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.

Biosynthesis of pyochelin and dihydroaeruginoic acid requires the iron-regulated pchDCBA operon in Pseudomonas aeruginosa.

The high-affinity siderophore salicylate is an intermediate in the biosynthetic pathway of pyochelin, another siderophore and chelator of transition metal ions, in Pseudomonas aeruginosa. The 2.5-kb region upstream of the salicylate biosynthetic genes pchBA was sequenced and found to contain two additional, contiguous genes, pchD and pchC, having the same orientation. The deduced amino acid sequence of the 60-kDa PchD protein was similar to those of the EntE protein (2,3-dihydroxybenzoate-AMP ligase) of Escherichia coli and other adenylate-forming enzymes, suggesting that salicylate might be adenylated at the carboxyl group by PchD. The 28-kDa PchC protein showed similarities to thioesterases of prokaryotic and eukaryotic origin and might participate in the release of the product(s) formed from activated salicylate. One potential product, dihydroaeruginoate (Dha), was identified in culture supernatants of iron-limited P. aeruginosa cells. The antifungal antibiotic Dha is thought to arise from the reaction of salicylate with cysteine, followed by cyclization of cysteine. Inactivation of the chromosomal pchD gene by insertion of the transcription and translation stop element omega Sm/Sp abolished the production of Dha and pyochelin, implying that PchD-mediated activation of salicylate may be a common first step in the synthesis of both metabolites. Furthermore, the pchD::omega Sm/Sp mutation had a strong polar effect on the expression of the pchBA genes, i.e., on salicylate synthesis, indicating that the pchDCBA genes constitute a transcriptional unit. A full-length pchDCBA transcript of ca. 4.4 kb could be detected in iron-deprived, growing cells of P. aeruginosa. Transcription of pchD started at tandemly arranged promoters, which overlapped with two Fur boxes (binding sites for the ferric uptake regulator) and the promoter of the divergently transcribed pchR gene encoding an activator of pyochelin biosynthesis. This promoter arrangement allows tight iron-mediated repression of the pchDCBA operon.

First trimester maternal level of PAPP-A, βhCG and ethnicity as predictive of Intrauterine Growth Restriction

Intrauterine growth restriction (IUGR) is one of the leading causes of perinatal mortality and morbidity. Nowadays, this condition is detected in the 3rt and last trimester of gestation when the pathology is already established and success of therapeutic strategies are limited. As the physiopathology of the disease suggests that the problem stems from poor placental implantation, it would be quite advantageous to identify women at increased risk in the first or second trimester of gestation because it then might be possible to offer treatment interventions or at least to establish increased surveillance for high risk pregnancies. Maternal levels of pregnancy-associated plasma protein-A (PAPP-A) and free β human chorionic gonadotropin (free βhCG) has been shown to be effective in first trimester screening for chromosomal abnormalities, primarily trisomies 21, 13 and 18. Previous studies evaluating PAPP-A and free βhCG measured in the first trimester in relation with IUGR have provided conflicting results. Moreover, it has been suggested that black ethnicity is another important predictive factor for fetal growth restriction.Objective: To analyse the association between first trimester serum analytes (PAPP-A and free βhCG) and ethnicity with Intrauterine Growth Restriction.Methods: The study consists in a retrospective cohort, including all singleton pregnancies with complete outcome data that had undergone first trimester screening (PAPP-A and free βhCG) at 11-13+6weeks of gestation between 1/1/2010 - 31/12/2012 in Hospital Universitari Dr Josep Trueta. Biochemical markers are converted to multiples of the median (MoMs) and percentiles 5 and 10 are calculated. The association between free βhCG and PAPP-A with the incidence of IUGR is evaluated in combination with maternal ethnicity. Bivariate and logistic regression analyses are performed to adjust this association for co variables

First trimester maternal level of PAPP-A, βhCG and ethnicity as predictive of Intrauterine Growth Restriction

Intrauterine growth restriction (IUGR) is one of the leading causes of perinatal mortality and morbidity. Nowadays, this condition is detected in the 3rt and last trimester of gestation when the pathology is already established and success of therapeutic strategies are limited. As the physiopathology of the disease suggests that the problem stems from poor placental implantation, it would be quite advantageous to identify women at increased risk in the first or second trimester of gestation because it then might be possible to offer treatment interventions or at least to establish increased surveillance for high risk pregnancies. Maternal levels of pregnancy-associated plasma protein-A (PAPP-A) and free β human chorionic gonadotropin (free βhCG) has been shown to be effective in first trimester screening for chromosomal abnormalities, primarily trisomies 21, 13 and 18. Previous studies evaluating PAPP-A and free βhCG measured in the first trimester in relation with IUGR have provided conflicting results. Moreover, it has been suggested that black ethnicity is another important predictive factor for fetal growth restriction.Objective: To analyse the association between first trimester serum analytes (PAPP-A and free βhCG) and ethnicity with Intrauterine Growth Restriction.Methods: The study consists in a retrospective cohort, including all singleton pregnancies with complete outcome data that had undergone first trimester screening (PAPP-A and free βhCG) at 11-13+6weeks of gestation between 1/1/2010 - 31/12/2012 in Hospital Universitari Dr Josep Trueta. Biochemical markers are converted to multiples of the median (MoMs) and percentiles 5 and 10 are calculated. The association between free βhCG and PAPP-A with the incidence of IUGR is evaluated in combination with maternal ethnicity. Bivariate and logistic regression analyses are performed to adjust this association for co variables

Clinical and radiological findings in Pallister-Killian syndrome.

