Functional and genetic analysis of the colon cancer network

Cancer is a complex disease that has proven to be difficult to understand on the single-gene level. For this reason a functional elucidation needs to take interactions among genes on a systems-level into account. In this study, we infer a colon cancer network from a large-scale gene expression data set by using the method BC3Net. We provide a structural and a functional analysis of this network and also connect its molecular interaction structure with the chromosomal locations of the genes enabling the definition of cis- and trans-interactions. Furthermore, we investigate the interaction of genes that can be found in close neighborhoods on the chromosomes to gain insight into regulatory mechanisms. To our knowledge this is the first study analyzing the genome-scale colon cancer network.

The ETS family member GABPα modulates androgen receptor signalling and mediates an aggressive phenotype in prostate cancer

In prostate cancer (PC), the androgen receptor (AR) is a key transcription factor at all disease stages, including the advanced stage of castrate-resistant prostate cancer (CRPC). In the present study, we show that GABPα, an ETS factor that is up-regulated in PC, is an AR-interacting transcription factor. Expression of GABPα enables PC cell lines to acquire some of the molecular and cellular characteristics of CRPC tissues as well as more aggressive growth phenotypes. GABPα has a transcriptional role that dissects the overlapping cistromes of the two most common ETS gene fusions in PC: overlapping significantly with ETV1 but not with ERG target genes. GABPα bound predominantly to gene promoters, regulated the expression of one-third of AR target genes and modulated sensitivity to AR antagonists in hormone responsive and castrate resistant PC models. This study supports a critical role for GABPα in CRPC and reveals potential targets for therapeutic intervention.

Non-coding RNAs: multi-tasking molecules in the cell

In the last years it has become increasingly clear that the mammalian transcriptome is highly complex and includes a large number of small non-coding RNAs (sncRNAs) and long noncoding RNAs (lncRNAs). Here we review the biogenesis pathways of the three classes of sncRNAs, namely short interfering RNAs (siRNAs), microRNAs (miRNAs) and PIWI-interacting RNAs (piRNAs). These ncRNAs have been extensively studied and are involved in pathways leading to specific gene silencing and the protection of genomes against virus and transposons, for example. Also, lncRNAs have emerged as pivotal molecules for the transcriptional and post-transcriptional regulation of gene expression which is supported by their tissue-specific expression patterns, subcellular distribution, and developmental regulation. Therefore, we also focus our attention on their role in differentiation and development. SncRNAs and lncRNAs play critical roles in defining DNA methylation patterns, as well as chromatin remodeling thus having a substantial effect in epigenetics. The identification of some overlaps in their biogenesis pathways and functional roles raises the hypothesis that these molecules play concerted functions in vivo, creating complex regulatory networks where cooperation with regulatory proteins is necessary. We also highlighted the implications of biogenesis and gene expression deregulation of sncRNAs and lncRNAs in human diseases like cancer.

Hydrogen peroxide sensing, signaling and regulation of transcription factors

The regulatory mechanisms by which hydrogen peroxide (H2O2) modulates the activity of transcription factors in bacteria (OxyR and PerR), lower eukaryotes (Yap1, Maf1, Hsf1 and Msn2/4) and mammalian cells (AP-1, NRF2, CREB, HSF1, HIF-1, TP53, NF-κB, NOTCH, SP1 and SCREB-1) are reviewed. The complexity of regulatory networks increases throughout the phylogenetic tree, reaching a high level of complexity in mammalians. Multiple H2O2 sensors and pathways are triggered converging in the regulation of transcription factors at several levels: (1) synthesis of the transcription factor by upregulating transcription or increasing both mRNA stability and translation; (ii) stability of the transcription factor by decreasing its association with the ubiquitin E3 ligase complex or by inhibiting this complex; (iii) cytoplasm-nuclear traffic by exposing/masking nuclear localization signals, or by releasing the transcription factor from partners or from membrane anchors; and, (iv) DNA binding and nuclear transactivation by modulating transcription factor affinity towards DNA, co-activators or repressors, and by targeting specific regions of chromatin to activate individual genes. We also discuss how H2O2 biological specificity results from diverse thiol protein sensors, with different reactivity of their sulfhydryl groups towards H2O2, being activated by different concentrations and times of exposure to H2O2. The specific regulation of local H2O2 concentrations is also crucial and results from H2O2 localized production and removal controlled by signals. Finally, we formulate equations to extract from typical experiments quantitative data concerning H2O2 reactivity with sensor molecules. Rate constants of 140 M-1s−1 and ≥ 1.3 × 103 M-1s−1 were estimated, respectively, for the reaction of H2O2 with KEAP1 and with an unknown target that mediates NRF2 protein synthesis. In conclusion, the multitude of H2O2 targets and mechanisms provides an opportunity for highly specific effects on gene regulation that depend on the cell type and on signals received from the cellular microenvironment.

