Dissection of local and systemic transcriptional responses to phosphate starvation in Arabidopsis.

Phosphate is a crucial and often limiting nutrient for plant growth. To obtain inorganic phosphate (P(i) ), which is very insoluble, and is heterogeneously distributed in the soil, plants have evolved a complex network of morphological and biochemical processes. These processes are controlled by a regulatory system triggered by P(i) concentration, not only present in the medium (external P(i) ), but also inside plant cells (internal P(i) ). A 'split-root' assay was performed to mimic a heterogeneous environment, after which a transcriptomic analysis identified groups of genes either locally or systemically regulated by P(i) starvation at the transcriptional level. These groups revealed coordinated regulations for various functions associated with P(i) starvation (including P(i) uptake, P(i) recovery, lipid metabolism, and metal uptake), and distinct roles for members in gene families. Genetic tools and physiological analyses revealed that genes that are locally regulated appear to be modulated mostly by root development independently of the internal P(i) content. By contrast, internal P(i) was essential to promote the activation of systemic regulation. Reducing the flow of P(i) had no effect on the systemic response, suggesting that a secondary signal, independent of P(i) , could be involved in the response. Furthermore, our results display a direct role for the transcription factor PHR1, as genes systemically controlled by low P(i) have promoters enriched with P1BS motif (PHR1-binding sequences). These data detail various regulatory systems regarding P(i) starvation responses (systemic versus local, and internal versus external P(i) ), and provide tools to analyze and classify the effects of P(i) starvation on plant physiology.

Selective inhibition of JNK with a peptide inhibitor attenuates pain hypersensitivity and tumor growth in a mouse skin cancer pain model.

Cancer pain significantly affects the quality of cancer patients, and current treatments for this pain are limited. C-Jun N-terminal kinase (JNK) has been implicated in tumor growth and neuropathic pain sensitization. We investigated the role of JNK in cancer pain and tumor growth in a skin cancer pain model. Injection of luciferase-transfected B16-Fluc melanoma cells into a hindpaw of mouse induced robust tumor growth, as indicated by increase in paw volume and fluorescence intensity. Pain hypersensitivity in this model developed rapidly (<5 days) and reached a peak in 2 weeks, and was characterized by mechanical allodynia and heat hyperalgesia. Tumor growth was associated with JNK activation in tumor mass, dorsal root ganglion (DRG), and spinal cord and a peripheral neuropathy, such as loss of nerve fibers in the hindpaw skin and induction of ATF-3 expression in DRG neurons. Repeated systemic injections of D-JNKI-1 (6 mg/kg, i.p.), a selective and cell-permeable peptide inhibitor of JNK, produced an accumulative inhibition of mechanical allodynia and heat hyperalgesia. A bolus spinal injection of D-JNKI-1 also inhibited mechanical allodynia. Further, JNK inhibition suppressed tumor growth in vivo and melanoma cell proliferation in vitro. In contrast, repeated injections of morphine (5 mg/kg), a commonly used analgesic for terminal cancer, produced analgesic tolerance after 1 day and did not inhibit tumor growth. Our data reveal a marked peripheral neuropathy in this skin cancer model and important roles of the JNK pathway in cancer pain development and tumor growth. JNK inhibitors such as D-JNKI-1 may be used to treat cancer pain.

