Molecular basis of Yersinia enterocolitica temperature-dependent resistance to antimicrobial peptides

Antimicrobial peptides (APs) belong to the arsenal of weapons of the innate immune system against infections. In the case of gram-negative bacteria, APs interact with the anionic lipid A moiety of the lipopolysaccharide (LPS). In yersiniae most virulence factors are temperature regulated. Studies from our laboratory demonstrated that Yersinia enterocolitica is more susceptible to polymyxin B, a model AP, when grown at 37°C than at 22°C (J. A. Bengoechea, R. Díaz, and I. Moriyón, Infect. Immun. 64:4891-4899, 1996), and here we have extended this observation to other APs, not structurally related to polymyxin B. Mechanistically, we demonstrate that the lipid A modifications with aminoarabinose and palmitate are downregulated at 37°C and that they contribute to AP resistance together with the LPS O-polysaccharide. Bacterial loads of lipid A mutants in Peyer's patches, liver, and spleen of orogastrically infected mice were lower than those of the wild-type strain at 3 and 7 days postinfection. PhoPQ and PmrAB two-component systems govern the expression of the loci required to modify lipid A with aminoarabinose and palmitate, and their expressions are also temperature regulated. Our findings support the notion that the temperature-dependent regulation of loci controlling lipid A modifications could be explained by H-NS-dependent negative regulation alleviated by RovA. In turn, our data also demonstrate that PhoPQ and PmrAB regulate positively the expression of rovA, the effect of PhoPQ being more important. However, rovA expression reached wild-type levels in the phoPQ pmrAB mutant background, hence indicating the existence of an unknown regulatory network controlling rovA expression in this background.

Clinical and testing protocols for the analysis of epidermal growth factor receptor mutations in East Asian patients with non-small cell lung cancer:a combined clinical-molecular pathological approach

Several randomized phase III studies in advanced stage non-small cell lung cancer (NSCLC) confirmed the superior response rate and progression-free survival of using epidermal growth factor receptor (EGFR) tyrosine kinase inhibitor as first-line therapy compared with chemotherapy in patients with activating EGFR mutations. Despite the need for EGFR mutation tests to guide first-line therapy in East Asian NSCLC, there are no current standard clinical and testing protocols.

Association of the Epstein-Barr virus latent membrane protein 1 with lipid rafts is mediated through its N-terminal region.

The latent membrane protein 1 (LMP1) encoded by the Epstein-Barr virus acts like a constitutively activated receptor of the tumor necrosis factor receptor (TNFR) family and is enriched in lipid rafts. We showed that LMP1 is targeted to lipid rafts in transfected HEK 293 cells, and that the endogenous TNFR-associated factor 3 binds LMP1 and is recruited to lipid rafts upon LMP1 expression. An LMP1 mutant lacking the C-terminal 55 amino acids (Cdelta55) behaves like the wild-type (WT) LMP1 with respect to membrane localization. In contrast, a mutant with a deletion of the 25 N-terminal residues (Ndelta25) does not concentrate in lipid rafts but still binds TRAF3, demonstrating that cell localization of LMP1 was not crucial for TRAF3 localization. Moreover, Ndelta25 inhibited WT LMP1-mediated induction of the transcription factors NF-kappaB and AP-1. Morphological data indicate that Ndelta25 hampers WT LMP1 plasma membrane localization, thus blocking LMP1 function.

A-kinase anchoring proteins: Molecular regulators of the cardiac stress response

In response to stress or injury the heart undergoes a pathological remodeling process, associated with hypertrophy, cardiomyocyte death and fibrosis, that ultimately causes cardiac dysfunction and heart failure. It has become increasingly clear that signaling events associated with these pathological cardiac remodeling events are regulated by scaffolding and anchoring proteins, which allow coordination of pathological signals in space and time. A-kinase anchoring proteins (AKAPs) constitute a family of functionally related proteins that organize multiprotein signaling complexes that tether the cAMP-dependent protein kinase (PKA) as well as other signaling enzymes to ensure integration and processing of multiple signaling pathways. This review will discuss the role of AKAPs in the cardiac response to stress. Particular emphasis will be given to the adaptative process associated with cardiac hypoxia as well as the remodeling events linked to cardiac hypertrophy and heart failure. This article is part of a Special Issue entitled: Cardiomyocyte Biology: Cardiac Pathways of Differentiation, Metabolism and Contraction.

