Expression of the glucagon-like peptide-1 receptor gene in rat brain.

Evidence that glucagon-like peptide-1 (GLP-1) (7-36) amide functions as a novel neuropeptide prompted us to study the gene expression of its receptor in rat brain. Northern blot analysis showed transcripts of similar size in RINm5F cells, hypothalamus, and brain-stem. First-strand cDNA was prepared by using RNA from hypothalamus, brainstem, and R1Nm5F cells and subsequently amplified by PCR. Southern blot analysis of the PCR products showed a major 1.4-kb band in all these preparations. PCR products amplified from hypothalamus were cloned, and the nucleotide sequence of one strand was identical to that described in rat pancreatic islets. In situ hybridization studies showed specific labeling in both neurons and glia of the thalamus, hypothalamus, hippocampus, primary olfactory cortex, choroid plexus, and pituitary gland. In the hypothalamus, ventromedial nuclei cells were highly labeled. These findings indicate that GLP-1 receptors are actually synthesized in rat brain. In addition, the colocalization of GLP-1 receptors, glucokinase, and GLUT-2 in the same areas supports the idea that these cells play an important role in glucose sensing in the brain.

A functional microsatellite of the macrophage migration inhibitory factor gene associated with meningococcal disease.

Macrophage migration inhibitory factor (MIF) is an abundantly expressed proinflammatory cytokine playing a critical role in innate immunity and sepsis and other inflammatory diseases. We examined whether functional MIF gene polymorphisms (-794 CATT(5-8) microsatellite and -173 G/C SNP) were associated with the occurrence and outcome of meningococcal disease in children. The CATT(5) allele was associated with the probability of death predicted by the Pediatric Index of Mortality 2 (P=0.001), which increased in correlation with the CATT(5) copy number (P=0.04). The CATT(5) allele, but not the -173 G/C alleles, was also associated with the actual mortality from meningoccal sepsis [OR 2.72 (1.2-6.4), P=0.02]. A family-based association test (i.e., transmission disequilibrium test) performed in 240 trios with 1 afflicted offspring indicated that CATT(5) was a protective allele (P=0.02) for the occurrence of meningococcal disease. At baseline and after stimulation with Neisseria meningitidis in THP-1 monocytic cells or in a whole-blood assay, CATT(5) was found to be a low-expression MIF allele (P=0.005 and P=0.04 for transcriptional activity; P=0.09 and P=0.09 for MIF production). Taken together, these data suggest that polymorphisms of the MIF gene affecting MIF expression are associated with the occurrence, severity, and outcome of meningococcal disease in children.

Genetic polymorphism of CCR5 gene and HIV disease: the heterozygous (CCR5/delta ccr5) genotype is neither essential nor sufficient for protection against disease progression. Swiss HIV Cohort.

Homozygous (delta ccr5/delta ccr5) and heterozygous (CCR5/delta ccr5) deletions in the beta-chemokine receptor 5 (CCR5) gene, which encodes for the major co-receptor for macrophage-tropic HIV-1 entry, have been implicated in resistance to HIV infection and in protection against disease progression, respectively. The CCR5/delta ccr5 genotype was found more frequently in long-term nonprogressors (LTNP) (31.0%) than in progressors (10.6%, p < 0.0001), in agreement with previous studies. Kaplan-Meier survival analyses showed that a slower progression of disease, i.e. higher proportion of subjects with CD4+ T cell counts > 500/microl (p = 0.0006) and a trend toward a slower progression to AIDS (p = 0.077), was associated with the CCR5/delta ccr5 genotype. However, when LTNP were analyzed separately, no significant differences in CD4+ T cell counts (p = 0.12) and viremia levels (p = 0.65) were observed between the wild-type (69% of LTNP) and the heterozygous (31.0%) genotypes. Therefore, there are other factors which play a major role in determining the status of nonprogression in the majority of LTNP. Furthermore, there was no evidence that the CCR5/delta ccr5 genotype was associated with different rates of disease progression in the group of progressors. Taken together, these results indicate that the CCR5/delta ccr5 genotype is neither essential nor sufficient for protection against the progression of HIV disease.

CX3CR1 is a modifying gene of survival and progression in Amyotrophic Lateral Sclerosis

The objective of this study was to investigate the association of functional variants of the human CX3CR1 gene (Fractalkine receptor) with the risk of Amyotrophic Lateral Sclerosis disease (ALS), the survival and the progression rate of the disease symptoms in a Spanish ALS cohort. 187 ALS patients (142sporadic [sALS] and 45 familial) and 378 controls were recruited. We investigated CX3CR1 V249I (rs3732379) and T280M (rs3732378) genotypes and their haplotypes as predictors of survival, the progression rate of the symptoms (as measured by ALSFRS-R and FVC decline) and the risk of suffering ALS disease. The results indicated that sALS patients with CX3CR1 249I/I or 249V/I genotypes presented a shorter survival time (42.21±4.82) than patients with 249V/V genotype (67.48±7.28; diff=-25.27 months 95%CI [-42.09,-8.45]; p=0.003). The survival time was shorter in sALS patients with spinal topography and CX3CR1 249I alleles (diff -29.78 months; 95%CI [-49.42,-10.14]; p=0.003). The same effects were also observed in the spinal sALS patients with 249I-280M haplotype (diff=-27.23 months; 95%CI [-49.83,-4.64]; p=0.018). In the sALS group, the CX3CR1 249I variant was associated with a faster progression of the disease symptoms (OR= 2.32; 95IC%[1.24, 4.33]; p=0.007). There was no evidence for association of these two CX3CR1 variants with ALS disease risk. The association evidenced herein is clinically relevant and indicates that CX3CR1 could be a disease-modifying gene in sALS. The progression rate of the disease"s symptoms and the survival time is affected in patients with one or two copies of the CX3CR1 249I allele. The CX3CR1 is the most potent ALS survival genetic factor reported to date. These results reinforce the role of the immune system in ALS pathogenesis.

