Development of metabolic labeling strategies to study changes in protein expression

Résumé : Les progrès techniques de la spectrométrie de masse (MS) ont contribué au récent développement de la protéomique. Cette technique peut actuellement détecter, identifier et quantifier des milliers de protéines. Toutefois, elle n'est pas encore assez puissante pour fournir une analyse complète des modifications du protéome corrélées à des phénomènes biologiques. Notre objectif était le développement d'une nouvelle stratégie pour la détection spécifique et la quantification des variations du protéome, basée sur la mesure de la synthèse des protéines plutôt que sur celle de la quantité de protéines totale. Pour cela, nous volions associer le marquage pulsé des protéines par des isotopes stables avec une méthode d'acquisition MS basée sur le balayage des ions précurseurs (precursor ion scan, ou PIS), afin de détecter spécifiquement les protéines ayant intégré les isotopes et d'estimer leur abondance par rapport aux protéines non marquées. Une telle approche peut identifier les protéines avec les plus hauts taux de synthèse dans une période de temps donnée, y compris les protéines dont l'expression augmente spécifiquement suite à un événement précis. Nous avons tout d'abord testé différents acides aminés marqués en combinaison avec des méthodes PIS spécifiques. Ces essais ont permis la détection spécifique des protéines marquées. Cependant, en raison des limitations instrumentales du spectromètre de masse utilisé pour les méthodes PIS, la sensibilité de cette approche s'est révélée être inférieure à une analyse non ciblée réalisée sur un instrument plus récent (Chapitre 2.1). Toutefois, pour l'analyse différentielle de deux milieux de culture conditionnés par des cellules cancéreuses humaines, nous avons utilisé le marquage métabolique pour distinguer les protéines d'origine cellulaire des protéines non marquées du sérum présentes dans les milieux de culture (Chapitre 2.2). Parallèlement, nous avons développé une nouvelle méthode de quantification nommée IBIS, qui utilise des paires d'isotopes stables d'acides aminés capables de produire des ions spécifiques qui peuvent être utilisés pour la quantification relative. La méthode IBIS a été appliquée à l'analyse de deux lignées cellulaires cancéreuses complètement marquées, mais de manière différenciée, par des paires d'acides aminés (Chapitre 2.3). Ensuite, conformément à l'objectif initial de cette thèse, nous avons utilisé une variante pulsée de l'IBIS pour détecter des modifications du protéome dans des cellules HeLa infectée par le virus humain Herpes Simplex-1 (Chapitre 2.4). Ce virus réprime la synthèse des protéines des cellules hôtes afin d'exploiter leur mécanisme de traduction pour la production massive de virions. Comme prévu, de hauts taux de synthèse ont été mesurés pour les protéines virales détectées, attestant de leur haut niveau d'expression. Nous avons de plus identifié un certain nombre de protéines humaines dont le rapport de synthèse et de dégradation (S/D) a été modifié par l'infection virale, ce qui peut donner des indications sur les stratégies utilisées par les virus pour détourner la machinerie cellulaire. En conclusion, nous avons montré dans ce travail que le marquage métabolique peut être employé de façon non conventionnelle pour étudier des dimensions peu explorées en protéomique. Summary : In recent years major technical advancements greatly supported the development of mass spectrometry (MS)-based proteomics. Currently, this technique can efficiently detect, identify and quantify thousands of proteins. However, it is not yet sufficiently powerful to provide a comprehensive analysis of the proteome changes correlated with biological phenomena. The aim of our project was the development of ~a new strategy for the specific detection and quantification of proteomé variations based on measurements of protein synthesis rather than total protein amounts. The rationale for this approach was that changes in protein synthesis more closely reflect dynamic cellular responses than changes in total protein concentrations. Our starting idea was to couple "pulsed" stable-isotope labeling of proteins with a specific MS acquisition method based on precursor ion scan (PIS), to specifically detect proteins that incorporated the label and to simultaneously estimate their abundance, relative to the unlabeled protein isoform. Such approach could highlight proteins with the highest synthesis rate in a given time frame, including proteins specifically up-regulated by a given biological stimulus. As a first step, we tested different isotope-labeled amino acids in combination with dedicated PIS methods and showed that this leads to specific detection of labeled proteins. Sensitivity, however, turned out to be lower than an untargeted analysis run on a more recent instrument, due to MS hardware limitations (Chapter 2.1). We next used metabolic labeling to distinguish the proteins of cellular origin from a high background of unlabeled (serum) proteins, for the differential analysis of two serum-containing culture media conditioned by labeled human cancer cells (Chapter 2.2). As a parallel project we developed a new quantification method (named ISIS), which uses pairs of stable-isotope labeled amino acids able to produce specific reporter ions, which can be used for relative quantification. The ISIS method was applied to the analysis of two fully, yet differentially labeled cancer cell lines, as described in Chapter 2.3. Next, in line with the original purpose of this thesis, we used a "pulsed" variant of ISIS to detect proteome changes in HeLa cells after the infection with human Herpes Simplex Virus-1 (Chapter 2.4). This virus is known to repress the synthesis of host cell proteins to exploit the translation machinery for the massive production of virions. As expected, high synthesis rates were measured for the detected viral proteins, confirming their up-regulation. Moreover, we identified a number of human proteins whose synthesis/degradation ratio (S/D) was affected by the viral infection and which could provide clues on the strategies used by the virus to hijack the cellular machinery. Overall, in this work, we showed that metabolic labeling can be employed in alternative ways to investigate poorly explored dimensions in proteomics.

