Phenotypic and molecular characterization of the onset of neuropathy in rodent models of diabetes mellitus

Abstract : The principal focus of this work was to study the molecular changes leading to the development of diabetic peripheral neuropathy (DPN). DPN is the most common complication associated with both type I and II diabetes mellitus (DM). This pathology is the leading cause of non-traumatic amputations. Even though the pathological and morphological changes underlying DPN are relatively well described, the implicated molecular mechanisms remain poorly understood. The following two approaches were developed to study the development of DPN in a rodent model of DM type I. As a first approach, we studied the implication of lipid metabolism in DPN phenotype, concentrating on Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-lc which is the key regulator of storage lipid metabolism. We showed that SREBP-1c was expressed in peripheral nerves and that its expression profile followed the expression of genes involved in storage lipid metabolism. In addition, the expression of SREBP-1c in the endoneurium of peripheral nerves was dependant upon nutritional status and this expression was also perturbed in type I diabetes. In line with this, we showed that insulin elevated the expression of SREBP-1c in primary cultured Schwann cells by activating the SREBP-1c promoter. Taken together, these findings reveal that SREBP-1c expression in Schwann cells responds to metabolic stimuli including insulin and that this response is affected in type I diabetes mellitus. This suggests that disturbed SREBP-1c regulated lipid metabolism may contribute to the pathophysiology of DPN. As a second approach, we performed a comprehensive analysis of the molecular changes associated with DPN in the Akital~1~+ mouse which is a model of spontaneous early-onset type I diabetes mellitus. This mouse expresses a mutated non-functional isoform of insulin, leading to hypoinsulinemia and hyperglycaemia. To determine the onset of DPN, weight, blood glucose and motor nerve conduction velocity (MNCV) were measured in Akital+/+ mice during the first three months of life. A decrease in MNCV was evident akeady one week after the onset of hyperglycemia. To explore the molecular changes associated with the development of DPN in these mice, we performed gene expression profiling using sciatic nerve endoneurium and dorsal root ganglia (DRG) isolated from early diabetic male Akita+/+ mice and sex-matched littermate controls. No major transcriptional changes were detected either in the DRG or in the sciatic nerve endoneurium. This experiment indicates that the phenotypic changes observed during the development of DPN are not correlated with major transcriptional alterations, but mainly with alterations at the protein level. Résumé Lors ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements moléculaires aboutissant aux neuropathies périphériques dues au diabète (NPD). Les NPD sont la complication la plus commune du diabète de type I et de type II. Cette pathologie est une cause majeure d'amputations. Même si les changements pathologiques et morphologiques associés aux NPD sont relativement bien décrits, les mécanismes moléculaires provoquant cette pathologie sont mal connus. Deux approches ont principalement été utilisées pour étudier le développement des NPD dans des modèles murins du diabète de type I. Nous avons d'abord étudié l'impact du métabolisme des lipides sur le développement des NPD en nous concentrant sur Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-1 c qui est un régulateur clé des lipides de stockage. Nous avons montré que SREBP-1 c est exprimé dans les nerfs périphériques et que son profil d'expression suit celui de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides de stockage. De plus, l'expression de SREBP-1c dans l'endoneurium des nerfs périphériques est dépendante du statut nutritionnel et est dérégulée lors de diabète de type I. Nous avons également pu montrer que l'insuline augmente l'expression de SREBP-1c dans des cultures primaires de cellules de Schwann en activant le promoteur de SREBP-1c. Ses résultats démontrent que l'expression de SREBP-1c dans les cellules de Schwann est contrôlée par des stimuli métaboliques comme l'insuline et que cette réponse est affectée dans le cas d'un diabète de type I. Ces données suggèrent que la dérégulation de l'expression de SREBP-1c lors du diabète pourrait affecter le métabolisme des lipides et ainsi contribuer à la pathophysiologie des NPD. Comme seconde approche, nous avons réalisé une analyse globale des changements moléculaires associés au développement des NPD chez les souris Akita+/+, un modèle de diabète de type I. Cette souris exprime une forme mutée et non fonctionnelle de l'insuline provoquant une hypoinsulinémie et une hyperglycémie. Afin de déterminer le début du développement de la NPD, le poids, le niveau de glucose sanguin et la vitesse de conduction nerveuse (VCN) ont été mesurés durant les 3 premiers mois de vie. Une diminution de la VCN a été détectée une semaine seulement après le développement de l'hyperglycémie. Pour explorer les changements moléculaires associés avec le développement des NPD, nous avons réalisé un profil d'expression de l'endoneurium du nerf sciatique et des ganglions spinaux isolés à partir de souris Akital+/+ et de souris contrôles Akita+/+. Aucune altération transcriptionnelle majeure n'a été détectée dans nos échantillons. Cette expérience suggère que les changements phénotypiques observés durant le développement des NPD ne sont pas corrélés avec des changements importants au niveau transcriptionnel, mais plutôt avec des altérations au niveau protéique. Résumé : Lors ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements moléculaires aboutissant aux neuropathies périphériques dues au diabète (NPD). Les NPD sont la complication la plus commune du diabète de type I et de type II. Cette pathologie est une cause majeure d'amputations. Même si les changements pathologiques et morphologiques associés aux NPD sont relativement bien décrits, les mécanismes moléculaires provoquant cette pathologie sont mal connus. Deux approches ont principalement été utilisées pour étudier le développement des NPD dans des modèles murins du diabète de type I. Nous avons d'abord étudié l'impact du métabolisme des lipides sur le développement des NPD en nous concentrant sur Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-1c qui est un régulateur clé des lipides de stockage. Nous avons montré que SREBP-1 c est exprimé dans les nerfs périphériques et que son profil d'expression suit celui de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides de stockage. De plus, l'expression de SREBP-1c dans l'endoneurium des nerfs périphériques est dépendante du statut nutritionnel et est dérégulée lors de diabète de type I. Nous avons également pu montrer que l'insuline augmente l'expression de SREBP-1c dans des cultures primaires de cellules de Schwann en activant le promoteur de SREBP-1c. Ses résultats démontrent que l'expression de SREBP-1c dans les cellules de Schwann est contrôlée par des stimuli métaboliques comme l'insuline et que cette réponse est affectée dans le cas d'un diabète de type I. Ces données suggèrent que la dérégulation de l'expression de SREBP-1c lors du diabète pourrait affecter le métabolisme des lipides et ainsi contribuer à la pathophysiologie des NPD. Comme seconde approche, nous avons réalisé une analyse globale des changements moléculaires associés au développement des NPD chez les souris Akita~~Z~+, un modèle de diabète de type I. Cette souris exprime une forme mutée et non fonctionnelle de l'insuline provoquant une hypoinsulinémie et une hyperglycémie. Afin de déterminer le début du développement de la NPD, le poids, le niveau de glucose sanguin et la vitesse de conduction nerveuse (VCN) ont été mesurés durant les 3 premiers mois de vie. Une diminution de la VCN a été détectée une semaine seulement après le développement de l'hyperglycémie. Pour explorer les changements moléculaires associés avec le développement des NPD, nous avons réalisé un profil d'expression de l'endoneurium du nerf sciatique et des ganglions spinaux isolés à partir de souris Akital+/+ et de souris contrôles Akita+/+. Aucune altération transcriptionnelle majeure n'a été détectée dans nos échantillons. Cette expérience suggère que les changements phénotypiques observés durant le développement des NPD ne sont pas corrélés avec des changements importants au niveau transcriptionnel, mais plutôt avec des altérations au niveau protéique.