Characterization of GLUT8 and GLUT9, two novel glucose transporter isoforms

Summary Prevalence of type 2 diabetes is increasing worldwide at alarming rates, probably secondarily to that of obesity. As type 2 diabetes is characterized by blood hyperglycemia, controlling glucose entry into tissues from the bloodstream is key to maintain glycemia within acceptable ranges. In this context, several glucose transporter isoforms have been cloned recently and some of them have appeared to play important regulatory roles. Better characterizing two of them (GLUT8 and GLUT9) was the purpose of my work. The first part of my work was focused on GLUT8, which is mainly expressed in the brain and is able to transport glucose with high affinity. GLUT8 is retained intracellularly at basal state depending on an N-terminal dileucine motif, thus implying that cell surface expression may be induced by extracellular triggers. In this regard, I was interested in better defining GLUT8 subcellular localization at basal state and in finding signals promoting its translocation, using an adenoviral vector expressing a myc epitope-tagged version of the transporter, thus allowing expression and detection of cell-surface GLUT8 in primary hippocampal neurons and PC 12 cells. This tool enabled me to found out that GLUT8 resides in a unique compartment different from lysosomes, endoplasmic reticulum, endosomes and the Golgi. In addition, absence of GLUT8 translocation following pharmacological activation of several signalling pathways suggests that GLUT8 does not ever translocate to the cell surface, but would rather fulfill its role in its unique intracellular compartment. The second part of my work was focused on GLUT9, which -contrarily to GLUT8 - is unable to transport glucose, but retains the ability to bind glucose-derived cross-linker molecules, thereby suggesting that it may be a glucose sensor rather than a true glucose transporter. The aim of the project was thus to define if GLUT9 triggers intracellular signals when activated. Therefore, adenoviral vectors expressing GLUTS were used to infect both ßpancreatic and liver-derived cell lines, as GLUTS is endogenously expressed in the liver. Comparison of gene expression between cells infected with the GLUTS-expressing adenovirus and cells infected with a GFP-expressing control adenovirus ended up in the identification of the transcription factor HNF4α as being upregulated in aGLUT9-dependent manner. Résumé La prévalence du diabète de type 2 augmente de façon alarmante dans le monde entier, probablement secondairement à celle de l'obésité. Le diabète de type 2 étant caractérisé par une glycémie sanguine élevée, l'entrée du glucose dans les tissus depuis la circulation sanguine constitue un point de contrôle important pour maintenir la glycémie à des valeurs acceptables. Dans ce contexte, plusieurs isoformes de transporteurs au glucose ont été clonées récemment et certaines d'entre elles sont apparues comme jouant d'importants rôles régulateurs. Mieux caractériser deux d'entre elles (GLUT8 et GLUT9) était le but de mon travail. La première partie de mon travail a été centrée sur GLUT8, qui est exprimé principalement dans le cerveau et qui peut transporter le glucose avec une haute affinité. GLUT8 est retenu intracellulairement à l'état basal de façon dépendante d'un motif dileucine N-terminal, ce qui implique que son expression à la surface cellulaire pourrait être induite par des stimuli extracellulaires. Dans cette optique, je me suis intéressé à mieux définir la localisation subcellulaire de GLUT8 à l'état basal et à trouver des signaux activant sa translocation, en utilisant comme outil un vecteur adénoviral exprimant une version marquée (tag myc) du transporteur, me permettant ainsi d'exprimer et de détecter GLUT8 à la surface cellulaire dans des neurones hippocampiques primaires et des cellules PC12. Cet outil m'a permis de montrer que GLUT8 réside dans un compartiment unique différent des lysosomes, du réticulum endoplasmique, des endosomes, ainsi que du Golgi. De plus, l'absence de translocation de GLUT8 à la suite de l'activation pharmacologique de plusieurs voies de signalisation suggère que GLUT8 ne transloque jamais à la membrane plasmique, mais jouerait plutôt un rôle au sein même de son compartiment intracellulaire unique. La seconde partie de mon travail a été centrée sur GLUT9, lequel -contrairement à GLUT8 -est incapable de transporter le glucose, mais conserve la capacité de se lier à des molécules dérivées du glucose, suggérant