Rôle du facteur de transcription BP1 dans la régulation des gènes du locus humain de beta-globine

Le facteur de transcription BP1 humain est exprimé dans les cellules érythroïdes pendant le développement fœtal mais son niveau d’expression est réduit au stade adulte. Les études antérieures in vitro ont montré que BP1 est un répresseur du gène adulte de β-globine mais sa fonction dans la régulation des gènes ε et γ n’a pas été abordée à ce jour. Dans notre étude, nos analyses de BP1 humain ont été menées in vivo au stade embryonnaire en utilisant une lignée de souris transgénique surexprimant BP1 dans les cellules érythroïdes définitives murines. Au niveau protéique, BP1 humain est exprimé aux âges E12.5 et E13.5 dans les cellules érythroïdes fœtales des embryons transgéniques. Toutefois, les niveaux de BP1 humain ne perturbent pas l’érythropoïèse définitive fœtale: les embryons transgéniques ne sont pas anémiques et ne meurent pas in utero. La surexpression de BP1 humain altère tout de même le niveau endogène des facteurs de transcription Ikaros et SOX6 impliqués dans la régulation des gènes de β-globine durant l’érythropoïèse définitive fœtale murine. Chez les embryons doubles transgéniques exprimant BP1 et les gènes humains de β-globine à E12.5, l’expression du gène adulte β est réduite alors que celle des gènes ε et γ est non réprimée. Les mesures d’expression des gènes humains de β-globine effectuées en absence d’Ikaros à E12.5 précisent le rôle de BP1 humain dans l’activation du gène embryonnaire ε. Dans les cellules érythroïdes fœtales murines dépourvues d’Ikaros à E12.5, BP1 humain augmente grandement l’expression des facteurs de transcription EKLF et BCL11A et semble déréprimer l’expression de SOX6, ce qui conduit à une répression des gènes fœtaux et une activation du gène adulte β au jour embryonnaire murin suivant. Puisque BP1 atténue l’altération de l’expression des gènes fœtaux et adultes causée par l’absence d’Ikaros, nous proposons que BP1 et Ikaros soient liés dans les mécanismes de transcription des gènes humains de β-globine.

Étude de la collaboration entre les facteurs de transcription hématopoïétiques lors du développement et de la différenciation des cellules érythroïdes

