Developmental critical period in gentic redox dysregulation: animal and human studies in schizophrenia

Converging evidence favors an abnormal susceptibility to oxidative stress in schizophrenia. Decreased levels of glutathione (GSH), the major cellular antioxidant and redox regulator, was observed in cerebrospinal-fluid and prefrontal cortex of patients. Importantly, abnormal GSH synthesis of genetic origin was observed: Two case-control studies showed an association with a GAG trinucleotide repeat (TNR) polymorphism in the GSH key synthesizing enzyme glutamate-cysteine-ligase (GCL) catalytic subunit (GCLC) gene. The most common TNR genotype 7/7 was more frequent in controls, whereas the rarest TNR genotype 8/8 was three times more frequent in patients. The disease associated genotypes (35% of patients) correlated with decreased GCLC protein, GCL activity and GSH content. Similar GSH system anomalies were observed in early psychosis patients. Such redox dysregulation combined with environmental stressors at specific developmental stages could underlie structural and functional connectivity anomalies. In pharmacological and knock-out (KO) models, GSH deficit induces anomalies analogous to those reported in patients. (a) morphology: spine density and GABA-parvalbumine immunoreactivity (PV-I) were decreased in anterior cingulate cortex. KO mice showed delayed cortical PV-I at PD10. This effect is exacerbated in mice with increased DA from PD5-10. KO mice exhibit cortical impairment in myelin and perineuronal net known to modulate PV connectivity. (b) physiology: In cultured neurons, NMDA response are depressed by D2 activation. In hippocampus, NMDA-dependent synaptic plasticity is impaired and kainate induced g-oscillations are reduced in parallel to PV-I. (c) cognition: low GSH models show increased sensitivity to stress, hyperactivity, abnormal object recognition, olfactory integration and social behavior. In a clinical study, GSH precursor N-acetyl cysteine (NAC) as add on therapy, improves the negative symptoms and decreases the side effects of antipsychotics. In an auditory oddball paradigm, NAC improves the mismatched negativity, an evoked potential related to pre-attention and to NMDA receptors function. In summary, clinical and experimental evidence converge to demonstrate that a genetically induced dysregulation of GSH synthesis combined with environmental insults in early development represent a major risk factor contributing to the development of schizophrenia Conclusion Based on these data, we proposed a model for PSIP1 promoter activity involving a complex interplay between yet undefined regulatory elements to modulate gene expression.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Large multi-gene phylogenetic trees of the grasses (Poaceae): progress towards complete tribal and generic level sampling.

In this paper we included a very broad representation of grass family diversity (84% of tribes and 42% of genera). Phylogenetic inference was based on three plastid DNA regions rbcL, matK and trnL-F, using maximum parsimony and Bayesian methods. Our results resolved most of the subfamily relationships within the major clades (BEP and PACCMAD), which had previously been unclear, such as, among others the: (i) BEP and PACCMAD sister relationship, (ii) composition of clades and the sister-relationship of Ehrhartoideae and Bambusoideae + Pooideae, (iii) paraphyly of tribe Bambuseae, (iv) position of Gynerium as sister to Panicoideae, (v) phylogenetic position of Micrairoideae. With the presence of a relatively large amount of missing data, we were able to increase taxon sampling substantially in our analyses from 107 to 295 taxa. However, bootstrap support and to a lesser extent Bayesian inference posterior probabilities were generally lower in analyses involving missing data than those not including them. We produced a fully resolved phylogenetic summary tree for the grass family at subfamily level and indicated the most likely relationships of all included tribes in our analysis.

Glioprotective impact of cell-permeable peptides in preclinical models of amyotrophic lateral sclerosis

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder characterized by progressive degeneration of upper and lower motor neurons. It is mostly sporadic, but about 2% of cases are associated with mutations in the gene encoding the enzyme superoxide dismutase 1 (SOD1). A major constraint to the comprehension of the pathogenesis of ALS has been long represented by the conviction that this disorder selectively affects motor neurons in a cell-autonomous manner. However, the failure to identify the events underlying the neurodegenerative process and the increased knowledge of the complex cellular interactions necessary for the correct functioning of the CNS has recently focused the attention on the contribution to neurodegeneration of glial cells, including astrocytes. Astrocytes can hurt motor neurons directly by secreting neurotoxic factors, but they can also play a deleterious role indirectly by losing functions that are supportive for neurons. Recently, we reported that a subpopulation of astrocytes degenerates in the spinal cord of hSOD1G93A transgenic mouse model of ALS. Mechanistic studies in cultured astrocytes revealed that such effect is mediated by the excitatory amino acid glutamate.On the bsis of these observations, we next used the established cell culture model as a tool to screen the glioprotective effect of innovative drugs, namely cell-permeable therapeutics. These consist of peptidic effector moieties coupled to the selective intracellular peptide transporter TAT protein. We initially validated the usefulness of these molecules demonstrating that a control fluorescent peptide enters astrocytes in culture and is retained within the cells up to 24-48 h, according to the timing of our cytotoxicity experiments. We then tested the impact of specific intracellular peptides with antiapoptotic properties on glutamate-treated hSOD1G93A- expressing astrocytes and we identified one molecule that protects the cells from death. Chronic treatment of ALS mice with this peptide had a positive impact on the outcome of the disease.