que ce pourrait être un senseur de glucose plutôt qu'un vrai transporteur. Le but du projet a donc été de définir si GLUT9 active des signaux intracellulaires quand il est lui-même activé. Pour ce faire, des vecteurs adénoviraux exprimant GLUT9 ont été utilisés pour infecter des lignées cellulaires dérivées de cellules ßpancréatiques et d'hépatocytes, GLUT9 étant exprimé de façon endogène dans le foie. La comparaison de l'expression des gènes entre des cellules infectées avec l'adénovirus exprimant GLUT9 et un adénovirus contrôle exprimant la GFP a permis d'identifier le facteur de transcription HNF4α comme étant régulé de façon GLUT9-dépendante. Résumé tout public Il existe deux types bien distincts de diabète. Le diabète de type 1 constitue environ 10 des cas de diabète et se déclare généralement à l'enfance. Il est caractérisé par une incapacité du pancréas à sécréter une hormone, l'insuline, qui régule la concentration sanguine du glucose (glycémie). Il en résulte une hyperglycémie sévère qui, si le patient n'est pas traité à l'insuline, conduit à de graves dommages à divers organes, ce qui peut mener à la cécité, à la perte des membres inférieurs, ainsi qu'à l'insuffisance rénale. Le diabète de type 2 se déclare plus tard dans la vie. Il n'est pas causé par une déficience en insuline, mais plutôt par une incapacité de l'insuline à agir sur ses tissus cibles. Le nombre de cas de diabète de type 2 augmente de façon dramatique, probablement à la suite de l'augmentation des cas d'obésité, le surpoids chronique étant le principal facteur de risque de diabète. Chez l'individu sain, le glucose sanguin est transporté dans différents organes (foie, muscles, tissu adipeux,...) où il est utilisé comme source d'énergie. Chez le patient diabétique, le captage de glucose est altéré, expliquant ainsi l'hyperglycémie. Il est ainsi crucial d'étudier les mécanismes permettant ce captage. Ainsi, des protéines permettant l'entrée de glucose dans la cellule depuis le milieu extracellulaire ont été découvertes depuis une vingtaine d'années. La plupart d'entre elles appartiennent à une sous-famille de protéines nommée GLUT (pour "GLUcose Transporters") dont cinq membres ont été caractérisés et nommés selon l'ordre de leur découverte (GLUT1-5). Néanmoins, la suppression de ces protéines chez la souris par des techniques moléculaires n'affecte pas totalement le captage de glucose, suggérant ainsi que des transporteurs de glucose encore inconnus pourraient exister. De telles protéines ont été isolées ces dernières années et nommées selon l'ordre de leur découverte (GLUT6-14). Durant mon travail de thèse, je me suis intéressé à deux d'entre elles, GLUT8 et GLUT9, qui ont été découvertes précédemment dans le laboratoire. GLUT8 est exprimé principalement dans le cerveau. La protéine n'est pas exprimée à la surface de la cellule, mais est retenue à l'intérieur. Des mécanismes complexes doivent donc exister pour déplacer le transporteur à la surface cellulaire, afin qu'il puisse permettre l'entrée du glucose dans la cellule. Mon travail a consisté d'une part à définir où se trouve le transporteur à l'intérieur de la cellule, et d'autre part à comprendre les mécanismes capables de déplacer GLUT8 vers la surface cellulaire, en utilisant des neurones exprimant une version marquée du transporteur, permettant ainsi sa détection par des méthodes biochimiques. Cela m'a permis de montrer que GLUT8 est localisé dans une partie de la cellule encore non décrite à ce jour et qu'il n'est jamais déplacé à la surface cellulaire, ce qui suggère que le transporteur doit jouer un rôle à l'intérieur de la cellule et non à sa surface. GLUT9 est exprimé dans le foie et dans les reins. Il ressemble beaucoup à GLUT8, mais ne transporte pas le glucose, ce qui suggère que ce pourrait être un récepteur au glucose plutôt qu'un transporteur à proprement parler. Le but de mon travail a été de tester cette hypothèse, en comparant des cellules du foie exprimant GLUT9 avec d'autres n'exprimant pas la protéine. Par des méthodes d'analyses moléculaires, j'ai pu montrer que la présence de GLUT9 dans les cellules du foie augmente l'expression de HNF4α, une protéine connue pour réguler la sécrétion d'insuline dans le pancréas ainsi que la production de glucose dans le foie. Des expériences complémentaires seront nécessaires afin de mieux comprendre par quels mécanismes GLUT9 influence l'expression de HNF4α dans le foie, ainsi que de définir l'importance de GLUT9 dans la régulation de la glycémie chez l'animal entier.