Exploring Rac GTPase regulation : the molecular mechanisms governing the DOCK180 and ELMO interaction and the role of this complex in Rac-mediated cell migration

Les protéines DOCK180 et ELMO coopèrent ensemble biochimiquement et génétiquement afin d’activer la GTPase Rac1 lors de plusieurs évènements biologiques. Toutefois, le rôle que jouent ces protéines dans la signalisation par Rac est encore mal compris. Nous émettons l’hypothèse que Dock180 agit comme activateur de Rac, alors que ELMO est requis pour l’intégration de la signalisation de Rac plutôt que son activation per se. Nous postulons que ELMO agit comme signal de localisation intracellulaire afin de restreindre de façon spatio-temporelle la signalisation de Rac en aval de Dock180, et/ou que ELMO agit comme protéine d’échafaudage entre Rac et ses effecteurs pour amplifier la migration cellulaire. Dans l’objectif nº 1, nous démontrons que le domaine PH atypique de ELMO1 est le site d’interaction principal entre cette protéine et DOCK180. De plus, nous démontrons que la liaison entre ELMO et DOCK180 n’est pas nécessaire pour l’activation de Rac, mais est plutôt essentielle pour faciliter la réorganisation du cytosquelette induite par l’activation de Rac en aval de Dock180. Ces résultats impliquent que ELMO pourrait jouer des rôles additionnels dans la signalisation par Rac. Dans l’objectif nº 2, nous avons découvert l’existence d’une homologie structurelle entre ELMO et un module d’autorégulation de la formine Dia1, et avons identifié trois nouveaux domaines dans la protéine ELMO : les domaines RBD, EID et EAD. De façon analogue à Dia1, nous avons découvert que ELMO à l’état basal est autoinhibé grâce à des intéractions intramoléculaires. Nous proposons que l’état d’activation des protéines ELMO est régulé de façon similaire aux formines de la famille Dia, c’est-à-dire grâce à des interactions avec d’autres protéines. Dans l’objectif nº 3, nous identifions un domaine RBD polyvalent chez ELMO. Ce domaine possède une double spécificité pour les GTPases de la famille Rho et Arf. Nous avons découvert que Arl4A agit comme signal de recrutement membranaire pour le module ELMO/DOCK180/Rac. Nos résultats nous permettent de supposer que d’autres GTPases pourraient être impliquées dans l’activation et la localisation de cette voie de signalisation. Nous concluons qu’à l’état basal, ELMO et DOCK180 forment un complexe dans lequel ELMO est dans sa conformation autoinhibée. Bien que le mécanisme d’activation de ELMO ne soit pas encore bien compris, nous avons découvert que, lorsqu’il y a stimulation cellulaire, certaines GTPases liées au GTP peuvent intéragir avec le domaine RBD de ELMO pour relâcher les contacts intramoléculaires et/ou localiser le complexe à la membrane. Ainsi, les GTPases peuvent servir d’ancrage au complexe ELMO/DOCK180 pour assurer une regulation spatiotemporelle adequate de l’activation et de la signalisation de Rac.

Strategies of empirical justification in experimental science

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Systems biology of the human MHC class I immunopeptidome

Le système de différenciation entre le « soi » et le « non-soi » des vertébrés permet la détection et le rejet de pathogènes et de cellules allogéniques. Il requiert la surveillance de petits peptides présentés à la surface cellulaire par les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I (CMH I). Les molécules du CMH I sont des hétérodimères composés par une chaîne lourde encodée par des gènes du CMH et une chaîne légère encodée par le gène β2-microglobuline. L’ensemble des peptides est appelé l’immunopeptidome du CMH I. Nous avons utilisé des approches en biologie de systèmes pour définir la composition et l’origine cellulaire de l’immunopeptidome du CMH I présenté par des cellules B lymphoblastoïdes dérivés de deux pairs de fratries avec un CMH I identique. Nous avons découvert que l’immunopeptidome du CMH I est spécifique à l’individu et au type cellulaire, qu’il dérive préférentiellement de transcrits abondants, est enrichi en transcrits possédant d’éléments de reconnaissance par les petits ARNs, mais qu’il ne montre aucun biais ni vers les régions génétiques invariables ni vers les régions polymorphiques. Nous avons également développé une nouvelle méthode qui combine la spectrométrie de masse, le séquençage de nouvelle génération et la bioinformatique pour l’identification à grand échelle de peptides du CMH I, dont ceux résultants de polymorphismes nucléotidiques simples non-synonymes (PNS-ns), appelés antigènes mineurs d’histocompatibilité (AMHs), qui sont les cibles de réponses allo-immunitaires. La comparaison de l’origine génomique de l’immunopeptidome de soeurs avec un CMH I identique a révélé que 0,5% des PNS-ns étaient représentés dans l’immunopeptidome et que 0,3% des peptides du CMH I seraient immunogéniques envers une des deux soeurs. En résumé, nous avons découvert des nouveaux facteurs qui modèlent l’immunopeptidome du CMH I et nous présentons une nouvelle stratégie pour l’indentification de ces peptides, laquelle pourrait accélérer énormément le développement d’immunothérapies ciblant les AMHs.