Pallister-Killian syndrome (PKS) is a potentially lethal disorder with facial dysmorphism, pigmentary skin anomalies, developmental delay and major visceral anomalies, such as diaphragmatic hernia, anorectal malformation, and congenital heart disease. PKS is causally associated with mosaic tetrasomy of chromosome 12p. A routine chromosome analysis in peripheral lymphocytes usually fails to detect the mosaic state. A prompt diagnosis rests on clinical awareness and a subsequent chromosome or molecular analysis in fibroblasts, buccal mucosal cells, or bone marrow cells. We report here on three infants with PKS. One infant had aortic dilatation, a previously unreported association in PKS. More importantly, all infants showed a recognizable, though mild, pattern of skeletal changes mainly affecting axial bones, including delayed ossification of the vertebral bodies and pubic bones, flared anterior ribs, and broad metaphyses of the long bones, particularly of the femora. These skeletal changes should be considered as a useful diagnostic sign in PKS. Awareness of the axial skeletal alterations can be helpful in prompting clinicians to search for mosaic tetrasomy 12p and perform chromosomal analysis in appropriate tissue types.

Workers exposed to wood dust have an increased micronucleus frequency in nasal and buccal cells: results from a pilot study

Wood dust is recognised as a human carcinogen, based on the strong association of wood dust exposure and the elevated risk of malignant tumours of the nasal cavity and paranasal sinuses [sino-nasal cancer (SNC)]. The study aimed to assess genetic damage in workers exposed to wood dust using biomarkers in both buccal and nasal cells that reflect genome instability events, cellular proliferation and cell death frequencies. Nasal and buccal epithelial cells were collected from 31 parquet layers, installers, carpenters and furniture workers (exposed group) and 19 non-exposed workers located in Switzerland. Micronucleus (MN) frequencies were scored in nasal and buccal cells collected among woodworkers. Other nuclear anomalies in buccal cells were measured through the use of the buccal micronucleus cytome assay. MN frequencies in nasal and buccal cells were significantly higher in the exposed group compared to the non-exposed group; odds ratio for nasal cells 3.1 [95% confidence interval (CI) 1.8-5.1] and buccal cells 1.8 (95% CI 1.3-2.4). The exposed group had higher frequencies of cells with nuclear buds, karyorrhectic, pyknotic, karyolytic cells and a decrease in the frequency of basal, binucleated and condensed cells compared to the non-exposed group. Our study confirms that woodworkers have an elevated risk for chromosomal instability in cells of the aerodigestive tract. The MN assay in nasal cells may become a relevant biomonitoring tool in the future for early detection of SNC risk. Future studies should seek to standardise the protocol for MN frequency in nasal cells similar to that for MN in buccal cells.

Genomic behavior of hybrid combinations between elephant grass and pearl millet

The objective of this work was to evaluate the genomic behavior of hybrid combinations between elephant grass (Pennisetum purpureum) and pearl millet (P. glaucum). Tetraploid (AAA'B) and pentaploid (AA'A'BB) chromosome races resulting from the backcross of the hexaploid hybrid to its parents elephant grass (A'A'BB) and pearl millet (AA) were analyzed as to chromosome number and DNA content. Genotypes of elephant grass, millet, and triploid and hexaploid induced hybrids were compared. Pentaploid and tetraploid genomic combinations showed high level of mixoploidy, in discordance with the expected somatic chromosome set. The pentaploid chromosome number ranged from 20 to 34, and the tetraploid chromosome number from 16 to 28. Chromosome number variation was higher in pentaploid genomic combinations than in tetraploid, and mixoploidy was observed among hexaploids. Genomic combinations 4x and 5x are mixoploid, and the variation of chromosome number within chromosomal race 5x is greater than in 4x.

Valproic acid monotherapy in pregnancy and major congenital malformations.