Role of cytokines in secondary lymphoid organ development

Summary Secondary lymphoid organs are sites of antigen presentation, clonal expansion of B and lymphocytes, and affinity maturation of B lymphocytes. In the intestine, these immune functions occur mainly in Peyer's patches (PP). PP develop through the interplay of two main cell types, haematopoietic cells and meserichyrnal cells. One particular haematopoietic cell type was identified as the inductive cell type in the formation of both PP and lymph nodes and was therefore designated as lymphoid tissue inducer cell. For a successful PP organogenesis, the crucial molecular components involved in the crosstalk of inducer cells and their mesenchymal target cells are adhesion molecules, lymphotoxin (LT) family members, and cytokines. In particular, the interleukin 7 receptor (IL-7R) expressed on inducer cells is absolutely required. To investigate the contribution of the ligand for the IL-7R. the cytokine IL-7, in the process of PP formation, we analyzed double transgenic (TG) mice. These mice resulted from an interbreeding of an IL-7TG mouse strain where the transgene is under the control of the MHC class II promoter with a second transgenic mouse strain, which overexpresses a transactivator for MHC class II genes. Double TG offsprings revealed higher levels of IL-7 mRNA occuring earlier in embryogenesis. Consequently, double TG mice showed a striking phenotype with a 3- to 5-fold increase in PP numbers compared to single IL-7TG or control littermates. Analysis of embryonic double TG intestines demonstrated that the process of PP development was already elevated during development as early as the embryonic day 16.5. Importantly, inducer cells were significantly increased in numbers in these embryonic intestines. Furthermore, the expression of LT? mRNA, which at this early time point is exclusively expressed by inducer cells, was also increased in double TG animals. These data clearly indicate a direct influence of IL-7 on the expansion of lymphoid tissue inducer cells and on the availability of LT? leading to a higher frequency of developing PP in fetal life. Interestingly, in addition to an enhanced frequency of PP development, in double TG mice, three additional phenotypic differences were observed. i) Lymphocyte infiltration in various non-lymphoid organs, such as stomach, salivary gland, and liver. Subsequent analysis demonstrated that B lymphocytes were predominant within these tertiary lymphoid structures. ii) Ectopic lymph node-like structures containing both B and T lymphocytes were found near the inguinal lymph node. iii) Double TG mice had a severe bone resorption syndrome most likely as a consequence of the pro-osteoclastic effect of IL-7. Taken together, these results show that IL-7 plays a key role in the homeostasis of inducer cells, in the generation of PP in the gut, in the formation of ectopic lymphoid tissue, and in bone resorption. Résumé Les organes lymphoïdes secondaires sont les lieux de présentation des antigènes aux lymphocytes, permettant l'expansion des lymphocytes B et T et la maturation d'affinité des lymphocytes B. Dans l'intestin, ces fonctions immunitaires se déroulent dans les plaques de Peyer (PP). Ces plaques se développent grâce à l'interaction des cellules hématopoïétiques avec des cellules mésenchymales. Un type particulier de cellules hématopoïétiques a été identifié comme cellule inductrice dans la formation des PP et des ganglions lymphatiques et de ce fait a été désigné cellule inductrice des tissus lymphoïdes. Durant l'organogénèse des PP, les composants moléculaires cruciaux impliqués dans l'interaction des cellules inductrices et des cellules mésenchymales sont les molécules d'adhésion, les membres de la famille des lymphotoxines (LT) et les cytokines. En particulier, le récepteur de l'interleukine 7 (IL-7R) exprimé par les cellules inductrices est absolument nécessaire. Pour étudier le rôle du ligand de l'IL-7R, l'interleukine IL-7, dans la formation des PP, nous avons croisé une lignée de souris transgénique (TG) surexprimant IL-7 sous contrôle du promoteur MHC class Il avec une lignée de souris transgénique surexprimant un transactivateur des genes MHC class II. Les souris doubles TG présentent une concentration élevée d'ARNm de l'IL-7 durant l'embryogénèse, ce qui résulte en une augmentation du nombre de PP de 3 à 5 fois en comparaison aux souris ayant seul le transgène IL-7 et aux souris contrôles. L'analyse des intestins des souris doubles TG démontre que le processus de développement des PP était élevé dès le jour 16.5 du développement embryonnaire. L'augmentation du nombre des cellules inductrices dans ces intestins embryonnaires est signilicative. De plus l'expression de l'ARNm LT?, qui à ce stade précoce est exclusivement exprimé dans les cellules inductrices, est également augmenté dans les doubles TG. Ces résultats indiquent clairement une influence directe d'IL-7 sur l'expansion des cellules inductrices des tissues lymphoïdes et sur la synthèse de LT? induisant une augmentation des PP se développant durant la vie foetale. En plus du développement accru des PP dans les souris doubles TG, trois différences phénotypiques ont été observées. i) L'infiltration lymphocytaire dans différents organes non-lymphoïdes, comme l'estomac, les glandes salivaires et le foie. Des analyses complémentaires ont demontré que les lymphocytes B étaient prédominants dans ces structures lymphoïdes tertiaires. ii) Des structures de ganglions lymphatiques ectopiques contenant des lymphocytes B et T ont été trouvées près des ganglions lymphatiques inguinaux. iii) Les souris doubles TG présentent un syndrome de résorption osseuse sévère probablement dû à l'effet pro-osteoclaste d'IL-7. Globalement, ces résultats montrent que IL-7 joue un rôle clé dans l'homéostasie des cellules inductrices dans la génèse de PP de l'intestin, dans la formation des tissus lymphoïdes ectopiques et dans la résorption osseuse.