Transcriptome of a mouse kidney cortical collecting duct cell line: effects of aldosterone and vasopressin.

Aldosterone and vasopressin are responsible for the final adjustment of sodium and water reabsorption in the kidney. In principal cells of the kidney cortical collecting duct (CCD), the integral response to aldosterone and the long-term functional effects of vasopressin depend on transcription. In this study, we analyzed the transcriptome of a highly differentiated mouse clonal CCD principal cell line (mpkCCD(cl4)) and the changes in the transcriptome induced by aldosterone and vasopressin. Serial analysis of gene expression (SAGE) was performed on untreated cells and on cells treated with either aldosterone or vasopressin for 4 h. The transcriptomes in these three experimental conditions were determined by sequencing 169,721 transcript tags from the corresponding SAGE libraries. Limiting the analysis to tags that occurred twice or more in the data set, 14,654 different transcripts were identified, 3,642 of which do not match known mouse sequences. Statistical comparison (at P < 0.05 level) of the three SAGE libraries revealed 34 AITs (aldosterone-induced transcripts), 29 ARTs (aldosterone-repressed transcripts), 48 VITs (vasopressin-induced transcripts) and 11 VRTs (vasopressin-repressed transcripts). A selection of the differentially-expressed, hormone-specific transcripts (5 VITs, 2 AITs and 1 ART) has been validated in the mpkCCD(cl4) cell line either by Northern blot hybridization or reverse transcription-PCR. The hepatocyte nuclear transcription factor HNF-3-alpha (VIT39), the receptor activity modifying protein RAMP3 (VIT48), and the glucocorticoid-induced leucine zipper protein (GILZ) (AIT28) are candidate proteins playing a role in physiological responses of this cell line to vasopressin and aldosterone.