BACKGROUND: The use of valproic acid in the first trimester of pregnancy is associated with an increased risk of spina bifida, but data on the risks of other congenital malformations are limited. METHODS: We first combined data from eight published cohort studies (1565 pregnancies in which the women were exposed to valproic acid, among which 118 major malformations were observed) and identified 14 malformations that were significantly more common among the offspring of women who had received valproic acid during the first trimester. We then assessed the associations between use of valproic acid during the first trimester and these 14 malformations by performing a case-control study with the use of the European Surveillance of Congenital Anomalies (EUROCAT) antiepileptic-study database, which is derived from population-based congenital-anomaly registries. Registrations (i.e., pregnancy outcomes with malformations included in EUROCAT) with any of these 14 malformations were compared with two control groups, one consisting of infants with malformations not previously linked to valproic acid use (control group 1), and one consisting of infants with chromosomal abnormalities (control group 2). The data set included 98,075 live births, stillbirths, or terminations with malformations among 3.8 million births in 14 European countries from 1995 through 2005. RESULTS: Exposure to valproic acid monotherapy was recorded for a total of 180 registrations, with 122 registrations in the case group, 45 in control group 1, and 13 in control group 2. As compared with no use of an antiepileptic drug during the first trimester (control group 1), use of valproic acid monotherapy was associated with significantly increased risks for 6 of the 14 malformations under consideration; the adjusted odds ratios were as follows: spina bifida, 12.7 (95% confidence interval [CI], 7.7 to 20.7); atrial septal defect, 2.5 (95% CI, 1.4 to 4.4); cleft palate, 5.2 (95% CI, 2.8 to 9.9); hypospadias, 4.8 (95% CI, 2.9 to 8.1); polydactyly, 2.2 (95% CI, 1.0 to 4.5); and craniosynostosis, 6.8 (95% CI, 1.8 to 18.8). Results for exposure to valproic acid were similar to results for exposure to other antiepileptic drugs. CONCLUSIONS: The use of valproic acid monotherapy in the first trimester was associated with significantly increased risks of several congenital malformations, as compared with no use of antiepileptic drugs or with use of other antiepileptic drugs.

Etude des niveaux de concentration d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) dans la poussière de bois et des marqueurs biologiques d'effets génotoxiques chez les travailleurs du bois