Linking melanism to brain development: expression of a melanism-related gene in barn owl feather follicles covaries with sleep ontogeny.

BACKGROUND: Intra-specific variation in melanocyte pigmentation, common in the animal kingdom, has caught the eye of naturalists and biologists for centuries. In vertebrates, dark, eumelanin pigmentation is often genetically determined and associated with various behavioral and physiological traits, suggesting that the genes involved in melanism have far reaching pleiotropic effects. The mechanisms linking these traits remain poorly understood, and the potential involvement of developmental processes occurring in the brain early in life has not been investigated. We examined the ontogeny of rapid eye movement (REM) sleep, a state involved in brain development, in a wild population of barn owls (Tyto alba) exhibiting inter-individual variation in melanism and covarying traits. In addition to sleep, we measured melanistic feather spots and the expression of a gene in the feather follicles implicated in melanism (PCSK2). RESULTS: As in mammals, REM sleep declined with age across a period of brain development in owlets. In addition, inter-individual variation in REM sleep around this developmental trajectory was predicted by variation in PCSK2 expression in the feather follicles, with individuals expressing higher levels exhibiting a more precocial pattern characterized by less REM sleep. Finally, PCSK2 expression was positively correlated with feather spotting. CONCLUSIONS: We demonstrate that the pace of brain development, as reflected in age-related changes in REM sleep, covaries with the peripheral activation of the melanocortin system. Given its role in brain development, variation in nestling REM sleep may lead to variation in adult brain organization, and thereby contribute to the behavioral and physiological differences observed between adults expressing different degrees of melanism.

Development of a bifunctional CD1d-anti-HER2 scFv fusion molecule to redirect the iNKT cell-mediated immune response to the tumor site