Stage-specific integration of maternal and embryonic peroxisome proliferator-activated receptor delta signaling is critical to pregnancy success.

Successful pregnancy depends on well coordinated developmental events involving both maternal and embryonic components. Although a host of signaling pathways participate in implantation, decidualization, and placentation, whether there is a common molecular link that coordinates these processes remains unknown. By exploiting genetic, molecular, pharmacological, and physiological approaches, we show here that the nuclear transcription factor peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) delta plays a central role at various stages of pregnancy, whereas maternal PPARdelta is critical to implantation and decidualization, and embryonic PPARdelta is vital for placentation. Using trophoblast stem cells, we further elucidate that a reciprocal relationship between PPARdelta-AKT and leukemia inhibitory factor-STAT3 signaling pathways serves as a cell lineage sensor to direct trophoblast cell fates during placentation. This novel finding of stage-specific integration of maternal and embryonic PPARdelta signaling provides evidence that PPARdelta is a molecular link that coordinates implantation, decidualization, and placentation crucial to pregnancy success. This study is clinically relevant because deferral of on time implantation leads to spontaneous pregnancy loss, and defective trophoblast invasion is one cause of preeclampsia in humans.

Coregulator Control of Androgen Receptor Action by a Novel Nuclear Receptor-Binding Motif

The androgen receptor (AR) is a ligand-activated transcription factor that is essential for prostate cancer development. It is activated by androgens through its ligand-binding domain (LBD), which consists predominantly of 11 α-helices. Upon ligand binding, the last helix is reorganized to an agonist conformation termed activator function-2 (AF-2) for coactivator binding. Several coactivators bind to the AF-2 pocket through conserved LXXLL or FXXLF sequences to enhance the activity of the receptor. Recently, a small compound-binding surface adjacent to AF-2 has been identified as an allosteric modulator of the AF-2 activity and is termed binding function-3 (BF-3). However, the role of BF-3 in vivo is currently unknown, and little is understood about what proteins can bind to it. Here we demonstrate that a duplicated GARRPR motif at the N terminus of the cochaperone Bag-1L functions through the BF-3 pocket. These findings are supported by the fact that a selective BF-3 inhibitor or mutations within the BF-3 pocket abolish the interaction between the GARRPR motif(s) and the BF-3. Conversely, amino acid exchanges in the two GARRPR motifs of Bag-1L can impair the interaction between Bag-1L and AR without altering the ability of Bag-1L to bind to chromatin. Furthermore, the mutant Bag-1L increases androgen-dependent activation of a subset of AR targets in a genome-wide transcriptome analysis, demonstrating a repressive function of the GARRPR/BF-3 interaction. We have therefore identified GARRPR as a novel BF-3 regulatory sequence important for fine-tuning the activity of the AR.

BadiRate: Estimating Family Turnover Rates by Likelihood-Based Methods

Motivation: The comparative analysis of gene gain and loss rates is critical for understanding the role of natural selection and adaptation in shaping gene family sizes. Studying complete genome data from closely related species allows accurate estimation of gene family turnover rates. Current methods and software tools, however, are not well designed for dealing with certain kinds of functional elements, such as microRNAs or transcription factor binding sites. Results: Here, we describe BadiRate, a new software tool to estimate family turnover rates, as well as the number of elements in internal phylogenetic nodes, by likelihood-based methods and parsimony. It implements two stochastic population models, which provide the appropriate statistical framework for testing hypothesis, such as lineage-specific gene family expansions or contractions. We have assessed the accuracy of BadiRate by computer simulations, and have also illustrated its functionality by analyzing a representative empirical dataset.

Functional analysis of cis- and trans-acting elements of the Candida albicans CDR2 promoter with a novel promoter reporter system.