L'exposition aux poussières de bois est associé à un risque accru d'adénocarcinomes des fosses nasales et des sinus paranasaux (SNC, 'Sinonasal cancer') chez les travailleurs du bois. Les poussières de bois sont ainsi reconnues comme cancérogènes avérés pour l'homme par le Centre international de Recherche sur le Cancer (CIRC). Toutefois, l'agent causal spécifique et le mécanisme sous-jacent relatifs au cancer lié aux poussières de bois demeurent inconnus. Une possible explication est une co-exposition aux poussières de bois et aux Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), ces derniers étant potentiellement cancérogènes. Dans les faits, les travailleurs du bois sont non seulement exposés aux poussières de bois naturel, mais également à celles générées lors d'opérations effectuées à l'aide de machines (ponceuses, scies électriques, etc.) sur des finitions de bois (bois traités) ou sur des bois composites, tels que le mélaminé et les panneaux de fibres à densité moyenne (MDF, 'Medium Density Fiberboard'). Des HAP peuvent en effet être générés par la chaleur produite par l'utilisation de ces machines sur la surface du bois. Les principaux objectifs de cette thèse sont les suivants: (1) quantifier HAP qui sont présents dans les poussières générées lors de diverses opérations courantes effectuées sur différents bois (2) quantifier l'exposition individuelle aux poussières de bois et aux HAP chez les travailleurs, et (3) évaluer les effets génotoxiques (dommages au niveau de l'ADN et des chromosomes) due à l'exposition aux poussières de bois et aux HAP. Cette thèse est composée par une étude en laboratoire (objectif 1) et par une étude de terrain (objectifs 2 et 3). Pour l'étude en laboratoire, nous avons collecté des poussières de différents type de bois (sapin, MDF, hêtre, sipo, chêne, bois mélaminé) générées au cours de différentes opérations (comme le ponçage et le sciage), et ceci dans une chambre expérimentale et dans des conditions contrôlées. Ensuite, pour l'étude de terrain, nous avons suivi, dans le cadre de leur activité professionnelle, 31 travailleurs de sexe masculin (travailleurs du bois et ébenistes) exposés aux poussières de bois pendant deux jours de travail consécutifs. Nous avons également recruté, comme groupe de contrôle, 19 travailleurs non exposés. Pour effectuer une biosurveillance, nous avons collecté des échantillons de sang et des échantillons de cellules nasales et buccales pour chacun des participants. Ces derniers ont également rempli un questionnaire comprenant des données démographiques, ainsi que sur leur style de vie et sur leur exposition professionnelle. Pour les travailleurs du bois, un échantillonnage individuel de poussière a été effectué sur chaque sujet à l'aide d'une cassette fermée, puis nous avons évalué leur exposition à la poussière de bois et aux HAP, respectivement par mesure gravimétrique et par Chromatographie en phase gazeuse combinée à la spectrométrie de masse. L'évaluation des dommages induits à l'ADN et aux chromosomes (génotoxicité) a été, elle, effectuée à l'aide du test des micronoyaux (MN) sur les cellules nasales et buccales et à l'aide du test des comètes sur les échantillons de sang. Nos résultats montrent dans la poussière de la totalité des 6 types de bois étudiés la présence de HAP (dont certains sont cancérogènes). Des différences notoires dans les concentrations ont été néanmoins constatées en fonction du matériau étudié : les concentrations allant de 0,24 ppm pour la poussière de MDF à 7.95 ppm pour le mélaminé. Nos résultats montrent également que les travailleurs ont été exposés individuellement à de faibles concentrations de HAP (de 37,5 à 119,8 ng m-3) durant les opérations de travail du bois, alors que les concentrations de poussières inhalables étaient relativement élevés (moyenne géométrique de 2,8 mg m-3). En ce qui concerne la génotoxicité, les travailleurs exposés à la poussière de bois présentent une fréquence significativement plus élevée en MN dans les cellules nasales et buccales que les travailleurs du groupe témoin : un odds ratio de 3.1 a été obtenu pour les cellules nasales (IC 95% : de 1.8 à 5.1) et un odds ratio de 1,8 pour les cellules buccales (IC 95% : de 1.3 à 2.4). En outre, le test des comètes a montré que les travailleurs qui ont déclaré être exposés aux poussières de MDF et/ou de mélaminé avaient des dommages à l'ADN significativement plus élevés que les deux travailleurs exposés à la poussière de bois naturel (sapin, épicéa, hêtre, chêne) et que les travailleurs du groupe témoin (p <.01). Enfin, la fréquence des MN dans les cellules nasales et buccales augmentent avec les années d'exposition aux poussières de bois. Par contre, il n'y a pas de relation dose-réponse concernant la génotoxicité due à l'exposition journalière à la poussière et aux HAP. Cette étude montre qu'une exposition aux HAP eu bien lieu lors des opérations de travail du bois. Les travailleurs exposés aux