Analysis of Mycobacterium avium Complex Serovars Isolated from AIDS Patients from Southeast Brazil

The purpose of this study was to assess the distribution of Mycobacterium avium serovars isolated from AIDS patients in São Paulo and Rio de Janeiro. Ninety single site or multiple site isolates from 75 patients were examined. The most frequent serovars found were 8 (39.2%), 4 (21.4%) and 1 (10.7%). The frequency of mixed infections with serovar 8 or 4 was 37.8%. Among the 90 strains examined, M. intracellulare serovars (7 strains) and M. scrofulaceum (4 strains) were found in 11 isolates (12%) indicating that M. avium (88%) was the major opportunistic species in the M. avium complex isolates in Brazilian AIDS patients

Heparan sulfate 6-O-sulfotransferase 1, a gene involved in extracellular sugar modifications, is mutated in patients with idiopathic hypogonadotrophic hypogonadism.

Neuronal development is the result of a multitude of neural migrations, which require extensive cell-cell communication. These processes are modulated by extracellular matrix components, such as heparan sulfate (HS) polysaccharides. HS is molecularly complex as a result of nonrandom modifications of the sugar moieties, including sulfations in specific positions. We report here mutations in HS 6-O-sulfotransferase 1 (HS6ST1) in families with idiopathic hypogonadotropic hypogonadism (IHH). IHH manifests as incomplete or absent puberty and infertility as a result of defects in gonadotropin-releasing hormone neuron development or function. IHH-associated HS6ST1 mutations display reduced activity in vitro and in vivo, suggesting that HS6ST1 and the complex modifications of extracellular sugars are critical for normal development in humans. Genetic experiments in Caenorhabditis elegans reveal that HS cell-specifically regulates neural branching in vivo in concert with other IHH-associated genes, including kal-1, the FGF receptor, and FGF. These findings are consistent with a model in which KAL1 can act as a modulatory coligand with FGF to activate the FGF receptor in an HS-dependent manner.

