Design of new tools to improve the efficacy of DNA-damaging drugs used in cancer therapy

Résumé Les tumeurs sont diverses et hétérogènes, mais toutes partagent la capacité de proliférer sans contrôle. Une prolifération dérégulée de cellules couplée à une insensibilité à une réponse apoptotique constitue une condition minimale pour que l'évolution d'une tumeur se produise. Un des traitements les plus utilisés pour traité le cancer à l'heure actuelle sont les chimiothérapies, qui sont fréquemment des composés chimiques qui induisent des dommages dans l'ADN. Les agents anticancéreux sont efficaces seulement quand les cellules tumorales sont plus aisément tuées que le tissu normal environnant. L'efficacité de ces agents est en partie déterminée par leur capacité à induire l'apoptose. Nous avons récemment démontré que la protéine RasGAP est un substrat non conventionnel des caspases parce elle peut induire à la fois des signaux anti et pro-apoptotiques, selon l'ampleur de son clivage par les caspases. A un faible niveau d'activité des caspases, RasGAP est clivé, générant deux fragments (le fragment N et le fragment C). Le fragment N semble être un inhibiteur général de l'apoptose en aval de l'activation des caspases. À des niveaux plus élevés d'activité des caspases, la capacité du fragment N de contrecarrer l'apoptose est supprimée quand il est clivé à nouveau par les caspases. Ce dernier clivage produit deux nouveaux fragments, N 1 et N2, qui contrairement au fragment N sensibilisent efficacement des cellules cancéreuses envers des agents chimiothérapeutiques. Dans cette étude nous avons prouvé qu'un peptide, appelé par la suite TAT-RasGAP317-326, qui est dérivé du fragment N2 de RasGAP et est rendu perméable aux cellules, sensibilise spécifiquement des cellules cancéreuses à trois génotoxines différentes utilisées couramment dans des traitements anticancéreux, et cela dans des modèles in vitro et in vivo. Il est important de noté que ce peptide semble ne pas avoir d'effet sur des cellules non cancéreuses. Nous avons également commencé à caractériser les mécanismes moléculaires expliquant les fonctions de sensibilisation de TAT-RasGAP317-326. Nous avons démontré que le facteur de transcription p53 et une protéine sous son activité transcriptionelle, nommée Puma, sont indispensables pour l'activité de TAT-RasGAP317-326. Nous avons également prouvé que TAT-RasGAP317-326 exige la présence d'une protéine appelée G3BP1, une protéine se liant a RasGAP, pour potentialisé les effets d'agents anticancéreux. Les données obtenues dans cette étude montrent qu'il pourrait être possible d'augmenter l'efficacité des chimiothérapies à l'aide d'un composé capable d'augmenter la sensibilité des tumeurs aux génotoxines et ainsi pourrait permettre de traiter de manière plus efficace des patients sous traitement chimiothérapeutiques. Summary Tumors are diverse and heterogeneous, but all share the ability to proliferate without control. Deregulated cell proliferation coupled with suppressed apoptotic sensitivity constitutes a minimal requirement upon which tumor evolution occurs. One of the most commonly used treatments is chemotherapy, which frequently uses chemical compounds that induce DNA damages. Anticancer agents are effective only when tumors cells are more readily killed than the surrounding normal tissue. The efficacy of these agents is partly determined by their ability to induce apoptosis. We have recently demonstrated that the protein RasGAP is an unconventional caspase substrate because it can induce both anti- and pro-apoptotic signals, depending on the extent of its cleavage by caspases. At low levels of caspase activity, RasGAP is cleaved, generating an N-terminal fragment (fragment N) and a C-terminal fragment (fragment C). Fragment N appears to be a general Mocker of apoptosis downstream of caspase activation. At higher levels of caspase activity, the ability of fragment N to counteract apoptosis is suppressed when it is further cleaved. This latter cleavage event generates two fragments, N1 and N2, which in contrast to fragment N potently sensitizes cancer cells toward DNA-damaging agents induced apoptosis. In the present study we show that a cell permeable peptide derived from the N2 fragment of RasGAP, thereafter called TAT-RasGAP317-326, specifically sensitizes cancer cells to three different genotoxins commonly used in chemotherapy in vitro and in vivo models. Importantly this peptide seems not to have any effect on non cancer cells. We have also started to characterize the molecular mechanisms underlying the sensitizing functions of TAT-RasGAP317-326. We have demonstrated that the p53 transcription factor and a protein under its transcriptional activity, called Puma, are required for the activity of TATRasGAP317-326. We have also showed that TAT-RasGAP317-326 requires the presence of a protein called G3BP1, which have been shown to interact with RasGAP, to increase the effect of the DNA-damaging drug cisplatin. The data obtained in this study showed that it is possible to increase the efficacy of current used chemotherapies with a compound able to increase the efficacy of genotoxins which could be beneficial for patients subjected to chemotherapy.