Azole resistance in Candida albicans can be mediated by the upregulation of the ATP binding cassette transporter genes CDR1 and CDR2. Both genes are regulated by a cis-acting element called the drug-responsive element (DRE), with the consensus sequence 5'-CGGAWATCGGATATTTTTTT-3', and the transcription factor Tac1p. In order to analyze in detail the DRE sequence necessary for the regulation of CDR1 and CDR2 and properties of TAC1 alleles, a one-hybrid system was designed. This system is based on a P((CDR2))-HIS3 reporter system in which complementation of histidine auxotrophy can be monitored by activation of the reporter system by CDR2-inducing drugs such as estradiol. Our results show that most of the modifications within the DRE, but especially at the level of CGG triplets, strongly reduce CDR2 expression. The CDR2 DRE was replaced by putative DREs deduced from promoters of coregulated genes (CDR1, RTA3, and IFU5). Surprisingly, even if Tac1p was able to bind these putative DREs, as shown by chromatin immunoprecipitation, those from RTA3 and IFU5 did not functionally replace the CDR2 DRE. The one-hybrid system was also used for the identification of gain-of-function (GOF) mutations either in TAC1 alleles from clinical C. albicans isolates or inserted in TAC1 wild-type alleles by random mutagenesis. In all, 17 different GOF mutations were identified at 13 distinct positions. Five of them (G980E, N972D, A736V, T225A, and N977D) have already been described in clinical isolates, and four others (G980W, A736T, N972S, and N972I) occurred at already-described positions, thus suggesting that GOF mutations can occur in a limited number of positions in Tac1p. In conclusion, the one-hybrid system developed here is rapid and powerful and can be used for characterization of cis- and trans-acting elements in C. albicans.

Design of new tools to improve the efficacy of DNA-damaging drugs used in cancer therapy

Résumé Les tumeurs sont diverses et hétérogènes, mais toutes partagent la capacité de proliférer sans contrôle. Une prolifération dérégulée de cellules couplée à une insensibilité à une réponse apoptotique constitue une condition minimale pour que l'évolution d'une tumeur se produise. Un des traitements les plus utilisés pour traité le cancer à l'heure actuelle sont les chimiothérapies, qui sont fréquemment des composés chimiques qui induisent des dommages dans l'ADN. Les agents anticancéreux sont efficaces seulement quand les cellules tumorales sont plus aisément tuées que le tissu normal environnant. L'efficacité de ces agents est en partie déterminée par leur capacité à induire l'apoptose. Nous avons récemment démontré que la protéine RasGAP est un substrat non conventionnel des caspases parce elle peut induire à la fois des signaux anti et pro-apoptotiques, selon l'ampleur de son clivage par les caspases. A un faible niveau d'activité des caspases, RasGAP est clivé, générant deux fragments (le fragment N et le fragment C). Le fragment N semble être un inhibiteur général de l'apoptose en aval de l'activation des caspases. À des niveaux plus élevés d'activité des caspases, la capacité du fragment N de contrecarrer l'apoptose est supprimée quand il est clivé à nouveau par les caspases. Ce dernier clivage produit deux nouveaux fragments, N 1 et N2, qui contrairement au fragment N sensibilisent efficacement des cellules cancéreuses envers des agents chimiothérapeutiques. Dans cette étude nous avons prouvé qu'un peptide, appelé par la suite TAT-RasGAP317-326, qui est dérivé du fragment N2 de RasGAP et est rendu perméable aux cellules, sensibilise spécifiquement des cellules cancéreuses à trois génotoxines différentes utilisées couramment dans des traitements anticancéreux, et cela dans des modèles in vitro et in vivo. Il est important de noté que ce peptide semble ne pas avoir d'effet sur des cellules non cancéreuses. Nous avons également commencé à caractériser les mécanismes moléculaires expliquant les fonctions de sensibilisation de TAT-RasGAP317-326. Nous avons démontré que le facteur de transcription p53 et une protéine sous son activité transcriptionelle, nommée Puma, sont indispensables pour l'activité de TAT-RasGAP317-326. Nous avons également prouvé que TAT-RasGAP317-326 exige la présence d'une protéine appelée G3BP1, une protéine se liant a RasGAP, pour potentialisé les effets d'agents anticancéreux. Les données obtenues dans cette étude montrent qu'il pourrait être possible d'augmenter l'efficacité des chimiothérapies à l'aide d'un composé capable d'augmenter la sensibilité des tumeurs aux génotoxines et ainsi pourrait permettre de traiter de manière plus efficace des patients sous traitement chimiothérapeutiques. Summary Tumors are diverse and heterogeneous, but all share the ability to proliferate without control. Deregulated cell proliferation coupled with suppressed apoptotic sensitivity constitutes a minimal requirement upon which tumor evolution occurs. One of the most commonly used treatments is chemotherapy, which frequently uses chemical compounds that induce DNA damages. Anticancer agents are effective only when tumors cells are more readily killed than the surrounding normal tissue. The efficacy of these agents is partly determined by their ability to induce apoptosis. We have recently demonstrated that the protein RasGAP is an unconventional caspase substrate because it can induce both anti- and pro-apoptotic signals, depending on the extent of its cleavage by caspases. At low levels of caspase activity, RasGAP is cleaved, generating an N-terminal fragment (fragment N) and a C-terminal fragment (fragment C). Fragment N appears to be a general Mocker of apoptosis downstream of caspase activation. At higher levels of caspase activity, the ability of fragment N to counteract apoptosis is suppressed when it is further cleaved. This latter cleavage event generates two fragments, N1 and N2, which in contrast to fragment N potently sensitizes cancer cells toward DNA-damaging agents induced apoptosis. In the present study we show that a cell permeable peptide derived from the N2 fragment of RasGAP, thereafter called TAT-RasGAP317-326, specifically sensitizes cancer cells to three different genotoxins commonly used in chemotherapy in vitro and in vivo models. Importantly this peptide seems not to have any effect on non cancer cells. We have also started to characterize the molecular mechanisms underlying the sensitizing functions of TAT-RasGAP317-326. We have demonstrated that the p53 transcription factor and a protein under its transcriptional activity, called Puma, are required for the activity of TATRasGAP317-326. We have also showed that TAT-RasGAP317-326 requires the presence of a protein called G3BP1, which have been shown to interact with RasGAP, to increase the effect of the DNA-damaging drug cisplatin. The data obtained in this study showed that it is possible to increase the efficacy of current used chemotherapies with a compound able to increase the efficacy of genotoxins which could be beneficial for patients subjected to chemotherapy.