Abstract : Invariant natural killer T lymphocytes (iNKT) are a unique subpopulation of T lymphocytes recognizing glycolipid antigens in the context of the MHC class I-like molecule CD1d. Upon activation with the high affinity ligand α-galactosylceramide (αGalCer), iNKT cells rapidly produce large amounts of the pro-inflammatory cytokine interferon gamma (IFN-γ) and potently activate cells of the innate and adaptive immune response, such as dendritic cells (DCs), NK and T cells. In this context, iNKT cells have been shown to efficiently mediate antitumor activity, and recent research has focused on the manipulation of these cells for antitumor therapies. However, a major drawback of αGalCer as a free drug is that a single injection of this ligand leads to a short-lived iNKT cell activation followed by a long-term anergy, limiting its therapeutic use. In contrast, we demonstrate here that when αGalCer is loaded on a recombinant soluble CD1d molecule (αGalCer/sCD1d), repeated injections lead to a sustained iNKT and NK cell activation associated with IFN-γ secretion as well as with DC maturation. Most importantly, when the αGalCer/sCD1d is fused to an anti-HER2 scFv antibody fragment, potent inhibition of experimental lung metastasis and established subcutaneous tumors is obtained when systemic treatment is started two to seven days after the injection of HER2-expressing B16 melanoma cells, whereas at this time free αGalCer has no effect. The antitumor activity of the sCD1d-anti-HER2 fusion protein is associated with HER2-specific tumor localization and accumulation of iNKT, NK and T cells at the tumor site. Importantly, active T cell immunization combined with the sCD1d-anti-HER2 treatment leads to the accumulation of antigen-specific CD8 T cells exclusively in HER2-expressing tumors, resulting in potent tumor inhibition. In conclusion, sustained activation and tumor targeting of iNKT cells by recombinant αGalCer/sCD1d molecules thus may promote a combined innate and adaptive immune response at the tumor site that may prove to be effective in cancer immunotherapy. RESUME : Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. En revanche, l'étude présentée ici démontre que, si l'αGalCer est chargé sur des molécules récombinantes soluble CD1d (αGalCer/sCDld), des injections répétées aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si on fusionne la molécule αGalCer/sCD1d avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. De plus, une immunisation active combinée avec le traitement sCD1d-anti-HER2 aboutit à une accumulation des lymphocytes T CD8 spécifiques de l'antigène d'immunisation, ceci exclusivement dans des tumeurs qui expriment l'antigène HER2. Cette combinaison résulte dans une activité anti-tumeur accrue. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules recombinantes αGalCer/sCDld conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC : Le cancer est une cause majeure de décès dans le monde. Sur un total de 58 millions de décès enregistrés au niveau mondial en 2005, 7,6 millions (soit 13%) étaient dus au cancer. Les principaux traitements de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. Néanmoins, ces traitements nuisent aussi aux cellules normales de notre corps et parfois, ils ne suffisent pas pour éliminer définitivement une tumeur. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches pour la lutte contre le cancer et elle vise à exploiter la spécificité du système immunitaire qui peut distinguer des cellules normales et tumorales. Une cellule exprimant un marqueur tumoral (antigène) peut être reconnue par le système immunitaire humoral (anticorps) et/ou cellulaire, induisant une réponse spécifique contre la tumeur. L'immunothérapie peut s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la prolifération des cellules tumorales exprimant l'antigène. Aujourd'hui, six anticorps monoclonaux non-conjugés sont approuvés en clinique. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements sont souvent combinés avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et exploiter par immunisation active le développement de lymphocytes T cytotoxiques (CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. De telles «vaccinations »sont actuellement testées en clinique, mais jusqu'à présent elles n'ont pas abouti aux résultats satisfaisants. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CHM I). Cependant les cellules tumorales sont peu efficace dans la présentation d'antigène, car souvent elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des molécules d'histocompatibilité de classe I, et expriment peu ou pas de molécules d'adhésion et de cytokines costimulatrices. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL spécifiquement dirigés contre des antigènes tumoraux, les régressions tumorales obtenus grâce à ces vaccinations sont relativement rares. Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines CMH I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. Notre groupe de recherche a donc eu l'idée de développer une nouvelle approche thérapeutique où la réponse immunitaire des cellules iNKT serait prolongée et redirigée vers la tumeur par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons produit des molécules récombinantes soluble CD1d (sCD1d) qui, si elles sont chargés avec l'αGalCer (αGalCer/sCDld), aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si la molécule αGalCer/sCD1d est fusionnée avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, la réponse immunitaire est redirigée à la tumeur pour autant que les cellules cancéreuses expriment l'antigène HER2. Les molécules αGalCer/sCDld ainsi présentées activent les lymphocytes iNKT. Avec cette stratégie, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées, même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules récombinantes αGalCer/sCD1d conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer.

Family relationships and learning experiences in anxious vs. non-anxious families: Are there differences ?