A role for the transcriptional repressor ICER in the molecular pathogenesis of type 2 diabetes

AbstractType 2 diabetes (T2D) is a metabolic disease which affects more than 200 millions people worldwide. The progression of this affection reaches nowadays epidemic proportions, owing to the constant augmentation in the frequency of overweight, obesity and sedentary. The pathogenesis of T2D is characterized by reduction in the action of insulin on its target tissues - an alteration referred as insulin resistance - and pancreatic β-cell dysfunction. This latter deterioration is defined by impairment in insulin biosynthesis and secretion, and a loss of β-cell mass by apoptosis. Environmental factors related to T2D, such as chronic elevation in glucose and free fatty acids levels, inflammatory cytokines and pro-atherogenic oxidized low- density lipoproteins (LDL), contribute to the loss of pancreatic β-cell function.In this study, we have demonstrated that the transcription factor Inducible Cyclic AMP Early Repressor (ICER) participates to the progression of both β-cell dysfunction and insulin resistance. The expression of this factor is driven by an alternative promoter and ICER protein represents therefore a truncated product of the Cyclic AMP Response Element Modulator (CREM) family which lacks transactivation domain. Consequently, the transcription factor ICER acts as a passive repressor which reduces expression of genes controlled by the cyclic AMP and Cyclic AMP Response Element Binding protein (CREB) pathway.In insulin-secreting cells, the accumulation of reactive oxygen species caused by environmental factors and notably oxidized LDL - a process known as oxidative stress - induces the transcription factor ICER. This transcriptional repressor hampers the secretory capacity of β-cells by silencing key genes of the exocytotic machinery. In addition, the factor ICER reduces the expression of the scaffold protein Islet Brain 1 (IB 1 ), thereby favouring the activation of the c-Jun N-terminal Kinase (JNK) pathway. This triggering alters in turn insulin biosynthesis and survival capacities of pancreatic β-cells.In the adipose tissue of mice and human subjects suffering from obesity, the transcription factor ICER contributes to the alteration in insulin action. The loss in ICER protein in these tissues induces a constant activation of the CREB pathway and the subsequent expression of the Activating Transcription Factor 3 (ATF3). In turn, this repressor reduces the transcript levels of the glucose transporter GLUT4 and the insulin-sensitizer peptide adiponectin, thereby contributing to the diminution in insulin action.In conclusion, these data shed light on the important role of the transcriptional repressor ICER in the pathogenesis of T2D, which contributes to both alteration in β-cell function and aggravation of insulin resistance. Consequently, a better understanding of the molecular mechanisms responsible for the alterations in ICER levels is required and could lead to develop new therapeutic strategies for the treatment of T2D.RésuméLe diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. La progression de cette affection atteint aujourd'hui des proportions épidémiques imputables à l'augmentation rapide dans les fréquences du surpoids, de l'obésité et de la sédentarité. La pathogenèse du DT2 se caractérise par une diminution de l'action de l'insuline sur ses tissus cibles - un processus nommé insulino-résistance - ainsi qu'une dysfonction des cellules β pancréatiques sécrétrices d'insuline. Cette dernière détérioration se définit par une réduction de la capacité de synthèse et de sécrétion de l'insuline et mène finalement à une perte de la masse de cellules β par apoptose. Des facteurs environnementaux fréquemment associés au DT2, tels l'élévation chronique des taux plasmatiques de glucose et d'acides gras libres, les cytokines pro-inflammatoires et les lipoprotéines de faible densité (LDL) oxydées, contribuent à la perte de fonction des cellules β pancréatiques.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur de transcription « Inducible Cyclic AMP Early Repressor » (ICER) participe à la progression de la dysfonction des cellules β pancréatiques et au développement de Pinsulino-résistance. Son expression étant gouvernée par un promoteur alternatif, la protéine d'ICER représente un produit tronqué de la famille des «Cyclic AMP Response Element Modulator » (CREM), sans domaine de transactivation. Par conséquent, le facteur ICER agit comme un répresseur passif qui réduit l'expression des gènes contrôlés par la voie de l'AMP cyclique et des « Cyclic AMP Response Element Binding protein » (CREB).Dans les cellules sécrétrices d'insuline, l'accumulation de radicaux d'oxygène libres, soutenue par les facteurs environnementaux et notamment les LDL oxydées - un processus appelé stress oxydatif- induit de manière ininterrompue le facteur de transcription ICER. Ainsi activé, ce répresseur transcriptionnel altère la capacité sécrétoire des cellules β en bloquant l'expression de gènes clés de la machinerie d'exocytose. En outre, le facteur ICER favorise l'activation de la cascade de signalisation « c-Jun N- terminal Kinase » (JNK) en réduisant l'expression de la protéine « Islet Brain 1 » (IB1), altérant ainsi les fonctions de biosynthèse de l'insuline et de survie des cellules β pancréatiques.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur de transcription ICER contribue à l'altération de la réponse à l'insuline. La disparition de la protéine ICER dans ces tissus entraîne une activation persistante de la voie de signalisation des CREB et une induction du facteur de transcription « Activating Transcription Factor 3 » (ATF3). A son tour, le répresseur ATF3 inhibe l'expression du transporteur de glucose GLUT4 et du peptide adipocytaire insulino-sensibilisateur adiponectine, contribuant ainsi à la diminution de l'action de l'insuline en conditions d'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le répresseur transcriptionnel ICER apparaît comme un facteur important dans la pathogenèse du DT2, en participant à la perte de fonction des cellules β pancréatiques et à l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes moléculaires responsables de l'altération des niveaux du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.Résumé didactiqueL'énergie nécessaire au bon fonctionnement de l'organisme est fournie par l'alimentation, notamment sous forme de sucres (glucides). Ceux-ci sont dégradés en glucose, lequel sera distribué aux différents organes par la circulation sanguine. Après un repas, le niveau de glucose sanguin, nommé glycémie, s'élève et favorise la sécrétion d'une hormone appelée insuline par les cellules β du pancréas. L'insuline permet, à son tour, aux organes, tels le foie, les muscles et le tissu adipeux de capter et d'utiliser le glucose ; la glycémie retrouve ainsi son niveau basai.Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. Le développement de cette affection est causée par deux processus pathologiques. D'une part, les quantités d'insuline secrétée par les cellules β pancréatiques, ainsi que la survie de ces cellules sont réduites, un phénomène connu sous le nom de dysfonction des cellules β. D'autre part, la sensibilité des tissus à l'insuline se trouve diminuée. Cette dernière altération, l'insulino-résistance, empêche le transport et l'utilisation du glucose par les tissus et mène à une accumulation de ce sucre dans le sang. Cette stagnation de glucose dans le compartiment sanguin est appelée hyperglycémie et favorise l'apparition des complications secondaires du diabète, telles que les maladies cardiovasculaires, l'insuffisance rénale, la cécité et la perte de sensibilité des extrémités.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur ICER qui contrôle spécifiquement l'expression de certains gènes, contribue non seulement à la dysfonction des cellules β, mais aussi au développement de l'insulino-résistance. En effet, dans les cellules β pancréatiques en conditions diabétiques, l'activation du facteur ICER altère la capacité de synthèse et de sécrétion d'insuline et réduit la survie ces cellules.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur ICER contribue à la perte de sensibilité à l'insuline. La disparition d'ICER altère l'expression de la protéine qui capte le glucose, le transoprteur GLUT4, et l'hormone adipocytaire favorisant la sensibilité à l'insuline, nommée adiponectine. Ainsi, la perte d'ICER participe à la réduction de la captation de glucose par le tissue adipeux et au développement de l'insulino-résistance au cours de l'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le facteur ICER apparaît comme un contributeur important à la progression du DT2, en soutenant la dysfonction des cellules β pancréatiques et l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes responsables de la dérégulation du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.