Molecular characterization and pathogenicity of isolates of Beauveria spp. to fall armyworm

The objective of this work was to evaluate the pathogenicity of 24 Beauveria isolates to Spodoptera frugiperda larvae, and characterize them molecularly through rDNA-ITS sequencing and RAPD markers. Sequencing of rDNA-ITS fragments of 570 bp allowed the identification of isolates as B. bassiana or B. brongniarti by sequence comparison to GenBank. Sixty seven polymorphic RAPD fragments were capable to differentiate 20 among 24 Beauveria isolates, grouping them according to the derived host insect and to pathogenicity against maize fall armyworm larvae. Three RAPD markers were highly associated to the pathogenicity against S. frugiperda, explaining up to 67% of the phenotypic variation. Besides identification and molecular characterization of Beauveria isolates, ITS sequence and RAPD markers proved to be very useful in selecting the isolates potentially effective against S. frugiperda larvae and in monitoring field release of these microorganisms in biocontrol programs.

Phenotypic and molecular characterization of a novel case of dyssegmental dysplasia, Silverman-Handmaker type.

Dyssegmental dysplasia, Silverman-Handmaker type (DDSH; #MIM 224410) is an autosomal recessive form of lethal dwarfism characterized by a defect in segmentation and fusion of vertebral bodies components ("anisospondyly") and by severe limb shortening. It is caused by mutations in the perlecan gene (HSPG2), but so far, only three molecularly confirmed cases have been reported. We report a novel case of DDSH in a fetus that presented at 15 weeks gestation with encephalocele, severe micromelic dwarfism and narrow thorax. After termination of pregnancy, radiographs showed short ribs, short and bent long bones and anisospondyly of two vertebral bodies. The fetus was homozygous for a previously undescribed null mutation in HSPG2.