A role for the transcriptional repressor ICER in the molecular pathogenesis of type 2 diabetes

AbstractType 2 diabetes (T2D) is a metabolic disease which affects more than 200 millions people worldwide. The progression of this affection reaches nowadays epidemic proportions, owing to the constant augmentation in the frequency of overweight, obesity and sedentary. The pathogenesis of T2D is characterized by reduction in the action of insulin on its target tissues - an alteration referred as insulin resistance - and pancreatic β-cell dysfunction. This latter deterioration is defined by impairment in insulin biosynthesis and secretion, and a loss of β-cell mass by apoptosis. Environmental factors related to T2D, such as chronic elevation in glucose and free fatty acids levels, inflammatory cytokines and pro-atherogenic oxidized low- density lipoproteins (LDL), contribute to the loss of pancreatic β-cell function.In this study, we have demonstrated that the transcription factor Inducible Cyclic AMP Early Repressor (ICER) participates to the progression of both β-cell dysfunction and insulin resistance. The expression of this factor is driven by an alternative promoter and ICER protein represents therefore a truncated product of the Cyclic AMP Response Element Modulator (CREM) family which lacks transactivation domain. Consequently, the transcription factor ICER acts as a passive repressor which reduces expression of genes controlled by the cyclic AMP and Cyclic AMP Response Element Binding protein (CREB) pathway.In insulin-secreting cells, the accumulation of reactive oxygen species caused by environmental factors and notably oxidized LDL - a process known as oxidative stress - induces the transcription factor ICER. This transcriptional repressor hampers the secretory capacity of β-cells by silencing key genes of the exocytotic machinery. In addition, the factor ICER reduces the expression of the scaffold protein Islet Brain 1 (IB 1 ), thereby favouring the activation of the c-Jun N-terminal Kinase (JNK) pathway. This triggering alters in turn insulin biosynthesis and survival capacities of pancreatic β-cells.In the adipose tissue of mice and human subjects suffering from obesity, the transcription factor ICER contributes to the alteration in insulin action. The loss in ICER protein in these tissues induces a constant activation of the CREB pathway and the subsequent expression of the Activating Transcription Factor 3 (ATF3). In turn, this repressor reduces the transcript levels of the glucose transporter GLUT4 and the insulin-sensitizer peptide adiponectin, thereby contributing to the diminution in insulin action.In conclusion, these data shed light on the important role of the transcriptional repressor ICER in the pathogenesis of T2D, which contributes to both alteration in β-cell function and aggravation of insulin resistance. Consequently, a better understanding of the molecular mechanisms responsible for the alterations in ICER levels is required and could lead to develop new therapeutic strategies for the treatment of T2D.RésuméLe diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. La progression de cette affection atteint aujourd'hui des proportions épidémiques imputables à l'augmentation rapide dans les fréquences du surpoids, de l'obésité et de la sédentarité. La pathogenèse du DT2 se caractérise par une diminution de l'action de l'insuline sur ses tissus cibles - un processus nommé insulino-résistance - ainsi qu'une dysfonction des cellules β pancréatiques sécrétrices d'insuline. Cette dernière détérioration se définit par une réduction de la capacité de synthèse et de sécrétion de l'insuline et mène finalement à une perte de la masse de cellules β par apoptose. Des facteurs environnementaux fréquemment associés au DT2, tels l'élévation chronique des taux plasmatiques de glucose et d'acides gras libres, les cytokines pro-inflammatoires et les lipoprotéines de faible densité (LDL) oxydées, contribuent à la perte de fonction des cellules β pancréatiques.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur de transcription « Inducible Cyclic AMP Early Repressor » (ICER) participe à la progression de la dysfonction des cellules β pancréatiques et au développement de Pinsulino-résistance. Son expression étant gouvernée par un promoteur alternatif, la protéine d'ICER représente un produit tronqué de la famille des «Cyclic AMP Response Element Modulator » (CREM), sans domaine de transactivation. Par conséquent, le facteur ICER agit comme un répresseur passif qui réduit l'expression des gènes contrôlés par la voie de l'AMP cyclique et des « Cyclic AMP Response Element Binding protein » (CREB).Dans les cellules sécrétrices d'insuline, l'accumulation de radicaux d'oxygène libres, soutenue par les facteurs environnementaux et notamment les LDL oxydées - un processus appelé stress oxydatif- induit de manière ininterrompue le facteur de transcription ICER. Ainsi activé, ce répresseur transcriptionnel altère la capacité sécrétoire des cellules β en bloquant l'expression de gènes clés de la machinerie d'exocytose. En outre, le facteur ICER favorise l'activation de la cascade de signalisation « c-Jun N- terminal Kinase » (JNK) en réduisant l'expression de la protéine « Islet Brain 1 » (IB1), altérant ainsi les fonctions de biosynthèse de l'insuline et de survie des cellules β pancréatiques.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur de transcription ICER contribue à l'altération de la réponse à l'insuline. La disparition de la protéine ICER dans ces tissus entraîne une activation persistante de la voie de signalisation des CREB et une induction du facteur de transcription « Activating Transcription Factor 3 » (ATF3). A son tour, le répresseur ATF3 inhibe l'expression du transporteur de glucose GLUT4 et du peptide adipocytaire insulino-sensibilisateur adiponectine, contribuant ainsi à la diminution de l'action de l'insuline en conditions d'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le répresseur transcriptionnel ICER apparaît comme un facteur important dans la pathogenèse du DT2, en participant à la perte de fonction des cellules β pancréatiques et à l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes moléculaires responsables de l'altération des niveaux du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.Résumé didactiqueL'énergie nécessaire au bon fonctionnement de l'organisme est fournie par l'alimentation, notamment sous forme de sucres (glucides). Ceux-ci sont dégradés en glucose, lequel sera distribué aux différents organes par la circulation sanguine. Après un repas, le niveau de glucose sanguin, nommé glycémie, s'élève et favorise la sécrétion d'une hormone appelée insuline par les cellules β du pancréas. L'insuline permet, à son tour, aux organes, tels le foie, les muscles et le tissu adipeux de capter et d'utiliser le glucose ; la glycémie retrouve ainsi son niveau basai.Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. Le développement de cette affection est causée par deux processus pathologiques. D'une part, les quantités d'insuline secrétée par les cellules β pancréatiques, ainsi que la survie de ces cellules sont réduites, un phénomène connu sous le nom de dysfonction des cellules β. D'autre part, la sensibilité des tissus à l'insuline se trouve diminuée. Cette dernière altération, l'insulino-résistance, empêche le transport et l'utilisation du glucose par les tissus et mène à une accumulation de ce sucre dans le sang. Cette stagnation de glucose dans le compartiment sanguin est appelée hyperglycémie et favorise l'apparition des complications secondaires du diabète, telles que les maladies cardiovasculaires, l'insuffisance rénale, la cécité et la perte de sensibilité des extrémités.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur ICER qui contrôle spécifiquement l'expression de certains gènes, contribue non seulement à la dysfonction des cellules β, mais aussi au développement de l'insulino-résistance. En effet, dans les cellules β pancréatiques en conditions diabétiques, l'activation du facteur ICER altère la capacité de synthèse et de sécrétion d'insuline et réduit la survie ces cellules.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur ICER contribue à la perte de sensibilité à l'insuline. La disparition d'ICER altère l'expression de la protéine qui capte le glucose, le transoprteur GLUT4, et l'hormone adipocytaire favorisant la sensibilité à l'insuline, nommée adiponectine. Ainsi, la perte d'ICER participe à la réduction de la captation de glucose par le tissue adipeux et au développement de l'insulino-résistance au cours de l'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le facteur ICER apparaît comme un contributeur important à la progression du DT2, en soutenant la dysfonction des cellules β pancréatiques et l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes responsables de la dérégulation du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.