SIRT1 Activates MAO-A in the Brain to Mediate Anxiety and Exploratory Drive.

SIRT1 is a NAD(+)-dependent deacetylase that governs a number of genetic programs to cope with changes in the nutritional status of cells and organisms. Behavioral responses to food abundance are important for the survival of higher animals. Here we used mice with increased or decreased brain SIRT1 to show that this sirtuin regulates anxiety and exploratory drive by activating transcription of the gene encoding the monoamine oxidase A (MAO-A) to reduce serotonin levels in the brain. Indeed, treating animals with MAO-A inhibitors or selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) normalized anxiety differences between wild-type and mutant animals. SIRT1 deacetylates the brain-specific helix-loop-helix transcription factor NHLH2 on lysine 49 to increase its activation of the MAO-A promoter. Both common and rare variations in the SIRT1 gene were shown to be associated with risk of anxiety in human population samples. Together these data indicate that SIRT1 mediates levels of anxiety, and this regulation may be adaptive in a changing environment of food availability.

BadiRate: estimating family turnover rates by likelihood-based methods

Motivation: The comparative analysis of gene gain and loss rates is critical for understanding the role of natural selection and adaptation in shaping gene family sizes. Studying complete genome data from closely related species allows accurate estimation of gene family turnover rates. Current methods and software tools, however, are not well designed for dealing with certain kinds of functional elements, such as microRNAs or transcription factor binding sites. Results: Here, we describe BadiRate, a new software tool to estimate family turnover rates, as well as the number of elements in internal phylogenetic nodes, by likelihood-based methods and parsimony. It implements two stochastic population models, which provide the appropriate statistical framework for testing hypothesis, such as lineage-specific gene family expansions or contractions. We have assessed the accuracy of BadiRate by computer simulations, and have also illustrated its functionality by analyzing a representative empirical dataset.

The genome and development-dependent transcriptomes of Pyronema confluens: a window into fungal evolution

Fungi are a large group of eukaryotes found in nearly all ecosystems. More than 250 fungal genomes have already been sequenced, greatly improving our understanding of fungal evolution, physiology, and development. However, for the Pezizomycetes, an early-diverging lineage of filamentous ascomycetes, there is so far only one genome available, namely that of the black truffle, Tuber melanosporum, a mycorrhizal species with unusual subterranean fruiting bodies. To help close the sequence gap among basal filamentous ascomycetes, and to allow conclusions about the evolution of fungal development, we sequenced the genome and assayed transcriptomes during development of Pyronema confluens, a saprobic Pezizomycete with a typical apothecium as fruiting body. With a size of 50 Mb and ~13,400 protein-coding genes, the genome is more characteristic of higher filamentous ascomycetes than the large, repeat-rich truffle genome; however, some typical features are different in the P. confluens lineage, e.g. the genomic environment of the mating type genes that is conserved in higher filamentous ascomycetes, but only partly conserved in P. confluens. On the other hand, P. confluens has a full complement of fungal photoreceptors, and expression studies indicate that light perception might be similar to distantly related ascomycetes and, thus, represent a basic feature of filamentous ascomycetes. Analysis of spliced RNA-seq sequence reads allowed the detection of natural antisense transcripts for 281 genes. The P. confluens genome contains an unusually high number of predicted orphan genes, many of which are upregulated during sexual development, consistent with the idea of rapid evolution of sex-associated genes. Comparative transcriptomics identified the transcription factor gene pro44 that is upregulated during development in P. confluens and the Sordariomycete Sordaria macrospora. The P. confluens pro44 gene (PCON_06721) was used to complement the S. macrospora pro44 deletion mutant, showing functional conservation of this developmental regulator.