Molecular determinants of congenital hypothyroidism due to thyroid dysgenesis

L’hypothyroïdie congénitale par dysgénésie thyroïdienne (HCDT) est la condition endocrinienne néonatale la plus fréquemment rencontrée, avec une incidence d’un cas sur 4000 naissances vivantes. L’HCDT comprend toutes les anomalies du développement de la thyroïde. Parmi ces anomalies, le diagnostic le plus fréquent est l’ectopie thyroïdienne (~ 50% des cas). L’HCDT est fréquemment associée à un déficit sévère en hormones thyroïdiennes (hypothyroïdisme) pouvant conduire à un retard mental sévère si non traitée. Le programme de dépistage néonatal assure un diagnostic et un traitement précoce par hormones thyroïdiennes. Cependant, même avec un traitement précoce (en moyenne à 9 jours de vie), un retard de développement est toujours observé, surtout dans les cas les plus sévères (c.-à-d., perte de 10 points de QI). Bien que des cas familiaux soient rapportés (2% des cas), l’HCTD est essentiellement considérée comme une entité sporadique. De plus, plus de 92% des jumeaux monozygotiques sont discordants pour les dysgénésies thyroïdiennes et une prédominance féminine est rapportée (spécialement dans le cas d’ectopies thyroïdiennes), ces deux observations étant clairement incompatible avec un mode de transmission héréditaire mendélien. Il est donc cohérent de constater que des mutations germinales dans les facteurs de transcription thyroïdiens connus (NKX2.1, PAX8, FOXE1, and NKX2.5) ont été identifiées dans seulement 3% des cas sporadiques testés et furent, de plus, exclues lors d’analyse d’association dans certaines familles multiplex. Collectivement, ces données suggèrent que des mécanismes non mendéliens sont à l’origine de la majorité des cas de dysgénésie thyroïdienne. Parmi ces mécanismes, nous devons considérer des modifications épigénétiques, des mutations somatiques précoces (au stade du bourgeon thyroïdien lors des premiers stades de l’embryogenèse) ou des défauts développementaux stochastiques (c.-à-d., accumulation aléatoire de mutations germinales ou somatiques). Voilà pourquoi nous proposons un modèle «2 hits » combinant des mutations (épi)génétiques germinales et somatiques; ce modèle étant compatible avec le manque de transmission familial observé dans la majorité des cas d’HCDT. Dans cette thèse, nous avons déterminé si des variations somatiques (épi)génétiques sont associées à l’HCTD via une approche génomique et une approche gène candidat. Notre approche génomique a révélé que les thyroïdes ectopiques ont un profil d’expression différent des thyroïdes eutopiques (contrôles) et que ce profil d’expression est enrichi en gènes de la voie de signalisation Wnt. La voie des Wnt est cruciale pour la migration cellulaire et pour le développement de plusieurs organes dérivés de l’endoderme (p.ex. le pancréas). De plus, le rôle de la voie des Wnt dans la morphogénèse thyroïdienne est supporté par de récentes études sur le poisson-zèbre qui montrent des anomalies du développement thyroïdien lors de la perturbation de la voie des Wnt durant différentes étapes de l’organogénèse. Par conséquent, l’implication de la voie des Wnt dans l’étiologie de la dysgénésie thyroïdienne est biologiquement plausible. Une trouvaille inattendue de notre approche génomique fut de constater que la calcitonine était exprimée autant dans les thyroïdes ectopiques que dans les thyroïdes eutopiques (contrôles). Cette trouvaille remet en doute un dogme de l’embryologie de la thyroïde voulant que les cellules sécrétant la calcitonine (cellules C) proviennent exclusivement d’une structure extrathyroïdienne (les corps ultimobranchiaux) fusionnant seulement avec la thyroïde en fin de développement, lorsque la thyroïde a atteint son emplacement anatomique définitif. Notre approche gène candidat ne démontra aucune différence épigénétique (c.-à-d. de profil de méthylation) entre thyroïdes ectopiques et eutopiques, mais elle révéla la présence d’une région différentiellement méthylée (RDM) entre thyroïdes et leucocytes dans le promoteur de FOXE1. Le rôle crucial de FOXE1 dans la migration thyroïdienne lors du développement est connu et démontré dans le modèle murin. Nous avons démontré in vivo et in vitro que le statut de méthylation de cette RDM est corrélé avec l’expression de FOXE1 dans les tissus non tumoraux (c.-à-d., thyroïdes et leucocytes). Fort de ces résultats et sachant que les RDMs sont de potentiels points chauds de variations (épi)génétiques, nous avons lancé une étude cas-contrôles afin de déterminer si des variants génétiques rares localisés dans cette RDM sont associés à la dysgénésie thyroïdienne. Tous ces résultats générés lors de mes études doctorales ont dévoilé de nouveaux mécanismes pouvant expliquer la pathogenèse de la dysgénésie thyroïdienne, condition dont l’étiologie reste toujours une énigme. Ces résultats ouvrent aussi plusieurs champs de recherche prometteurs et vont aider à mieux comprendre tant les causes des dysgénésies thyroïdiennes que le développement embryonnaire normal de la thyroïde chez l’homme.

