également substrats du transporteur P-glycoprotéine. Les associations entre les polymorphismes génétiques de ces enzymes, cofacteur, récepteur nucléaire et transporteur (CYP2D6, CYP3A, POR, NR1I2, ABCB1) et les taux de donépézil et de galantamine ont été étudiées. Le génotype du CYP2D6 a été montré comme le facteur génétique majeur impliqué dans la pharmacocinétique de ces deux médicaments. Ainsi, les métaboliseurs déficients du CYP2D6 ont démontré des taux plasmatiques significativement plus élevés comparé aux bons métaboliseurs. De plus, dans la population traitée avec le donépézil, la fréquence des effets secondaires était plus élevée chez les métaboliseurs déficients. Des taux plasmatiques bas ont été mesurés chez les métaboliseurs ultra-rapides traités avec le donépézil, ce qui pourrait être un facteur de risque à une non-réponse au traitement. La mémantine est principalement éliminée sous forme inchangée par les reins, et partiellement par sécrétion tubulaire grâce à des transporteurs rénaux. Un modèle de cinétique de population a été développé pour quantifier les effets des différents facteurs cliniques et de la variabilité génétique des transporteurs rénaux (SLC22A1/2/5, SLC47A1, ABCB1) et des récepteurs nucléaires (NR1I2, NR1I3, PPARG, impliqués dans l'expression des transporteurs) sur les taux plasmatiques de mémantine. En plus de la fonction rénale et du genre, une variation génétique dans le récepteur nucléaire Pregnane-X-Receptor (NR1I2) a montré une influence significative sur l'élimination de la mémantine. Ces résultats suggèrent qu'une approche thérapeutique individualisée, prenant en compte des facteurs cliniques et génétiques du patient, pourrait améliorer l'efficacité et la sécurité du traitement pro-cognitif.

Biochemical characterization of FANCD2 and FANCM in the Fanconi Anaemia pathway

Abstract : The maintenance of genome stability is a challenge for all living organisms. DNA is regularly subjected to chemical alterations by both endogenous and exogenous DNA damaging agents. If left unrepaired, these lesions will create mutations or lead to chromosomal instability. DNA crosslinking agents probably bring about the most toxic lesions. By linking covalently the two strands of DNA, crosslinking agents will impede essential cellular processes such as replication and transcription. Cells from Fanconi anaemia patients are extremely sensitive to these agents. Fanconi anaemia (FA) is a rare chromosomal instability disorder that leads to developmental defects, pancytopenia and cancer susceptibility. FA is a genetically heterogeneous disease with thirteen complementation groups identified. Proteins encoded by the FA genes work together in the FA pathway. Eight of these proteins form the FA core complex (FANC-A, B, C,E, F, G, L and -M), whose integrity is required to monoubiquitinate FANCD2 and FANCI in response to DNA damage. The hypersensitivity of FA cells to crosslinking agents, which perturb the progression of replication forks, has led to the hypothesis that FA proteins play a crucial role in the response to replication stress. However, at the molecular level, the functions of the FA pathway remain largely unknown. Our efforts were first focused on the characterization of FANCD2, "the key effector of the FA pathway". Using different substrates, we found that in vitro, purified hFANCD2 preferentially binds single strand DNA and double strand DNA extremities. Concomitantly, FANCM was identified as a new component of the FA core complex. Moreover FANCM was shown to have specific branch migration activities and probably a role as a "landing platform" on DNA for the other components of the core complex. By using FANCM mutants carrying deletions within the internal domain, we investigated the role of FANCM as a DNA anchor protein for the core complex. We observed that indeed, a specific part of the internal domain of FANCM interacts with components of the core complex. Finally, in collaboration with Weidong Wang's lab we characterized two new components of the FA pathway: FAAP10 and FAAP16. As a heterodimer these two proteins show affinity for dsDNA, and anneal complementary oligonucleotides in vitro. Moreover these proteins can associate with FANCM via a part of its internal domain. We find that FANCM, FAAP 10 and FAAP 16 can co-exist on the branch point of replication and recombination intermediates, and that FAAP10 and FAAP16 stimulate replication fork reversal by FANCM. These results suggest that FANCM may function as a