Regulation of the activity of DnaA and its role during the cell cycle of caulobacter crescentus

The initiation of chromosomal replication must be tightly regulated so that the genome is replicated only once per cell cycle. In most bacteria, DnaA binds to the origin of replication and initiates chromosomal replication. DnaA is a dual-function protein that also acts as an important transcription factor that regulates the expression of many genes in bacteria. Thus, understanding how this protein is regulated during the bacterial cell cycle is of major importance. The α-proteobacterium Caulobacter crescentus is an excellent model to study the bacterial cell cycle, mainly because it is possible to isolate synchronized cell cultures and because it initiates the replication of its chromosome once per cell cycle and at a specific time of the cell cycle. This latest feature is of special interest for the major aim of my thesis work, which focused on the temporal and spatial regulation of the activity of the essential DnaA protein in C. crescentus. In Escherichia coli, the Hda protein converts ATP-DnaA into ADP- DnaA by stimulating the ATPase activity of DnaA, to prevent over-initiation of chromosome replication. We propose that there exists a similar mechanism in C. crescentus, which is not only involved in the temporal control of chromosome replication, but also in the control of gene expression. First, we provided evidences indicating that the hydrolysis of the ATP bound to DnaA is essential for the viability of C. crescentus. Our results suggest that ATP-DnaA promotes the initiation of chromosome replication, since we found that cells over-expressing a DnaA protein with a mutated ATPase domain, DnaA(R357A), over-initiated chromosome replication, unlike cells expressing the wild-type DnaA protein at similar levels. By contrast, the DnaA(R357A) protein was less active than DnaA in promoting the transcription of three essential genes, suggesting that these may be more efficiently activated by ADP-DnaA than ATP-DnaA. We propose that the ATP-DnaA to ADP-DnaA switch down-regulates the initiation of DNA replication while activating the transcription of several essential genes involved in subsequent cell cycle events. Second, we studied the role of the HdaA protein, homologous to Hda, in promoting the ATP- DnaA to ADP-DnaA switch in C. crescentus. HdaA is essential for viability and its depletion in the cell leads to an over-replication of the chromosome, indicating that HdaA is a negative regulator of DNA replication. HdaA dynamically co-localizes with the replisome. In this work, we identified DnaN, the β-clamp of the DNA polymerase, as the replisome component that interacts directly with HdaA and that recruits HdaA to the replisome in live C. crescentus cells. We also showed that a mutant HdaA protein that cannot interact or co-localize with DnaN is not functional, indicating that HdaA is probably activated by DnaN. However, we found that another non-functional HdaA protein, mutated in the conserved Arginine finger of its AAA+ domain, was able to localize at the replisome, suggesting that the AAA+ domain of HdaA exerts its essential function after the recruitment of HdaA to the replisome. We propose that HdaA stimulates the ATPase activity of DnaA once DNA replication is ongoing, via its interaction with DnaN and the activity of the two conserved R fingers of DnaA and HdaA. Finally, we created different strains in which HdaA, DnaN or DnaA were over-produced. We observed that the over-production of HdaA seems to lead to a delay in chromosome replication, while the over-production of DnaN had an opposite effect. Our results also indicate that the over-production of DnaA may intensify the over-initiation phenotype of cells depleted for HdaA. We conclude that the dynamic interplay of HdaA and DnaN in the cell contributes to regulating the ATP-DnaA/ADP-DnaA ratio in the cell, to ensure once per cell cycle initiation of chromosomal replication in C. crescentus. Altogether, our work provided important information on the regulation of the activity of DnaA in C. crescentus. Since DnaA, HdaA and DnaN are well-conserved proteins, most of our findings are useful to understand how chromosome replication and gene expression are controlled by DnaA in many other bacterial species. - L'initiation de la réplication des chromosomes doit être précisément régulée de telle sorte que le génome ne soit répliqué qu'une seule fois par cycle cellulaire. Chez la plupart des bactéries, DnaA se lie à l'origine de réplication du chromosome et en initie sa réplication. DnaA est aussi un facteur de transcription qui régule l'expression de nombreux gènes bactériens. De ce fait, il est très important de comprendre comment DnaA est régulée au cours du cycle cellulaire bactérien. L'a-protéobactérie Caulobacter crescentus est un excellent modèle pour étudier le cycle cellulaire bactérien, essentiellement parce qu'il est aisé d'isoler des populations de cellules synchronisées à la même étape du cycle cellulaire et parce que cette bactérie n'initie la réplication de son chromosome qu'une seule fois et à un moment précis de son cycle. Cette dernière caractéristique est particulièrement pertinente pour l'objectif de mon travail doctoral, qui consistait à comprendre comment l'activité de la protéine essentielle DnaA est régulée dans l'espace et dans le temps chez C. crescentus. Chez Escherichia coli, la protéine Hda convertie DnaA-ATP en DnaA-ADP en stimulant l'activité ATPasique de DnaA, ce qui empêche la sur-initiation de la réplication du chromosome. Nous proposons qu'un mécanisme similaire existe chez C. crescentus. Il serait non seulement nécessaire au contrôle de la réplication du chromosome, mais aussi au contrôle de l'expression de certains gènes. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence le fait que l'hydrolyse de l'ATP lié à DnaA est un processus essentiel à la viabilité de C. crescentus. Nos résultats suggèrent que DnaA-ATP initie la réplication du chromosome, comme nous avons observé que des cellules qui sur-expriment une protéine DnaA(R357A) mutée sans domaine ATPasique fonctionnel, sur-initie la réplication de leur chromosome, contrairement aux cellules qui sur-expriment la protéine DnaA sauvage à des niveaux équivalents. Au contraire, la protéine DnaA(R357A) était moins active que la protéine DnaA sauvage pour promouvoir la transcription de trois gènes essentiels, ce qui suggère que ces derniers sont peut-être plus efficacement activés par DnaA-ADP que DnaA-ATP. Nous proposons que la conversion de DnaA-ATP en DnaA-ADP réprime l'initiation de la réplication, tandis qu'elle active la transcription de plusieurs gènes impliqués dans des étapes plus tardives du cycle cellulaire. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le rôle de la protéine HdaA, homologue à Hda, dans la conversion de DnaA-ATP en DnaA-ADP chez C. crescentus. Cette protéine est essentielle à la viabilité de C. crescentus et sa déplétion donne des cellules qui sur-initient la réplication de leur chromosome, suggérant que HdaA est un répresseur de la réplication du chromosome. HdaA co-localise de manière dynamique avec le réplisome. Lors de mon travail doctoral, nous avons démontré que DnaN, le β-clamp de l'ADN polymérase, est l'élément qui recrute HdaA au réplisome in vivo. Nous avons aussi montré qu'une protéine HdaA mutante qui ne peut pas interagir ou co-localiser avec DnaN, n'est pas fonctionnelle, ce qui suggère que HdaA est activée par DnaN. Nous avons néanmoins aussi isolé une autre protéine HdaA non fonctionnelle, dont une arginine conservée de son domaine AAA+ était mutée, mais qui pouvait toujours co-localiser avec le réplisome, ce qui suggère que le domaine AAA+ de HdaA est nécessaire après le recrutement de HdaA au réplisome. Nous proposons que HdaA stimule l'activité ATPasique de DnaA qu'une fois que la réplication a commencé, grâce à son interaction avec DnaN et aux deux arginines conservées des protéines HdaA et DnaA. Finalement, nous avons construit différentes souches sur-exprimant HdaA, DnaN ou DnaA. Nous avons observé que la sur-production de HdaA retarde la réplication du chromosome, tandis que la sur-production de DnaN a un effet opposé. Nos observations suggèrent aussi que la sur-expression de DnaA dans des cellules déplétées pour HdaA aggrave leur phénotype de sur-initiation. Nous en concluons que HdaA et DnaN collaborent étroitement et de manière dynamique pour réguler le rapport DnaA-ATP/DnaA-ADP dans la cellule, pour s'assurer que la réplication du chromosome ne soit initiée qu'une seule fois par cycle cellulaire chez C. crescentus. Globalement, notre travail a mis en évidence des informations importantes sur la régulation de l'activité de DnaA chez C. crescentus. Comme DnaA, HdaA et DnaN sont des protéines très conservées, la plupart de nos découvertes sont utiles pour mieux comprendre comment la réplication du chromosome bactérien et l'expression des gènes sont contrôlées par DnaA chez de nombreuses autres espèces bactériennes.