Small and long non-coding RNAs in cardiac homeostasis and regeneration

Cardiovascular diseases and in particular heart failure are major causes of morbidity and mortality in the Western world. Recently, the notion of promoting cardiac regeneration as a means to replace lost cardiomyocytes in the damaged heart has engendered considerable research interest. These studies envisage the utilization of both endogenous and exogenous cellular populations, which undergo highly specialized cell fate transitions to promote cardiomyocyte replenishment. Such transitions are under the control of regenerative gene regulatory networks, which are enacted by the integrated execution of specific transcriptional programs. In this context, it is emerging that the non-coding portion of the genome is dynamically transcribed generating thousands of regulatory small and long non-coding RNAs, which are central orchestrators of these networks. In this review, we discuss more particularly the biological roles of two classes of regulatory non-coding RNAs, i.e. microRNAs and long non-coding RNAs, with a particular emphasis on their known and putative roles in cardiac homeostasis and regeneration. Indeed, manipulating non-coding RNA-mediated regulatory networks could provide keys to unlock the dormant potential of the mammalian heart to regenerate. This should ultimately improve the effectiveness of current regenerative strategies and discover new avenues for repair. This article is part of a Special Issue entitled: Cardiomyocyte Biology: Cardiac Pathways of Differentiation, Metabolism and Contraction.

Identification des réseaux transcriptionnnels de résistance aux antifongiques chez Candida albicans