poussières de bois, et donc aux HAP, courent un risque plus élevé (génotoxicité) par rapport au groupe témoin. Étant donné que certains des HAP détectés sont reconnus potentiellement cancérogènes, il est envisageable que les HAP générés au cours du travail sur les matériaux de bois sont un des agents responsables de la génotoxicité de la poussière de bois et du risque élevé de SNC observé chez les travailleurs du secteur. Etant donné la corrélation entre augmentation de la fréquence des MN, le test des micronoyaux dans les cellules nasales et buccales constitue sans conteste un futur outil pour la biosurveillance et pour la détection précoce du risque de SNC chez les travailleurs. - Exposures to wood dust have been associated with an elevated risk of adenocarcinomas of the Dasal cavity and the paranasal sinuses (sinonasal cancer or SNC) among wood workers. Wood dust is recognized as a human carcinogen by the International Agency for Research on Cancer. However, the specific cancer causative agent(s) and the mechanism(s) behind wood dust related carcinogenesis remains unknown. One possible explanation is a co-exposure to wood dust and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), the latter being carcinogenic. In addition, wood workers are not only exposed to natural wood but also to wood finishes and composite woods such as wood melamine and medium density fiber (MDF) boards during the manipulation with power tools. The heat produced by the use of power tools can cause the generation of PAH from wood materials. The main objectives of the present thesis are to: (1) quantify possible PAH concentrations in wood dust generated during various common woodworking operations using different wood materials; (2) quantify personal wood dust concentrations and PAH exposures among wood workers; and (3) assess genotoxic effects (i.e., DNA and chromosomal damage) of wood dust and PAH exposure in wood workers. This thesis is composed by a laboratory study (objective 1) and a field study (objectives 2 and 3). In the laboratory study we collected wood dust from different wood materials (fir, MDF, beech, mahagany, oak, and wood melamine) generated during different wood operations (e.g., sanding and sawing) in an experimental chamber under controlled conditions. In the following field study, we monitored 31 male wood workers (furniture and construction workers) exposed to wood dust during their professional activity for two consecutive work shifts. Additionally, we recruited 19 non exposed workers as a control group. We collected from each participant blood samples, and nasal and buccal cell samples. They answered a questionnaire including demographic and life-style data and occupational exposure (current and past). Personal wood dust samples were collected using a closed-face cassette. We used gravimetrie analysis to determine the personal wood dust concentrations and capillary gas chromatography - mass spectrometry analysis to determine PAH concentrations. Genotoxicity was assessed with the micronucleus (MN) assay for nasal and buccal cells and with the comet assay for blood samples. Our results show that PAH (some of them carcinogenic) were present in dust from all six wood materials tested, yet at different concentrations depending on the material. The highest concentration was found in dust from wood melamine (7.95 ppm) and the lowest in MDF (0.24 ppm). Our results also show that workers were individually exposed to low concentrations of PAHs (37.5-119.8 ng m"3) during wood working operations, whereas the concentrations of inhalable dust were relatively high (geometric mean 2.8 mg m"3). Concerning the genotoxicity, wood workers had a significantly higher MN frequency in nasal and buccal cells than the workers in the control group (odds ratio for nasal cells 3.1 (95%CI 1.8-5.1) and buccal cells 1.8 (95%CI 1.3-2.4)). Furthermore, the comet assay showed that workers who reported to be exposed to dust from wooden boards (MDF and wood melamine) had significantly higher DNA damage than both the workers exposed to natural woods (fir, spruce, beech, oak) and the workers in the control group (p < 0.01). Finally, MN frequency in nasal and buccal cells increased with increasing years of exposure to wood dust. However, there was no genotoxic dose-response relationship with the per present day wood dust and PAH exposure. This study shows that PAH exposure occurred during wood working operations. Workers exposed to wood dust, and thus to PAH, had a higher risk for genotoxicity compared to the control group. Since some of the detected PAH are potentially carcinogenic, PAH generated from operations on wood materials may be one of the causative agents for the observed increased genotoxicity in wood workers. Since increased genotoxicity is manifested in an increased MN frequency, the MN assay in nasal and buccal cells may become a relevant biomonitoring tool in the future for early detection of SNC risk.