Study of nuclear receptor dynamics by BRET

Les récepteurs nucléaires (RN) sont des facteurs de transcription ligand dépendants qui contrôlent une grande variété de processus biologiques de la physiologie humaine, ce qui a fait d'eux des cibles pharmacologiques privilégiées pour de nombreuses maladies. L'un de ces récepteurs, le récepteur de l’œstrogène alpha (ERα), peut activer la prolifération cellulaire dans certaines sections de l'épithélium mammaire tandis qu’un autre, le récepteur de l'acide rétinoïque alpha (RARα), peut provoquer un arrêt de la croissance et la différenciation cellulaire. La signalisation de ces deux récepteurs peut être altérée dans le cancer du sein, contribuant à la tumorigénèse mammaire. L’activité d’ERα peut être bloquée par les anti-oestrogènes (AE) pour inhiber la prolifération des cellules tumorales mammaires. Par contre, l’activation des voies de RARα avec des rétinoïdes dans un contexte clinique a rencontré peu de succès. Ceci pourrait résulter du manque de spécificité des ligands testés pour RARα et/ou de leur activité seulement dans certains sous-types de tumeurs mammaires. Puisque les récepteurs nucléaires forment des homo- et hétéro-dimères, nous avons cherché à développer de nouveaux essais pharmacologiques pour étudier l'activité de complexes dimériques spécifiques, leur dynamique d’association et la structure quaternaire des récepteurs des œstrogènes. Nous décrivons ici une nouvelle technique FRET, surnommée BRET avec renforcement de fluorescence par transferts combinés (BRETFect), qui permet de détecter la formation de complexes de récepteurs nucléaires ternaires. Le BRETFect peut suivre l'activation des hétérodimères ERα-ERβ et met en évidence un mécanisme allostérique d'activation que chaque récepteur exerce sur son partenaire de dimérisation. L'utilisation de BRETFect en combinaison avec le PCA nous a permis d'observer la formation de multimères d’ERα fonctionnels dans des cellules vivantes pour la première fois. La formation de multimères est favorisée par les AE induisant la dégradation du récepteur des oestrogènes, ce qui pourrait contribuer à leurs propriétés spécifiques. Ces essais de BRET apportent une nette amélioration par rapport aux tests de vecteurs rapporteur luciférase classique, en fournissant des informations spécifiques aux récepteurs en temps réel sans aucune interférence par d'autres processus tels que la transcription et de la traduction. L'utilisation de ces tests nous a permis de caractériser les propriétés de modulation de l’activité des récepteurs nucléaires d’une nouvelle classe de molécules hybrides qui peuvent à la fois lier ERa ou RAR et inhiber les HDACs, conduisant au développement de nouvelles molécules prometteuses bifonctionnelles telles que la molécule hybride RAR-agoniste/HDACi TTNN-HA.

