" Leishmania major " metacaspase in programmed cell death

Abstract: The human protozoan parasite Leishmania major has been shown to exhibit several morphological and biochemical features characteristic of a programmed cell death (PCD) when differentiating into infectious stages and under a variety of stress conditions. In mammalian cells, the principal effector molecules of PCD or apoptosis are caspases. Although some caspase-like peptidase activity has been reported in dying parasites, no caspase gene is present in the L. major genome. However, a single metacaspase gene is present in L. major whose encoded protein harbors the predicted secondary structure and the catalytic dyad histidine/cysteine described for caspases and other metacaspases identified in plants and yeast. Metacaspases are also present in other protozoan parasites such as Trypanosoma and Plasmodium species and are not present in mammalian cells, which make them a possible drug target for the treatment of the parasitic diseases they cause. The Saccharomyces cerevisiae metacaspase YCA1 has been implicated in the death of aging cells, cells defective in some biological functions, and cells exposed to different environmental stresses. In this study, we evaluated the functional heterologous complementation of a S. cerevisiae ycal null mutant with the L. major metacaspase (LmjMCA} in cell death induced by oxidative stress. We show that LmjMCA is involved in yeast cell death, similar to YCA1, and that this function depends on its catalytic activity. LmjMCA was found to be auto-processed as occurs for caspases, however, LmjMCA did not exhibit any activity with caspase substrates. In contrast, LmjMCA was active towards substrates with arginine in the P1 position, with the activity being abolished following H147A and C202A catalytic site mutations and addition of the arginal inhibitor leupeptin. In order to identify the L. major proteins that may function as substrates, inhibitors, or may bind and recruit LmjMCA, a yeast two-hybrid screening with cDNA libraries from different life cycle stages of the parasite was conducted. Proteins putatively involved in PCD were identified as interacting with LmjMCA, however, the interaction of LmjMCA with proteins involved in other physiological processes such as vesicle transport, suggests that LmjMCA could have additional roles in the different life cycle stages of the parasite. Résumé: Plusieurs caractéristiques morphologiques et biochimiques rappelant la mort cellulaire programmée ont été identifiées dans les stades infectieux et sous des conditions de stress, chez le parasite protozoaire humain, Leishmania major. Dans les cellules de mammifères, les caspases sont les molécules effectrices principales impliquées dans la mort cellulaire programmée et l'apoptose. Bien qu'une activité caspase ait été retrouvée dans des parasites en mon` cellulaire, le génome de Leishmania ne contient aucun gène qui pourrait coder pour une caspase. À la place, on retrouve un gène unique codant pour une métacaspase. Une prédiction de la structure secondaire de la métacaspase montre que cette métacaspase a un domaine catalytique contenant la dyade histidine/cystéine présente dans les caspases et les autres métacaspases décrites chez les plantes et la levure. Les métacaspases sont aussi présentes dans d'autres parasites protozoaires tels que Trypanosome et Plasmodium, mais ne sont pas présentes dans les cellules de mammifères, ce qui en fait des cibles intéressantes pour le développement de drogue. Dans la levure, Saccharomyces cerevisiae, la métacaspase YCA1 est impliquée dans la mort des cellules âgées, la mort des cellules défectueuses dans certaines fonctions biologiques et dans les cellules exposées à différents stress environnementaux. Dans cette étude, une complémentation hétérologue fonctionnelle d'un mutant de la levure déficient en YCA1 par le gène LmjMCA de L. major lors de l'induction de ta mort par stress oxydatif a été évaluée. Nos résultats montrent que LmjMCA peut remplacer YGA1 dans le programme de mort cellulaire chez la levure et que celte fonction dépend de son activité catalytique. De plus, LmjMCA subit une auto clivage comme les caspases mais n'exhibe aucune spécificité pour les substrats des caspases. Au contraire, LmjMCA est active envers des substrats ayant une arginine en position P1, son activité étant détruite suite à des changements de son domaine catalytique par les mutations H147A et C202A ou suite à une inhibition para la leupeptine. Afin d'identifier quels pourraient être les substrats, les inhibiteurs ou les molécules interagissant avec LmjMCA, nous avons entrepris un criblage double-hybride en utilisant des librairies de d'ADNc provenant de différents stades du cycle parasitaire. Plusieurs protéines potentiellement impliquées dans un programme de mort cellulaire ont été identifiées comme interagissant avec LmjMCA. Cependant, l'identification de protéines impliquées dans le transport vésiculaire suggère aussi que LmjMCA pourrait avoir un rôle additionnel dans les différents stades du cycle parasitaire. Résumé destiné à un large public: De nos jours, la leishmaniose est la deuxième plus importante maladie parasitaire après la malaria. Malgré les avancées accomplies dans les stratégies de contrôle, près de deux millions de nouveaux cas apparaissent chaque année. Actuellement, la principale stratégie pour faire face à ce problème épidémiologique consiste en un traitement pharmacologique des personnes infectées. Pourtant, seule une dizaine de médicaments, dont la plupart sont toxiques, est disponible pour traiter la leishmaniose et des cas de résistance émergent dans certains pays endémiques. Il devient donc urgent de mettre au