La régulation transcriptionnelle des gènes est cruciale pour permettre le bon fonctionnement des cellules. Afin que les cellules puissent accomplir leurs fonctions, les gènes doivent être exprimés adéquatement dans le bon type cellulaire et au stade de développement et de différenciation approprié. Un dérèglement dans l’expression de un ou plusieurs gènes peut entraîner de graves conséquences sur le destin de la cellule. Divers éléments en cis (ex : promoteurs et enhancers) et en trans (machinerie transcriptionnelle et facteurs de transcription) sont impliqués dans la régulation de la transcription. Les gènes du locus humain beta-globine (hub) sont exprimés dans les cellules érythroïdes et sont finenement régulés lors du développement et de la différenciation. Des mutations dans différentes régions du locus causent entre autres les beta-thalassémies. Nous avons utilisé ce modèle bien caractérisé afin d’étudier différents mécanismes de régulation favorisés par les facteurs de transcription qui sont exprimés dans les cellules érythroïdes. Nous nous sommes intéressés à l’importance de l’élément en cis HS2 du Locus control region. Cet élément possède plusieurs sites de liaison pour des facteurs de transcription impliqués dans la régulation des gènes du locus hub. Nos résultats montrent que HS2 possède un rôle dans l’organisation de la chromatine du locus qui peut être dissocié de son rôle d’enhancer. De plus, HS2 n’est pas essentiel pour l’expression à haut niveau du gène beta alors qu’il est important pour l’expression des gènes gamma. Ceci suggère que le recrutement des différents facteurs au site HS2 lors du développement influence différement les gènes du locus. Dans un deuxième temps, nous avons investigué l’importance de HS2 lors de la différenciation des cellules érythroïdes. Il avait été rapporté que l’absence de HS2 influence grandement la potentialisation de la chromatine du gène beta. La potentialisation dans les cellules progénitrices favorise l’activation transcriptionnelle du gène dans les cellules matures. Nous avons caractérisé le recrutement de différents facteurs de transcription au site HS2 et au promoteur beta dans les cellules progénitrices hématopoïétiques (CPH) ainsi que dans les cellules érythroïdes matures. Nos résultats montrent que le facteur EKLF est impliqué dans la potentialisation de la chromatine et favorise le recrutement des facteurs BRG1, p45 et CBP dans les CPH. L’expression de GATA-1 dans les cellules érythroïdes matures permet le recrutement de GATA-1 au locus hub dans ces cellules. Ces données suggèrent que la combinaison de EKLF et GATA-1 est requise pour permettre une activation maximale du gène beta dans les cellules érythroïdes matures. Un autre facteur impliqué dans la régulation du locus hub est Ikaros. Nous avons étudié son recrutement au locus hub et avons observé que Ikaros est impliqué dans la répression des gènes gamma. Nos résultats montrent aussi que GATA-1 est impliqué dans la répression de ces gènes et qu’il interagit avec Ikaros. Ensemble, Ikaros et GATA-1 favorisent la formation d’un complexe de répression aux promoteurs gamma. Cette étude nous a aussi permis d’observer que Ikaros et GATA-1 sont impliqués dans la répression du gène Gata2. De façon intéressante, nous avons caractérisé le mécanisme de répression du gène Hes1 (un gène cible de la voie Notch) lors de la différenciation érythroïde. Similairement à ce qui a été observé pour les gènes gamma, Hes1 est aussi réprimé par Ikaros et GATA-1. Ces résultats suggèrent donc que la combinaison de Ikaros et GATA-1 est associée à la répression de plusieurs de gènes dans les cellules érythroïdes. Globalement cette thèse rapporte de nouveaux mécanismes d’action de différents facteurs de transcription dans les cellules érythroïdes. Particulièrement, nos travaux ont permis de proposer un modèle pour la régulation des gènes du locus hub lors du développement et de la différenciation. De plus, nous rapportons pour la première fois l’importance de la collaboration entre les facteurs Ikaros et GATA-1 dans la régulation transcriptionnelle de gènes dans les cellules érythroïdes. Des mutations associées à certains des facteurs étudiés ont été rapportées dans des cas de beta-thalassémies ainsi que de leucémies. Nos travaux serviront donc à avoir une meilleure compréhension des mécanismes d’action de ces facteurs afin de potentiellement pouvoir les utiliser comme cibles thérapeutiques.

Vitronectin modulates human mesenchymal stem cell response to insulin-like growth factor-I and transforming growth factor beta 1 in a serum-free environment

The use of animal sera for the culture of therapeutically important cells impedes the clinical use of the cells. We sought to characterize the functional response of human mesenchymal stem cells (hMSCs) to specific proteins known to exist in bone tissue with a view to eliminating the requirement of animal sera. Insulin-like growth factor-I (IGF-I), via IGF binding protein-3 or -5 (IGFBP-3 or -5) and transforming growth factor-beta 1 (TGF-beta(1)) are known to associate with the extracellular matrix (ECM) protein vitronectin (VN) and elicit functional responses in a range of cell types in vitro. We found that specific combinations of VN, IGFBP-3 or -5, and IGF-I or TGF-beta(1) could stimulate initial functional responses in hMSCs and that IGF-I or TGF-beta(1) induced hMSC aggregation, but VN concentration modulated this effect. We speculated that the aggregation effect may be due to endogenous protease activity, although we found that neither IGF-I nor TGF-beta(1) affected the functional expression of matrix metalloprotease-2 or -9, two common proteases expressed by hMSCs. In summary, combinations of the ECM and growth factors described herein may form the basis of defined cell culture media supplements, although the effect of endogenous protease expression on the function of such proteins requires investigation.