Molecular characterization of grapevine from Santa Catarina, Brazil, using microsatellite markers

The objective of this work was to characterize the grape germplasm in Santa Catarina, Brazil, using microsatellite DNA markers (simple sequence repeats - SSR). The DNA samples were collected from leaves and shoots of accessions of public and private collections from the counties Urussanga, Nova Trento, Rodeio, São Joaquim, Campos Novos, Videira, and Água Doce. Ten SSR loci (VVS2, VVMD5, VVMD7, VVMD27, VrZAG62, VrZAG79, VVMD25, VVMD28, VVMD31, and VVMD32) were analysed by capillary electrophoresis. Molecular profiling was conducted for 190 grapevines (European, American, and hybrids), and 67 genotypes were obtained. The data were compared with each other and with those from the literature and from online databases, in order to identify varieties and discover cases of synonymy and homonymy. Forty molecular profiles corresponded to known varieties, while 27 genotypes were described for the first time. The existence of typical germplasm composed mainly of American and hybrid varieties is an important finding for local viticulture. Applications of the results rely on quality control and certification at the nursery level. Increasing precision in the characterization of grapevine genotypes may help breeding programs.

Molecular characterization of the processing of arenavirus envelope glycoprotein precursors by subtilisin kexin isozyme-1/site-1 protease.

A crucial step in the life cycle of arenaviruses is the biosynthesis of the mature fusion-active viral envelope glycoprotein (GP) that is essential for virus-host cell attachment and entry. The maturation of the arenavirus GP precursor (GPC) critically depends on proteolytic processing by the cellular proprotein convertase (PC) subtilisin kexin isozyme-1 (SKI-1)/site-1 protease (S1P). Here we undertook a molecular characterization of the SKI-1/S1P processing of the GPCs of the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) and the pathogenic Lassa virus (LASV). Previous studies showed that the GPC of LASV undergoes processing in the endoplasmic reticulum (ER)/cis-Golgi compartment, whereas the LCMV GPC is cleaved in a late Golgi compartment. Herein we confirm these findings and provide evidence that the SKI-1/S1P recognition site RRLL, present in the SKI-1/S1P prodomain and LASV GPC, but not in the LCMV GPC, is crucial for the processing of the LASV GPC in the ER/cis-Golgi compartment. Our structure-function analysis revealed that the cleavage of arenavirus GPCs, but not cellular substrates, critically depends on the autoprocessing of SKI-1/S1P, suggesting differences in the processing of cellular and viral substrates. Deletion mutagenesis showed that the transmembrane and intracellular domains of SKI-1/S1P are dispensable for arenavirus GPC processing. The expression of a soluble form of the protease in SKI-I/S1P-deficient cells resulted in the efficient processing of arenavirus GPCs and rescued productive virus infection. However, exogenous soluble SKI-1/S1P was unable to process LCMV and LASV GPCs displayed at the surface of SKI-I/S1P-deficient cells, indicating that GPC processing occurs in an intracellular compartment. In sum, our study reveals important differences in the SKI-1/S1P processing of viral and cellular substrates.

Agronomical and molecular characterization of banana germplasm

The objective of the present work was to characterize banana accessions from the Germplasm Bank at Embrapa Mandioca e Fruticultura Tropical (Brazil), using agronomical, physical and physicochemical characteristics of fruit and simple sequence repeats (SSR) markers. Twenty-six accessions were analyzed, in which high genetic variability was found, especially for the agronomical characters number of fruit and weight of bunch. Accessions with high contents of carotenoids (diploid 'Jaran'), polyphenols (triploid 'Caipira' and tetraploid 'Teparod') and vitamin C (diploid 'Tuugia' and an unknown triploid AAA) in the fruit were identified. Thirteen microsatellite primers revealed an average of 7.23 alleles, which showed high variability. A dendrogram was prepared using the Gower algorithm for the distance matrices obtained from the agronomical, physical and physicolchemical analysis of fruit and SSR markers. Adopting the average genetic divergence as the cut-off point, three clusters were found: G1, formed by the diploids 'Jaran', 028003-01 and M-48; G2, by the diploids 'Malbut' and 'Ido 110'; and G3, by 21 tri-and tetraploid accessions, including one diploid, 'Tuugia'. The triploids with the B genome 'Thap Maeo', 'Walha', 'Pacha Nadan' and 'Champa Madras' were grouped in G2. Results from this work can be used for breeding hybrids with good agronomical traits and fruit quality.

ACID-SENSING ION CHANNELS: functional and molecular characterization in putative nociceptors, and modulation by nerve injury and serine protease