point de nouveaux traitements anti-leishmaniens capables d'éliminer le parasite sans effets indésirables sur le patient. Récemment, des caractéristiques morphologiques et biochimiques de la mort cellulaire programmée (MCP) semblables au processus de l'apoptose chez les mammifères ont été décrites dans Leishmania. Cependant, des gènes codant pour des protéines similaires à celles qui sont impliquées dans l'apoptose, comme les caspases, ne se retrouvent pas dans le génome de Leishmanía major. Néanmoins, les espèces de Leishmanía, aussi bien que d'autres parasites protozoaires responsables des trypanosomiases et de la malaria, possèdent des métacaspases qui sont des protéines homologues aux caspases mais qui ne sont pas présentes chez les mammifères. C'est pourquoi, la caractérisation de la métacaspase de Leishmania (LmjMCA) ainsi que ses mécanismes d'activation pourrait être une piste d'investigation intéressante dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans les voies de signalisation de la MCP des parasites protozoaires. Dans la levure, Saccharomyces cerevisiae, la métacaspase YCA1 est impliquée dans la mort des cellules âgées, la mort des cellules défectueuses dans certaines fonctions biologiques et dans les cellules exposées à différents stress environnementaux. Dans cette étude, une complémentation hétérologue fonctionnelle d'un mutant de la levure déficient en YCA1 par le gène LmjMCA de L major lors de l'induction de la mort par stress oxydatif a été évaluée. Nos résultats montrent que LmjMCA peut remplacer YCA1 dans le programme de mort cellulaire chez la levure et que cette fonction dépend de son activité catalytique. De plus, LmjMCA subit une auto clivage comme les caspases mais n'exhibe aucune spécificité pour les substrats des caspases. Au contraire, LmjMCA est active envers des substrats ayant une arginine en position P1, son activité étant détruite suite à des changements de son domaine catalytique par les mutations H147A et C202A ou suite à une inhibition para la leupeptine. Afin d'identifier quels pourraient être les substrats, les inhibiteurs ou les molécules interagissant avec LmjMCA, nous avons entrepris un criblage double-hybride en utilisant des librairies de d'ADNe provenant de différents stades du cycle parasitaire. Plusieurs protéines potentiellement impliquées dans un programme de mort cellulaire ont été identifiées comme interagissant avec LmjMCA. Cependant, l'identification de protéines impliquées dans le transport vésiculaire suggère aussi que LmjMCA pourrait avoir un rôle additionnel dans les différents stades du cycle parasitaire. Resumen destinado al público en general: La leishmaniasis es la segunda enfermedad parasitaria más importante en el mundo actual. Aproximadamente 2 millones de nuevos casos ocurren cada año a pesar de los avances logrados en el desarrollo de nuevos métodos de control. El tratamiento farmacológico de las personas infectadas es actualmente la principal estrategia de control, sin embargo, menos de una decena de medicamentos se encuentran disponibles en el mercado, la mayoría de ellos son tóxicos, y ya empiezan a encontrarse parásitos resistentes en algunos países endémicos para la leishmaniasis. El desarrollo de nuevos medicamentos capaces de eliminar los parásitos sin producir efectos indeseables en los humanos, es una necesidad inminente. Recientemente, algunas de las características morfológicas y bioquímicas de la muerte celular programada (MCP) similares al proceso de la apoptosis en mamíferos, han sido descritas en parasitos de Leishmania. Sin embargo, genes que codifiquen proteínas similares a aquellas involucradas en la apoptosis, como las caspasas, no se encuentran en el genoma de Leishmania major. AI contrario, las especies de Leishmania, así como de los otros parásitos responsables de la tripanosomiasis y de la malaria, poseen metacaspases, proteínas homologas a las caspases pero que no están presentes en las células de mamíferos. La caracterización de la metacaspasa de L. major y de sus mecanismos de activación constituye, por lo tanto, un área de investigación interesante para la identificación de nuevos blancos terapéuticos en el proceso de MCP de los parásitos protozoarios. En la levadura Saccharomyces cerevisiae, la metacaspasa YCA1 ha sido descrita como implicada en la muerte de células envejecidas, células defectuosas en algunas funciones biológicas, y en células expuestas a diferentes tipos de estrés ambiental. En el presente estudio se evaluó la complementación heteróloga funcional de una levadura mutante deficiente en YCA1 con el gen de metacaspase de L. major (LmjMCA) en la MCP inducida por estrés oxidativo. Nuestros resultados muestran que la LmjMCA puede reemplazarla YCA1 en la MCP de la levadura dependiente de su actividad catalítica y que la LmjMCA se auto-procesa similar a las caspasas. Sin embargo, LmjMCA no reconoce los substratos de caspasas sino substratos con una arginina en ta posición P1. Dicha actividad enzimática fue abolida con la inducción de las mutaciones puntuales H147A y C202A en la díada catalítica de LmjMCA y con la adición de leupeptina, un inhibidor con arginina. Con el fin de identificar proteínas que pudieran funcionar como substratos, inhibidores o moléculas modificadoras de LmjMCA, se aplicó el método de doble-híbrido en levadura con bibliotecas de ADNc provenientes de diferentes estadios del ciclo de vida del parásito. Algunas proteínas potencialmente implicadas. en la MCP del parásito fueron identiñcadas interactuando con LmjMCA. La identificación de otras proteínas involucradas en transporte vesicular sugiere que la LmjMCA podría tener una función biológica adicional en los diferentes estadios del ciclo de vida dei parásito.