On the transcriptional role of NLRC5 and the function of NLRC5-driven MHC class I expression in the immune system

Major histocompatibility complex (MHC) molecules are of crucial importance for the immune system to recognize and defend the body against external attacks. Foreign antigens are presented by specialized cells, called antigen presenting cells, to T lymphocytes in the context of MHC molecules, thereby inducing T cell activation. In addition, MHC molecules are essential for Natural Killer (NK) cell biology, playing a role in NK cell education and activation. Recently, the NOD-like receptor (NLR) family member NLRC5 (NLR caspase recruitment domain containing protein 5) was found to act as transcriptional regulator of MHC class I, in particular in T and NK cells. Its role in MHC class I expression is however minor in dendritic cells (DCs). This raised the question of whether inflammatory conditions, which augment the levels of NLRC5 in DCs, could increase its contribution to MHC class I expression. Our work shows that MHC class I transcript and intracellular levels depend on NLRC5, while its role in MHC class I surface expression is instead negligible. We describe however a general salvage mechanism that enables cells with low intracellular MHC class I levels to nevertheless maintain relatively high MHC class I on the cell surface. In addition, we lack a thorough understanding of NLRC5 target gene specificity and mechanism of action. Our work delineates the unique consensus sequence in MHC class I promoters required for NLRC5 recruitment and pinpoints conserved features conferring its specificity. Furthermore, through genome-wide analyses, we confirm that NLRC5 regulates classical MHC class I genes and identify novel target genes all encoding non-classical MHC class I molecules exerting an array of functions in immunity and tolerance. We finally asked why a dedicated factor co-regulates MHC class I expression specifically in T and NK lymphocytes. We show that deregulated NLRC5 expression affects the education of NK cells and alters the crosstalk between T and NK cells, leading to NK cell-mediated killing of T lymphocytes. Altogether this thesis work brings insights into molecular and physiological aspects of NLRC5 function, which might help understand certain aspects of immune responses and disorders. -- Les molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) sont essentielles au système immunitaire pour l'initiation de la réponse immunitaire. En effet, l'activation des lymphocytes T nécessite la reconnaissance d'un antigène étranger présenté par les cellules présentatrices d'antigènes sur une molécule du CMH. Les molécules du CMH ont également un rôle fondamental pour la fonction des cellules Natural Killer (NK) puisqu'elles sont nécessaires à leur processus d'éducation et d'activation. Récemment, NLRC5 (NLR caspase recruitment domain containing protein 5), un membre de la famille des récepteurs de type NOD (NLRs), a été décrit comme un facteur de transactivation de l'expression des gènes du CMH de classe I. A l'état basai, cette fonction transcriptionnelle est essentielle dans les lymphocytes T et NK, alors que ce rôle reste mineur pour l'expression des molécules du CMH de classe I dans les cellules dendritiques (DCs). Dans des conditions inflammatoires, l'expression de NLRC5 augmente dans les DCs. Notre travail démontre que, dans ces conditions, les transcrits et les niveaux intracellulaires des molécules du CMH de classe I augmentent aussi d'une façon dépendante de NLRC5. A contrario, le rôle de NLRC5 sur les niveaux de molécules de surface reste minoritaire. Cette observation nous a conduits à l'identification d'un mécanisme général de compensation qui permet aux cellules de maintenir des niveaux relativement élevés de molécules de CMH de class I à leur surface malgré de faibles niveaux intracellulaires. De plus, il semblait nécessaire de s'orienter vers une approche plus globale afin de déterminer l'étendue de la fonction transcriptionnelle de NLRC5. Par une approche du génome entier, nous avons pu décrire une séquence consensus conservée présente dans les promoteurs des gènes du CMH de classe I, sur laquelle NLRC5 est spécifiquement recruté. Nous avons pu également identifier de nouveaux gènes cibles codant pour des molécules de CMH de classe I non classiques impliqués dans l'immunité et la tolérance. Finalement, nous nous sommes demandé quel est l'intérêt d'avoir un facteur transcriptionnel, en l'occurrence NLRC5, qui orchestre l'expression du CMH de classe I dans les lymphocytes T et NK. Nous montrons que la dérégulation de l'expression de NLRC5 affecte l'éducation des cellules NK et conduit à la mort cellulaire des lymphocytes T médiée par les cellules NK. Dans l'ensemble ce travail de thèse contribue à la caractérisation du rôle de NLRC5, tant au niveau moléculaire que physiologique, ce qui présente un intérêt dans le cadre de la compréhension de certains aspects physiopathologique de la réponse immunitaire.