Résumé Les canaux ioniques ASICs (acid-sensing ion channels) appartiennent à la famille des canaux ENaC/Degenerin. Pour l'instant, quatre gènes (1 à 4) ont été clonés dont certains présentent des variants d'épissage. Leur activation par une acidification rapide du milieu extracellulaire génère un courant entrant transitoire essentiellement sodique accompagné pour certains types d'ASICs d'une phase soutenue. Les ASICs sont exprimés dans le système nerveux, central (SNC) et périphérique (SNP). On leur attribue un rôle dans l'apprentissage, la mémoire et l'ischémie cérébrale au niveau central ainsi que dans la nociception (douleur aiguë et inflammatoire) et la méchanotransduction au niveau périphérique. Toutefois, les données sont parfois contradictoires. Certaines études suggèrent qu'ils sont des senseurs primordiaux impliqués dans la détection de l'acidification et la douleur. D'autres études suggèrent plutôt qu'ils ont un rôle modulateur inhibiteur dans la douleur. De plus, le fait que leur activation génère majoritairement un courant transitoire alors que les fibres nerveuses impliquées dans la douleur répondent à un stimulus nocif avec une adaptation lente suggère que leurs propriétés doivent être modulés par des molécules endogènes. Dans une première partie de ma thèse, nous avons abordé la question de l'expression fonctionnelle des ASICs dans les neurones sensoriels primaires afférents du rat adulte pour clarifier le rôle des ASICs dans les neurones sensoriels. Nous avons caractérisé leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques par la technique du patch-clamp en configuration « whole-cell ». Nous avons pu démontrer que près de 60% des neurones sensoriels de petit diamètre expriment des courants ASICs. Nous avons mis en évidence trois types de courant ASIC dans ces neurones. Les types 1 et 3 ont des propriétés compatibles avec un rôle de senseur du pH alors que le type 2 est majoritairement activé par des pH inférieurs à pH6. Le type 1 est médié par des homomers de la sous-unité ASIC1 a qui sont perméables aux Ca2+. Nous avons étudié leur co-expression avec des marqueurs des nocicepteurs ainsi que la possibilité d'induire une activité neuronale suite à une acidification qui soit dépendante des ASICs. Le but était d'associer un type de courant ASIC avec une fonction potentielle dans les neurones sensoriels. Une majorité des neurones exprimant les courants ASIC co-expriment des marqueurs des nocicepteurs. Toutefois, une plus grande proportion des neurones exprimant le type 1 n'est pas associée à la nociception par rapport aux types 2 et 3. Nous avons montré qu'il est possible d'induire des potentiels d'actions suite à une acidification. La probabilité d'induction est proportionnelle à la densité des courants ASIC et à l'acidité de la stimulation. Puis, nous avons utilisé cette classification comme un outil pour appréhender les potentielles modulations fonctionnelles des ASICs dans un model de neuropathie (spared nerve injury). Cette approche fut complétée par des expériences de «quantitative RT-PCR ». En situation de neuropathie, les courants ASIC sont dramatiquement changés au niveau de leur expression fonctionnelle et transcriptionnelle dans les neurones lésés ainsi que non-lésés. Dans une deuxième partie de ma thèse, suite au test de différentes substances sécrétées lors de l'inflammation et l'ischémie sur les propriétés des ASICs, nous avons caractérisé en détail la modulation des propriétés des courants ASICs notamment ASIC1 par les sérines protéases dans des systèmes d'expression recombinants ainsi que dans des neurones d'hippocampe. Nous avons montré que l'exposition aux sérine-protéases décale la dépendance au pH de l'activation ainsi que la « steady-state inactivation »des ASICs -1a et -1b vers des valeurs plus acidiques. Ainsi, l'exposition aux serine protéases conduit à une diminution du courant quand l'acidification a lieu à partir d'un pH7.4 et conduit à une augmentation du courant quand l'acidification alleu à partir d'un pH7. Nous avons aussi montré que cette régulation a lieu des les neurones d'hippocampe. Nos résultats dans les neurones sensoriels suggèrent que certains courants ASICs sont impliqués dans la transduction de l'acidification et de la douleur ainsi que dans une des phases du processus conduisant à la neuropathie. Une partie des courants de type 1 perméables au Ca 2+ peuvent être impliqués dans la neurosécrétion. La modulation par les sérines protéases pourrait expliquer qu'en situation d'acidose les canaux ASICs soient toujours activables. Résumé grand publique Les neurones sont les principales cellules du système nerveux. Le système nerveux est formé par le système nerveux central - principalement le cerveau, le cervelet et la moelle épinière - et le système nerveux périphérique -principalement les nerfs et les neurones sensoriels. Grâce à leur nombreux "bras" (les neurites), les neurones sont connectés entre eux, formant un véritable réseau de communication qui s'étend dans tout le corps. L'information se propage sous forme d'un phénomène électrique, l'influx nerveux (ou potentiels d'actions). A la base des phénomènes électriques dans les neurones il y a ce que l'on appelle les canaux ioniques. Un canal ionique est une sorte de tunnel qui traverse l'enveloppe qui entoure les cellules (la membrane) et par lequel passent les ions. La plupart de ces canaux sont normalement fermés et nécessitent d'être activés pour s'ouvrire et générer un influx nerveux. Les canaux ASICs sont activés