Protective Efficacy of Individual CD8+ T Cell Specificities in Chronic Viral Infection.

Specific CD8(+) T cells (CTLs) play an important role in resolving protracted infection with hepatitis B and C virus in humans and lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) in mice. The contribution of individual CTL specificities to chronic virus control, as well as epitope-specific patterns in timing and persistence of antiviral selection pressure, remain, however, incompletely defined. To monitor and characterize the antiviral efficacy of individual CTL specificities throughout the course of chronic infection, we coinoculated mice with a mixture of wild-type LCMV and genetically engineered CTL epitope-deficient mutant virus. A quantitative longitudinal assessment of viral competition revealed that mice continuously exerted CTL selection pressure on the persisting virus population. The timing of selection pressure characterized individual epitope specificities, and its magnitude varied considerably between individual mice. This longitudinal assessment of "antiviral efficacy" provides a novel parameter to characterize CTL responses in chronic viral infection. It demonstrates remarkable perseverance of all antiviral CTL specificities studied, thus raising hope for therapeutic vaccination in the treatment of persistent viral diseases.

Jasmonate controls polypeptide patterning in undamaged tissue in wounded Arabidopsis leaves.

Wounding initiates a strong and largely jasmonate-dependent remodelling of the transcriptome in the leaf blades of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). How much control do jasmonates exert on wound-induced protein repatterning in leaves? Replicated shotgun proteomic analyses of 2.5-mm-wide leaf strips adjacent to wounds revealed 106 differentially regulated proteins. Many of these gene products have not emerged as being wound regulated in transcriptomic studies. From experiments using the jasmonic acid (JA)-deficient allene oxide synthase mutant we estimated that approximately 95% of wound-stimulated changes in protein levels were deregulated in the absence of JA. The levels of two tonoplast proteins already implicated in defense response regulation, TWO-PORE CHANNEL1 and the calcium-V-ATPase ACA4 increased on wounding, but their transcripts were not wound inducible. The data suggest new roles for jasmonate in controlling the levels of calcium-regulated pumps and transporters, proteins involved in targeted proteolysis, a putative bacterial virulence factor target, a light-dependent catalyst, and a key redox-controlled enzyme in glutathione synthesis. Extending the latter observation we found that wounding increased the proportion of oxidized glutathione in leaves, but only in plants able to synthesize JA. The oxidizing conditions generated through JA signaling near wounds help to define the cellular environment in which proteome remodelling occurs.

Alpha 3 domain mutants of peptide/MHC class I multimers allow the selective isolation of high avidity tumor-reactive CD8 T cells.

The goal of adoptive T cell therapy in cancer is to provide effective antitumor immunity by transfer of selected populations of tumor Ag-specific T cells. Transfer of T cells with high TCR avidity is critical for in vivo efficacy. In this study, we demonstrate that fluorescent peptide/MHC class I multimeric complexes incorporating mutations in the alpha3 domain (D227K/T228A) that abrogate binding to the CD8 coreceptor can be used to selectively isolate tumor Ag-specific T cells of high functional avidity from both in vitro expanded and ex vivo T cell populations. Sorting, cloning, and expansion of alpha3 domain mutant multimer-positive CD8 T cells enabled rapid selection of high avidity tumor-reactive T cell clones. Our results are relevant for ex vivo identification and isolation of T cells with potent antitumor activity for adoptive T cell therapy.

Helicase-defective RuvB(D113E) promotes RuvAB-mediated branch migration in vitro.

In Escherichia coli, the RuvA and RuvB proteins interact at Holliday junctions to promote branch migration leading to the formation of heteroduplex DNA. RuvA provides junction-binding specificity and RuvB drives ATP-dependent branch migration. Since RuvB contains sequence motifs characteristic of a DNA helicase and RuvAB exhibit helicase activity in vitro, we have analysed the role of DNA unwinding in relation to branch migration. A mutant RuvB protein, RuvB(D113E), mutated in helicase motif II (the DExx box), has been purified to homogeneity. The mutant protein forms hexameric rings on DNA similar to those formed by wild-type protein and promotes branch migration in the presence of RuvA. However, RuvB(D113E) exhibits reduced ATPase activity and is severely compromised in its DNA helicase activity. Models for RuvAB-mediated branch migration that invoke only limited DNA unwinding activity are proposed.

Role of ATH5 in the specification of retinal ganglion cells and expression and cell compartmentalization of EFEMP1, a protein associated with Malattia Leventinese