L'objectif principal de ce travail était d'explorer les relations parent-enfant et les processus d'apprentissage familiaux associés aux troubles anxieux. A cet effet, des familles ayant un membre anxieux (la mère ou l'enfant) ont été comparées avec des familles n'ayant aucun membre anxieux. Dans une première étude, l'observation de l'interaction mère-enfant, pendant une situation standardisée de jeu, a révélé que les mères présentant un trouble panique étaient plus susceptibles de se montrer verbalement contrôlantes, critiques et moins sensibles aux besoins de l'enfant, que les mères qui ne présentaient pas de trouble panique. Une deuxième étude a examiné les perceptions des différents membres de la famille quant aux relations au sein de la famille et a indiqué que, par comparaison aux adolescents non-anxieux, les adolescents anxieux étaient plus enclins à éprouver un sentiment d'autonomie individuelle diminué par rapport à leurs parents. Finalement, une troisième étude s'est intéressée à déterminer l'impact d'expériences d'apprentissage moins directes dans l'étiologie de l'anxiété. Les résultats ont indiqué que les mères présentant un trouble panique étaient plus enclines à s'engager dans des comportements qui maintiennent la panique et à impliquer leurs enfants dans ces comportements, que les mères ne présentant pas de trouble panique. En se basant sur des recherches antérieures qui ont établi une relation entre le contrôle parental, la perception de contrôle chez l'enfant et les troubles anxieux, le présent travail non seulement confirme ce lien mais propose également un modèle pour résumer l'état actuel des connaissances concernant les processus familiaux et le développement des troubles anxieux. Deux routes ont été suggérées par lesquelles l'anxiété pourrait être transmise de manière intergénérationnelle. Chacune de ces routes attribue un rôle important à la perception de contrôle chez l'enfant. L'idée est que lorsque les enfants présentent une prédisposition à interpréter le comportement de leurs parents comme hors de leur contrôle, ils seraient plus enclins à développer de l'anxiété. A ce titre, la perception du contrôle représenterait un tampon entre le comportement de contrôle/surprotection des parents et le trouble anxieux chez l'enfant. - The principal objective of the present work was to explore parent-child relationships and family learning processes associated with anxiety disorders. To this purpose, families with and without an anxious family member (mother or child) were compared. In a first study, observation of mother-child interaction, during a standard play situation, revealed that mothers with panic disorder were more likely to display verbal control and criticism, and less likely to display sensitivity toward their children than mothers without panic disorder. A second study examined family members' perceptions of family relationships and indicated that compared to non-anxious adolescents, anxious adolescents were more prone to experience a diminished sense of individual autonomy in relation to their parents. Finally a third study was interested in determining the effect of less direct learning experiences in the aetiology of anxiety. Results indicated that mothers with panic disorder were more likely to engage in panic-maintaining behaviour and to involve their children in this behaviour than mothers without panic disorder. Based on previous research showing a relationship between parental control, children's perception of control, and anxiety disorders, the present work not only further adds evidence to support this link but also proposes a model summarizing the current knowledge concerning family processes and the development of anxiety disorders. Two pathways have been suggested through which anxiety may be intergenerationally transmitted. Both pathways assign an important role to children's perception of control. The idea is that whenever children have a predisposition towards interpreting their parents' behaviour as beyond of their control, they may be more prone to develop anxiety. As such, perceived control may represent a buffer between parental overcontrolling/overprotective behaviours and childhood anxiety disorder.

NEUROPATHOPHYSIOLOGICAL MECHANISMS IN GLUTARIC ACIDURIA TYPE I: 3-HYDROXYGLUTARIC ACID LEADS TO AMMONIA INCREASE AND NON-APOPTOTIC CELL DEATH

A 3D in vitro model of rat organotypic brain cell cultures in aggregates was used to investigate neurotoxicity mechanisms in glutaric aciduria type I (GA-I). 1 mM glutarate (GA) or 3-hydroxyglutarate (3OHGA) were repeatedly added to the culture media at two different time points. In cultures treated with 3OHGA, we observed an increase in lactate in the medium, pointing to a possible inhibition of Krebs cycle and respiratory chain. We further observed that 3OHGA and to a lesser extend GA induced an increase in ammonia production with concomitant decrease of glutamine concentrations, which may suggest an inhibition of the astrocytic enzyme glutamine synthetase. These previously unreported findings may uncover a pathogenic mechanism in this disease which has deleterious effects on early stages of brain development. By immunohistochemistry we showed that 3OHGA increased non-apoptotic cell death. On the cellular level, 3OHGA and to a lesser extend GA led to cell swelling and loss of astrocytic fibers whereas a loss of oligodendrocytes was only observed for 3OHGA. We conclude that 3OHGAwas the most toxic metabolite in our model for GA-I. 3OHGA induced deleterious effects on glial cells, an increase of ammonia production, and resulted in accentuated cell death of non-apoptotic origin.

Pkd1 Regulates Lymphatic Vascular Morphogenesis during Development.

Lymphatic vessels arise during development through sprouting of precursor cells from veins, which is regulated by known signaling and transcriptional mechanisms. The ongoing elaboration of vessels to form a network is less well understood. This involves cell polarization, coordinated migration, adhesion, mixing, regression, and shape rearrangements. We identified a zebrafish mutant, lymphatic and cardiac defects 1 (lyc1), with reduced lymphatic vessel development. A mutation in polycystic kidney disease 1a was responsible for the phenotype. PKD1 is the most frequently mutated gene in autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD). Initial lymphatic precursor sprouting is normal in lyc1 mutants, but ongoing migration fails. Loss of Pkd1 in mice has no effect on precursor sprouting but leads to failed morphogenesis of the subcutaneous lymphatic network. Individual lymphatic endothelial cells display defective polarity, elongation, and adherens junctions. This work identifies a highly selective and unexpected role for Pkd1 in lymphatic vessel morphogenesis during development.