Measuring limits of telomere movement on nuclear envelope.

The dynamic behavior of the decondensed chromatin can be monitored by real-time fluorescence confocal microscopy. It can be observed that different chromosomal sites enjoy different degrees of freedom during a certain period, exploring larger or smaller portions of nuclear volume. Here we measure the accessible surface for two chromosomal sites (yeast telomeres Tel3R and Tel6R) that both exhibit strong preferential association with the nuclear membrane in galactose-containing media, but differ significantly in gene activity. Telomere Tel6R, which harbors an inducible gene with high levels of transcription, explores a much larger surface than the telomere Tel3R, which is adjacent to inactive chromatin. Thus, our results distinguish two perinuclear movements characteristic of different transcriptional state, allowing for a better understanding of the correlation between activity of genes and chromatin dynamics.

Proteomic and transcriptomic analysis of human CD8(+) T lymphocytes over-expressing telomerase.

Human T lymphocytes have a finite life span resulting from progressive telomere shortening that occurs at each cell division, eventually leading to chromosomal instability. It has been shown that ectopic expression of the human telomerase reverse transcriptase (hTERT) gene into various human cells results in the extension of their replicative life span, without inducing changes associated with transformation. However, it is still unclear whether cells that over-express telomerase are physiologically and biochemically indistinguishable from normal cells. To address this question, we compared the proteome of young and aged human CD8(+) T lymphocytes with that of T cells transduced with hTERT. Interestingly, we found no global changes in the protein pattern in young T cells, irrespective of telomerase expression. In contrast, several relevant proteins with differential expression patterns were observed in hTERT-transduced T cells with extended life span upon long-term culture. Altogether, our data revealed that T lymphocytes over-expressing telomerase displayed an intermediate protein pattern, sharing a similar protein expression not only with young T cells, but also with aged T cells. Finally, the results obtained from this global proteomic approach are in agreement with the overall gene transcription profiling performed on the same T-cell derived clones.

Modelling of crowded polymers elucidate effects of double-strand breaks in topological domains of bacterial chromosomes.

Using numerical simulations of pairs of long polymeric chains confined in microscopic cylinders, we investigate consequences of double-strand DNA breaks occurring in independent topological domains, such as these constituting bacterial chromosomes. Our simulations show a transition between segregated and mixed state upon linearization of one of the modelled topological domains. Our results explain how chromosomal organization into topological domains can fulfil two opposite conditions: (i) effectively repulse various loops from each other thus promoting chromosome separation and (ii) permit local DNA intermingling when one or more loops are broken and need to be repaired in a process that requires homology search between broken ends and their homologous sequences in closely positioned sister chromatid.

Regulation of the activity of DnaA and its role during the cell cycle of caulobacter crescentus