ABSTRACT : The development of the retina is a very complex process, occurring through the progressive restriction of cell fates, from pluripotent cell populations to complex tissues and organs. In all vertebrate species analyzed so far, retinal differentiation starts with the generation of retinal ganglion cells (RGC)s. One of the documented key essential events in the specification of RGCs is the expression of ATHS, an atonal homolog encoding a bHLH transcription factor. Despite the putative role of master regulator of RGC differentiation, the mechanism of integrating its functions into a coherent program underlying the production of this subclass of retinal neurons has not yet been elucidated. By using chromatin immunoprecipitation combined with microarray (ChIP-on-chip) we have screened for ATH5 direct targets in the developing chick retina at two consecutive periods: E3.5 (stage HH22) and E6 (stage HH30), covering the stages of progenitor proliferation, neuroepithelium patterning, RGC specification, cell cycle exit and early neuronal differentiation. In parallel, complementary analysis with Affymetrix expression microarrays was conducted. We compared RGCs versus retina to see if the targets correspond to genes preferentially expressed in RGCs. We also precociously overexpressed ATH5 in the retina of individual embryo, and contralateral retina vas used as a control. Our integrated approach allowed us to establish a compendium of ATH5-targets and enabled us to position ATH5 in the transcription network underlying neurogenesis in the retina. Malattia Leventinese (ML) is an autosomal, dominant retinal dystrophy characterized by extracellular, amorphous deposits known as drusen, between the retinal pigment epithelium (RPE) and Bruch's membrane. On the genetic level, it has been associated with a single missense mutation (R345W) in a widely expressed gene with unknown function called EFEMP1. We determined expression patterns of the EFEMP1 gene in normal and ML human retinas. Our data shown that the upregulation of EFEMP1 is not specific to ML eye, except for the region of the ciliary body. We also analyzed the cell compartmentalization of different versions of the protein (both wild type and mutant). Our studies indicate that both abnormal expression of the EFEMP1 gene and mutation and accumulation of EFEMP 1 protein (inside or outside the cells) might contribute to the ML pathology. Résumé : 1er partie : L'ontogenèse de la rétine est un processus complexe au cours duquel des cellules progénitrices sont engagée, par vagues successives, dans des lignées où elles vont d'abord être déterminées puis vont se différencier pour finalement construire un tissu rétinien composé de cinq classes de neurones (les photorécepteurs, les cellules horizontales, bipolaires, amacrines et ganglionnaires) et d'une seule de cellules gliales (les cellules de Muller). Chez tous les vertébrés, la neurogenèse rétinienne est d'abord marquée par la production des cellules ganglionnaires (RGCs). La production de cette classe de neurone est liée à l'expression du gène ATH5 qui est un homologue du gène atonal chez la Drosophile et qui code pour un facteur de transcription de la famille des protéines basic Helix-Loop-Helix (bHLH). Malgré le rôle central que joue ATH5 dans la production des RGCs, le mécanisme qui intègre la fonction de cette protéine dans le programme de détermination neuronale et ceci en relation avec le développement de la rétine n'est pas encore élucidé. Grâce à une technologie qui permet de combiner la sélection de fragments de chromatine liant ATH5 et la recherche de séquences grâce à des puces d'ADN non-codants (ChIP-on-chip), nous avons recherché des cibles potentielles de la protéine ATH5 dans la rétine en développement. Nous avons conduit cette recherche à deux stades de développement de manière à englober la phase de prolifération cellulaire, la détermination des RGCs, la sortie du cycle cellulaire ainsi que les premières étapes de la différentiation de ces neurones. Des expériences complémentaires nous ont permis de définir les patrons d'expression des gènes sélectionnés ainsi que l'activité promotrice des éléments de régulation identifiés lors de notre criblage. Ces approches expérimentales diverses et complémentaires nous ont permis de répertorier des gènes cibles de la protéine ATH5 et d'établir ainsi des liens fonctionnels entre des voies métaboliques dont nous ne soupçonnions pas jusqu'alors qu'elles puissent être associées à la production d'une classe de neurones centraux. 2ème partie : Malattia Leventinese (ML) est une maladie génétique qui engendre une dystrophie de la rétine. Elle se caractérise par l'accumulation de dépôt amorphe entre l'épithélium pigmentaire et la membrane de Bruch et connu sous le nom de drusen. Cette maladie est liée à une simple mutation non-sens (R345W) dans un gène dénommé EFEMP1 qui est exprimé dans de nombreux tissus mais dont la fonction reste mal définie. Une étude détaillée de l'expression de ce gène dans des rétines humaines a révélé une expression à un niveau élevé du gène EFEMP1 dans divers tissus de l'oeil ML mais également dans des yeux contrôles. Alors que l'accumulation d'ARN messager EFEMP1 dans les cellules de l'épithélium pigmentaire n'est pas spécifique à ML, l'expression de ce gène dans le corps cilié n'a été observée que dans l'oeil ML. Nous avons également comparé la sécrétion de la protéine sauvage avec celle porteuse de la mutation. En résumé, notre étude révèle que le niveau élevé d'expression du gène EFEMP1 ainsi que l'accumulation de la protéine dans certains compartiments cellulaires pourraient contribuer au développement de pathologies rétiniennes liées à ML.

Functional analysis of a conserved DNA methyltransferase in caulobacter crescentus