An operon of three transcriptional regulators controls horizontal gene transfer of the integrative and conjugative element ICEclc in Pseudomonas knackmussii B13.

The integrative and conjugative element ICEclc is a mobile genetic element in Pseudomonas knackmussii B13, and an experimental model for a widely distributed group of elements in Proteobacteria. ICEclc is transferred from specialized transfer competent cells, which arise at a frequency of 3-5% in a population at stationary phase. Very little is known about the different factors that control the transfer frequency of this ICE family. Here we report the discovery of a three-gene operon encoded by ICEclc, which exerts global control on transfer initiation. The operon consists of three consecutive regulatory genes, encoding a TetR-type repressor MfsR, a MarR-type regulator and a LysR-type activator TciR. We show that MfsR autoregulates expression of the operon, whereas TciR is a global activator of ICEclc gene expression, but no clear role was yet found for MarR. Deletion of mfsR increases expression of tciR and marR, causing the proportion of transfer competent cells to reach almost 100% and transfer frequencies to approach 1 per donor. mfsR deletion also caused a two orders of magnitude loss in population viability, individual cell growth arrest and loss of ICEclc. This indicates that autoregulation is an important feature maintaining ICE transfer but avoiding fitness loss. Bioinformatic analysis showed that the mfsR-marR-tciR operon is unique for ICEclc and a few highly related ICE, whereas tciR orthologues occur more widely in a large variety of suspected ICE among Proteobacteria.

cis- and trans-acting elements of the estrogen-regulated vitellogenin gene B1 of Xenopus laevis.

Vitellogenin genes are expressed under strict estrogen control in the liver of female oviparous vertebrates. Gene transfer experiments using estrogen-responsive cells have shown that the 13 bp perfect palindromic element GGTCACTGTGACC found upstream of the Xenopus laevis vitellogenin gene A2 promoter mediates hormonal stimulation and thus, was called the estrogen-responsive element (ERE). In the Xenopus vitellogenin genes B1 and B2 there are two closely adjacent EREs with one or more base substitutions when compared to the consensus ERE GGTCANNNTGACC. On their own, these degenerated elements have only a low or no regulatory capacity at all but act together synergistically to form an estrogen-responsive unit (ERU) with the same strength as the perfect palindromic 13 bp element. Analysis of estrogen receptor binding to the gene B1 ERU revealed a cooperative interaction of receptor dimers to the two adjacent imperfect EREs which most likely explains the synergistic stimulation observed in vivo. Furthermore, a promoter activator element located between positions --113 and --42 of the gene B1 and functional in the human MCF-7 and the Xenopus B3.2 cells has been identified and shown to be involved in the high level of induced transcription activity when the ERE is placed at a distance from the promoter. Finally, a hormone-controlled in vitro transcription system derived from Xenopus liver nuclear extracts was exploited to characterize two additional novel cis-acting elements within the vitellogenin gene B1 promoter. One of them, a negative regulatory element (NRE), is responsible for repression of promoter activity in the absence of hormone. The second is related to the NF-I binding site and is required, together with the ERE, to mediate hormonal induction. Moreover, we detected three trans-acting activities in Xenopus liver nuclear extracts that interact with these regions and demonstrated that they participate in the regulation of the expression of the vitellogenin promoter in vitro.

Type I interferon inhibits interleukin-1 production and inflammasome activation.

Type I interferon (IFN) is a common therapy for autoimmune and inflammatory disorders, yet the mechanisms of action are largely unknown. Here we showed that type I IFN inhibited interleukin-1 (IL-1) production through two distinct mechanisms. Type I IFN signaling, via the STAT1 transcription factor, repressed the activity of the NLRP1 and NLRP3 inflammasomes, thereby suppressing caspase-1-dependent IL-1β maturation. In addition, type I IFN induced IL-10 in a STAT1-dependent manner; autocrine IL-10 then signaled via STAT3 to reduce the abundance of pro-IL-1α and pro-IL-1β. In vivo, poly(I:C)-induced type I IFN diminished IL-1β production in response to alum and Candida albicans, thus increasing susceptibility to this fungal pathogen. Importantly, monocytes from multiple sclerosis patients undergoing IFN-β treatment produced substantially less IL-1β than monocytes derived from healthy donors. Our findings may thus explain the effectiveness of type I IFN in the treatment of inflammatory diseases but also the observed "weakening" of the immune system after viral infection.

The direct effects of tacrolimus and cyclosporin A on isolated human islets: A functional, survival and gene expression study.