par l'acidification et sont exprimés dans tout le système nerveux. Cette acidification a lieu notamment lors d'une attaque cérébrale (ischémie cérébrale) ou lors de l'inflammation. Les expériences sur les animaux ont montré que les canaux ASICs avaient entre autre un rôle dans la mort des neurones lors d'une attaque cérébrale et dans la douleur inflammatoire. Lors de ma thèse je me suis intéressé au rôle des ASICs dans la douleur et à l'influence des substances produites pendant l'inflammation sur leur activation par l'acidification. J'ai ainsi pu montrer chez le rat que la majorité des neurones sensoriels impliqués dans la douleur ont des canaux ASICs et que l'activation de ces canaux induit des potentiels d'action. Nous avons opéré des rats pour qu'ils présentent les symptômes d'une maladie chronique appelée neuropathie. La neuropathie se caractérise par une plus grande sensibilité à la douleur. Les rats neuropathiques présentent des changements de leurs canaux ASICs suggérant que ces canaux ont une peut-être un rôle dans la genèse ou les symptômes de cette maladie. J'ai aussi montré in vitro qu'un type d'enryme produit lors de l'inflammation et l'ischémie change les propriétés des ASICs. Ces résultats confirment un rôle des ASICs dans la douleur suggérant notamment un rôle jusque là encore non étudié dans la douleur neuropathique. De plus, ces résultats mettent en évidence une régulation des ASICs qui pourrait être importante si elle se confirmait in vivo de part les différents rôles des ASICs. Abstract Acid-sensing ion channels (ASICs) are members of the ENaC/Degenerin superfamily of ion channels. Their activation by a rapid extracellular acidification generates a transient and for some ASIC types also a sustained current mainly mediated by Na+. ASICs are expressed in the central (CNS) and in the peripheral (PNS) nervous system. In the CNS, ASICs have a putative role in learning, memory and in neuronal death after cerebral ischemia. In the PNS, ASICs have a putative role in nociception (acute and inflammatory pain) and in mechanotransduction. However, studies on ASIC function are somewhat controversial. Some studies suggest a crucial role of ASICs in transduction of acidification and in pain whereas other studies suggest rather a modulatory inhibitory role of ASICs in pain. Moreover, the basic property of ASICs, that they are activated only transiently is irreconcilable with the well-known property of nociception that the firing of nociceptive fibers demonstrated very little adaptation. Endogenous molecules may exist that can modulate ASIC properties. In a first part of my thesis, we addressed the question of the functional expression of ASICs in adult rat dorsal root ganglion (DRG) neurons. Our goal was to elucidate ASIC roles in DRG neurons. We characterized biophysical and pharmacological properties of ASIC currents using the patch-clamp technique in the whole-cell configuration. We observed that around 60% of small-diameter sensory neurons express ASICs currents. We described in these neurons three ASIC current types. Types 1 and 3 have properties compatible with a role of pH-sensor whereas type 2 is mainly activated by pH lower than pH6. Type 1 is mediated by ASIC1a homomultimers which are permeable to Ca 2+. We studied ASIC co-expression with nociceptor markers. The goal was to associate an ASIC current type with a potential function in sensory neurons. Most neurons expressing ASIC currents co-expressed nociceptor markers. However, a higher proportion of the neurons expressing type 1 was not associated with nociception compared to type 2 and -3. We completed this approach with current-clamp measurements of acidification-induced action potentials (APs). We showed that activation of ASICs in small-diameter neurons can induce APs. The probability of AP induction is positively correlated with the ASIC current density and the acidity of stimulation. Then, we used this classification as a tool to characterize the potential functional modulation of ASICs in the spared nerve injury model of neuropathy. This approach was completed by quantitative RT-PCR experiments. ASICs current expression was dramatically changed at the functional and transcriptional level in injured and non-injured small-diameter DRG neurons. In a second part of my thesis, following an initial screening of the effect of various substances secreted during inflammation and ischemia on ASIC current properties, we characterized in detail the modulation of ASICs, in particular of ASIC1 by serine proteases in a recombinant expression system as well as in hippocampal neurons. We showed that protease exposure shifts the pH dependence of ASIC1 activation and steady-state inactivation to more acidic pH. As a consequence, protease exposure leads to a decrease in the current response if ASIC1 is activated by a pH drop from pH 7.4. If, however, acidification occurs from a basal pH of 7, protease-exposed ASIC1a shows higher activity than untreated ASIC1a. We provided evidence that this bi-directional regulation of ASIC1a function also occurs in hippocampal neurons. Our results in DRG neurons suggest that some ASIC currents are involved in the transduction of peripheral acidification and pain. Furthermore, ASICs may participate to the processes leading to neuropathy. Some Ca 2+-permeable type 1 currents may be involved in neurosecretion. ASIC modulation by serine proteases may be physiologically relevant, allowing ASIC activation under sustained slightly acidic conditions.