The cAMP response element binding protein-2 (CREB-2) can interact with the C/EBP-homologous protein (CHOP).

cAMP response element binding protein-2 (CREB-2) is a basic leucine zipper (bZIP) factor that was originally described as a repressor of CRE-dependent transcription but that can also act as a transcriptional activator. Moreover, CREB-2 is able to function in association with the viral Tax protein as an activator of the human T-cell leukemia virus type I (HTLV-I) promoter. Here we show that CREB-2 is able to interact with C/EBP-homologous protein (CHOP), a bZIP transcription factor known to inhibit CAAT/enhancer-dependent transcription. Cotransfection of CHOP with CREB-2 results in decreased activation driven by the cellular CRE motif or the HTLV-I proximal Tax-responsive element, confirming that CREB-2 and CHOP can interact with each other in vivo.

Molecular characterization of a human matrix attachment region epigenetic regulator.

Matrix attachment regions (MAR) generally act as epigenetic regulatory sequences that increase gene expression, and they were proposed to partition chromosomes into loop-forming domains. However, their molecular mode of action remains poorly understood. Here, we assessed the possible contribution of the AT-rich core and adjacent transcription factor binding motifs to the transcription augmenting and anti-silencing effects of human MAR 1-68. Either flanking sequences together with the AT-rich core were required to obtain the full MAR effects. Shortened MAR derivatives retaining full MAR activity were constructed from combinations of the AT-rich sequence and multimerized transcription factor binding motifs, implying that both transcription factors and the AT-rich microsatellite sequence are required to mediate the MAR effect. Genomic analysis indicated that MAR AT-rich cores may be depleted of histones and enriched in RNA polymerase II, providing a molecular interpretation of their chromatin domain insulator and transcriptional augmentation activities.

The caspase-8 inhibitor FLIP promotes activation of NF-kappaB and Erk signaling pathways.

BACKGROUND: Activation of Fas (CD95) by its ligand (FasL) rapidly induces cell death through recruitment and activation of caspase-8 via the adaptor protein Fas-associated death domain protein (FADD). However, Fas signals do not always result in apoptosis but can also trigger a pathway that leads to proliferation. We investigated the level at which the two conflicting Fas signals diverge and the protein(s) that are implicated in switching the response. RESULTS: Under conditions in which proliferation of CD3-activated human T lymphocytes is increased by recombinant FasL, there was activation of the transcription factors NF-kappaB and AP-1 and recruitment of the caspase-8 inhibitor and FADD-interacting protein FLIP (FLICE-like inhibitory protein). Fas-recruited FLIP interacts with TNF-receptor associated factors 1 and 2, as well as with the kinases RIP and Raf-1, resulting in the activation of the NF-kappaB and extracellular signal regulated kinase (Erk) signaling pathways. In T cells these two signal pathways are critical for interleukin-2 production. Increased expression of FLIP in T cells resulted in increased production of interleukin-2. CONCLUSIONS: We provide evidence that FLIP is not simply an inhibitor of death-receptor-induced apoptosis but that it also mediates the activation of NF-kappaB and Erk by virtue of its capacity to recruit adaptor proteins involved in these signaling pathways.