The use of immunosuppressive drugs in transplanted patients is associated with the development of diabetes, possibly due to β-cell toxicity. To better understand the mechanisms leading to post-transplant diabetes, we investigated the actions of prolonged exposure of isolated human islets to therapeutical levels of tacrolimus (Tac) or cyclosporin A (CsA). Islets were isolated from the pancreas of multiorgan donors by enzymatic digestion and density gradient centrifugation. Functional, survival and molecular studies were then performed after 4 days of incubation with therapeutical concentrations of Tac or  CsA. Glucose-induced insulin secretion was significantly decreased in Tac, but not in CsA exposed islets, which was associated with a reduction of the amount of insulin granules as shown by electron microscopy. The percentage of apoptotic β-cells was higher in Tac than CsA exposed islets. Microarray experiments followed by Gene Set Enrichment Analysis revealed that gene expression was more markedly affected upon Tac treatment. In conclusion, Tac and CsA affect features of beta-cell differently, with several changes occurring at the molecular level.

Control of gene expression in melanocytes and RPE by conserved distal regulatory elements

Résumé Durant le développement embryonnaire, les cellules pigmentaires des mammifères se développent à partir de deux origines différentes : les melanocytes se développent à partir de la crête neurale alors que les cellules de la rétine pigmentaire (RP) ont une origine neuronale. Un grand nombre de gènes sont impliqués dans la pigmentation dont les gènes de la famille tyrosinase à savoir Tyr, Tyrp1 et Dct. Certaines études ont suggéré que les gènes de la pigmentation sont régulés de manière différentielle dans les mélanocytes et dans la RP. Dans ce travail, les gènes de la famille tyrosinase ont été étudiés comme modèle de la régulation des gènes de la pigmentation par des éléments régulateurs agissant à distance. II a été montré que le promoteur du gène Tyrp1pouvait induire l'expression d'un transgène uniquement dans la RP alors que ce gène est aussi exprimé dans les mélanocytes comme le montre le phénotype des souris mutantes pour Tyrp1. Ce résultat suggère que les éléments régulateurs du promoteur sont suffisants pour l'expression dans la RP mais pas pour l'expression dans les mélanocytes. J'ai donc cherché à identifier la séquence qui régule l'expression dans les mélanocytes. Un chromosome artificiel bactérien (CAB) contenant le gène Tyrp1 s'est avéré suffisant pour induire l'expression dans les mélanocytes, comme démontré par la correction du phénotype mutant. La séquence de ce CAB contient plusieurs régions très conservées qui pourraient représenter de nouveaux éléments régulateurs. Par la suite, j'ai focalisé mon analyse sur une séquence située à -I5 kb qui s'est révélée être un amplificateur spécifique aux mélanocytes comme démontré par des expériences de cultures cellulaire et de transgenèse. De plus, une analyse poussée de cet élément a révélé que le facteur de transcription Sox 10 représentait un transactivateur de cet amplificateur. Comme pour Tyrp1, la régulation du gène tyrosinase est contrôlée par différents éléments régulateurs dans les mélanocytes et la RP. Il a été montré que le promoteur de tyrosinase n'était pas suffisant pour une forte expression dans les mélanocytes et la RP. De plus, l'analyse de la région située en amont a révélé la présence d'un amplificateur nécessaire à l'expression dans les mélanocytes à la position -15 kb. Cet amplificateur n'est toutefois pas actif dans la RP mais agit comme un répresseur dans ces cellules. Ces résultats indiquent que certains éléments nécessaires à l'expression dans les deux types de cellules pigmentaires sont absents de ces constructions. Comme pour Tyrp1, j'ai en premier lieu démontré qu'un CAB était capable de corriger le phénotype albinique, puis ai inséré un gène reporter (lacZ) dans le CAB par recombinaison homologue et ai finalement analysé l'expression du reporter en transgenèse. Ces souris ont montré une expression forte du lacZ dans les mélanocytes et la RP, ce qui indique que le CAB contient les séquences régulatrices nécessaires à l'expression correcte de tyrosinase. Afin de localiser plus précisément les éléments régulateurs, j'ai ensuite généré des délétions dans le CAB et analysé l'expression du lacZ en transgenèse. La comparaison de séquences génomiques provenant de différentes espèces a permis par la suite d'identifier des régions représentant de nouveaux éléments régulateurs potentiels. En utilisant cette approche, j'ai identifié une région qui se comporte comme un amplificateur dans la RP et qui est nécessaire à l'expression de tyrosinase dans ce tissu. De plus, j'ai identifié les facteurs de transcription Mitf et Sox10 comme transactivateurs de l'amplificateur spécifique aux mélanocytes situé à -15 kb. L'identification et la caractérisation des ces éléments régulateurs des gènes tyrosinase et Tyrp1confirme donc que la régulation différentielle des gènes dans les mélanocytes et la RP est liée à des éléments régulateurs séparés. Summary Pigment cells of mammals originate from two different lineages: melanocytes arise from the neural crest, whereas cells of the retinal pigment epithelium (RPE) originate from the optic cup of the developing forebrain. A large set of genes are involved in pigmentation, including the members of the tyrosinase gene family, namely tyrosinase, Tyrp1 and Dct. Previous studies have suggested that pigmentation genes are differentially regulated in melanocytes and RPE. In this work, the tyrosinase gene family was used as a model for studying the involvement of distal regulatory elements in pigment cell-specific gene expression. The promoter of the Tyrp1 gene has been shown to drive detectable transgene expression only to the RPE, even though the gene is also expressed in melanocytes as evident from Tyrp1-mutant mice. This indicates that the regulatory elements responsible for Tyrp1 gene expression in the RPE are not sufficient for expression in melanocytes. I thus searched for a putative melanocyte-specific regulatory sequence and demonstrate that a bacterial artificial chromosome (BAC) containing the Tyrp1 gene and surrounding sequences is able to target transgenic expression to melanocytes and to rescue the Tyrp1 b (brown) phenotype. This BAC contains several highly conserved non-coding sequences that might represent novel regulatory elements. I further focused on a sequence located at -15 kb which I identified as amelanocyte-specific enhancer as shown by cell culture and transgenic mice. In addition, further functional analysis identified the transcription factor Sox10 as being able to bind and transactivate this enhancer. As for Tyrp1, tyrosinase gene regulation is mediated by different cis-regulatory elements in melanocytes and RPE. It was shown that the tyrosinase promoter was not sufficient to confer strong and specific expression in melanocytes and RPE. Moreover, analysis of tyrosinase upstream sequence, revealed the presence of a specific enhancer at position -15 kb which was necessary to confer strong expression in melanocytes. This enhancer element however failed to act as an enhancer in the RPE, but rather repressed expression. This indicates that some regulatory elements required for tyrosinase expression in both RPE and melanocytes are still missing from these constructs. As for Tyrp1, I first demonstrated that a BAC containing the Tyr gene is able to rescue the Tyr c (albino) phenotype in mice, then I inserted a lacZ reporter gene in the BAC by homologous recombination, and finally analysed the pattern of lacZ expression in transgenic mice. These mice showed strong lacZ expression in both RPE and melanocytes, indicating that the BAC contains the regulatory sequences required for proper tyrosinase expression. In order to localize more precisely these regulatory elements, I have then generated several deletions in the BAC and analysed lacZ expression in transgenic mice. Multi-species comparative genomic analysis then allowed identifying conserved sequences that potentially represent novel regulatory elements. Using this experimental approach, I identified a region that behaves as a RPE-specific enhancer and that is required for tyrosinase expression in the retina] pigment epithelium. In addition, I identified the transcription factors Mitf and Sox l0 as being transactivators of the melanocyte-specific enhancer located at -l5 kb. The identification and characterization of these tyrosinase and Tyrp1 distal regulatory element supports the idea that separate regulatory sequences mediate differential gene expression in melanocytes and RPE.