IL-5 and IL-5 receptor in asthma

Eosinophils, along with mast cells are key cells involved in the innate immune response against parasitic infection whereas the adaptive immune response is largely dependent on lymphocytes. In chronic parasitic disease and in chronic allergic disease, IL-5 is predominantly a T cell derived cytokine which is particularly important for the terminal differentiation, activation and survival of committed eosinophil precursors. The human IL-5 gene is located on chromosome 5 in a gene cluster that contains the evolutionary related IL-4 family of cytokine genes. The human IL-5 receptor complex is a heterodimer consisting of a unique a subunit (predominantly expressed on eosinophils) and a beta subunit which is shared between the receptors for IL-3 & GM-CSF (more widely expressed). The a subunit is required for ligand-specific binding whereas association with the beta subunit results in increased binding affinity. The alternative splicing of the alphaIL-5R gene which contains 14 exons can yield several alphaIL-5R isoforms including a membrane-anchored isoform (alphaIL-5Rm) and a soluble isoform (alphaIL-5Rs). Cytokines such as IL-5 produce specific and non-specific cellular responses through specific cell membrane receptor mediated activation of intracellular signal transduction pathways which, to a large part, regulate gene expression. The major intracellular signal transduction mechanism is activation of non-receptor associated tyrosine kinases including JAK and MAP kinases which can then transduce signals via a novel family of transcriptional factors named signal transducers and activators of transcription (STATS). JAK2, STAT1 and STAT 5 appear to be particularly important in IL-5 mediated eosinophil responses. Asthma is characterized by episodic airways obstruction, increased bronchial responsiveness, and airway inflammation. Several studies have shown an association between the number of activated T cells and eosinophils in the airways and abnormalities in FEV1, airway reactivity and clinical severity in asthma. It has now been well documented that IL-5 is highly expressed in the bronchial mucosa of atopic and intrinsic asthmatics and that the increased IL-5 mRNA present in airway tissues is predominantly T cell derived. Immunocytochemical staining of bronchial biopsy sections has confirmed that IL-5 mRNA transcripts are translated into protein in asthmatic subjects. Furthermore, the number of activated CD 4 + T cells and IL-5 mRNA positive cells are increased in asthmatic airways following antigen challenge and studies that have examined IL-5 expression in asthmatic subjects before and after steroids have shown significantly decreased expression following oral corticosteroid treatment in steroid-sensitive asthma but not in steroid resistant and chronic severe steroid dependent asthma. The link between T cell derived IL-5 and eosinophil activation in asthmatic airways is further strengthened by the demonstration that there is an increased number of alphaIL-5R mRNA positive cells in the bronchial biopsies of atopic and non-atopic asthmatic subjects and that the eosinophil is the predominant site of this increased alphaIL-5R mRNA expression. We have also shown that the subset of activated eosinophils that expressed mRNA for membrane bound alpha IL5r inversely correlated with FEV1, whereas the subset of activated eosinophils that expressed mRNA for soluble alphaIL5r directly correlated with FEV1. Hence, not only does this data suggest that the presence of eosinophils expressing alphaIL-5R mRNA contribute towards the pathogenesis of bronchial asthma, but also that the eosinophil phenotype with respect to alphaIL-5R isoform expression is of central importance. Finally, there are several animal, and more recently in vitro lung explant, models of allergen induced eosinophilia, late airway responses(LARS), and bronchial hyperresponsiveness(BHR) - all of which support a link between IL-5 and airway eosinophila and bronchial hyperresponsiveness. The most direct demonstration of T cell involvement in LARS is the finding that these physiological responses can be transferred by CD4+ but not CD8+ T cells in rats. The importance of IL-5 in animal models of allergen induced bronchial hyperresponsiveness has been further demonstrated by a number of studies which have indicated that IL-5 administration is able to induce late phase responses and BHR and that anti-IL-5 antibody can block allergen induced late phase responses and BHR. In summary, activated T lymphocytes, IL5 production and eosinophil activation are particularly important in the asthmatic response. Human studies in asthma and studies in allergic animal models have clearly emphasised the unique role of IL-5 in linking T lymphocytes and adaptive immunity, the eosinophil effector cell, and the asthma phenotype. The central role of activated lymphocytes and eosinophils in asthma would argue for the likely therapeutic success of strategies to block T cell and eosinophil activation (eg steroids). Importantly, more targeted therapies may avoid the complications associated with steroids. Such therapies could target key T cell activation proteins and cytokines by various means including blocking antibodies (eg anti-CD4, anti-CD40, anti-IL-5 etc), antisense oligonucleotides to their specific mRNAs, and/or selective inhibition of the promoter sites for these genes. Another option would be to target key eosinophil activation mechanisms including the aIL5r. As always, the risk to benefit ratio of such strategies await the results of well conducted clinical trials.

The complex history of the olive tree: from Late Quaternary diversification of Mediterranean lineages to primary domestication in the northern Levant.

The location and timing of domestication of the olive tree, a key crop in Early Mediterranean societies, remain hotly debated. Here, we unravel the history of wild olives (oleasters), and then infer the primary origins of the domesticated olive. Phylogeography and Bayesian molecular dating analyses based on plastid genome profiling of 1263 oleasters and 534 cultivated genotypes reveal three main lineages of pre-Quaternary origin. Regional hotspots of plastid diversity, species distribution modelling and macrofossils support the existence of three long-term refugia; namely the Near East (including Cyprus), the Aegean area and the Strait of Gibraltar. These ancestral wild gene pools have provided the essential foundations for cultivated olive breeding. Comparison of the geographical pattern of plastid diversity between wild and cultivated olives indicates the cradle of first domestication in the northern Levant followed by dispersals across the Mediterranean basin in parallel with the expansion of civilizations and human exchanges in this part of the world.

Redundant Notch1 and Notch2 signaling is necessary for IFNγ secretion by T helper 1 cells during infection with Leishmania major.