landing platform for the core complex. After loading on DNA, the core complex can activate FANCD2 through monoubiquitination leading to its recruitment to the site of damage. Since ssDNA and double strand breaks are intermediates that are generated as a consequence of collapsed replication forks, FANCD2 by binding to ds DNA ends and ssDNA could protect such structures from the recombination repair machinery and prevent unscheduled recombination events. Alternatively, FANCD2 could avoid nucleases from gaining access to collapsed forks, preserving the DNA in state that can be used as a starting point for resumption of DNA synthesis. The overall comprehension of the FA pathway is far from been complete. Our results unravel new aspects of Fanconi Anaemia, which hopefully in the near future will address keys questions leading to a better understanding of the fascinating Fanconi Anaemia. Résumé : Le maintien de l'intégrité du génome est fondamentale chez tous les organismes vivants. L'ADN est constamment altéré par des composés aussi bien endogènes qu'exogènes. Si ces altérations ne sont pas réparées, elles peuvent conduire à l'apparition de mutations, ainsi qu'à une instabilité génomique accrue. Les lésions les plus sévères qui peuvent survenir sur l'ADN, sont les pontages inter caténaires. Des agents pontants en liant de façon covalente les deux brins d'ADN, vont empêcher le déroulement normal de processus cellulaires essentiels tels que la réplication ou la transcription. La compréhension des mécanismes permettant à la cellule de tolérer et réparer ces lésions est primordiale, notamment dans le cas des patients atteints de l'anémie de Fanconi qui présentent une très grande sensibilité à ces composés pontants. L'anémie de Fanconi est une maladie génétique rare appartenant à un groupe de pathologies associées à une grande instabilité chromosomique. Les patients atteints de l'anémie de Fanconi présentent des malformations du squelette, une pancytopénie et une forte propension à la survenue de cancer. L'anémie de Fanconi est génétiquement très hétérogène. À ce jour, 13 gènes codant pour 13 protéines FANC différentes ont été identifiés. Huit de ces protéines fonctionnent ensemble au sein d'un complexe (nommé le complexe FANC) ayant pour but de monoubiquitiner FANCD2 et FANCI en réponse à la formation de lésions sur l'ADN. L'extrême sensibilité des cellules de patients atteints de l'anémie de Fanconi à ces agents pontant l'ADN suggère l'implication des protéines FANC dans la réponse cellulaire suite à une stress réplicatif. Cependant, le rôle moléculaire exact de ces protéines demeure encore inconnu. Après purification, nous avons observé que FANCD2 était capable de lier l'ADN simple brin, ainsi que les extrémités d'ADN in vitro. Dans le même temps, FANCM fut identifié comme appartenant au complexe FANC. FANCM est décrit comme une translocase capable de promouvoir le déplacement de point de jonction dans des structures d'ADN spécifiques in vitro. De plus, en se liant à l'ADN, FANCM peut agir comme une plateforme pour les autres protéines FANC, leur permettant ainsi d'être adressées à l'ADN. En créant des protéines FANCM recombinantes ayant des délétions dans le domaine interne, nous avons pu observer que certaines protéines du complexe FANC se fixent à des sites spécifiques sur le domaine interne de FANCM. Enfin, au travers d'une collaboration, nous avons été amenés à caractériser deux nouvelles protéines appartenant au complexe FANC : FAAP 10 et FAAP16. Elles s'associent à FANCM par l'intermédiaire du domaine interne, et forment ainsi un hétérotrimére. La présence de FAAP10 et FAAP16 n'affecte pas la liaison de FANCM à l'ADN, mais semble potentialiser son activité de régression in vitro. FANCM semble donc fonctionner comme une plateforme pour les autres composants du complexe FANC. Ces derniers, une fois liés à l'ADN permettent la monoubiquitination de FANCD2 et son recrutement au site lésé de l'ADN. FANCD2 en se liant de façon préférentielle à l'ADN simple brin et aux extrémités d'ADN qui sont générés lors de l'arrêt et du démantèlement d'une fourche de réplication, pourrait protéger ces même fourches de réplication arrêtées, d'évènements de recombinaison aléatoires. Nos résultats apportent de nouveaux éléments concernant les mécanismes moléculaires de l'anémie de Fanconi. Enfin, l'étude de l'anémie de Fanconi permet aussi de mieux comprendre les mécanismes mis en place par la cellule pour tolérer des lésions survenant lors de la réplication.