Age, smoking and overweight contribute to the development of intestinal metaplasia of the cardia.

AIM: To assess the role of Helicobacter pylori (H. pylori), gastroesophageal reflux disease (GERD), age, smoking and body weight on the development of intestinal metaplasia of the gastric cardia (IMC).¦METHODS: Two hundred and seventeen patients scheduled for esophagogastroduodenoscopy were enrolled in this study. Endoscopic biopsies from the esophagus, gastroesophageal junction and stomach were evaluated for inflammation, the presence of H. pylori and intestinal metaplasia. The correlation of these factors with the presence of IMC was assessed using logistic regression.¦RESULTS: IMC was observed in 42% of the patients. Patient age, smoking habit and body mass index (BMI) were found as potential contributors to IMC. The risk of developing IMC can be predicted in theory by combining these factors according to the following formula: Risk of IMC = a + s - 2B where a = 2,...6 decade of age, s = 0 for non-smokers or ex-smokers, 1 for < 10 cigarettes/d, 2 for > 10 cigarettes/d and B = 0 for BMI < 25 kg/m² (BMI < 27 kg/m² in females), 1 for BMI > 25 kg/m² (BMI > 27 kg/m² in females). Among potential factors associated with IMC, H. pylori had borderline significance (P = 0.07), while GERD showed no significance.¦CONCLUSION: Age, smoking and BMI are potential factors associated with IMC, while H. pylori and GERD show no significant association. IMC can be predicted in theory by logistic regression analysis.

Future of the Clean Development Mechanism in Tackling Climate Change

Using a theoretical framework, we explain the impact of the Clean Development Mechanism (CDM) on emissions in Annex I and non-Annex I countries. We show that on one hand, emissions in the non-Annex I country decline because of abatement sponsored by the Annex I country under the CDM; on the other hand, emissions may increase because (i) the Annex I country increases emissions in its own country, and (ii) the non-Annex I country crowds out the bene ts from the CDM projects by increasing its domestic emissions. For the CDM to be e¤ective in reducing global emissions, we show that partial Certi ed Emissions Reduction credits should be given to the Annex I country that sponsors CDM projects in the non-Annex I country. We also suggest that the CDM Executive Board should not allow the CDM projects to be hosted by non-Annex I countries that are too conscious about their emission levels.

Conserved microRNA editing in mammalian evolution, development and disease.

BACKGROUND: Mammalian microRNAs (miRNAs) are sometimes subject to adenosine-to-inosine RNA editing, which can lead to dramatic changes in miRNA target specificity or expression levels. However, although a few miRNAs are known to be edited at identical positions in human and mouse, the evolution of miRNA editing has not been investigated in detail. In this study, we identify conserved miRNA editing events in a range of mammalian and non-mammalian species. RESULTS: We demonstrate deep conservation of several site-specific miRNA editing events, including two that date back to the common ancestor of mammals and bony fishes some 450 million years ago. We also find evidence of a recent expansion of an edited miRNA family in placental mammals and show that editing of these miRNAs is associated with changes in target mRNA expression during primate development and aging. While global patterns of miRNA editing tend to be conserved across species, we observe substantial variation in editing frequencies depending on tissue, age and disease state: editing is more frequent in neural tissues compared to heart, kidney and testis; in older compared to younger individuals; and in samples from healthy tissues compared to tumors, which together suggests that miRNA editing might be associated with a reduced rate of cell proliferation. CONCLUSIONS: Our results show that site-specific miRNA editing is an evolutionarily conserved mechanism, which increases the functional diversity of mammalian miRNA transcriptomes. Furthermore, we find that although miRNA editing is rare compared to editing of long RNAs, miRNAs are greatly overrepresented among conserved editing targets.

Genome-wide linkage in a highly consanguineous pedigree reveals two novel loci on chromosome 7 for non-syndromic familial Premature Ovarian Failure.

BACKGROUND: The human condition known as Premature Ovarian Failure (POF) is characterized by loss of ovarian function before the age of 40. A majority of POF cases are sporadic, but 10-15% are familial, suggesting a genetic origin of the disease. Although several causal mutations have been identified, the etiology of POF is still unknown for about 90% of the patients.¦METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We report a genome-wide linkage and homozygosity analysis in one large consanguineous Middle-Eastern POF-affected family presenting an autosomal recessive pattern of inheritance. We identified two regions with a LOD(max) of 3.26 on chromosome 7p21.1-15.3 and 7q21.3-22.2, which are supported as candidate regions by homozygosity mapping. Sequencing of the coding exons and known regulatory sequences of three candidate genes (DLX5, DLX6 and DSS1) included within the largest region did not reveal any causal mutations.¦CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: We detect two novel POF-associated loci on human chromosome 7, opening the way to the identification of new genes involved in the control of ovarian development and function.