The protective immune response to intracellular parasites involves in most cases the differentiation of IFNγ-secreting CD4(+) T helper (Th) 1 cells. Notch receptors regulate cell differentiation during development but their implication in the polarization of peripheral CD4(+) T helper 1 cells is not well understood. Of the four Notch receptors, only Notch1 (N1) and Notch2 (N2) are expressed on activated CD4(+) T cells. To investigate the role of Notch in Th1 cell differentiation following parasite infection, mice with T cell-specific gene ablation of N1, N2 or both (N1N2(ΔCD4Cre)) were infected with the protozoan parasite Leishmania major. N1N2(ΔCD4Cre) mice, on the C57BL/6 L. major-resistant genetic background, developed unhealing lesions and uncontrolled parasitemia. Susceptibility correlated with impaired secretion of IFNγ by draining lymph node CD4(+) T cells and increased secretion of the IL-5 and IL-13 Th2 cytokines. Mice with single inactivation of N1 or N2 in their T cells were resistant to infection and developed a protective Th1 immune response, showing that CD4(+) T cell expression of N1 or N2 is redundant in driving Th1 differentiation. Furthermore, we show that Notch signaling is required for the secretion of IFNγ by Th1 cells. This effect is independent of CSL/RBP-Jκ, the major effector of Notch receptors, since L. major-infected mice with a RBP-Jκ deletion in their T cells were able to develop IFNγ-secreting Th1 cells, kill parasites and heal their lesions. Collectively, we demonstrate here a crucial role for RBP-Jκ-independent Notch signaling in the differentiation of a functional Th1 immune response following L. major infection.

Glut9 is a major regulator of urate homeostasis and its genetic inactivation induces hyperuricosuria and urate nephropathy.

Elevated plasma urate levels are associated with metabolic, cardiovascular, and renal diseases. Urate may also form crystals, which can be deposited in joints causing gout and in kidney tubules inducing nephrolithiasis. In mice, plasma urate levels are controlled by hepatic breakdown, as well as, by incompletely understood renal processes of reabsorption and secretion. Here, we investigated the role of the recently identified urate transporter, Glut9, in the physiological control of urate homeostasis using mice with systemic or liver-specific inactivation of the Glut9 gene. We show that Glut9 is expressed in the basolateral membrane of hepatocytes and in both apical and basolateral membranes of the distal nephron. Mice with systemic knockout of Glut9 display moderate hyperuricemia, massive hyperuricosuria, and an early-onset nephropathy, characterized by obstructive lithiasis, tubulointerstitial inflammation, and progressive inflammatory fibrosis of the cortex, as well as, mild renal insufficiency. In contrast, liver-specific inactivation of the Glut9 gene in adult mice leads to severe hyperuricemia and hyperuricosuria, in the absence of urate nephropathy or any structural abnormality of the kidney. Together, our data show that Glut9 plays a major role in urate homeostasis by its dual role in urate handling in the kidney and uptake in the liver.

The fou2 mutation in the major vacuolar cation channel TPC1 confers tolerance to inhibitory luminal calcium.

The SV channel encoded by the TPC1 gene represents a Ca(2+)- and voltage-dependent vacuolar cation channel. Point mutation D454N within TPC1, named fou2 for fatty acid oxygenation upregulated 2, results in increased synthesis of the stress hormone jasmonate. As wounding causes Ca2+ signals and cytosolic Ca2+ is required for SV channel function, we here studied the Ca(2+)-dependent properties of this major vacuolar cation channel with Arabidopsis thaliana mesophyll vacuoles. In patch clamp measurements, wild-type and fou2 SV channels did not exhibit differences in cytosolic Ca2+ sensitivity and Ca2+ impermeability. K+ fluxes through wild-type TPC1 were reduced or even completely faded away when vacuolar Ca2+ reached the 0.1-mm level. The fou2 protein under these conditions, however, remained active. Thus, D454N seems to be part of a luminal Ca2+ recognition site. Thereby the SV channel mutant gains tolerance towards elevated luminal Ca2+. A three-fold higher vacuolar Ca/K ratio in the fou2 mutant relative to wild-type plants seems to indicate that fou2 can accumulate higher levels of vacuolar Ca(2+) before SV channel activity vanishes and K(+) homeostasis is impaired. In response to wounding fou2 plants might thus elicit strong vacuole-derived cytosolic Ca2+ signals resulting in overproduction of jasmonate.