Plusieurs souches cliniques de Candida albicans résistantes aux médicaments antifongiques azolés surexpriment des gènes encodant des effecteurs de la résistance appartenant à deux classes fonctionnelles : i) des transporteurs expulsant les azoles, CDR1, CDR2 et MDR1 et ii) la cible des azoles 14-lanostérol déméthylase encodée par ERG11. La surexpression de ces gènes est due à la sélection de mutations activatrices dans des facteurs de transcription à doigts de zinc de la famille zinc cluster (Zn2Cys6) qui contrôlent leur expression : Tac1p (Transcriptional activator of CDR genes 1) contrôlant l’expression de CDR1 et CDR2, Mrr1p (Multidrug resistance regulator 1), régulant celle de MDR1 et Upc2p (Uptake control 2), contrôlant celle d’ERG11. Un autre effecteur de la résistance clinique aux azoles est PDR16, encodant une transférase de phospholipides, dont la surexpression accompagne souvent celle de CDR1 et CDR2, suggérant que les trois gènes appartiennent au même régulon, potentiellement celui de Tac1p. De plus, la régulation transcriptionnelle du gène MDR1 ne dépend pas seulement de Mrr1p, mais aussi du facteur de transcription de la famille basic-leucine zipper Cap1p (Candida activator protein 1), un régulateur majeur de la réponse au stress oxydatif chez C. albicans qui, lorsque muté, induit une surexpression constitutive de MDR1 conférant la résistance aux azoles. Ces observations suggèrent qu’un réseau de régulation transcriptionnelle complexe contrôle le processus de résistance aux antifongiques azolés chez C. albicans. L’objectif de mon projet au doctorat était d’identifier les cibles transcriptionnelles directes des facteurs de transcription Tac1p, Upc2p et Cap1p, en me servant d’approches génétiques et de génomique fonctionnelle, afin de i) caractériser leur réseau transcriptionnel et les modules transcriptionnels qui sont sous leur contrôle direct, et ii) d’inférer leurs fonctions biologiques et ainsi mieux comprendre leur rôle dans la résistance aux azoles. Dans un premier volet, j’ai démontré, par des expériences de génétique, que Tac1p contrôle non seulement la surexpression de CDR1 et CDR2 mais aussi celle de PDR16. Mes résultats ont identifié une nouvelle mutation activatrice de Tac1p (N972D) et ont révélé la participation d’un autre régulateur dans le contrôle transcriptionnel de CDR1 et PDR16 dont l’identité est encore inconnue. Une combinaison d’expériences de transcriptomique et d’immunoprécipitation de la chromatine couplée à l’hybridation sur des biopuces à ADN (ChIP-chip) m’a permis d’identifier plusieurs gènes dont l’expression est contrôlée in vivo et directement par Tac1p (PDR16, CDR1, CDR2, ERG2, autres), Upc2p (ERG11, ERG2, MDR1, CDR1, autres) et Cap1p (MDR1, GCY1, GLR1, autres). Ces expériences ont révélé qu’Upc2p ne contrôle pas seulement l’expression d’ERG11, mais aussi celle de MDR1 et CDR1. Plusieurs nouvelles propriétés fonctionnelles de ces régulateurs ont été caractérisées, notamment la liaison in vivo de Tac1p aux promoteurs de ses cibles de façon constitutive et indépendamment de son état d’activation, et la liaison de Cap1p non seulement à la région du promoteur de ses cibles, mais aussi celle couvrant le cadre de lecture ouvert et le terminateur transcriptionnel putatif, suggérant une interaction physique avec la machinerie de la transcription. La caractérisation du réseau transcriptionnel a révélé une interaction fonctionnnelle entre ces différents facteurs, notamment Cap1p et Mrr1p, et a permis d’inférer des fonctions biologiques potentielles pour Tac1p (trafic et la mobilisation des lipides, réponse au stress oxydatif et osmotique) et confirmer ou proposer d’autres fonctions pour Upc2p (métabolisme des stérols) et Cap1p (réponse au stress oxydatif, métabolisme des sources d’azote, transport des phospholipides). Mes études suggèrent que la résistance aux antifongiques azolés chez C. albicans est intimement liée au métabolisme des lipides membranaires et à la réponse au stress oxydatif.