Regulation of the AKAP-LBC signaling complex : molecular characterization and functional implications

RÉSUMÉ Les protéines d'ancrage de la protéine kinase A (AKAPs) constituent une grande famille de protéines qui ciblent la protéine kinase A (PKA) à proximité de ses substrats physiologiques pour assurer leur régulation. Une nouvelle protéine de cette famille, appelée AKAP-Lbc, a été récemment caractérisée et fonctionne comme un facteur d'échange de nucléotides guanine (GEF) pour la petite GTPase Rho. AKAP-Lbc est régulée par différents signaux qui activent et désactivent son activité Rho-GEF. Son activation est assurée par la sous-unité alpha de la protéine G hétérotrimérique G12, tandis que son inhibition dépend de son interaction avec la PKA et 14-3-3. AKAP-Lbc est principalement exprimée dans le coeur et pourrait réguler des processus importants tels que l'hypertrophie et la différenciation des cardiomyocytes. Ainsi, il est crucial d'élucider les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de son activité Rho-GEF. Le but général de ce travail de thèse est la caractérisation de deux nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de l'activité de AKAP-Lbc. Le premier mécanisme consiste en la régulation de l'activité de AKAP-Lbc par son homo-oligomérisation. Mes travaux montrent que l'homo-oligomérisation maintient AKAP-Lbc inactive, dans une conformation permettant à la PKA ancrée et à 14-3-3 d'exercer leur effet inhibiteur sur l'activité de AKAP-Lbc. Le second mécanisme concerne la régulation de l'activité de AKAP-Lbc via une nouvelle interaction entre AKAP-Lbc et la protéine LC3. LC3 joue un rôle crucial dans l'autophagie, un processus cellulaire qui adresse les protéines cytoplasmiques au lysosome pour leur dégradation. Ce mécanisme est particulièrement important pour le survie des cardiomyocytes durant les périodes d'absence de nutriments. Mes travaux mettent en évidence que LC3 inhibe l'activité Rho-GEF de AKAP-Lbc, ce qui suggère que, au-delà son rôle bien établi dans l'autophagie, LC3 participerait à la régulation de la signalisation de Rho. Prises ensembles, ces études contribuent à comprendre comment le complexe de signalisation formé par AKAP-Lbc régule la signalisation de Rho dans les cellules. Au-delà de leur intérêt au niveau biochimique, ces travaux pourraient aussi contribuer à élucider les réseaux de signalisation qui régulent des phénomènes physiologiques dans le coeur. ABSTRACT A-kinase anchoring proteins (AKAPs) are a group of functionally related proteins, which target the cAMP dependent protein kinase A (PKA) in close proximity to its physiological substrates for ensuring their regulation. A novel PKA anchoring protein, termed AKAP-Lbc, has been recently characterized, which also functions as a guanine nucleotide exchange factor (GEF) for the small GTPase Rho. AKAP-Lbc is regulated in a bi-directional manner by signals which activate or deactivate its Rho-GEF activity. Activation is mediated by the alpha subunit of the heterotrimeric G protein G12, whereas inhibition occurs following its interaction with PKA and 14-3-3. AKAP-Lbc is predominantly expressed in the heart and might regulate important processes such as hypertrophy and differentiation of cardiomyocytes. Therefore ít is crucial to elucidate the molecular mechanisms involved in the regulation of the Rho-GEF activity of AKAP-Lbc. The general aim of the present thesis work is the characterization of two novel molecular mechanisms involved in the regulation of the Rho-GEF activity of AKAP-Lbc. The first mechanism consists of the. regulation of AKAP-Lbc activity through its homooligomerization. I report here that homo-oligomerization maintains AKAP-Lbc inactive, under a conformation suitable for ensuring the inhibitory effect of anchored PKA and 14-33 on AKAP-Lbc activity. The second mechanism concerns the regulation of AKAP-Lbc activity through a novel interaction between AKAP-Lbc and ubiquitin-like protein LC3. LC3 is a key mediator of autophagy, which is a cellular process that targets cytosolic proteins to the lysosome for degradation. This process is particularly important for cardiomyocyte survival during conditions of nutrient starvation. Here, I show that LC3 is a negative regulator of the Rho-GEF activity of AKAP-Lbc, which suggests that, beyond its well established role in autophagy, LC3 can participate in the regulation of Rho signaling in cells. Overall, these findings contribute to understand how the AKAP-Lbc signaling complex can regulate the Rho signaling in cells. Beyond its interest at the biochemical level, this work might also contribute to elucidate the signaling network that regulate physiological events in the heart.

Molecular characterization of soybean cultivars by microsatellite markers with universal tail sequence

The objective of this work was to standardize a semiautomated method for genotyping soybean, based on universal tail sequence primers (UTSP), and to compare it with the conventional genotyping method that uses electrophoresis in polyacrylamide gels. Thirty soybean cultivars were genotypically characterized by both methods, using 13 microsatellite loci. For the UTSP method, the number of alleles (NA) was 50 (2-7 per marker) and the polymorphic information content (PIC) ranged from 0.40 to 0.74. For the conventional method, the NA was 38 (2-5 per marker) and the PIC varied from 0.39 to 0.67. The genetic dissimilarity matrices obtained by the two methods were highly correlated with each other (0.8026), and the formed groups were coherent with the phenotypic data used for varietal registration. The 13 markers allowed the distinction of all analyzed cultivars. The low cost of the UTSP method, associated with its high accuracy, makes it ideal for the characterization of soybean cultivars and for the determination of genetic purity.