The initiation of chromosomal replication must be tightly regulated so that the genome is replicated only once per cell cycle. In most bacteria, DnaA binds to the origin of replication and initiates chromosomal replication. DnaA is a dual-function protein that also acts as an important transcription factor that regulates the expression of many genes in bacteria. Thus, understanding how this protein is regulated during the bacterial cell cycle is of major importance. The α-proteobacterium Caulobacter crescentus is an excellent model to study the bacterial cell cycle, mainly because it is possible to isolate synchronized cell cultures and because it initiates the replication of its chromosome once per cell cycle and at a specific time of the cell cycle. This latest feature is of special interest for the major aim of my thesis work, which focused on the temporal and spatial regulation of the activity of the essential DnaA protein in C. crescentus. In Escherichia coli, the Hda protein converts ATP-DnaA into ADP- DnaA by stimulating the ATPase activity of DnaA, to prevent over-initiation of chromosome replication. We propose that there exists a similar mechanism in C. crescentus, which is not only involved in the temporal control of chromosome replication, but also in the control of gene expression. First, we provided evidences indicating that the hydrolysis of the ATP bound to DnaA is essential for the viability of C. crescentus. Our results suggest that ATP-DnaA promotes the initiation of chromosome replication, since we found that cells over-expressing a DnaA protein with a mutated ATPase domain, DnaA(R357A), over-initiated chromosome replication, unlike cells expressing the wild-type DnaA protein at similar levels. By contrast, the DnaA(R357A) protein was less active than DnaA in promoting the transcription of three essential genes, suggesting that these may be more efficiently activated by ADP-DnaA than ATP-DnaA. We propose that the ATP-DnaA to ADP-DnaA switch down-regulates the initiation of DNA replication while activating the transcription of several essential genes involved in subsequent cell cycle events. Second, we studied the role of the HdaA protein, homologous to Hda, in promoting the ATP- DnaA to ADP-DnaA switch in C. crescentus. HdaA is essential for viability and its depletion in the cell leads to an over-replication of the chromosome, indicating that HdaA is a negative regulator of DNA replication. HdaA dynamically co-localizes with the replisome. In this work, we identified DnaN, the β-clamp of the DNA polymerase, as the replisome component that interacts directly with HdaA and that recruits HdaA to the replisome in live C. crescentus cells. We also showed that a mutant HdaA protein that cannot interact or co-localize with DnaN is not functional, indicating that HdaA is probably activated by DnaN. However, we found that another non-functional HdaA protein, mutated in the conserved Arginine finger of its AAA+ domain, was able to localize at the replisome, suggesting that the AAA+ domain of HdaA exerts its essential function after the recruitment of HdaA to the replisome. We propose that HdaA stimulates the ATPase activity of DnaA once DNA replication is ongoing, via its interaction with DnaN and the activity of the two conserved R fingers of DnaA and HdaA. Finally, we created different strains in which HdaA, DnaN or DnaA were over-produced. We observed that the over-production of HdaA seems to lead to a delay in chromosome replication, while the over-production of DnaN had an opposite effect. Our results also indicate that the over-production of DnaA may intensify the over-initiation phenotype of cells depleted for HdaA. We conclude that the dynamic interplay of HdaA and DnaN in the cell contributes to regulating the ATP-DnaA/ADP-DnaA ratio in the cell, to ensure once per cell cycle initiation of chromosomal replication in C. crescentus. Altogether, our work provided important information on the regulation of the activity of DnaA in C. crescentus. Since DnaA, HdaA and DnaN are well-conserved proteins, most of our findings are useful to understand how chromosome replication and gene expression are controlled by DnaA in many other bacterial species. - L'initiation de la réplication des chromosomes doit être précisément régulée de telle sorte que le génome ne soit répliqué qu'une seule fois par cycle cellulaire. Chez la plupart des bactéries, DnaA se lie à l'origine de réplication du chromosome et en initie sa réplication. DnaA est aussi un facteur de transcription qui régule l'expression de nombreux gènes bactériens. De ce fait, il est très important de comprendre comment DnaA est régulée au cours du cycle cellulaire bactérien. L'a-protéobactérie Caulobacter crescentus est un excellent modèle pour étudier le cycle cellulaire bactérien, essentiellement parce qu'il est aisé d'isoler des populations de cellules synchronisées à la même étape du cycle cellulaire et parce que cette bactérie n'initie la réplication de son chromosome qu'une seule fois et à un moment précis de son cycle. Cette dernière caractéristique est particulièrement pertinente pour l'objectif de mon travail doctoral, qui consistait à comprendre comment l'activité de la protéine essentielle DnaA est régulée dans l'espace et dans le temps chez C. crescentus. Chez Escherichia coli, la protéine Hda convertie DnaA-ATP en DnaA-ADP en stimulant l'activité ATPasique de DnaA, ce qui empêche la sur-initiation de la réplication du chromosome. Nous proposons qu'un mécanisme similaire existe chez C. crescentus. Il serait non seulement nécessaire au contrôle de la réplication du chromosome, mais aussi au contrôle de l'expression de certains gènes. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence le fait que l'hydrolyse de l'ATP lié à DnaA est un processus essentiel à la viabilité de C. crescentus. Nos résultats suggèrent que DnaA-ATP initie la réplication du chromosome, comme nous avons observé que des cellules qui sur-expriment une protéine DnaA(R357A) mutée sans domaine ATPasique fonctionnel, sur-initie la réplication de leur chromosome, contrairement aux cellules qui sur-expriment la protéine DnaA sauvage à des niveaux équivalents. Au contraire, la protéine DnaA(R357A) était moins active que la protéine DnaA sauvage pour promouvoir la transcription de trois gènes essentiels, ce qui suggère que ces derniers sont peut-être plus efficacement activés par DnaA-ADP que DnaA-ATP. Nous proposons que la conversion de DnaA-ATP en DnaA-ADP réprime l'initiation de la réplication, tandis qu'elle active la transcription de plusieurs gènes impliqués dans des étapes plus tardives du cycle cellulaire. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le rôle de la protéine HdaA, homologue à Hda, dans la conversion de DnaA-ATP en DnaA-ADP chez C. crescentus. Cette protéine est essentielle à la viabilité de C. crescentus et sa déplétion donne des cellules qui sur-initient la réplication de leur chromosome, suggérant que HdaA est un répresseur de la réplication du chromosome. HdaA co-localise de manière dynamique avec le réplisome. Lors de mon travail doctoral, nous avons démontré que DnaN, le β-clamp de l'ADN polymérase, est l'élément qui recrute HdaA au réplisome in vivo. Nous avons aussi montré qu'une protéine HdaA mutante qui ne peut pas interagir ou co-localiser avec DnaN, n'est pas fonctionnelle, ce qui suggère que HdaA est activée par DnaN. Nous avons néanmoins aussi isolé une autre protéine HdaA non fonctionnelle, dont une arginine conservée de son domaine AAA+ était mutée, mais qui pouvait toujours co-localiser avec le réplisome, ce qui suggère que le domaine AAA+ de HdaA est nécessaire après le recrutement de HdaA au réplisome. Nous proposons que HdaA stimule l'activité ATPasique de DnaA qu'une fois que la réplication a commencé, grâce à son interaction avec DnaN et aux deux arginines conservées des protéines HdaA et DnaA. Finalement, nous avons construit différentes souches sur-exprimant HdaA, DnaN ou DnaA. Nous avons observé que la sur-production de HdaA retarde la réplication du chromosome, tandis que la sur-production de DnaN a un effet opposé. Nos observations suggèrent aussi que la sur-expression de DnaA dans des cellules déplétées pour HdaA aggrave leur phénotype de sur-initiation. Nous en concluons que HdaA et DnaN collaborent étroitement et de manière dynamique pour réguler le rapport DnaA-ATP/DnaA-ADP dans la cellule, pour s'assurer que la réplication du chromosome ne soit initiée qu'une seule fois par cycle cellulaire chez C. crescentus. Globalement, notre travail a mis en évidence des informations importantes sur la régulation de l'activité de DnaA chez C. crescentus. Comme DnaA, HdaA et DnaN sont des protéines très conservées, la plupart de nos découvertes sont utiles pour mieux comprendre comment la réplication du chromosome bactérien et l'expression des gènes sont contrôlées par DnaA chez de nombreuses autres espèces bactériennes.