Diversité fonctionnelle du facteur de transcription Tbx5 dans le coeur

Le cœur des vertébrés est un organe modulaire qui requiert le " patterning " complexe des champs morphogénétiques cardiogènes et la convergence coordonnée des diverses sous-populations de progéniteurs cardiogéniques. Au moins 7 facteurs de transcription de la famille T-box coopèrent au sein de ces nombreuses sous-populations de progéniteurs cardiogéniques afin de réguler la morphogenèse et l’agencement de multiples structures le long de l’ébauche cardiaque, ce qui explique que les mutations humaines de ces gènes engendrent diverses malformations congénitales cardiaques (MCCs). L’un de ces gènes T-box, Tbx5, dont l’haploinsuffisance génère le syndrome de Holt-Oram (SHO), intervient dans une grande variété de réseaux de régulation géniques (RRGs) qui orchestrent la morphogenèse des oreillettes, du ventricule gauche, de la valve mitrale, des septums inter-auriculaire et inter-ventriculaire, ainsi que du système de conduction cardiaque. La diversité des RRGs impliqués dans la formation de ces structures cardiaques suggère que Tbx5 détient une profusion de fonctions qui ne seront identifiables qu’en répertoriant ses activités moléculaires dans chaque lignée cardiaque examinée isolément. Afin d’aborder cette problématique, une ablation génétique de Tbx5 dans l’endocarde a été réalisée. Cette expérience a démontré le rôle crucial de Tbx5 dans la survie des cellules endocardiques bordant le septum primum et des cardiomyocytes au sein de cette structure embryonnaire qui contribuera à la morphogenèse du septum inter-auriculaire. En outre, cette étude a révélé l’existence d’une communication croisée entre la sous-population de cellules endocardiques Tbx5+ et le myocarde au niveau du septum primum, afin d’assurer la survie des cardiomyocytes, et ultimement de garantir la maturation du septum inter-auriculaire. Nos résultats confirment aussi l’importance de l’interdépendance génétique (Tbx5 et Gata4 ainsi que Tbx5 et Nos3) entre différents loci dans la morphogenèse de la cloison inter-auriculaire, et particulièrement de l’influence que peut avoir l’environnement sur la pénétrance et l’expressivité des communications inter-auriculaires (CIAs) dans le SHO. En outre, puisque les fonctions d’un gène dépendent ordinairement des différents isoformes qu’il peut générer, une deuxième étude a focalisé davantage sur l’aspect transcriptionnel de Tbx5. Cette approche a mené à la découverte de 6 transcrits alternatifs exhibant des fonctions à la fois communes et divergentes. La caractérisation de 2 de ces isoformes a révélé le rôle de l’isoforme long (Tbx5_v1) dans la régulation de la croissance des cardiomyocytes durant la cardiogénèse, tandis que l’isoforme court (Tbx5_v2), préférentiellement exprimé dans le cœur mature, réprime la croissance cellulaire. Il est donc entièrement concevable que les mutations de TBX5 entraînant une troncation de la région C-terminale accroissent la concentration d’une protéine mutée qui, à l’instar de Tbx5_v2, interfère avec la croissance de certaines structures cardiaques. En revanche, la divergence de fonctions de ces isoformes, caractérisée par les disparités de localisation subcellulaire et de d’interaction avec d’autres cofacteurs cardiaques, suggère que les mutations affectant davantage un isoforme favoriseraient l’émergence d’un type particulier de MCC. Finalement, un dernier objectif était d’identifier le ou les mécanisme(s) moléculaire(s) par le(s)quel(s) Tbx5 régule son principal gène cible, Nppa, et d’en extraire les indices qui éclairciraient sa fonction transcriptionnelle. Cet objectif nécessitait dans un premier lieu d’identifier les différents modules cis-régulateurs (MCRs) coordonnant la régulation transcriptionnelle de Nppa et Nppb, deux gènes natriurétiques dont l’organisation en tandem et le profil d’expression durant la cardiogénèse sont conservés dans la majorité des vertébrés. L’approche d’empreinte phylogénétique employée pour scanner le locus Nppb/Nppa a permis d’identifier trois MCRs conservés entre diverses espèces de mammifères, dont un (US3) est spécifique aux euthériens. Cette étude a corroboré que la régulation de l’expression du tandem génique Nppb/Nppa requérait l’activité transcriptionnelle d’enhancers en complément aux promoteurs de Nppa et Nppb. La concordance quasiment parfaite entre les profils d’expression de Tbx5 et de ces deux gènes natriurétiques chez les mammifères, suggère que le gradient d’expression ventriculaire de Tbx5 est interprété par le recrutement de ce facteur au niveau des différents enhancers identifiés. En somme, les études présentées dans cette thèse ont permis de clarifier la profusion de fonctions cardiaques que possède Tbx5. Certaines de ces fonctions émanent de l’épissage alternatif de Tbx5, qui favorise la synthèse d’isoformes dotés de propriétés spécifiques. Les diverses interactions combinatoires entre ces isoformes et d’autres facteurs cardiaques au sein des diverses sous-populations de progéniteurs cardiogènes contribuent à l’émergence de RRGs cardiaques divergents.

Une nouvelle approche computationnelle pour la découverte des sites de fixation de facteurs de transcription à l’ADN, adaptée aux données de ChIP-chip et de ChIP-séquençage