CcrM is a DNA methyltransferase that methylates the adenine in GANTC motifs in the chromo-some of the bacterial model Caulobacter crescentus. The loss of the CcrM homolog is lethal in C. crescentus and in several other species of Alphaproteobacteria. In this research, we used different experimental and bioinformatic approaches to determine why CcrM is so critical to the physiology of C. crescentus. We first showed that CcrM is a resident orphan DNA methyltransferase in non-Rickettsiales Alphaproteobacteria and that its gene is strictly conserved in this clade (with only one ex¬ception among the genomes sequenced so far). In C. crescentus, cells depleted in CcrM in rich medium quickly lose viability and present an elongated phenotype characteristic of an im¬pairment in cell division. Using minimal medium instead of rich medium as selective and main¬tenance substrate, we could generate a AccrM mutant that presents a viability comparable to the wild type strain and only mild morphological defects. On the basis of a transcriptomic ap¬proach, we determined that several genes essential for cell division were downregulated in the AccrM strain in minimal medium. We offered decisive arguments to support that the efficient transcription of two of these genes, ftsZ and mipZ, coding respectively for the Z-ring forming GTPase FtsZ and an inhibitor of FtsZ polymerization needed for the correct positioning of the Z- ring at mid-cell, requires the methylation of an adenine in a conserved GANTC motif located in their core promoter region. We propose a model, according to which the genome of C. crescentus encodes a transcriptional activator that requires a methylated adenine in a GANTC context to bind to DNA and suggest that this transcriptional regulator might be the global cell-cycle regulator GcrA. In addition, combining a classic genetic approach and in vitro evolution experiments, we showed that the mortality and cell division defects of the AccrM strain in rich medium are mainly due to limiting intracellular levels of the FtsZ protein. We also studied the dynamics of GANTC methylation in C. crescentus using the SMRT technol¬ogy developed by Pacific Biosciences. Our findings support the commonly accepted model, accord¬ing to which the methylation state of GANTC motifs varies during the cell cycle of C. crescentus: before the initiation of DNA replication, the GANTC motifs are fully-methylated (methylated on both strands); when the DNA gets replicated, the GANTC motifs become hemi-methylated (methyl¬ated on one strand only) and this occurs at different times during replication for different loci along the chromosome depending on their position relative to the origin of replication; the GANTC mo¬tifs are only remethylated after DNA replication has finished as a consequence of the massive and short-lived expression of CcrM in predivisional cells. About 30 GANTC motifs in the C. crescentus chromosome were found to be undermethylated in most of the bacterial population; these might be protected from CcrM activity by DNA binding proteins and some of them could be involved in methylation-based bistable transcriptional switches. - CcrM est une ADN méthyltransférase qui méthyle les adénines dans le contexte GANTC dans le génome de la bactérie modèle Caulobacter crescentus. La perte de l'homologue de CcrM chez C. crescentus et chez plusieurs autres espèces d'Alphaproteobactéries est létale. Dans le courant de cette recherche, nous tentons de déterminer pourquoi la protéine CcrM est cruciale pour la survie de C. crescentus. Nous démontrons d'abord que CcrM est une adénine méthyltransférase orpheline résidente, dont le gène fait partie du génome minimal partagé par les Alphaprotéobactéries non-Rickettsiales (à une exception près). Lorsqu'une souche de C. crescentus est privée de CcrM, sa viabilité décroît rapi¬dement et ses cellules présentent une morphologie allongée qui suggère que la division cellulaire est inhibée. Nous sommes parvenus à créer une souche AccrM en utilisant un milieu minimum, au lieu du milieu riche classiquement employé, comme milieu de sélection et de maintenance pour la souche. Lorsque nous avons étudié le transcriptome de cette souche de C. crescentus privée de CcrM, nous avons pu constater que plusieurs gènes essentiels pour le bon déroulement de la division cellulaire bactérienne étaient réprimés. En particulier, l'expression adéquate des gènes ftsZ et mipZ - qui codent, respectivement, pour FtsZ, la protéine qui constitue, au milieu de la cellule, un anneau protéique qui initie le processus de division et pour MipZ, un inhibiteur de la polymérisation de FtsZ qui est indispensable pour le bon positionnement de l'anneau FtsZ - est dépendante de la présence d'une adénine méthylée dans un motif GANTC conservé situé dans leur région promotrice. Nous présentons un modèle selon lequel le génome de C. crescentus code pour un facteur de transcription qui exige la présence d'une adénine méthylée dans un contexte GANTC pour s'attacher à l'ADN et nous suggérons qu'il pourrait s'agir du régulateur global du cycle cellulaire GcrA. En outre, nous montrons, en combinant la génétique classique et une approche basée sur l'évolution expérimentale, que la mortalité et l'inhibition de la division cellulaire caractéristiques de la souche àccrMeη milieu riche sont dues à des niveaux excessivement bas de protéine FtsZ. Nous avons aussi étudié la dynamique de la méthylation du chromosome de C. crescentus sur la base de la technologie SMRT développée par Pacific Biosciences. Nous confirmons le modèle communément accepté, qui affirme que l'état de méthylation des motifs GANTC change durant le cycle cellulaire de C. crescentus: les motifs GANTC sont complètement méthylés (méthylés sur les deux brins) avant de début de la réplication de l'ADN; ils deviennent hémi-méthylés (méthylés sur un brin seulement) une fois répliqués, ce qui arrive à différents moments durant la réplication pour différents sites le long du chromosome en fonction de leur position par rapport à l'origine de répli-cation; finalement, les motifs GANTC sont reméthylés après la fin de la réplication du chromosome lorsque la protéine CcrM est massivement, mais très transitoirement, produite. Par ailleurs, nous identifions dans le chromosome de C. crescentus environ 30 motifs GANTC qui restent en perma-nence non-méthylés dans une grande partie de la population bactérienne; ces motifs sont probable-ment protégés de l'action de CcrM par des protéines qui s'attachent à l'ADN et certains d'entre eux pourraient être impliqués dans des mécanismes de régulation générant une transcription bistable.