Lentiviral vectors efficiently transduce the EGFP gene into cardiomyocytes in vivo : immunohistology and Elisa quantification of the transgene

RESUME Les maladies cardio-vasculaires représentent la cause la plus importante de mortalité et de morbidité dans les pays occidentaux. La thérapie génique offre une nouvelle approche au traitement de ces maladies. L'expression de gènes protecteurs dans le myocarde par des technologies de transfert génique peut améliorer la fonction ventriculaire lors de l'insuffisance cardiaque ou stimuler la formation de nouveaux vaisseaux dans la maladie coronarienne. Etant donné qu'une majorité des maladies cardiaques sont des maladies chroniques, l'expression durable du gène thérapeutique introduit dans le coeur est souhaitable dans de nombreux cas. Malheureusement, l'utilité des vecteurs de transfert génique les plus utilisés en thérapie génique cardiovasculaire est limitée par une performance faible (ADN plasmidique) et une courte durée d'expression (adénovirus). Récemment, des vecteurs de transfert génique dérivés des lentivirus, une sous-famille des rétrovirus, ont retenu l'attention de la communauté scientifique en raison de leur capacité à exprimer des gènes à long terme. Contrairement aux vecteurs rétroviraux traditionnels, les vecteurs lentiviraux transduisent des gènes même dans des cellules qui ne se divisent pas, ce qui est le cas des cardiomyocytes adultes. Ces vecteurs présentent un profil de biosécurité comparable à celui des vecteurs rétroviraux traditionnels. Nous avons donc décidé de tester l'utilité des vecteurs lentiviraux pour le transfert génique dans des cardiomyocytes de rat adulte in vitro et in vivo. Plusieurs versions de vecteurs lentiviraux contenant différent promoteurs ont été construites. Ces vecteurs contenant le gène marqueur EGFP (enhanced green fluorescent protein) ont été testés dans des cardiomyocytes de rat in vitro, ainsi que dans des coeurs de rat in vivo. Le but de ces expériences était de déterminer la durée de l'expression du transgène après injection intramyocardique chez le rat. Pour ce faire, nous avons développé une technique ELISA pour détecter la protéine EGFP dans des extraits de tissu cardiaque. Les résultats ont montré que la protéine EGFP était encore présente à des niveaux significatifs jusqu'à dix semaines après l'injection de vecteurs lentiviraux, alors que l'expression transgénique obtenue avec un vecteur adénoviral traditionnel a été plus limitée dans le temps. Ces résultats démontrent la capacité des vecteurs lentiviraux à exprimer des gènes d'intérêt de manière performante et stable dans le cœur de rat adulte in vivo. SUMMARY Cardiovascular diseases are the first cause of morbidity and mortality in Western countries. Gene therapy offers a new approach to these diseases. Expression of therapeutic genes in the myocardium by gene transfer technologies can improve ventricular function in heart failure and stimulate neovascularization in coronary disease. Chronic heart diseases likely require sustained expression of the therapeutic gene within the heart itself. Unfortunately, the most commonly used vectors in cardiovascular gene therapy, i.e. plasmid DNA and recombinant adenovirus vectors, are limited by poor DNA uptake and transient transgene expression, respectively. Recently, lentivirus-derived vectors have attracted much interest because of their ability to achieve long-term transgene expression. In contrast to traditional retroviral vectors, lentiviral vectors are also able to transduce non- dividing cells, while presenting a comparable biosafety profile. Adult cardiomyocytes are terminally differentiated cells that do not divide under normal conditions. For these reasons, we have decided to evaluate the efficiency of lentiviral vectors for gene-transduction of adult cardiomyocytes both in vitro and in vivo. We constructed various types of lentiviral vectors containing various promoters. Vectors encoding EGFP as a reporter gene were tested in rat cardiomyocytes in vitro and in rat hearts in vivo. The aim of the experiments involved in this thesis work was to determine the duration of the expression of the transgene after rat intramyocardial injection using a quantitative assay. Therefore, an ELISA technique was set up to measure the EGFP protein in rat heart tissue extracts. Our results showed that the EGFP protein was still present at significant levels at ten weeks after lentiviral vector injection, whereas the duration of expression with adenoviral vectors was shorter. These results demonstrate that lentiviral vectors efficiently deliver genes and achieve sustained transgene expression in adult rat cardiomyocytes in vivo.