Les facteurs de transcription sont des protéines spécialisées qui jouent un rôle important dans différents processus biologiques tel que la différenciation, le cycle cellulaire et la tumorigenèse. Ils régulent la transcription des gènes en se fixant sur des séquences d’ADN spécifiques (éléments cis-régulateurs). L’identification de ces éléments est une étape cruciale dans la compréhension des réseaux de régulation des gènes. Avec l’avènement des technologies de séquençage à haut débit, l’identification de tout les éléments fonctionnels dans les génomes, incluant gènes et éléments cis-régulateurs a connu une avancée considérable. Alors qu’on est arrivé à estimer le nombre de gènes chez différentes espèces, l’information sur les éléments qui contrôlent et orchestrent la régulation de ces gènes est encore mal définie. Grace aux techniques de ChIP-chip et de ChIP-séquençage il est possible d’identifier toutes les régions du génome qui sont liées par un facteur de transcription d’intérêt. Plusieurs approches computationnelles ont été développées pour prédire les sites fixés par les facteurs de transcription. Ces approches sont classées en deux catégories principales: les algorithmes énumératifs et probabilistes. Toutefois, plusieurs études ont montré que ces approches génèrent des taux élevés de faux négatifs et de faux positifs ce qui rend difficile l’interprétation des résultats et par conséquent leur validation expérimentale. Dans cette thèse, nous avons ciblé deux objectifs. Le premier objectif a été de développer une nouvelle approche pour la découverte des sites de fixation des facteurs de transcription à l’ADN (SAMD-ChIP) adaptée aux données de ChIP-chip et de ChIP-séquençage. Notre approche implémente un algorithme hybride qui combine les deux stratégies énumérative et probabiliste, afin d’exploiter les performances de chacune d’entre elles. Notre approche a montré ses performances, comparée aux outils de découvertes de motifs existants sur des jeux de données simulées et des jeux de données de ChIP-chip et de ChIP-séquençage. SAMD-ChIP présente aussi l’avantage d’exploiter les propriétés de distributions des sites liés par les facteurs de transcription autour du centre des régions liées afin de limiter la prédiction aux motifs qui sont enrichis dans une fenêtre de longueur fixe autour du centre de ces régions. Les facteurs de transcription agissent rarement seuls. Ils forment souvent des complexes pour interagir avec l’ADN pour réguler leurs gènes cibles. Ces interactions impliquent des facteurs de transcription dont les sites de fixation à l’ADN sont localisés proches les uns des autres ou bien médier par des boucles de chromatine. Notre deuxième objectif a été d’exploiter la proximité spatiale des sites liés par les facteurs de transcription dans les régions de ChIP-chip et de ChIP-séquençage pour développer une approche pour la prédiction des motifs composites (motifs composés par deux sites et séparés par un espacement de taille fixe). Nous avons testé ce module pour prédire la co-localisation entre les deux demi-sites ERE qui forment le site ERE, lié par le récepteur des œstrogènes ERα. Ce module a été incorporé à notre outil de découverte de motifs SAMD-ChIP.

Le dialogue des juges entre la Cour européenne des droits de l’homme et la Cour interaméricaine des droits de l’homme

Cette étude a pour but de présenter le dialogue entre les juges de la Cour européenne des droits de l’homme (CEDH) et de la Cour interaméricaine des droits de l’homme (CIADH), deux Cours régionales supranationales, visant toutes deux à garantir le respect des droits fondamentaux. Le dialogue est étudié à travers l’analyse du contentieux portant sur l’intégrité de la personne humaine et sur la protection des droits économiques et sociaux. Ce sujet se rattache au contexte de mondialisation qui vient transformer les relations de pouvoir et révèle l’émancipation des juges dans la régulation transgouvernementale. Le présent mémoire conclut que le dialogue vise à établir une cohérence entre les systèmes afin de faire prévaloir une vision commune des droits de l’homme à travers la constitution d’un espace euro-américain, tel un réseau d’échange informel. Néanmoins, le dialogue est limité par certains facteurs contextuels liés aux réalités contrastées des deux systèmes régionaux ainsi que par la volonté des acteurs étatiques.