Gene expression mapping in neuropathic pain : molecular plasticity in nociceptors and superficial dorsal horn

RESUME : La douleur neuropathique est le résultat d'une lésion ou d'un dysfonctionnement du système nerveux. Les symptômes qui suivent la douleur neuropathique sont sévères et leur traitement inefficace. Une meilleure approche thérapeutique peut être proposée en se basant sur les mécanismes pathologiques de la douleur neuropathique. Lors d'une lésion périphérique une douleur neuropathique peut se développer et affecter le territoire des nerfs lésés mais aussi les territoires adjacents des nerfs non-lésés. Une hyperexcitabilité des neurones apparaît au niveau des ganglions spinaux (DRG) et de la corne dorsale (DH) de la moelle épinière. Le but de ce travail consiste à mettre en évidence les modifications moléculaires associées aux nocicepteurs lésés et non-lésés au niveau des DRG et des laminae I et II de la corne dorsale, là où l'information nociceptive est intégrée. Pour étudier les changements moléculaires liés à la douleur neuropathique nous utilisons le modèle animal d'épargne du nerf sural (spared nerve injury model, SNI) une semaine après la lésion. Pour la sélection du tissu d'intérêt nous avons employé la technique de la microdissection au laser, afin de sélectionner une sous-population spécifique de cellules (notamment les nocicepteurs lésés ou non-lésés) mais également de prélever le tissu correspondant dans les laminae superficielles. Ce travail est couplé à l'analyse à large spectre du transcriptome par puce ADN (microarray). Par ailleurs, nous avons étudié les courants électriques et les propriétés biophysiques des canaux sodiques (Na,,ls) dans les neurones lésés et non-lésés des DRG. Aussi bien dans le système nerveux périphérique, entre les neurones lésés et non-lésés, qu'au niveau central avec les aires recevant les projections des nocicepteurs lésés ou non-lésés, l'analyse du transcriptome montre des différences de profil d'expression. En effet, nous avons constaté des changements transcriptionnels importants dans les nocicepteurs lésés (1561 gènes, > 1.5x et pairwise comparaison > 77%) ainsi que dans les laminae correspondantes (618 gènes), alors que ces modifications transcriptionelles sont mineures au niveau des nocicepteurs non-lésés (60 gènes), mais important dans leurs laminae de projection (459 gènes). Au niveau des nocicepteurs, en utilisant la classification par groupes fonctionnels (Gene Ontology), nous avons observé que plusieurs processus biologiques sont modifiés. Ainsi des fonctions telles que la traduction des signaux cellulaires, l'organisation du cytosquelette ainsi que les mécanismes de réponse au stress sont affectés. Par contre dans les neurones non-lésés seuls les processus biologiques liés au métabolisme et au développement sont modifiés. Au niveau de la corne dorsale de la moelle, nous avons observé des modifications importantes des processus immuno-inflammatoires dans l'aire affectée par les nerfs lésés et des changements associés à l'organisation et la transmission synaptique au niveau de l'aire des nerfs non-lésés. L'analyse approfondie des canaux sodiques a démontré plusieurs changements d'expression, principalement dans les neurones lésés. Les analyses fonctionnelles n'indiquent aucune différence entre les densités de courant tétrodotoxine-sensible (TTX-S) dans les neurones lésés et non-lésés même si les niveaux d'expression des ARNm des sous-unités TTX-S sont modifiés dans les neurones lésés. L'inactivation basale dépendante du voltage des canaux tétrodotoxine-insensible (TTX-R) est déplacée vers des potentiels positifs dans les cellules lésées et non-lésées. En revanche la vitesse de récupération des courants TTX-S et TTX-R après inactivation est accélérée dans les neurones lésés. Ces changements pourraient être à l'origine de l'altération de l'activité électrique des neurones sensoriels dans le contexte des douleurs neuropathiques. En résumé, ces résultats suggèrent l'existence de mécanismes différenciés affectant les neurones lésés et les neurones adjacents non-lésés lors de la mise en place la douleur neuropathique. De plus, les changements centraux au niveau de la moelle épinière qui surviennent après lésion sont probablement intégrés différemment selon la perception de signaux des neurones périphériques lésés ou non-lésés. En conclusion, ces modulations complexes et distinctes sont probablement des acteurs essentiels impliqués dans la genèse et la persistance des douleurs neuropathiques. ABSTRACT : Neuropathic pain (NP) results from damage or dysfunction of the peripheral or central nervous system. Symptoms associated with NP are severe and difficult to treat. Targeting NP mechanisms and their translation into symptoms may offer a better therapeutic approach.Hyperexcitability of the peripheral and central nervous system occurs in the dorsal root ganglia (DRG) and the dorsal horn (DH) of the spinal cord. We aimed to identify transcriptional variations in injured and in adjacent non-injured nociceptors as well as in corresponding laminae I and II of DH receiving their inputs.We investigated changes one week after the injury induced by the spared nerve injury model of NP. We employed the laser capture microdissection (LCM) for the procurement of specific cell-types (enrichment in nociceptors of injured/non-injured neurons) and laminae in combination with transcriptional analysis by microarray. In addition, we studied functionál properties and currents of sodium channels (Nav1s) in injured and neighboring non-injured DRG neurons.Microarray analysis at the periphery between injured and non-injured DRG neurons and centrally between the area of central projections from injured and non-injured neurons show significant and differential expression patterns. We reported changes in injured nociceptors (1561 genes, > 1.5 fold, >77% pairwise comparison) and in corresponding DH laminae (618 genes), while less modifications occurred in non-injured nociceptors (60 genes) and in corresponding DH laminae (459 genes). At the periphery, we observed by Gene Ontology the involvement of multiple biological processes in injured neurons such as signal transduction, cytoskeleton organization or stress responses. On contrast, functional overrepresentations in non-injured neurons were noted only in metabolic or developmentally related mechanisms. At the level of superficial laminae of the dorsal horn, we reported changes of immune and inflammatory processes in injured-related DH and changes associated with synaptic organization and transmission in DH corresponding to non-injured neurons. Further transcriptional analysis of Nav1s indicated several changes in injured neurons. Functional analyses of Nav1s have established no difference in tetrodotoxin-sensitive (TTX-S) current densities in both injured and non-injured neurons, despite changes in TTX-S Nav1s subunit mRNA levels. The tetrodotoxin-resistant (TTX-R) voltage dependence of steady state inactivation was shifted to more positive potentials in both injured and non-injured neurons, and the rate of recovery from inactivation of TTX-S and TTX-R currents was accelerated in injured neurons. These changes may lead to alterations in neuronal electrogenesis. Taken together, these findings suggest different mechanisms occurring in the injured neurons and the adjacent non-injured ones. Moreover, central changes after injury are probably driven in a different manner if they receive inputs from injured or non-injured neurons. Together, these distinct and complex modulations may contribute to NP.