Predators promote defence of rhizosphere bacterial populations by selective feeding on non-toxic cheaters.

Soil pseudomonads increase their competitiveness by producing toxic secondary metabolites, which inhibit competitors and repel predators. Toxin production is regulated by cell-cell signalling and efficiently protects the bacterial population. However, cell communication is unstable, and natural populations often contain signal blind mutants displaying an altered phenotype defective in exoproduct synthesis. Such mutants are weak competitors, and we hypothesized that their fitness depends on natural communities on the exoproducts of wild-type bacteria, especially defence toxins. We established mixed populations of wild-type and signal blind, non-toxic gacS-deficient mutants of Pseudomonas fluorescens CHA0 in batch and rhizosphere systems. Bacteria were grazed by representatives of the most important bacterial predators in soil, nematodes (Caenorhabditis elegans) and protozoa (Acanthamoeba castellanii). The gacS mutants showed a negative frequency-dependent fitness and could reach up to one-third of the population, suggesting that they rely on the exoproducts of the wild-type bacteria. Both predators preferentially consumed the mutant strain, but populations with a low mutant load were resistant to predation, allowing the mutant to remain competitive at low relative density. The results suggest that signal blind Pseudomonas increase their fitness by exploiting the toxins produced by wild-type bacteria, and that predation promotes the production of bacterial defence compounds by selectively eliminating non-toxic mutants. Therefore, predators not only regulate population dynamics of soil bacteria but also structure the genetic and phenotypic constitution of bacterial communities.

Development of Ewing's sarcoma from primary bone marrow-derived mesenchymal stem cells

SUMMARY : Ewing's sarcoma is a member of Ewing's family tumors (ESPY) and the second most common solid bone and soft tissue malignancy of children and young adults. It is associated in 85% of cases with the t(11;22)(q24:q12) chromosomal translocation that generates fusion of the 5' segment of the EWSR1 gene with the 3' segment of the ETS family gene FLI-1. The EWSR1-FLI-1 fusion protein behaves as an aberrant transcriptional activator and is believed to contribute to ESFT development. However, EWSR1-FLI-1 induces growth arrest and apoptosis in normal fibroblasts, and primary cells that are pemissive for its putative oncogenic properties have not been discovered, hampering basic understanding of ESFT biology. Here, we show that EWSR1-FLI-1 alone can transform mouse primary bone marrow-derived mesenchymal progenitor cells and generate tumors that display hallmarks of Ewing's sarcoma, including a small round cell phenotype, expression of ESFT-associated markers, insulin like growth factor-I dependence, and induction or repression of numerous EWSR1-FLI-1 target genes. Consistent with this finding, we tested the possibility that human mesenchymal stem cells (hMSC) might also provide a permissive cellular environment for EWSR1-FLI-1, and could represent the first adequate primary human cellular background for the oncogenic properties of the fusion protein. Indeed, expression of EWSR1-FLI-1 in human mesenchymal stem cells (hMSC) was not only stably maintained without inhibiting proliferation, but induced a gene expression profile bearing striking similarity to that of ESFT, including genes that are among the highest ESFT discriminators. Expression of EWSR1-FLI-1 in hMSCs may recapitulate the initial steps of Ewing's sarcoma development, allowing identification of genes that play an important role early in its pathogenesis. Among relevant candidate transcripts induced by EWSR1-FL/-1 in hMSC we found the polycomb group gene EZH2 which we show to play a critical role in Ewing's sarcoma growth. These observations provide the first identification of candidate primary cells from which ESFTs originate and suggest that EWSR1-FLI-1 expression may constitute the initiating event in ESFT pathogenesis. Le sarcome d' Ewing est un membre de la famille des tumeurs Ewing (ESFT) et représente la deuxième tumeur maligne solide de l'os et des tissus mous chez les enfants et les jeunes adultes. Cette tumeur est associée dans 85% des cas avec la translocation chromosomique t(11;22)(g24:g12), qui génère la fusion entre le segment 5' du gène EWSR1 avec le segment 3' du gène FLI-1, appartenant à la famille des facteurs de transcription ETS. La protéine de fusion EWSR1-FLI-1 qui en dérive joue le rSle d'un facteur de transcription aberrant, et est supposée contribuer de manière décisive au processus de développement des ESFTs. Néanmoins, l'expression de EWSR1-FLI-1 dans des fibroblastes normaux induit un arrêt de croissance et leur apoptose, et les cellules primaires permissives pour les propriétés oncogéniques attribuées à la translocation n'ont pas encore été identifiées, empêchant la compréhension de la biologie de base du sarcome d'Ewing. Dans ce travail on montre que l'expression de EWSR1-FLI-1 uniquement est capable de transformer des cellules souches mésenchymateuses dérivées de la moelle osseuse de la souris, pour générer des tumeurs qui présentent les caractéristiques du sarcome d' Ewing humain, et notamment une morphologie de petites cellules bleues et rondes, l'expression de marqueurs associés aux ESFTs, une dépendance du facteur de croissance IGF-1, et l'induction ou la répression de nombreux gènes cibles connus de EWSR1-FLI-1. Sur la base de ces observations, on a testé la possibilité que les cellules souches mésenchymateuses humaines (hMSCs) puissent aussi fournir un environnement cellulaire permissif pour EWSR1-FLI-1 ; et représenter le premier background cellulaire humain adéquat pour la manifestation du pouvoir oncogénique de la protéine de fusion. En effet, l'expression de EWSR1-FLI-1 dans des cellules souches mésenchymateuses humaines s'est révélée non seulement maintenue, mais elle a induit un profil d'expression génétique étonnamment similaire à celui des ESFTs humains, incluant les gènes qui ont été rapportés comme étant les plus discriminatifs pour ces tumeurs. L'expression de EWSR1-FLI-1 dans les hMSCs pourrait récapituler les étapes initiales du développement du sarcome d' Ewing, et de ce fait consentir à identifier les gènes qui jouent un rôle crucial dans sa pathogenèse précoce. Parmi les transcrits relevant indults par EWSR1-FL/-9 dans les hMSCs nous avons découvert le gène du groupe des polycomb EZH2, que nous avons par la suite démontré jouer un rôle essentiel dans la croissance du sarcome de Ewing. Ces observations apportent pour la première fois l'identification d'une cellule primaire candidate pour représenter la cellule d'origine des ESFTs, et en même temps suggèrent que l'expression de EWSR1-FLI-1 peut constituer l'événement initial dans la pathogenèse du sarcome d' Ewing.