Iron Uptake and Homeostasis in Microorganisms

Preface. Iron is considered to be a minor element employed, in a variety of forms, by nearly all living organisms. In some cases, it is utilised in large quantities, for instance for the formation of magnetosomes within magnetotactic bacteria or during use of iron as a respiratory donor or acceptor by iron oxidising or reducing bacteria. However, in most cases the role of iron is restricted to its use as a cofactor or prosthetic group assisting the biological activity of many different types of protein. The key metabolic processes that are dependent on iron as a cofactor are numerous; they include respiration, light harvesting, nitrogen fixation, the Krebs cycle, redox stress resistance, amino acid synthesis and oxygen transport. Indeed, it is clear that Life in its current form would be impossible in the absence of iron. One of the main reasons for the reliance of Life upon this metal is the ability of iron to exist in multiple redox states, in particular the relatively stable ferrous (Fe2+) and ferric (Fe3+) forms. The availability of these stable oxidation states allows iron to engage in redox reactions over a wide range of midpoint potentials, depending on the coordination environment, making it an extremely adaptable mediator of electron exchange processes. Iron is also one of the most common elements within the Earth’s crust (5% abundance) and thus is considered to have been readily available when Life evolved on our early, anaerobic planet. However, as oxygen accumulated (the ‘Great oxidation event’) within the atmosphere some 2.4 billion years ago, and as the oceans became less acidic, the iron within primordial oceans was converted from its soluble reduced form to its weakly-soluble oxidised ferric form, which precipitated (~1.8 billion years ago) to form the ‘banded iron formations’ (BIFs) observed today in Precambrian sedimentary rocks around the world. These BIFs provide a geological record marking a transition point away from the ancient anaerobic world towards modern aerobic Earth. They also indicate a period over which the bio-availability of iron shifted from abundance to limitation, a condition that extends to the modern day. Thus, it is considered likely that the vast majority of extant organisms face the common problem of securing sufficient iron from their environment – a problem that Life on Earth has had to cope with for some 2 billion years. This struggle for iron is exemplified by the competition for this metal amongst co-habiting microorganisms who resort to stealing (pirating) each others iron supplies! The reliance of micro-organisms upon iron can be disadvantageous to them, and to our innate immune system it represents a chink in the microbial armour, offering an opportunity that can be exploited to ward off pathogenic invaders. In order to infect body tissues and cause disease, pathogens must secure all their iron from the host. To fight such infections, the host specifically withdraws available iron through the action of various iron depleting processes (e.g. the release of lactoferrin and lipocalin-2) – this represents an important strategy in our defence against disease. However, pathogens are frequently able to deploy iron acquisition systems that target host iron sources such as transferrin, lactoferrin and hemoproteins, and thus counteract the iron-withdrawal approaches of the host. Inactivation of such host-targeting iron-uptake systems often attenuates the pathogenicity of the invading microbe, illustrating the importance of ‘the battle for iron’ in the infection process. The role of iron sequestration systems in facilitating microbial infections has been a major driving force in research aimed at unravelling the complexities of microbial iron transport processes. But also, the intricacy of such systems offers a challenge that stimulates the curiosity. One such challenge is to understand how balanced levels of free iron within the cytosol are achieved in a way that avoids toxicity whilst providing sufficient levels for metabolic purposes – this is a requirement that all organisms have to meet. Although the systems involved in achieving this balance can be highly variable amongst different microorganisms, the overall strategy is common. On a coarse level, the homeostatic control of cellular iron is maintained through strict control of the uptake, storage and utilisation of available iron, and is co-ordinated by integrated iron-regulatory networks. However, much yet remains to be discovered concerning the fine details of these different iron regulatory processes. As already indicated, perhaps the most difficult task in maintaining iron homeostasis is simply the procurement of sufficient iron from external sources. The importance of this problem is demonstrated by the plethora of distinct iron transporters often found within a single bacterium, each targeting different forms (complex or redox state) of iron or a different environmental condition. Thus, microbes devote considerable cellular resource to securing iron from their surroundings, reflecting how successful acquisition of iron can be crucial in the competition for survival. The aim of this book is provide the reader with an overview of iron transport processes within a range of microorganisms and to provide an indication of how microbial iron levels are controlled. This aim is promoted through the inclusion of expert reviews on several well studied examples that illustrate the current state of play concerning our comprehension of how iron is translocated into the bacterial (or fungal) cell and how iron homeostasis is controlled within microbes. The first two chapters (1-2) consider the general properties of microbial iron-chelating compounds (known as ‘siderophores’), and the mechanisms used by bacteria to acquire haem and utilise it as an iron source. The following twelve chapters (3-14) focus on specific types of microorganism that are of key interest, covering both an array of pathogens for humans, animals and plants (e.g. species of Bordetella, Shigella, , Erwinia, Vibrio, Aeromonas, Francisella, Campylobacter and Staphylococci, and EHEC) as well as a number of prominent non-pathogens (e.g. the rhizobia, E. coli K-12, Bacteroides spp., cyanobacteria, Bacillus spp. and yeasts). The chapters relay the common themes in microbial iron uptake approaches (e.g. the use of siderophores, TonB-dependent transporters, and ABC transport systems), but also highlight many distinctions (such as use of different types iron regulator and the impact of the presence/absence of a cell wall) in the strategies employed. We hope that those both within and outside the field will find this book useful, stimulating and interesting. We intend that it will provide a source for reference that will assist relevant researchers and provide an entry point for those initiating their studies within this subject. Finally, it is important that we acknowledge and thank wholeheartedly the many contributors who have provided the 14 excellent chapters from which this book is composed. Without their considerable efforts, this book, and the understanding that it relays, would not have been possible. Simon C Andrews and Pierre Cornelis