The use of the murine model of infection with Leishmania major to reveal the antagonistic effects that IL-4 can exert on T helper cell development and demonstrate that these opposite effects depend upon the nature of the cells targeted for IL-4 signaling.

In contrast to mice from the majority of inbred strains, BALB mice develop aberrant Th2 responses and suffer progressive disease after infection with Leishmania major. These outcomes depend on the production of Interleukin 4, during the first 2 d of infection, by CD4+ T cells that express the Vbeta4-Valpha8 T cell receptors specific for a dominant I-A(d) restricted epitope of the LACK antigen from L. major. In contrast to this well established role of IL-4 in Th2 cell maturation, we have recently shown that, when limited to the initial period of activation of dendritic cells by L. major preceding T cell priming, IL-4 directs DCs to produce IL-12, promotes Th1 cell maturation and resistance to L. major in otherwise susceptible BALB/c mice. Thus, the antagonistic effects that IL-4 can have on Th cell development depend upon the nature of the cells (DCs or primed T cells) targeted for IL-4 signaling.

Genomic rearrangements in trypanosomatids: an alternative to the "one gene" evolutionary hypotheses?

Most molecular trees of trypanosomatids are based on point mutations within DNA sequences. In contrast, there are very few evolutionary studies considering DNA (re) arrangement as genetic characters. Waiting for the completion of the various parasite genome projects, first information may already be obtained from chromosome size-polymorphism, using the appropriate algorithms for data processing. Three illustrative models are presented here. First, the case of Leishmania (Viannia) braziliensis/L. (V.) peruviana is described. Thanks to a fast evolution rate (due essentially to amplification/deletion of tandemly repeated genes), molecular karyotyping seems particularly appropriate for studying recent evolutionary divergence, including eco-geographical diversification. Secondly, karyotype evolution is considered at the level of whole genus Leishmania. Despite the fast chromosome evolution rate, there is qualitative congruence with MLEE- and RAPD-based evolutionary hypotheses. Significant differences may be observed between major lineages, likely corresponding to major and less frequent rearrangements (fusion/fission, translocation). Thirdly, comparison is made with Trypanosoma cruzi. Again congruence is observed with other hypotheses and major lineages are delineated by significant chromosome rearrangements. The level of karyotype polymorphism within that "species" is similar to the one observed in "genus" Leishmania. The relativity of the species concept among these two groups of parasites is discussed.