Imatinib plasma concentrations variability in hemato-oncologic patients

Abstract Imatinib (Glivec~ has transformed the treatment and prognosis of chronic myeloid leukaemia (CML) and of gastrointestinal stromal tumor (GIST). However, the treatment must be taken indefinitely and is not devoid of inconvenience and toxicity. Moreover, resistance or escape from disease control occurs. Considering the large interindividual differences in the function of the enzymatic and transport systems involved in imatinib disposition, exposure to this drug can be expected to vary widely among patients. Among those known systems is a cytochrome P450 (CYI'3A4) that metabolizes imatinib, the multidrug transporter P-glycoprotein (P-gp; product of the MDR1 gene) that expels imatinib out of cells, and al-acid glycoprotein (AGP), a circulating protein binding imatinib in the plasma. The aim of this observational study was to explore the influence of these covariates on imatinib pharmacokinetics (PK), to assess the interindividual variability of the PK parameters of the drug, and to evaluate whether imatinib use would benefit from a therapeutic drug monitoring (TDM) program. A total of 321 plasma concentrations were measured in 59 patients receiving imatinib, using a validated chromatographic method developed for this study (HPLC-LTV). The results were analyzed by non-linear mixed effect modeling (NONMEM). A one-compartment pharmacokinetic model with first-order absorption appropriately described the data, and a large interindividual variability was observed. The MDK> polymorphism 3435C>T and the CYP3A4 activity appeared to modulate the disposition of imatinib, albeit not significantly. A hyperbolic relationship between plasma AGP levels and oral clearance, as well as volume of distribution, was observed. A mechanistic approach was built up, postulating that only the unbound imatinib concentration was able to undergo first-order elimination. This approach allowed determining an average free clearance (CL,~ of 13101/h and a volume of distribution (Vd) of 301 1. By comparison, the total clearance determined was 141/h (i.e. 233 ml/min). Free clearance was affected by body weight and pathology diagnosis. The estimated variability of imatinib disposition (17% for CLu and 66% for Vd) decreased globally about one half with the model incorporating the AGP impact. Moreover, some associations were observed between PK parameters of the free imatinib concentration and its efficacy and toxicity. Finally, the functional influence of P-gp activity has been demonstrated in vitro in cell cultures. These elements are arguments to further investigate the possible usefulness of a TDM program for imatinib. It may help in individualizing the dosing regimen before overt disease progression or development of treatment toxicity, thus improving both the long-term therapeutic effectiveness and tolerability of this drug. Résumé L'imatinib (Glivec ®) a révolutionné le traitement et le pronostic de la leucémie myéloïde chronique (LMC) et des tumeurs stromales d'origine digestive (GIST). Il s'agit toutefois d'un traitement non dénué d'inconvénients et de toxicité, et qui doit être pris indéfiniment. Par ailleurs, une résistance, ou des échappements au traitement, sont également rencontrés. Le devenir de ce médicament dans l'organisme dépend de systèmes enzymatiques et de transport connus pour présenter de grandes différences interindividuelles, et l'on peut s'attendre à ce que l'exposition à ce médicament varie largement d'un patient à l'autre. Parmi ces systèmes, on note un cytochrome P450 (le CYP3A4) métabolisant l'imatinib, la P-glycoprotéine (P-gp ;codée par le gène MDR1), un transporteur d'efflux expulsant le médicament hors des cellules, et l'atglycoprotéine acide (AAG), une protéine circulante sur laquelle se fixe l'imatinib dans le plasma. L'objectif de la présente étude clinique a été de déterminer l'influence de ces covariats sur la pharmacocinétique (PK) de l'imatinib, d'établir la variabilité interindividuelle des paramètres PK du médicament, et d'évaluer dans quelle mesure l'imatinib pouvait bénéficier d'un programme de suivi thérapeutique (TDM). En utilisant une méthode chromatographique développée et validée à cet effet (HPLC-UV), un total de 321 concentrations plasmatiques a été dosé chez 59 patients recevant de l'imatinib. Les résultats ont été analysés par modélisation non linéaire à effets mixtes (NONMEM). Un modèle pharmacocinétique à un compartiment avec absorption de premier ordre a permis de décrire les données, et une grande variabilité interindividuelle a été observée. Le polymorphisme du gène MDK1 3435C>T et l'activité du CYP3A4 ont montré une influence, toutefois non significative, sur le devenir de l'imatinib. Une relation hyperbolique entre les taux plasmatiques d'AAG et la clairance, comme le volume de distribution, a été observée. Une approche mécanistique a donc été élaborée, postulant que seule la concentration libre subissait une élimination du premier ordre. Cette approche a permis de déterminer une clairance libre moyenne (CLlibre) de 13101/h et un volume de distribution (Vd) de 301 l. Par comparaison, la clairance totale était de 141/h (c.