Long-distance wound signalling in arabidopsis

The leaves of all plants use elaborate and inducible defence systems to protect themselves. A wide variety of such defences are known and they include defence chemicals such as alkaloids, phenolics and terpenes, physical structures ranging from fibre cells to silica deposits, and a wide variety of defence proteins many of which target digestive processes in herbivores. It has long been known that the defence responses of plants under attack by insects are not restricted to the site of attack. Instead, if a leaf is damaged, defence can be triggered in other parts of the plant body, for example in distal leaves or even in roots and flowers. This raises the question of what are the organ-to-organ signals that coordinate this process. Several hypotheses have been proposed. These include the long-distance transfer of chemical signals through the plant vasculature, hydraulic signals that may transit through the xylem, and electrical signals that would move through living tissues such as the phloem. Much evidence for each of these scenarios has been published. In this thesis we took advantage of the fact that many plant defence responses are regulated by a signal transduction pathway based on a molecule called jasmonic acid. We used this molecule, one of its derivatives (jasmonoyl-isoleucine), and some of the genes it regulates as markers. Using these we investigated the possible role of the electrical signals in the leaf- to-leaf activation of the jasmonate pathway. We found that feeding insects stimulate easily detected electrical activity in the leaves of Arabidopsis thaliana and we used non-invasive surface electrodes to record this activity. This approach showed that jasmonate pathway activity and the electrical activity provoked by mechanical wounding occurred within identical spatial boundaries. Measurements of the apparent speed of surface potentials agreed well with previous velocity estimates for the speed of leaf-to-leaf signals that activate the jasmonate pathway. Using this knowledge we were able to investigate the effects of current injection into Arabidopsis leaves. This resulted in the strong expression of many jasmonate-regulated genes. All these results showed that electrical activity and the activation of jasmonate signalling were highly correlated. In order to test for possible causal links between the two processes, we conducted a small-scale reverse genetic screen on a series of T-DNA insertion mutants in ion channel genes and in other genes encoding proteins such as proton pumps. This screen, which was based on surface potential measurements, revealed that mutations in genes related to ionotropic glutamate receptors in animals had impaired electrical activity after wounding. Combining mutation of two of these glutamate-receptor-like genes in a double mutant reduced the response of leaves to current injection. When a leaf of this double mutant was wounded it failed to transmit a long-distance signal to a distal leaf. This result distinguished the double mutant from the wild-type plant and provides the first genetic evidence that electrical signalling is necessary to coordinate defence responses between organs in plants. - Les feuilles des plantes disposent de systèmes de défense inductibles très élaborés. Un grand nombre de ces systèmes de défenses sont connus et sont basés sur des composés chimiques comme les alcaloïdes, les composés phénoliques ou les terpènes, des systèmes physiques allant de la production de cellules fibreuses aux cristaux de silice ainsi qu'un grand nombre de protéines de défense ciblant le processus digestif des herbivores. Il est connu dépuis longtemps que la réponse défensive de la plante face à l'attaque pas un insecte n'est pas seulement localisée au niveau de la zone d'attaque. A la place, si une feuille est attaquée, les systèmes de défense peuvent être activés ailleurs dans la plante, comme par exemple dans d'autres feuilles, les racines ou même les fleurs. Ces observations soulèvent la question de la nature des signaux d'organes à organes qui régulent ces systèmes. Plusieurs hypothèses ont été formulées; une ou plusieures molécules pourraient être véhiculées dans la plante grâce au système vasculaire, un signal hydraulique transmis au travers du xylème ou encore des signaux électriques transmis par les cellules comme dans le phloème par exemple. De nombreuses études ont été publiées sur ces différentes hypothèses. Dans ce travail de thèse, nous avons choisi d'utiliser à notre avantage le fait que de nombreuses réponses de défense de la plante sont régulées par une même voie de signalisation utilisant l'acide jasmonique. Nous avons utilisé comme marqueurs cette molécule, un de ses dérivés (le jasmonoyl-isoleucine) ainsi que certains des gènes que l'acide jasmonique régule. Nous avons alors testé l'implication de la transmission de signaux électriques dans l'activation de la voie du jasmonate de feuille à feuille. Nous avons découvert que les insectes qui se nourrissent de feuilles d'Arabidopsis thaliana activent un signal électrique que nous avons pu mesurer grâce à une technique non invasive d'électrodes de surface. Les enregistrements ont montré que la génération de signaux électriques et l'activation de la voie du jasmonate avaient lieu aux mêmes endroits. La mesure de la vitesse de déplacement des impulsions électriques correspond aux estimations faites concernant l'activation de la voie du jasmonate. Grâce à cela, nous avons pu tester l'effet d'injection de courant électrique dans les feuilles d'Arabidopsis. La conséquence a été une forte expression de nombreux gènes de la voie du jasmonate, suggérant une forte corrélation entre l'activité électrique et l'activation de la voie du jasmonate. Afin de tester le lien de cause entre ces deux phénomènes, nous avons entrepris un criblage génétique sur une série de mutants d'insertion à l'ADN-T dans des gènes de canaux ioniques et d'autres gènes d'intérêt comme les gènes des pompes à protons. Ce criblage, basé sur la mesure de potentiels de surface, a permis de montrer que plusieurs mutations de gènes liés aux récepteurs au glutamate ionotropique présentent une baisse drastique de leurs activités électriques après une blessure mécanique des feuilles par rapport au type sauvage. Par la combinaison de deux mutations de ces récepteurs au glutamate en un double mutant, on obtient une réponse à la stimulation électrique encore plus faible. Quand une feuille du double mutant est blessée, elle est incapable de transmettre un signal à longue distance vers une feuille éloignée. Ce résultat permet de distinguer le double mutant de la plante sauvage et amène la première preuve génétique que l'activité électrique est nécessaire pour coordonner les réponses de défense entre les organes chez les plantes.