Extracellular-signal-regulated kinase 5 modulates the antioxidant response by transcriptionally controlling Sirtuin 1 expression in leukemic cells.

Cancer cell metabolism differs from that of non-transformed cells in the same tissue. This specific metabolism gives tumor cells growing advantages besides the effect in increasing anabolism. One of these advantages is immune evasion mediated by a lower expression of the mayor histocompatibility complex class I molecules. The extracellular-signal-regulated kinase-5 regulates both mayor histocompatibility complex class I expression and metabolic activity. However, the mechanisms underlying are largely unknown. We show here that extracellular-signal-regulated kinase-5 regulates the transcription of the NADH(+)-dependent histone deacetylase silent mating type information regulation 2 homolog 1 (Sirtuin 1) in leukemic Jurkat T cells. This involves the activation of the transcription factor myocyte enhancer factor-2 and its binding to the sirt1 promoter. In addition, extracellular-signal-regulated kinase-5 is required for T cell receptor-induced and oxidative stress-induced full Sirtuin 1 expression. Extracellular-signal-regulated kinase-5 induces the expression of promoters containing the antioxidant response elements through a Sirtuin 1-dependent pathway. On the other hand, down modulation of extracellular-signal-regulated kinase-5 expression impairs the anti-oxidant response. Notably, the extracellular-signal-regulated kinase-5 inhibitor BIX02189 induces apoptosis in acute myeloid leukemia tumor cells without affecting T cells from healthy donors. Our results unveil a new pathway that modulates metabolism in tumor cells. This pathway represents a promising therapeutic target in cancers with deep metabolic layouts such as acute myeloid leukemia.

Multi-scale systems analysis of plant development : beyond cellular signaling and tissue morphodynamics