Rapid diagnostic tests for non-malarial febrile illness in the tropics.

The recent roll-out of rapid diagnostic tests (RDTs) for malaria has highlighted the decreasing proportion of malaria-attributable illness in endemic areas. Unfortunately, once malaria is excluded, there are few accessible diagnostic tools to guide the management of severe febrile illnesses in low resource settings. This review summarizes the current state of RDT development for several key infections, including dengue fever, enteric fever, leptospirosis, brucellosis, visceral leishmaniasis and human African trypanosomiasis, and highlights many remaining gaps. Most RDTs for non-malarial tropical infections currently rely on the detection of host antibodies against a single infectious agent. The sensitivity and specificity of host-antibody detection tests are both inherently limited. Moreover, prolonged antibody responses to many infections preclude the use of most serological RDTs for monitoring response to treatment and/or for diagnosing relapse. Considering these limitations, there is a pressing need for sensitive pathogen-detection-based RDTs, as have been successfully developed for malaria and dengue. Ultimately, integration of RDTs into a validated syndromic approach to tropical fevers is urgently needed. Related research priorities are to define the evolving epidemiology of fever in the tropics, and to determine how combinations of RDTs could be best used to improve the management of severe and treatable infections requiring specific therapy.

Influence of the host related factors in the development of the hepatosplenic form of schistosomiasis mansoni

The frequency of hepatosplenomegaly in endemic areas is not proportional to the fecal ova count. This may be explained by epidemiological genetic. The occurrence of two or more cases of schistosomal hepatosplenomegaly in nuclear family is much higher than expected. The concentration is higher among siblings than it is among mothers and children of further and children. It is not significant between father and mother. If the mother, instead of the father has hepatosplenic schistosomiasis the relative risk for the child to acquire hepatosplenomegaly is at least five times (the maternal affect). The inbreeding is highler in the hepatosplenic than in the hepatointestinal patients. In some areas in Brazil the hepatosplenic form of the schistosomiasis mansoni occurs with much higher frequency in whites than in blacks. After treatment, reversion of hepatosplenic schistosomiasis occurs more frequently in non-whithers. It seems that the resistance of blacks to the hepatosplenic form of schistosomiasis may be related to the glyoxalase system , perhaps associated to another genetic marker. The hepatosplenic schistosomiasis is less frequent in longilineal individuals. In some areas the hepatosplenic form of schistosomiasis is more frequent in A blood group of ABO sistem. The family heredograms do not suggest a single mendelian inheritance, but probably a multifactorial and possibility poligenic one.