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.

Molecular characterization of the Carma1-related protein card9

ABSTRACT : Fungal infections have become a major source of diseases in immuncompromised patients, but are quite benign in healthy individuals. As fungi are eukaryotes, and share many biological processes with humans, many antifungal drugs can cause toxicity in the patients. Therefore, the characterization of signaling pathways specific to the anti-fungal immune response is relevant for the better understanding of the disease and the development of new therapeutic approaches. Dectin-1 is the major mammalian pattern recognition receptor for the fungal component zymosan. Dectin-1 is an innate non-Toll-like receptor containing immunoreceptor tyrosine-based activation motifs (ITAMs). Card9, Bc110 and Maltl are proteins that have been shown to play a key role in the Dectin-l-induced signaliñg pathway by controlling Dectin-l-mediated cell activation, cytokine production and innate anti-fungal immunity in mice. Here we investigate the role of the Card9-Bc110-Maltl complex in humans using the monocytic cell line THP-1. We show that Card9 interacts with Bc110 through a CARD-CARD interaction and that interaction of Card9 with Bc110 is required for NF-xB activation. We further demonstrate that Card9 is phosphorylated in its C-terminal part on serine residues. The phosphorylation status of Card9 can influence its ability to active NF-xB, since mutation of the phosphorylation sites increases its ability to activate NF-xB. We find that Card9 is expressed in myeloid derived cells, such as the human monocytic cell lines THP1 and U937, and in human monocyte-enriched PBLs and monocyte-derived DCs. Our findings demonstrate that Card9 is implicated in anti-fungal responses, since silencing of Card9 as well as of Bc110 and Maltl diminishes the capacity of THP1 cells to produce TNF-a in response to zymosan. Interestingly, activation of the NF-xB and MAPK pathway remained normal and levels of TNF-a mRNA produced were also not affected in THP 1 cells silenced for the expression of Card9, Bc110 or Malt1. Using a Malt1 inhibitor, we provide evidence that the proteolytic activity of Malt1 is needed for zymosan-induced TNF-a production in THP 1 cells and bone marrow-derived macrophages of mice, but further experiments are required to confirm these findings and identify the substrate(s) of Malt1. In conclusion, our results reveal an important role for Card9 in the innate immune response of human macrophages to fungi. RÉSUMÉ : Les infections fongiques sont une source majeure de maladie chez les patients immunodéprimés, alors qu'elles sont plutôt bénignes chez les individus sains. Comme les champignons sont des eucaryotes et partagent beaucoup de processus biologiques avec les humains, les médicaments antifongiques peuvent être source de toxicité chez les patients. Il est donc important de mieux caractériser les voies de signalisation intracellulaire des réponses anti-fongiques pour pouvoir développer de nouvelles approches thérapeutiques. La protéine Dectin-1 est le récepteur principal du composé fongique zymosan. Les protéines Card9, Bc110 et Maltl ont été décrites comme jouant un rôle primordial dans les signaux d'activation induits par Dectin-l, en contrôlant l'activité cellulaire, la production de cytokines et la défense anti-fongique dans les souris. Dans cette étude, nous investiguons le rôle du complexe Card9-Bc110-Maltl dans la lignée monocytaire humaine THP1. Nous montrons que Card9 interagit avec Bc110 par une interaction CARD-CARD et que cette interaction est requise pour activer le facteur de transcription NF-xB. Nous observons que Card9 est phosphorylé dans sa partie C-terminale sur des résidus serine et que l'état de phosphorylation de Card9 influence sa capacité à activer NF-xB. En effet, sa capacité à activer NF-xB est augmentée, après mutation des sites de phosphorylation. La génération d'un anticorps spécifique dirigé contre Card9 nous a permis de démontrer que Card9 est exprimé dans des cellules myéloïdes comme les lignées cellulaires monocytiques THP-1 et U-937, ainsi que dans les cellules dendritiques humaines. Nos résultats démontrent que Card9 est impliqué dans la réponse immunitaire antifongique puisque la réduction de l'expression de Card9 ainsi que de Bc110 et de Malt1 diminue la capacité des THP-1 à produire du TNF-a en réponse au zymosan. Par contre, les voies de signalisation NF-xB et MAPK ainsi que les niveaux de mRNA de TNF-a produits en réponse au zymosan ne sont pas affectés dans ces cellules. En utilisant un inhibiteur de Malt1, nous montrons que l'activité protéolytique de Malt1 est nécessaire pour la production de TNF-a induite par le zymosan dans les cellules THP-1 ainsi que dans les macrophages de souris, mais d'autres expériences seront nécessaires pour confirmer cette observation et identifier le(s) substrat(s) de Malt1 responsables de cet effet. En conclusion, nos résultats révèlent un rôle important de la protéine Card9 dans la réponse immunitaire innée antifongique dans les macrophages humains.