SIRT1 Activates MAO-A in the Brain to Mediate Anxiety and Exploratory Drive.

SIRT1 is a NAD(+)-dependent deacetylase that governs a number of genetic programs to cope with changes in the nutritional status of cells and organisms. Behavioral responses to food abundance are important for the survival of higher animals. Here we used mice with increased or decreased brain SIRT1 to show that this sirtuin regulates anxiety and exploratory drive by activating transcription of the gene encoding the monoamine oxidase A (MAO-A) to reduce serotonin levels in the brain. Indeed, treating animals with MAO-A inhibitors or selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) normalized anxiety differences between wild-type and mutant animals. SIRT1 deacetylates the brain-specific helix-loop-helix transcription factor NHLH2 on lysine 49 to increase its activation of the MAO-A promoter. Both common and rare variations in the SIRT1 gene were shown to be associated with risk of anxiety in human population samples. Together these data indicate that SIRT1 mediates levels of anxiety, and this regulation may be adaptive in a changing environment of food availability.

BadiRate: estimating family turnover rates by likelihood-based methods

Motivation: The comparative analysis of gene gain and loss rates is critical for understanding the role of natural selection and adaptation in shaping gene family sizes. Studying complete genome data from closely related species allows accurate estimation of gene family turnover rates. Current methods and software tools, however, are not well designed for dealing with certain kinds of functional elements, such as microRNAs or transcription factor binding sites. Results: Here, we describe BadiRate, a new software tool to estimate family turnover rates, as well as the number of elements in internal phylogenetic nodes, by likelihood-based methods and parsimony. It implements two stochastic population models, which provide the appropriate statistical framework for testing hypothesis, such as lineage-specific gene family expansions or contractions. We have assessed the accuracy of BadiRate by computer simulations, and have also illustrated its functionality by analyzing a representative empirical dataset.

The genome and development-dependent transcriptomes of Pyronema confluens: a window into fungal evolution

Fungi are a large group of eukaryotes found in nearly all ecosystems. More than 250 fungal genomes have already been sequenced, greatly improving our understanding of fungal evolution, physiology, and development. However, for the Pezizomycetes, an early-diverging lineage of filamentous ascomycetes, there is so far only one genome available, namely that of the black truffle, Tuber melanosporum, a mycorrhizal species with unusual subterranean fruiting bodies. To help close the sequence gap among basal filamentous ascomycetes, and to allow conclusions about the evolution of fungal development, we sequenced the genome and assayed transcriptomes during development of Pyronema confluens, a saprobic Pezizomycete with a typical apothecium as fruiting body. With a size of 50 Mb and ~13,400 protein-coding genes, the genome is more characteristic of higher filamentous ascomycetes than the large, repeat-rich truffle genome; however, some typical features are different in the P. confluens lineage, e.g. the genomic environment of the mating type genes that is conserved in higher filamentous ascomycetes, but only partly conserved in P. confluens. On the other hand, P. confluens has a full complement of fungal photoreceptors, and expression studies indicate that light perception might be similar to distantly related ascomycetes and, thus, represent a basic feature of filamentous ascomycetes. Analysis of spliced RNA-seq sequence reads allowed the detection of natural antisense transcripts for 281 genes. The P. confluens genome contains an unusually high number of predicted orphan genes, many of which are upregulated during sexual development, consistent with the idea of rapid evolution of sex-associated genes. Comparative transcriptomics identified the transcription factor gene pro44 that is upregulated during development in P. confluens and the Sordariomycete Sordaria macrospora. The P. confluens pro44 gene (PCON_06721) was used to complement the S. macrospora pro44 deletion mutant, showing functional conservation of this developmental regulator.

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.

The cAMP response element binding protein-2 (CREB-2) can interact with the C/EBP-homologous protein (CHOP).

cAMP response element binding protein-2 (CREB-2) is a basic leucine zipper (bZIP) factor that was originally described as a repressor of CRE-dependent transcription but that can also act as a transcriptional activator. Moreover, CREB-2 is able to function in association with the viral Tax protein as an activator of the human T-cell leukemia virus type I (HTLV-I) promoter. Here we show that CREB-2 is able to interact with C/EBP-homologous protein (CHOP), a bZIP transcription factor known to inhibit CAAT/enhancer-dependent transcription. Cotransfection of CHOP with CREB-2 results in decreased activation driven by the cellular CRE motif or the HTLV-I proximal Tax-responsive element, confirming that CREB-2 and CHOP can interact with each other in vivo.