à.d. 233 ml/min). La CLlibre est affectée par le poids corporel et le type de pathologie. La variabilité interindividuelle estimée pour le devenir de l'imatinib (17% sur CLlibre et 66% sur Vd) diminuait globalement de moitié avec le modèle incorporant l'impact de l'AAG. De plus, une certaine association entre les paramètres PK de la concentration d'imatinib libre et l'efficacité et la toxicité a été observée. Finalement, l'influence fonctionnelle de l'activité de la P-gp a été démontrée in nitro dans des cultures cellulaires. Ces divers éléments constituent des arguments pour étudier davantage l'utilité potentielle d'un programme de TDM appliqué à l'imatinib. Un tel suivi pourrait aider à l'individualisation des régimes posologiques avant la progression manifeste de la maladie ou l'apparition de toxicité, améliorant tant l'efficacité que la tolérabilité de ce médicament. Résumé large public L'imatinib (un médicament commercialisé sous le nom de Glivec ®) a révolutionné le traitement et le pronostic de deux types de cancers, l'un d'origine sanguine (leucémie) et l'autre d'origine digestive. Il s'agit toutefois d'un traitement non dénué d'inconvénients et de toxicité, et qui doit être pris indéfiniment. De plus, des résistances ou des échappements au traitement sont également rencontrés. Le devenir de ce médicament dans le corps humain (dont l'étude relève de la discipline appelée pharmacocinétique) dépend de systèmes connus pour présenter de grandes différences entre les individus, et l'on peut s'attendre à ce que l'exposition à ce médicament varie largement d'un patient à l'autre. Parmi ces systèmes, l'un est responsable de la dégradation du médicament dans le foie (métabolisme), l'autre de l'expulsion du médicament hors des cellules cibles, alors que le dernier consiste en une protéine (dénommée AAG) qui transporte l'imatinib dans le sang. L'objectif de notre étude a été de déterminer l'influence de ces différents systèmes sur le comportement pharmacocinétique de l'imatinib chez les patients, et d'étudier dans quelle mesure le devenir de ce médicament dans l'organisme variait d'un patient à l'autre. Enfin, cette étude avait pour but d'évaluer à quel point la surveillance des concentrations d'imatinib présentes dans le sang pourrait améliorer le traitement des patients cancéreux. Une telle surveillance permet en fait de connaître l'exposition effective de l'organisme au médicament (concept abrégé par le terme anglais TDM, pour Therapeutic Drag Monitoring. Ce projet de recherche a d'abord nécessité la mise au point d'une méthode d'analyse pour la mesure des quantités (ou concentrations) d'imatinib présentes dans le sang. Cela nous a permis d'effectuer régulièrement des mesures chez 59 patients. Il nous a ainsi été possible de décrire le devenir du médicament dans le corps à l'aide de modèles mathématiques. Nous avons notamment pu déterminer chez ces patients la vitesse à laquelle l'imatinib est éliminé du sang et l'étendue de sa distribution dans l'organisme. Nous avons également observé chez les patients que les concentrations sanguines d'imatinib étaient très variables d'un individu à l'autre pour une même dose de médicament ingérée. Nous avons pu aussi mettre en évidence que les concentrations de la protéine AAG, sur laquelle l'imatinib se lie dans le sang, avait une grande influence sur la vitesse à laquelle le médicament est éliminé de l'organisme. Ensuite, en tenant compte des concentrations sanguines d'imatinib et de cette protéine, nous avons également pu calculer les quantités de médicament non liées à cette protéine (= libres), qui sont seules susceptibles d'avoir une activité anticancéreuse. Enfin, il a été possible d'établir qu'il existait une certaine relation entre ces concentrations, l'effet thérapeutique et la toxicité du traitement. Tous ces éléments constituent des arguments pour approfondir encore l'étude de l'utilité d'un programme de TDM appliqué à l'imatinib. Comme chaque patient est différent, un tel suivi pourrait aider à l'ajustement des doses du médicament avant la progression manifeste de la maladie ou l'apparition de toxicité, améliorant ainsi tant son efficacité que son innocuité.