A functional screen identifies lateral transfer of beta-glucuronidase (gus) from bacteria to fungi

Lateral gene transfer (LGT) from prokaryotes to microbial eukaryotes is usually detected by chance through genome-sequencing projects. Here, we explore a different, hypothesis-driven approach. We show that the fitness advantage associated with the transferred gene, typically invoked only in retrospect, can be used to design a functional screen capable of identifying postulated LGT cases. We hypothesized that beta-glucuronidase (gus) genes may be prone to LGT from bacteria to fungi (thought to lack gus) because this would enable fungi to utilize glucuronides in vertebrate urine as a carbon source. Using an enrichment procedure based on a glucose-releasing glucuronide analog (cellobiouronic acid), we isolated two gus(+) ascomycete fungi from soils (Penicillium canescens and Scopulariopsis sp.). A phylogenetic analysis suggested that their gus genes, as well as the gus genes identified in genomic sequences of the ascomycetes Aspergillus nidulans and Gibberella zeae, had been introgressed laterally from high-GC gram(+) bacteria. Two such bacteria (Arthrobacter spp.), isolated together with the gus(+) fungi, appeared to be the descendants of a bacterial donor organism from which gus had been transferred to fungi. This scenario was independently supported by similar substrate affinities of the encoded beta-glucuronidases, the absence of introns from fungal gus genes, and the similarity between the signal peptide-encoding 5' extensions of some fungal gus genes and the Arthrobacter sequences upstream of gus. Differences in the sequences of the fungal 5' extensions suggested at least two separate introgression events after the divergence of the two main Euascomycete classes. We suggest that deposition of glucuronides on soils as a result of the colonization of land by vertebrates may have favored LGT of gus from bacteria to fungi in soils.

Good results for early treatment of clinically isolated syndrome prior to multiple sclerosis with interferon beta-1b and glatiramer

Background: The first sign of developing multiple sclerosis is a clinically isolated syndrome that resembles a multiple sclerosis relapse. Objective/methods: The objective was to review the clinical trials of two medicines in clinically isolated syndromes (interferon β and glatiramer acetate) to determine whether they prevent progression to definite multiple sclerosis. Results: In the BENEFIT trial, after 2 years, 45% of subjects in the placebo group developed clinically definite multiple sclerosis, and the rate was lower in the interferon β-1b group. Then all subjects were offered interferon β-1b, and the original interferon β-1b group became the early treatment group, and the placebo group became the delayed treatment group. After 5 years, the number of subjects with clinical definite multiple sclerosis remained lower in the early treatment than late treatment group. In the PreCISe trial, after 2 years, the time for 25% of the subjects to convert to definite multiple sclerosis was prolonged in the glatiramer group. Conclusions: Interferon β-1b and glatiramer acetate slow the progression of clinically isolated syndromes to definite multiple sclerosis. However, it is not known whether this early treatment slows the progression to the physical disabilities experienced in multiple sclerosis.

A two-compartment mechanochemical model of the roles of transforming growth factor-beta and tissue tension in dermal wound healing

The repair of dermal tissue is a complex process of interconnected phenomena, where cellular, chemical and mechanical aspects all play a role, both in an autocrine and in a paracrine fashion. Recent experimental results have shown that transforming growth factor-beta (TGF-beta) and tissue mechanics play roles in regulating cell proliferation, differentiation and the production of extracellular materials. We have developed a 1D mathematical model that considers the interaction between the cellular, chemical and mechanical phenomena, allowing the combination of TGF-beta and tissue stress to inform the activation of fibroblasts to myofibroblasts. Additionally, our model incorporates the observed feature of residual stress by considering the changing zero-stress state in the formulation for effective strain. Using this model, we predict that the continued presence of TGF-beta in dermal wounds will produce contractures due to the persistence of myofibroblasts; in contrast, early elimination of TGF-beta significantly reduces the myofibroblast numbers resulting in an increase in wound size. Similar results were obtained by varying the rate at which fibroblasts differentiate to myofibroblasts and by changing the myofibroblast apoptotic rate. Taken together, the implication is that elevated levels of myofibroblasts is the key factor behind wounds healing with excessive contraction, suggesting that clinical strategies which aim to reduce the myofibroblast density may reduce the appearance of contractures.