Les plantes sont essentielles pour les sociétés humaines. Notre alimentation quotidienne, les matériaux de constructions et les sources énergétiques dérivent de la biomasse végétale. En revanche, la compréhension des multiples aspects développementaux des plantes est encore peu exploitée et représente un sujet de recherche majeur pour la science. L'émergence des technologies à haut débit pour le séquençage de génome à grande échelle ou l'imagerie de haute résolution permet à présent de produire des quantités énormes d'information. L'analyse informatique est une façon d'intégrer ces données et de réduire la complexité apparente vers une échelle d'abstraction appropriée, dont la finalité est de fournir des perspectives de recherches ciblées. Ceci représente la raison première de cette thèse. En d'autres termes, nous appliquons des méthodes descriptives et prédictives combinées à des simulations numériques afin d'apporter des solutions originales à des problèmes relatifs à la morphogénèse à l'échelle de la cellule et de l'organe. Nous nous sommes fixés parmi les objectifs principaux de cette thèse d'élucider de quelle manière l'interaction croisée des phytohormones auxine et brassinosteroïdes (BRs) détermine la croissance de la cellule dans la racine du méristème apical d'Arabidopsis thaliana, l'organisme modèle de référence pour les études moléculaires en plantes. Pour reconstruire le réseau de signalement cellulaire, nous avons extrait de la littérature les informations pertinentes concernant les relations entre les protéines impliquées dans la transduction des signaux hormonaux. Le réseau a ensuite été modélisé en utilisant un formalisme logique et qualitatif pour pallier l'absence de données quantitatives. Tout d'abord, Les résultats ont permis de confirmer que l'auxine et les BRs agissent en synergie pour contrôler la croissance de la cellule, puis, d'expliquer des observations phénotypiques paradoxales et au final, de mettre à jour une interaction clef entre deux protéines dans la maintenance du méristème de la racine. Une étude ultérieure chez la plante modèle Brachypodium dystachion (Brachypo- dium) a révélé l'ajustement du réseau d'interaction croisée entre auxine et éthylène par rapport à Arabidopsis. Chez ce dernier, interférer avec la biosynthèse de l'auxine mène à la formation d'une racine courte. Néanmoins, nous avons isolé chez Brachypodium un mutant hypomorphique dans la biosynthèse de l'auxine qui affiche une racine plus longue. Nous avons alors conduit une analyse morphométrique qui a confirmé que des cellules plus anisotropique (plus fines et longues) sont à l'origine de ce phénotype racinaire. Des analyses plus approfondies ont démontré que la différence phénotypique entre Brachypodium et Arabidopsis s'explique par une inversion de la fonction régulatrice dans la relation entre le réseau de signalisation par l'éthylène et la biosynthèse de l'auxine. L'analyse morphométrique utilisée dans l'étude précédente exploite le pipeline de traitement d'image de notre méthode d'histologie quantitative. Pendant la croissance secondaire, la symétrie bilatérale de l'hypocotyle est remplacée par une symétrie radiale et une organisation concentrique des tissus constitutifs. Ces tissus sont initialement composés d'une douzaine de cellules mais peuvent aisément atteindre des dizaines de milliers dans les derniers stades du développement. Cette échelle dépasse largement le seuil d'investigation par les moyens dits 'traditionnels' comme l'imagerie directe de tissus en profondeur. L'étude de ce système pendant cette phase de développement ne peut se faire qu'en réalisant des coupes fines de l'organe, ce qui empêche une compréhension des phénomènes cellulaires dynamiques sous-jacents. Nous y avons remédié en proposant une stratégie originale nommée, histologie quantitative. De fait, nous avons extrait l'information contenue dans des images de très haute résolution de sections transverses d'hypocotyles en utilisant un pipeline d'analyse et de segmentation d'image à grande échelle. Nous l'avons ensuite combiné avec un algorithme de reconnaissance automatique des cellules. Cet outil nous a permis de réaliser une description quantitative de la progression de la croissance secondaire révélant des schémas développementales non-apparents avec une inspection visuelle classique. La formation de pôle de phloèmes en structure répétée et espacée entre eux d'une longueur constante illustre les bénéfices de notre approche. Par ailleurs, l'exploitation approfondie de ces résultats a montré un changement de croissance anisotropique des cellules du cambium et du phloème qui semble en phase avec l'expansion du xylème. Combinant des outils génétiques et de la modélisation biomécanique, nous avons démontré que seule la croissance plus rapide des tissus internes peut produire une réorientation de l'axe de croissance anisotropique des tissus périphériques. Cette prédiction a été confirmée par le calcul du ratio des taux de croissance du xylème et du phloème au cours de développement secondaire ; des ratios élevés sont effectivement observés et concomitant à l'établissement progressif et tangentiel du cambium. Ces résultats suggèrent un mécanisme d'auto-organisation établi par un gradient de division méristématique qui génèrent une distribution de contraintes mécaniques. Ceci réoriente la croissance anisotropique des tissus périphériques pour supporter la croissance secondaire. - Plants are essential for human society, because our daily food, construction materials and sustainable energy are derived from plant biomass. Yet, despite this importance, the multiple developmental aspects of plants are still poorly understood and represent a major challenge for science. With the emergence of high throughput devices for genome sequencing and high-resolution imaging, data has never been so easy to collect, generating huge amounts of information. Computational analysis is one way to integrate those data and to decrease the apparent complexity towards an appropriate scale of abstraction with the aim to eventually provide new answers and direct further research perspectives. This is the motivation behind this thesis work, i.e. the application of descriptive and predictive analytics combined with computational modeling to answer problems that revolve around morphogenesis at the subcellular and organ scale. One of the goals of this thesis is to elucidate how the auxin-brassinosteroid phytohormone interaction determines the cell growth in the root apical meristem of Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), the plant model of reference for molecular studies. The pertinent information about signaling protein relationships was obtained through the literature to reconstruct the entire hormonal crosstalk. Due to a lack of quantitative information, we employed a qualitative modeling formalism. This work permitted to confirm the synergistic effect of the hormonal crosstalk on cell elongation, to explain some of our paradoxical mutant phenotypes and to predict a novel interaction between the BREVIS RADIX (BRX) protein and the transcription factor MONOPTEROS (MP),which turned out to be critical for the maintenance of the root meristem. On the same subcellular scale, another study in the monocot model Brachypodium dystachion (Brachypodium) revealed an alternative wiring of auxin-ethylene crosstalk as compared to Arabidopsis. In the latter, increasing interference with auxin biosynthesis results in progressively shorter roots. By contrast, a hypomorphic Brachypodium mutant isolated in this study in an enzyme of the auxin biosynthesis pathway displayed a dramatically longer seminal root. Our morphometric analysis confirmed that more anisotropic cells (thinner and longer) are principally responsible for the mutant root phenotype. Further characterization pointed towards an inverted regulatory logic in the relation between ethylene signaling and auxin biosynthesis in Brachypodium as compared to Arabidopsis, which explains the phenotypic discrepancy. Finally, the morphometric analysis of hypocotyl secondary growth that we applied in this study was performed with the image-processing pipeline of our quantitative histology method. During its secondary growth, the hypocotyl reorganizes its primary bilateral symmetry to a radial symmetry of highly specialized tissues comprising several thousand cells, starting with a few dozens. However, such a scale only permits observations in thin cross-sections, severely hampering a comprehensive analysis of the morphodynamics involved. Our quantitative histology strategy overcomes this limitation. We acquired hypocotyl cross-sections from tiled high-resolution images and extracted their information content using custom high-throughput image processing and segmentation. Coupled with an automated cell type recognition algorithm, it allows precise quantitative characterization of vascular development and reveals developmental patterns that were not evident from visual inspection, for example the steady interspace distance of the phloem poles. Further analyses indicated a change in growth anisotropy of cambial and phloem cells, which appeared in phase with the expansion of xylem. Combining genetic tools and computational modeling, we showed that the reorientation of growth anisotropy axis of peripheral tissue layers only occurs when the growth rate of central tissue is higher than the peripheral one. This was confirmed by the calculation of the ratio of the growth rate xylem to phloem throughout secondary growth. High ratios are indeed observed and concomitant with the homogenization of cambium anisotropy. These results suggest a self-organization mechanism, promoted by a gradient of division in the cambium that generates a pattern of mechanical constraints. This, in turn, reorients the growth anisotropy of peripheral tissues to sustain the secondary growth.

New pool of cortical interneuron precursors in the early postnatal dorsal white matter.