Neuron-to-neuron wild-type Tau protein transfer through a trans-synaptic mechanism: relevance to sporadic tauopathies.

BACKGROUND: In sporadic Tauopathies, neurofibrillary degeneration (NFD) is characterised by the intraneuronal aggregation of wild-type Tau proteins. In the human brain, the hierarchical pathways of this neurodegeneration have been well established in Alzheimer's disease (AD) and other sporadic tauopathies such as argyrophilic grain disorder and progressive supranuclear palsy but the molecular and cellular mechanisms supporting this progression are yet not known. These pathways appear to be associated with the intercellular transmission of pathology, as recently suggested in Tau transgenic mice. However, these conclusions remain ill-defined due to a lack of toxicity data and difficulties associated with the use of mutant Tau. RESULTS: Using a lentiviral-mediated rat model of hippocampal NFD, we demonstrated that wild-type human Tau protein is axonally transferred from ventral hippocampus neurons to connected secondary neurons even at distant brain areas such as olfactory and limbic systems indicating a trans-synaptic protein transfer. Using different immunological tools to follow phospho-Tau species, it was clear that Tau pathology generated using mutated Tau remains near the IS whereas it spreads much further using the wild-type one. CONCLUSION: Taken together, these results support a novel mechanism for Tau protein transfer compared to previous reports based on transgenic models with mutant cDNA. It also demonstrates that mutant Tau proteins are not suitable for the development of experimental models helpful to validate therapeutic intervention interfering with Tau spreading.

A gating mutation in the internal pore of ASIC1a.

Using a substituted cysteine accessibility scan, we have investigated the structures that form the internal pore of the acid-sensing ion channel 1a. We have identified the amino acid residues Ala-22, Ile-33, and Phe-34 in the amino terminus and Arg-43 in the first transmembrane helix, which when mutated into cysteine, were modified by intracellular application of MTSET, resulting in channel inhibition. The inhibition of the R43C mutant by internal MTSET requires opening of the channel. In addition, binding of Cd2+ ions to R43C slows the channel inactivation. This indicates that the first transmembrane helix undergoes conformational changes during channel inactivation. The effect of Cd2+ on R43C can be obtained with Cd2+ applied at either the extracellular or the intracellular side, indicating that R43C is located in the channel pore. The block of the A22C, I33C, and F34C mutants by MTSET suggests that these residues in the amino terminus of the channel also participate to the internal pore.

Proteostasis of aging and stem cells

Estudi realitzat a partir d’una estada a la the Salk Institute, Estats Units, entre 2010 i 2012. L'estabilitat del genoma és essencial per a la supervivència de les cèl • lules mare, però, l'estabilitat del proteoma pot tenir un paper igualment important en la identitat de cèl • lules mare i la seva funció. La nostra hipòtesi és que les cèl • lules mare tenen la capacitat de proteostasis augmentada en comparació amb els seus homòlegs diferenciats i ens varem preguntar si l'activitat del proteasoma és diferent a les cèl • lules mare embrionàries humanes (hESCs). En particular, els nostres resultats mostren que les poblacions de cèl• lules mare presenten una activitat del proteasoma que es correlaciona amb majors nivells de la subunitat 19S del proteasoma PSMD11/RPN-6 i un corresponent augment del ensamblatge del 26S/30S proteasoma. L'expressió ectòpica de PSMD11 és suficient per augmentar l'activitat del proteasoma. Sorprenentment, varem trobar que la llarga vida del GLP-1 C. elegans mutant té també un augment dramàtic en l'activitat del proteasoma associat a nivells augmentats en l'expressió de RPN-6. El factor de transcripció DAF-16 és essencial per l'augment de la longevitat de GLP-1 i els cucs mutants que trobem DAF-16 necessari per a l'augment d'expressió de RPN-6 i, per tant, per l'activació de l'activitat del proteasoma en GLP-1 mutant animals. Una possibilitat interessant és que els gens que regulen la vida i la resistència a l'estrès en C. elegans poden també regular la funció hESCs de mamífer, cèl • lules que son considerades immortals. Aquests resultats ens van portar a la conclusió de que FOXO4, un factor de transcripció sensible a la insulina/IGF-1, regula l'activitat del proteasoma en hESCs, el que suggereix un paper per FOXO4 en la funció d’aquestes cèl • lules. En efecte, FOXO4 es necessari per a la diferenciació en llinatges neuronals de les hESCs. Els nostres resultats estableixen una nova regulació de laproteostasis en hESCs que uneix la longevitat i la resistència a l'estrès en invertebrats amb la funció i identitat de les hESCs.

Altered growth in male peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARgamma) heterozygous mice: involvement of PPARgamma in a negative feedback regulation of growth hormone action.

The peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARgamma) plays a major role in fat tissue development and physiology. Mutations in the gene encoding this receptor have been associated to disorders in lipid metabolism. A thorough investigation of mice in which one PPARgamma allele has been mutated reveals that male PPARgamma heterozygous (PPARgamma +/-) mice exhibit a reduced body size associated with decreased body weight, reflecting lean mass reduction. This phenotype is reproduced when treating the mice with a PPARgamma- specific antagonist. Monosodium glutamate treatment, which induces weight gain and alters body growth in wild-type mice, further aggravates the growth defect of PPARgamma +/- mice. The levels of circulating GH and that of its downstream effector, IGF-I, are not altered in mutant mice. However, the IGF-I mRNA level is decreased in white adipose tissue (WAT) of PPARgamma +/- mice and is not changed by acute administration of recombinant human GH, suggesting an altered GH action in the mutant animals. Importantly, expression of the gene encoding the suppressor of cytokine signaling-2, which is an essential negative regulator of GH signaling, is strongly increased in the WAT of PPARgamma +/- mice. Although the relationship between the altered GH signaling in WAT and reduced body size remains unclear, our results suggest a novel role of PPARgamma in GH signaling, which might contribute to the metabolic disorder affecting insulin signaling in PPARgamma mutant mice.

Analyses of a novel SCN5A mutation (C1850S): conduction vs. repolarization disorder hypotheses in the Brugada syndrome.

AIMS: Brugada syndrome (BrS) is characterized by arrhythmias leading to sudden cardiac death. BrS is caused, in part, by mutations in the SCN5A gene, which encodes the sodium channel alpha-subunit Na(v)1.5. Here, we aimed to characterize the biophysical properties and consequences of a novel BrS SCN5A mutation. METHODS AND RESULTS: SCN5A was screened for mutations in a male patient with type-1 BrS pattern ECG. Wild-type (WT) and mutant Na(v)1.5 channels were expressed in HEK293 cells. Sodium currents (I(Na)) were analysed using the whole-cell patch-clamp technique at 37 degrees C. The electrophysiological effects of the mutation were simulated using the Luo-Rudy model, into which the transient outward current (I(to)) was incorporated. A new mutation (C1850S) was identified in the Na(v)1.5 C-terminal domain. In HEK293 cells, mutant I(Na) density was decreased by 62% at -20 mV. Inactivation of mutant I(Na) was accelerated in a voltage-dependent manner and the steady-state inactivation curve was shifted by 11.6 mV towards negative potentials. No change was observed regarding activation characteristics. Altogether, these biophysical alterations decreased the availability of I(Na). In the simulations, the I(to) density necessary to precipitate repolarization differed minimally between the two genotypes. In contrast, the mutation greatly affected conduction across a structural heterogeneity and precipitated conduction block. CONCLUSION: Our data confirm that mutations of the C-terminal domain of Na(v)1.5 alter the inactivation of the channel and support the notion that conduction alterations may play a significant role in the pathogenesis of BrS.

Anaerobic activation of the entire denitrification pathway in Pseudomonas aeruginosa requires Anr, an analog of Fnr.

The Pseudomonas aeruginosa gene anr, which encodes a structural and functional analog of the anaerobic regulator Fnr in Escherichia coli, was mapped to the SpeI fragment R, which is at about 59 min on the genomic map of P. aeruginosa PAO1. Wild-type P. aeruginosa PAO1 grew under anaerobic conditions with nitrate, nitrite, and nitrous oxide as alternative electron acceptors. An anr deletion mutant, PAO6261, was constructed. It was unable to grow with these alternative electron acceptors; however, its ability to denitrify was restored upon the introduction of the wild-type anr gene. In addition, the activities of two enzymes in the denitrification pathway, nitrite reductase and nitric oxide reductase, were not detectable under oxygen-limiting conditions in strain PAO6261 but were restored when complemented with the anr+ gene. These results indicate that the anr gene product plays a key role in anaerobically activating the entire denitrification pathway.

Pharmacological stimulation of edar signaling in the adult enhances sebaceous gland size and function.

Impaired ectodysplasin A (EDA) receptor (EDAR) signaling affects ectodermally derived structures including teeth, hair follicles, and cutaneous glands. The X-linked hypohidrotic ectodermal dysplasia (XLHED), resulting from EDA deficiency, can be rescued with lifelong benefits in animal models by stimulation of ectodermal appendage development with EDAR agonists. Treatments initiated later in the developmental period restore progressively fewer of the affected structures. It is unknown whether EDAR stimulation in adults with XLHED might have beneficial effects. In adult Eda mutant mice treated for several weeks with agonist anti-EDAR antibodies, we find that sebaceous gland size and function can be restored to wild-type levels. This effect is maintained upon chronic treatment but reverses slowly upon cessation of treatment. Sebaceous glands in all skin regions respond to treatment, although to varying degrees, and this is accompanied in both Eda mutant and wild-type mice by sebum secretion to levels higher than those observed in untreated controls. Edar is expressed at the periphery of the glands, suggesting a direct homeostatic effect of Edar stimulation on the sebaceous gland. Sebaceous gland size and sebum production may serve as biomarkers for EDAR stimulation, and EDAR agonists may improve skin dryness and eczema frequently observed in XLHED.