REST: transcriptional and epigenetic regulator

Acquisition and maintenance of cell fate and potential are dependent on the complex interplay of extracellular signaling, gene regulatory networks and epigenetic states. During embryonic development, embryonic stem cells become progressively more restricted along specific lineages, ultimately giving rise to the diversity of cell types in the adult mammalian organism. Recent years have seen major advances in our understanding of the mechanisms that regulate the underlying transcriptional programmes during development. In particular, there has been a significant increase in our knowledge of how epigenetic marks on chromatin can regulate transcription by generating more or less permissive chromatin conformations. This article focuses on how a single transcription factor, repressor element-1 silencing transcription factor, can function as both a transcriptional and epigenetic regulator, controlling diverse aspects of development. We will discuss how the elucidation of repressor element-1 silencing transcription factor function in both normal and disease conditions has provided valuable insights into how the epigenome and transcriptional regulators might cooperatively orchestrate correct development.

Evolutionary resurrection of flagellar motility via rewiring of the nitrogen regulation system

A central process in evolution is the recruitment of genes to regulatory networks. We engineered immotile strains of the bacterium Pseudomonas fluorescens that lack flagella due to deletion of the regulatory gene fleQ. Under strong selection for motility, these bacteria consistently regained flagella within 96 hours via a two-step evolutionary pathway. Step 1 mutations increase intracellular levels of phosphorylated NtrC, a distant homologue of FleQ, which begins to commandeer control of the fleQ regulon at the cost of disrupting nitrogen uptake and assimilation. Step 2 is a switch-of-function mutation that redirects NtrC away from nitrogen uptake and towards its novel function as a flagellar regulator. Our results demonstrate that natural selection can rapidly rewire regulatory networks in very few, repeatable mutational steps.

Fur controls iron homeostasis and oxidative stress defense in the oligotrophic alpha-proteobacterium Caulobacter crescentus

In most bacteria, the ferric uptake regulator (Fur) is a global regulator that controls iron homeostasis and other cellular processes, such as oxidative stress defense. In this work, we apply a combination of bioinformatics, in vitro and in vivo assays to identify the Caulobacter crescentus Fur regulon. A C. crescentus fur deletion mutant showed a slow growth phenotype, and was hypersensitive to H(2)O(2) and organic peroxide. Using a position weight matrix approach, several predicted Fur-binding sites were detected in the genome of C. crescentus, located in regulatory regions of genes not only involved in iron uptake and usage but also in other functions. Selected Fur-binding sites were validated using electrophoretic mobility shift assay and DNAse I footprinting analysis. Gene expression assays revealed that genes involved in iron uptake were repressed by iron-Fur and induced under conditions of iron limitation, whereas genes encoding iron-using proteins were activated by Fur under conditions of iron sufficiency. Furthermore, several genes that are regulated via small RNAs in other bacteria were found to be directly regulated by Fur in C. crescentus. In conclusion, Fur functions as an activator and as a repressor, integrating iron metabolism and oxidative stress response in C. crescentus.

Chicken skeletal muscle-associated macroarray for gene discovery

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

HTRIdb: an open-access database for experimentally verified human transcriptional regulation interactions

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)