Characterization of the molecular mechanisms of insulin exocytosis and of their adaptation to physiopathological conditions

Résumé large public Le glucose est une source d'énergie essentielle pour notre organisme, indispensable pour le bon fonctionnement des cellules de notre corps. Les cellules β du pancréas sont chargées de réguler l'utilisation du glucose et de maintenir la glycémie (taux de glucose dans le sang) à un niveau constant. Lorsque la glycémie augmente, ces dernières sécrètent l'insuline, une hormone favorisant l'absorption, l'utilisation et le stockage du glucose. Une sécrétion insuffisante d'insuline provoque une élévation anormale du taux de glucose dans le sang (hyperglycémie) et peut mener au développement du diabète sucré. L'insuline est sécrétée dans le sang par un mécanisme particulier appelé exocytose. Une meilleure compréhension de ce mécanisme est nécessaire dans l'espoir de trouver des nouvelles thérapies pour traiter les 170 millions de personnes atteintes de diabète sucré à travers le monde. L'implication de diverses protéines, comme les SNAREs ou Rabs a déjà été démontrée. Cependant leurs mécanismes d'action restent, à ce jour, peu compris. De plus, l'adaptation de la machinerie d'exocytose à des conditions physiopathologiques, comme l'hyperglycémie, est encore à élucider. Le but de mon travail de thèse a été de clarifier le rôle de deux protéines, Noc2 et Tomosyn, dans l'exocytose ; puis de déterminer les effets d'une exposition prolongée à un taux élevé de glucose sur l'ensemble des protéines de la machinerie d'exocytose. Noc2 est un partenaire potentiel de deux Rabs connues pour leur implication dans les dernières étapes de l'exocytose, Rab3 et Rab27. Grâce à l'étude de différents mutants de Noc2, j'ai montré que l'interaction avec Rab27 permet à la protéine de s'associer avec les organelles de la cellule β contenant l'insuline. De plus, en diminuant sélectivement l'expression de Noc2, j'ai déterminé l'importance de cette protéine pour le bon fonctionnement du processus d'exocytose et le relâchement de l'insuline. Quant à Tomosyn, une protéine interagissant avec les protéines SNAREs, j'ai démontré son importance dans la sécrétion d'insuline en diminuant de manière sélective son expression dans les cellules β. Ensuite, grâce à une combinaison d'approches moléculaires et de microscopie, j'ai mis en évidence le rôle de Tomosyn dans les dernières étapes de l'exocytose. Enfin, puisque la sécrétion d'insuline est diminuée lors d'une hyperglycémie prolongée, j'ai analysé l'adaptation de la machinerie d'exocytose à ces conditions. Ceci m'a permis de découvrir que l'expression de quatre protéines essentielles pour le processus d'exocytose, Noc2, Rab3, Rab27 et Granuphilin, est fortement diminuée lors d'une hyperglycémie chronique. L'ensemble de ces données met en évidence l'importance de Noc2 et Tomosyn dans la sécrétion d'insuline. L'inhibition, par un taux élevé de glucose, de l'expression de Noc2 et d'autres protéines indispensables pour l'exocytose suggère que ce phénomène pourrait contribuer au développement du diabète sucré. Résumé L'exocytose d'insuline, en réponse au glucose circulant dans le sang, est la fonction principale de la cellule β. Celle-ci permet de stabiliser le taux de glucose sanguin (glycémie). Le diabète de type 2 est caractérisé par une glycémie élevée due, principalement, à un défaut de sécrétion d'insuline en réponse au glucose. La compréhension des mécanismes qui contrôlent l'exocytose d'insuline est essentielle pour clarifier les causes du diabète sucré. Plusieurs composants impliqués dans ce processus ont été identifiés. Ceux-ci incluent les SNAREs Syntaxin-1, VAMP2 et SNAP25 et les GTPases Rab3 et Rab27 qui jouent un rôle dans les dernières étapes de l'exocytose. Pendant mon travail de thèse, j'ai étudié le rôle de Noc2, un des partenaires de Rab3 et Rab27, dans l'exocytose d'insuline. Nous avons déterminé que Noc2 s'associe aux granules de sécrétion d'insuline grâce à son interaction avec Rab27. La diminution de l'expression de Noc2 dans la lignée cellulaire β INS-1E, par ARN interférence, influence négativement la sécrétion d'insuline stimulée par différents sécrétagogues et prouve que cette protéine Noc2 est essentielle pour l'exocytose d'insuline. L'interaction avec Munc13, une protéine impliquée dans l'arrimage des vésicules, suggère que Noc2 participe au recrutement des granules d'insuline à la membrane plasmique. Ensuite, j'ai analysé l'adaptation de la machinerie d'exocytose à des concentrations supraphysiologiques de glucose. Le niveau d'expression de Rab3 et Rab27 et de leurs effecteurs Granuphilin/S1p4 et Noc2 est fortement diminué par une exposition prolongée des cellules β à haut glucose. L'effet observé est en relation avec l'induction de l'expression de ICER, un facteur de transcription surexprimé dans des conditions d'hyperglycémie et également dans des modèles génétiques de diabète de type 2. La surexpression de ICER dans des cellules INS-1E diminue l'expression de Rab3, Rab27, Granuphilin/Slp4 et Noc2 et par conséquent l'exocytose d'insuline. Ainsi, l'induction de ICER, après une exposition prolongée à haut glucose, régule négativement l'expression de protéines essentielles pour l'exocytose et altère la sécrétion d'insuline. Ce