The migration of cortical γ-aminobutyric acidergic interneurons has been extensively studied in rodent embryos, whereas few studies have documented their postnatal migration. Combining in vivo analysis together with time-lapse imaging on cortical slices, we explored the origin and migration of cortical interneurons during the first weeks of postnatal life. Strikingly, we observed that a large pool of GAD65-GFP-positive cells accumulate in the dorsal white matter region during the first postnatal week. Part of these cells divides and expresses the transcription factor paired box 6 indicating the presence of local transient amplifying precursors. The vast majority of these cells are immature interneurons expressing the neuronal marker doublecortin and partly the calcium-binding protein calretinin. Time-lapse imaging reveals that GAD65-GFP-positive neurons migrate from the white matter pool into the overlying anterior cingulate cortex (aCC). Some interneurons in the postnatal aCC express the same immature neuronal markers suggesting ongoing migration of calretinin-positive interneurons. Finally, bromodeoxyuridine incorporation experiments confirm that a small fraction of interneurons located in the aCC are generated during the early postnatal period. These results altogether reveal that at postnatal ages, the dorsal white matter contains a pool of interneuron precursors that divide and migrate into the aCC.

egr-4, a target of EGFR signaling, is required for the formation of the brian primordial and head regeneration in planarians

During the regeneration of freshwater planarians, polarity and patterning programs play essential roles in determining whether a head or a tail regenerates at anterior or posterior-facing wounds. This decision is made very soon after amputation. The pivotal role of the Wnt/β-catenin and Hh signaling pathways in re-establishing anterior-posterior (AP) polarity has been well documented. However, the mechanisms that control the growth and differentiation of the blastema in accordance with its AP identity are less well understood. Previous studies have described a role of Smed-egfr-3, a planarian epidermal growth factor receptor, in blastema growth and differentiation. Here, we identify Smed-egr-4, a zinc-finger transcription factor belonging to the early growth response gene family, as a putative downstream target of Smed-egfr-3. Smed-egr-4 is mainly expressed in the central nervous system and its silencing inhibits anterior regeneration without affecting the regeneration of posterior regions. Single and combinatorial RNA interference to target different elements of the Wnt/β-catenin pathway, together with expression analysis of brain- and anterior-specific markers, revealed that Smed-egr-4: (1) is expressed in two phases - an early Smed-egfr-3-independent phase and a late Smed-egfr-3-dependent phase; (2) is necessary for the differentiation of the brain primordia in the early stages of regeneration; and (3) that it appears to antagonize the activity of the Wnt/β-catenin pathway to allow head regeneration. These results suggest that a conserved EGFR/egr pathway plays an important role in cell differentiation during planarian regeneration and indicate an association between early brain differentiation and the proper progression of head regeneration.

JNK3 maintains expression of the insulin receptor substrate 2 (IRS2) in insulin-secreting cells: functional consequences for insulin signaling.

We have recently shown that silencing of the brain/islet specific c-Jun N-terminal Kinase3 (JNK3) isoform enhances both basal and cytokine-induced beta-cell apoptosis, whereas silencing of JNK1 or JNK2 has opposite effects. While it is known that JNK1 or JNK2 may promote apoptosis by inhibiting the activity of the pro-survival Akt pathway, the effect of JNK3 on Akt has not been documented. This study aims to determine the involvement of individual JNKs and specifically JNK3 in the regulation of the Akt signaling pathway in insulin-secreting cells. JNK3 silencing strongly decreases Insulin Receptor Substrate 2 (IRS2) protein expression, and blocks Akt2 but not Akt1 activation by insulin, while the silencing of JNK1 or JNK2 activates both Akt1 and Akt2. Concomitantly, the silencing of JNK1 or JNK2, but not of JNK3, potently phosphorylates the glycogen synthase kinase3 (GSK3β). JNK3 silencing also decreases the activity of the transcription factor Forkhead BoxO3A (FoxO3A) that is known to control IRS2 expression, in addition to increasing c-Jun levels that are known to inhibit insulin gene expression. In conclusion, we propose that JNK1/2 on one hand and JNK3 on the other hand, have opposite effects on insulin-signaling in insulin-secreting cells; JNK3 protects beta-cells from apoptosis and dysfunction mainly through maintenance of a normal IRS2 to Akt2 signaling pathway. It seems that JNK3 mediates its effects mainly at the transcriptional level, while JNK1 or JNK2 appear to mediate their pro-apoptotic effect in the cytoplasm.

Morbillivirus glycoprotein expression induces ER stress, alters Ca2+ homeostasis and results in the release of vasostatin.

Although the pathology of Morbillivirus in the central nervous system (CNS) is well described, the molecular basis of neurodegenerative events still remains poorly understood. As a model to explore Morbillivirus-mediated CNS dysfunctions, we used canine distemper virus (CDV) that we inoculated into two different cell systems: a monkey cell line (Vero) and rat primary hippocampal neurons. Importantly, the recombinant CDV used in these studies not only efficiently infects both cell types but recapitulates the uncommon, non-cytolytic cell-to-cell spread mediated by virulent CDVs in brain of dogs. Here, we demonstrated that both CDV surface glycoproteins (F and H) markedly accumulated in the endoplasmic reticulum (ER). This accumulation triggered an ER stress, characterized by increased expression of the ER resident chaperon calnexin and the proapoptotic transcription factor CHOP/GADD 153. The expression of calreticulin (CRT), another ER resident chaperon critically involved in the response to misfolded proteins and in Ca(2+) homeostasis, was also upregulated. Transient expression of recombinant CDV F and H surface glycoproteins in Vero cells and primary hippocampal neurons further confirmed a correlation between their accumulation in the ER, CRT upregulation, ER stress and disruption of ER Ca(2+) homeostasis. Furthermore, CDV infection induced CRT fragmentation with re-localisation of a CRT amino-terminal fragment, also known as vasostatin, on the surface of infected and neighbouring non-infected cells. Altogether, these results suggest that ER stress, CRT fragmentation and re-localization on the cell surface may contribute to cytotoxic effects and ensuing cell dysfunctions triggered by Morbillivirus, a mechanism that might potentially be relevant for other neurotropic viruses.