Is the adiposity-associated FTO gene variant related to all-cause mortality independent of adiposity? Meta-analysis of data from 169,551 Caucasian adults.

Previously, a single nucleotide polymorphism (SNP), rs9939609, in the FTO gene showed a much stronger association with all-cause mortality than expected from its association with body mass index (BMI), body fat mass index (FMI) and waist circumference (WC). This finding implies that the SNP has strong pleiotropic effects on adiposity and adiposity-independent pathological pathways that leads to increased mortality. To investigate this further, we conducted a meta-analysis of similar data from 34 longitudinal studies including 169,551 adult Caucasians among whom 27,100 died during follow-up. Linear regression showed that the minor allele of the FTO SNP was associated with greater BMI (n = 169,551; 0.32 kg m(-2) ; 95% CI 0.28-0.32, P < 1 × 10(-32) ), WC (n = 152,631; 0.76 cm; 0.68-0.84, P < 1 × 10(-32) ) and FMI (n = 48,192; 0.17 kg m(-2) ; 0.13-0.22, P = 1.0 × 10(-13) ). Cox proportional hazard regression analyses for mortality showed that the hazards ratio (HR) for the minor allele of the FTO SNPs was 1.02 (1.00-1.04, P = 0.097), but the apparent excess risk was eliminated after adjustment for BMI and WC (HR: 1.00; 0.98-1.03, P = 0.662) and for FMI (HR: 1.00; 0.96-1.04, P = 0.932). In conclusion, this study does not support that the FTO SNP is associated with all-cause mortality independently of the adiposity phenotypes.

Mutations in NDUFB11, Encoding a Complex I Component of the Mitochondrial Respiratory Chain, Cause Microphthalmia with Linear Skin Defects Syndrome.

Microphthalmia with linear skin defects (MLS) syndrome is an X-linked male-lethal disorder also known as MIDAS (microphthalmia, dermal aplasia, and sclerocornea). Additional clinical features include neurological and cardiac abnormalities. MLS syndrome is genetically heterogeneous given that heterozygous mutations in HCCS or COX7B have been identified in MLS-affected females. Both genes encode proteins involved in the structure and function of complexes III and IV, which form the terminal segment of the mitochondrial respiratory chain (MRC). However, not all individuals with MLS syndrome carry a mutation in either HCCS or COX7B. The majority of MLS-affected females have severe skewing of X chromosome inactivation, suggesting that mutations in HCCS, COX7B, and other as-yet-unidentified X-linked gene(s) cause selective loss of cells in which the mutated X chromosome is active. By applying whole-exome sequencing and filtering for X-chromosomal variants, we identified a de novo nonsense mutation in NDUFB11 (Xp11.23) in one female individual and a heterozygous 1-bp deletion in a second individual, her asymptomatic mother, and an affected aborted fetus of the subject's mother. NDUFB11 encodes one of 30 poorly characterized supernumerary subunits of NADH:ubiquinone oxidoreductase, known as complex I (cI), the first and largest enzyme of the MRC. By shRNA-mediated NDUFB11 knockdown in HeLa cells, we demonstrate that NDUFB11 is essential for cI assembly and activity as well as cell growth and survival. These results demonstrate that X-linked genetic defects leading to the complete inactivation of complex I, III, or IV underlie MLS syndrome. Our data reveal an unexpected role of cI dysfunction in a developmental phenotype, further underscoring the existence of a group of mitochondrial diseases associated with neurocutaneous manifestations.

A novel source for miR-21 expression through the alternative polyadenylation of VMP1 gene transcripts

miR-21 is the most commonly over-expressed microRNA (miRNA) in cancer and a proven oncogene. Hsa-miR-21 is located on chromosome 17q23.2, immediately downstream of the vacuole membrane protein-1 (VMP1) gene, also known as TMEM49. VMP1 transcripts initiate ∼130 kb upstream of miR-21, are spliced, and polyadenylated only a few hundred base pairs upstream of the miR-21 hairpin. On the other hand, primary miR-21 transcripts (pri-miR-21) originate within the last introns of VMP1, but bypass VMP1 polyadenylation signals to include the miR-21 hairpin. Here, we report that VMP1 transcripts can also bypass these polyadenylation signals to include miR-21, thus providing a novel and independently regulated source of miR-21, termed VMP1–miR-21. Northern blotting, gene-specific RT-PCR, RNA pull-down and DNA branching assays support that VMP1–miR-21 is expressed at significant levels in a number of cancer cell lines and that it is processed by the Microprocessor complex to produce mature miR-21. VMP1 and pri-miR-21 are induced by common stimuli, such as phorbol-12-myristate-13-acetate (PMA) and androgens, but show differential responses to some stimuli such as epigenetic modifying agents. Collectively, these results indicate that miR-21 is a unique miRNA capable of being regulated by alternative polyadenylation and two independent gene promoters.