Electronic couplings and on-site energies for hole transfer in DNA: systematic quantum mechanical/molecular dynamic study

The electron hole transfer (HT) properties of DNA are substantially affected by thermal fluctuations of the π stack structure. Depending on the mutual position of neighboring nucleobases, electronic coupling V may change by several orders of magnitude. In the present paper, we report the results of systematic QM/molecular dynamic (MD) calculations of the electronic couplings and on-site energies for the hole transfer. Based on 15 ns MD trajectories for several DNA oligomers, we calculate the average coupling squares 〈 V2 〉 and the energies of basepair triplets X G+ Y and X A+ Y, where X, Y=G, A, T, and C. For each of the 32 systems, 15 000 conformations separated by 1 ps are considered. The three-state generalized Mulliken-Hush method is used to derive electronic couplings for HT between neighboring basepairs. The adiabatic energies and dipole moment matrix elements are computed within the INDO/S method. We compare the rms values of V with the couplings estimated for the idealized B -DNA structure and show that in several important cases the couplings calculated for the idealized B -DNA structure are considerably underestimated. The rms values for intrastrand couplings G-G, A-A, G-A, and A-G are found to be similar, ∼0.07 eV, while the interstrand couplings are quite different. The energies of hole states G+ and A+ in the stack depend on the nature of the neighboring pairs. The X G+ Y are by 0.5 eV more stable than X A+ Y. The thermal fluctuations of the DNA structure facilitate the HT process from guanine to adenine. The tabulated couplings and on-site energies can be used as reference parameters in theoretical and computational studies of HT processes in DNA

Hemokinins and endokinins

The mammalian tachykinins are a family of peptides that, until recently, has included substance P (SP), neurokinin A and neurokinin B. Since, the discovery of a third preprotachykinin gene (TAC4), the number of tachykinins has more than doubled to reveal several species-divergent peptides. This group includes hemokinin-1 (HK-1) in mouse and rat, endokinin-1 (EK-1) in rabbit, and EKA, EKB, human HK-1 (hHK-1) and hHK(4-11) in humans. Each exhibits a remarkable selectivity and potency for the tachykinin NK1 receptor similar to SP. Their peripheral expression has led to the proposal that they are the endogenous peripheral SP-like endocrine/paracrine agonists where SP is not expressed. Moreover, their strong cross-reactivity with a specific SP antibody leads us to question many of the proposed locations and roles of SP in the periphery. Additionally, three orphan tachykinin gene-related peptides are identified on TAC4, in rabbit, EK-2 and in humans, EKC and EKD.

The effects of retinoic acid on human corneal stromal keratocytes cultured in vitro under serum-free conditions

Purpose: Retinoic acid (RA) is a metabolite of vitamin A that plays a fundamental role in the development and function of the human eye. The purpose of this study was to investigate the effects of RA on the phenotype of corneal stromal keratocytes maintained in vitro for extended periods under serum-free conditions. Methods: Keratocytes isolated from human corneas were cultured up to 21 days in serum-free media supplemented with RA or DMSO vehicle. The effects of RA and of its removal after treatment on cell proliferation and morphology were evaluated. In addition, the expression of keratocyte markers was quantified at the transcriptional and protein levels by quantitative PCR and immunoblotting or ELISA, respectively. Furthermore, the effects of RA on keratocyte migration were tested using scratch assays. Results: Keratocytes cultured with RA up to 10×10-6 M showed enhanced proliferation and stratification, and reduced mobility. RA also promoted the expression of keratocyte-characteristic proteoglycans such as keratocan, lumican, and decorin, and increased the amounts of collagen type-I in culture while significantly reducing the expression of matrix metalloproteases 1, 3, and 9. RA effects were reversible, and cell phenotype reverted to that of control after removal of RA from media. Conclusions: RA was shown to control the phenotype of human corneal keratocytes cultured in vitro by regulating cell behaviour and extracellular matrix composition. These findings contribute to our understanding of corneal stromal biology in health and disease, and may prove useful in optimizing keratocyte cultures for applications in tissue engineering, cell biology, and medicine.