Molecular genetics of narcolepsy

1 Abstract Sleep is a vital necessity, yet its basic physiological function is still unknown, despite numerous studies both in healthy humans and animal models. The study of patients with sleep disorders may help uncover major biological pathways in sleep regulation and thus shed light on the actual function of sleep. Narcolepsy is a well defined but rare sleep disorder characterized by excessive daytime sleepiness and cataplexy, thought to be caused by a combination of genetic and environmental factors. The aim of this work was to identify genes or genetic variants, which contribute to the pathogenesis of sporadic and familial narcolepsy. Sporadic narcolepsy is the disorder with the strongest human leukocyte antigen (HLA) association ever reported. Since the associated HLA-DRB1 *1501-DQB1 *0602 haplotype is common in the general population (15-25%), it has been suggested that it is necessary but not sufficient for developing narcolepsy. To further define the genetic basis of narcolepsy risk, we performed a genome-wide association study (GWAS) in 562 European individuals with narcolepsy (cases) and 702 ethnically matched controls, with independent replication in 370 cases and 495 controls, all heterozygous for DRB1*1501-DQB1*0602. We found association with a protective variant near HLA-DQA2. Further analysis revealed that the identified SNP is strongly linked to DRB1*03-DQB1*02 and DRBΠ 301-DQB1*0603. Cases almost never carried a trans DRB1*1301-DQB1*0603 haplotype. This unexpected protective HLA haplotype suggests a causal involvement of the HLA region in narcolepsy susceptibility. Familial cases of narcolepsy account for 10% of all narcolepsy cases. However, due to low number of affected family members, narcolepsy families are usually not eligible for genetic linkage studies. We identified and characterized a large Spanish family with 11 affected family members representing the largest ever reported narcolepsy family. We ran a genetic linkage analysis using DNA of 11 affected and 15 unaffected family members and hereby identified a chromosomal candidate region on chromosome 6 encompassing 163 kb with a maximum multipoint LOD score of 5.02. The coding sequences of 4 genes within this haplotype block as well as 2 neighboring genes were screened for pathogenetic mutations in 2 affected and 1 healthy family members. So far no pathogenic mutation could be identified. Further in-depth sequencing of our candidate region as well as whole genome exome sequencing are underway to identify the pathogenic mutation(s) in this family and will further improve our understanding of the genetic basis of narcolepsy. 2 Résumé Le sommeil est un processus vital, dont la fonction physiologique est encore inconnue, malgré de nombreuses études chez des sujets humains sains ainsi que dans des modèles animaux. L'étude de patients souffrant de troubles du sommeil peut permettre la découverte de voies biologiques jouant un rôle majeur dans la régulation du sommeil. L'un de ces troubles, la narcolepsie, est une maladie rare mais néanmoins bien définie, caractérisée par une somnolence diurne excessive accompagnée de cataplexies. Les connaissances actuelles suggèrent qu'une combinaison de facteurs génétiques et environnementaux en est à l'origine. Le but du présent travail était d'identifier !e(s) gène(s) ou les polymorphismes constituant des facteurs de risque dans les formes sporadique et familiale de narcolepsie. La narcolepsie sporadique est la maladie possédant la plus forte association avec le complexe majeur d'histocompatibilité humain (HLA) jamais reportée. La fréquence au sein de la population générale de l'haplotype associé HLA-DRB1*1501- DQB1*0602 (15-25%) suggère que ce dernier est nécessaire, mais pas suffisant, pour (e développement de la maladie. Nous avons voulu approfondir la recherche de facteurs génétiques augmentant le risque de la narcolepsie. A cette fin, nous avons entrepris une étude d'association à l'échelle du génome (genome-wide association study, GWAS) parmi 562 sujets narcoleptiques européens (cas) et 702 individus contrôle de même origine ethnique et nous avons trouvé une association avec un variant protecteur près du gène HLA- DQA2. Ce résultat a été répliqué indépendamment dans 370 cas et 495 contrôles, tous hétérozygotes au locus DRB1*1501-DQB1*0602. Une analyse plus fine montre que le polymorphisme identifié est fortement lié aux allèles DRB1*03-DQB1*02 et DRB1*1301-DQB1*0603. Nous notons que seul un cas était porteur d'un haplotype en trans DRB1*1301-DQBr0603. La découverte de cet allele HLA protecteur suggère que la région HLA joue un rôle causal dans la susceptibilité à la narcolepsie. Dix pourcents des cas de narcolepsie sont familiaux. Cependant, le faible nombre de membres affectés rend ces familles inéligibles pour des études de liaison génétique. Nous avons identifié et caractérisé une grande famille espagnole, dont 11 membres sont atteints par la maladie, ce qui représente la plus grande famille narcoleptique rapportée jusqu'à ce jour. A partir de l'ADN de 11 membres atteints et 15 non- atteints, nous avons identifié par étude de liaison une région candidate de 163 kîlobases (kb) sur le chromosome 6, correspondant à un LOD score multipoints de 5.02. Nous avons cherché, sans succès, des mutations pathogéniques dans la séquence codante de deux gènes situés à l'intérieur de ce segment, ainsi que 4 gènes adjacents. Un séquençage plus approfondi de la région ainsi que le séquençage des exons de tout le génome est en cours et doit s'avérer plus fructueux et révéler la ou tes mutation(s) pathogénique(s) dans cette famille, ce qui contribuerait à une meilleure compréhension des causes génétiques de la narcolepsie. 3 Résumé pour un large public Le sommeil est une nécessité vitale, dont le rôle physiologique exact reste inconnu malgré de nombreuses études sur des sujets humains sains ainsi que sur des modèles animaux. C'est pourquoi les troubles du sommeil intéressent les chercheurs, car l'élucidation des mécanismes responsables peut permettre de mieux comprendre le fonctionnement du sommeil normal. La narcolepsie est une maladie du sommeil caractérisée par une somnolence diurne excessive. Les personnes atteintes peuvent s'endormir involontairement à tout moment de la journée, et souffrent également de pertes du tonus musculaire (cataplexie) lors de fortes émotions, par exemple un fou rire. La narcolepsie est une maladie rare, apparaissant dans 1 personne sur 2000. Les connaissances actuelles suggèrent qu'une combinaison de facteurs génétiques et environnementaux en est à l'origine. Nous avons voulu identifier les facteurs génétiques influençant le déclenchement de la maladie, d'abord dans sa forme sporadique, puis dans une famille comptant de nombreux membres atteints. En comparant les variations génétiques de près de 1000 sujets narcoleptiques européens avec ceux de 1200 individus sains, nous avons trouvé chez 30% de ces derniers un variant protecteur, qui diminue de 50 fois le risque de développer la maladie, ce qui constitue le plus puissant facteur génétique protecteur décrit à ce jour. Nous avons ensuite étudié une grande famille espagnole comptant une trentaine de membres, dont 11 sont atteints de narcolepsie. De nouveau, nous avons comparé les variations génétiques des membres atteints avec ceux des membres sains. Nous avons ainsi pu identifier une région dans le génome où se trouverait le(s) gène(s) impliqué(s) dans la maladie dans cette famille, mais n'avons pas encore trouvé le(s) variant(s) exact(s). Une étude plus approfondie devrait permettre de P(les) identifier et ainsi contribuer à l'élucidation des mécanismes menant au développement de la narcolepsie.

Regulation of the vitellogenin gene B1 promoter after transfer into hepatocytes in primary cultures.

The estrogen-dependent and tissue-specific regulation of the Xenopus laevis vitellogenin gene B1 promoter has been studied by lipid-mediated DNA transfer into Xenopus hepatocytes in primary culture. Hepatocytes achieve an efficient hormonal control of this promoter through a functional interaction between the estrogen responsive elements and a promoter proximal region upstream of the TATA box, which is characterized by a high density of binding sites for the transcription factors CTF/NF-1, C/EBP and HNF3. DNA accessibility to restriction enzymes within the chromosomal copy of the vitellogenin gene B1 promoter shows that the estrogen responsive unit and the promoter proximal region are sensitive to digestion in uninduced and estrogen-induced hepatocytes but not in erythrocyte nuclei. Together, these findings support the notion that chromatin configuration as well as the interplay of promoter elements mediate proper hormone-dependent and tissue-specific expression of the B1 vitellogenin gene.