Morphologic and molecular characterization of Myrciaria spp species

The jabuticaba tree is considered one of the most typical Brazilian fruit trees. However, few studies of this plant are found in the literature and even its botanical classification is very controversial. The present research reports some comparisons between jabuticaba species, using morphologic (organography) and molecular markers techniques. The morphologic characteristics of the plant used as markers were compared with specimens of the herbaria from São Paulo and Minas Gerais States and with the descriptions reported in the literature. Molecular differences between the species were identified by the use of RAPD markers. The experiment was made in Piracicaba, Jaboticabal and Ituverava municipal districts in São Paulo State, Brazil. Morphologic and molecular differences between the studied plants were identified and four groups of species were defined: Myrciaria cauliflora (Mart.) O. Berg, M. coronata Mattos, M. jaboticaba (Vell.) O. Berg. and Myrciaria phytrantha (Kiaersk.) Mattos. Both molecular and morphologic markers techniques showed to be important tools for the identification of jabuticaba tree species.

Molecular characterization of papaya genotypes using AFLP markers

Due to the low genetic variability reported in the commercial plantations of papaya (Carica papaya L.), the objective of this study was analyze the genetic diversity of 32 genotypes including cultivars, landraces, inbred lines, and improved germplasm using the AFLP technique (Amplified Fragment Length Polymorphism). The genetic distance matrix was obtained using the Nei and Li genetic distance and clustering was performed using the unweighted pair-method with arithmetic mean (UPGMA). Using 11 combinations of EcoRI/MseI primers, 383 polymorphic bands were obtained. On average, 34.8 polymorphic bands were obtained per primer combination. Five clusters were formed. The traditional cultivar 'Sunrise' and the inbred line CMF-L30-08 were the closest genotypes, and the improved germplasm (CMF041) and landrace (CMF233) the most distant. The main papaya cultivars commercially grown in Brazil, as well as four inbred lines and three improved germplasm, were clustered together, however, were not grouped in the same branch. The genetic distance between the Sunrise and Golden cultivars was 0.329, and even arising from mutation and selection within the Sunrise variety, the Golden stores considerable genetic variability. Additional variability was observed in the inbred lines derived from papaya breeding program at Embrapa Cassava and Fruits.

Molecular characterization of Brazilian Dicyma pulvinata isolates

Forty-nine Brazilian Dicyma pulvinata isolates were examined by morphological traits and RFLP, RAPD and AFLP analyses. This fungus is a mycoparasite of Microcyclus ulei, the causal agent of the most devastating rubber (Hevea brasiliensis) disease, known as "South American Leaf Blight" (SALB). These isolates were compared with an Indian isolate from Cercosporidium sp., and a French isolate from Cladosporium fulvum. They were also compared with Dicyma ampullifera from Papua New Guinea. The morphological parameters analyzed confirmed the identification of the Brazilian isolates. The graphic representations of the distance matrices of each molecular marker showed similar results. Dicyma pulvinata isolates from M. ulei were closely related, whereas the reference isolates examined were dispersed. Among the D. pulvinata isolates obtained from M. ulei, a significant pairwise distance was obtained, for all the molecular markers, between the isolates from the areas favorable to the occurrence of SALB (North and Northeast of Brazil) and the region of escape for the disease (Mato Grosso State).

Molecular characterization of Brazilian strains of Xanthomonas campestris pv. viticola by rep-PCR fingerprinting

Bacterial canker of grapevine (Vitis vinifera), caused by Xanthomonas campestris pv. viticola was first detected in Brazil in 1998, affecting grapevines in the São Francisco river basin, state of Pernambuco. The disease was also reported in Juazeiro, Bahia and later in Piauí and Ceará. Due to its limited geographical distribution and relatively recent detection in Brazil, very little is known about the pathogen's biology and diversity. Repetitive DNA based-PCR (rep-PCR) profiles were generated from purified bacterial DNA of 40 field strains of X. campestris pv. viticola, collected between 1998 and 2001 in the states of Pernambuco, Bahia and Piauí. Combined analysis of the PCR patterns obtained with primers REP, ERIC and BOX, showed a high degree of similarity among Brazilian strains and the Indian type strain NCPPB 2475. Similar genomic patterns with several diagnostic bands, present in all strains, could be detected. Fingerprints were distinct from those of strains representing other pathovars and from a yellow non-pathogenic isolate from grape leaves. The polymorphism observed among the Brazilian strains allowed their separation into five subgroups, although with no correlation with cultivar of origin, geographic location or year collected.