mécanisme pourrait contribuer au dysfonctionnement de l'exocytose d'insuline dans le diabète de type 2. Dans la dernière partie de ma thèse, j'ai investigué le rôle de la protéine Tomosyn-1 dans la formation du complexe SNARE. Cette protéine a une forte affinité pour Syntaxin-1 et contient un domaine SNARE. Tomosyn-1 est concentrée dans les régions cellulaires enrichies en granules de sécrétion. La diminution sélective de l'expression de Tomosyn-1 induit une réduction de l'exocytose stimulée par différents sécrétagogues. Cet effet est dû à un défaut de fusion des granules avec la membrane plasmique. Ceci nous indique que Tomosyn-1 intervient dans une phase importante de la préparation des vésicules à la fusion, qui est nécessaire à l'exocytose. Abstract: Insulin exocytosis from pancreatic β-cells plays a central role in blood glucose homeostasis. Diabetes mellitus is a complex metabolic disorder characterized by secretory dysfunctions in pancreatic β-cells and release of amounts of insulin that are inappropriate to maintain blood glucose concentration within normal physiological ranges. To define the causes of β-cell failure a basic understanding of the molecular mechanisms that control insulin exocytosis is essential. Some of the molecular components involved in this process have been identified, including the SNARE proteins VAMP2, Syntaxin-1 and SNAP25 and the two GTPases, Rab3 and Rab27, that regulate the final steps of insulin secretion. I first investigated the role of Noc2, a potential Rab3 and Rab27 partner, in insulin secretion. I found that Noc2 associates with Rab27 and is recruited by this GTPase on insulin- containing granules. Silencing of the Noc2 gene by RNA interference led to a strong impairment in the capacity of the β-cell line INS-1E to respond to secretagogues, indicating that appropriate levels of the protein are essential for insulin exocytosis. I also showed that Noc2 interacts with Munc13, a protein that controls vesicle priming, suggesting a possible involvement of Noc2 in the recruitment of secretory granules at the plasma membrane. In the second part of my thesis, I investigated the adaptation of the molecular machinery of exocytosis to physiopathological conditions. I found that the expression of Rab3, Rab27 and of their effectors Granuphilin/Slp4 and Noc2 is dramatically decreased by chronic exposure of β-ce1ls to supraphysiological glucose levels. The observed glucotoxic effect is a consequence of the induction of ICER, a transcriptional repressor that is increased by prolonged hyperglycemia and in genetic models of type 2 diabetes. Overexpression of ICER reduced Granuphilin, Noc2, Rab3 and Rab27 levels and inhibited exocytosis. These results suggest that the presence of inappropriate levels of ICER diminishes the expression of a group of proteins essential for exocytosis and contributes to defective insulin release in type 2 diabetes. In the last part of my thesis, I focused my attention on the role of Tomosyn-1, a Syntaxin-1 binding protein possessing a SNARE-like motif, in the control of SNARE complex assembly. I found that Tomosyn-1 is concentrated in cellular compartments enriched in insulin-containing secretory granules. Silencing of Tomosyn-1 did not affect the number of secretory granules docked at the plasma membrane but decreased their release probability, resulting in a reduction in stimulus-induced insulin exocytosis. These findings suggest that Tomosyn-1 is involved in a post-docking event that prepares secretory granules for fusion and is necessary to sustain exocytosis in response to insulin secretagogues.

Enrichment of human CD4+ V(alpha)24/Vbeta11 invariant NKT cells in intrahepatic malignant tumors.

Invariant NKT cells (iNKT cells) recognize glycolipid Ags via an invariant TCR alpha-chain and play a central role in various immune responses. Although human CD4(+) and CD4(-) iNKT cell subsets both produce Th1 cytokines, the CD4(+) subset displays an enhanced ability to secrete Th2 cytokines and shows regulatory activity. We performed an ex vivo analysis of blood, liver, and tumor iNKT cells from patients with hepatocellular carcinoma and metastases from uveal melanoma or colon carcinoma. Frequencies of Valpha24/Vbeta11 iNKT cells were increased in tumors, especially in patients with hepatocellular carcinoma. The proportions of CD4(+), double negative, and CD8alpha(+) iNKT cell subsets in the blood of patients were similar to those of healthy donors. However, we consistently found that the proportion of CD4(+) iNKT cells increased gradually from blood to liver to tumor. Furthermore, CD4(+) iNKT cell clones generated from healthy donors were functionally distinct from their CD4(-) counterparts, exhibiting higher Th2 cytokine production and lower cytolytic activity. Thus, in the tumor microenvironment the iNKT cell repertoire is modified by the enrichment of CD4(+) iNKT cells, a subset able to generate Th2 cytokines that can inhibit the expansion of tumor Ag-specific CD8(+) T cells. Because CD4(+) iNKT cells appear inefficient in tumor defense and may even favor tumor growth and recurrence, novel iNKT-targeted therapies should restore CD4(-) iNKT cells at the tumor site and specifically induce Th1 cytokine production from all iNKT cell subsets.