Maged1, a new regulator of skeletal myogenic differentiation and muscle regeneration

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>In normal adult skeletal muscle, cell turnover is very slow. However, after an acute lesion or in chronic pathological conditions, such as primary myopathies, muscle stem cells, called satellite cells, are induced to proliferate, then withdraw definitively from the cell cycle and fuse to reconstitute functional myofibers.</p> <p>Results</p> <p>We show that Maged1 is expressed at very low levels in normal adult muscle but is strongly induced after injury, during the early phase of myoblast differentiation. By comparing in vitro differentiation of myoblasts derived from wild-type or Maged1 knockout mice, we observed that Maged1 deficiency results in reduced levels of p21^CIP1/WAF1, defective cell cycle exit and impaired myotube maturation. In vivo, this defect results in delayed regeneration of injured muscle.</p> <p>Conclusions</p> <p>These data demonstrate for the first time that Maged1 is an important factor required for proper skeletal myoblast differentiation and muscle healing.</p

Epidermal progenitors give rise to Merkel cells during embryonic development and adult homeostasis

Lineage-tracing experiments show that the origin of specialized mechanosensory Merkel cells in the skin is epidermal progenitors, not the neural crest

Early lineage restriction in temporally distinct populations of Mesp1 progenitors during mammalian heart development.

Cardiac development arises from two sources of mesoderm progenitors, the first heart field (FHF) and the second (SHF). Mesp1 has been proposed to mark the most primitive multipotent cardiac progenitors common for both heart fields. Here, using clonal analysis of the earliest prospective cardiovascular progenitors in a temporally controlled manner during early gastrulation, we found that Mesp1 progenitors consist of two temporally distinct pools of progenitors restricted to either the FHF or the SHF. FHF progenitors were unipotent, whereas SHF progenitors were either unipotent or bipotent. Microarray and single-cell PCR with reverse transcription analysis of Mesp1 progenitors revealed the existence of molecularly distinct populations of Mesp1 progenitors, consistent with their lineage and regional contribution. Together, these results provide evidence that heart development arises from distinct populations of unipotent and bipotent cardiac progenitors that independently express Mesp1 at different time points during their specification, revealing that the regional segregation and lineage restriction of cardiac progenitors occur very early during gastrulation.This is the author's accepted manuscript and will be under embargo until the 24th of February 2015. The final version is published by NPG in Nature Cell Biology here: http://www.nature.com/ncb/journal/v16/n9/full/ncb3024.html

Clonage de l'ADNc de la 3-phosphoglycérate-déshydrogénase de foie de rat et étude de la régulation de son expression par les hormones et les nutriments

The main subject of this thesis is the dietary control of the hepatic expression of 3-phophoglycerta-dehydrogenase (3-PGDH), the enzyme that catalyses the first step in the pathways of serine biosynthesis. The introduction (Chapter 1) is devoted to a description of serine metabolism, with particular emphasis on 3-PGDH, and of the nutritional regulation of gene expression. 3-PGDH is widely distributed in the living world. The Escherichia coli enzyme has been crystallised and its three-dimensional structure established by X-ray diffraction studies. It is a homotetrameric enzyme that is allostericaly inhibited by serine, but not by phosphohydroxypyruvate, and in which each monomer contains three domains binding the substrate, the nucleotide and the allosteric effector, respectively. By contrast, the mammalian enzyme is inhibited by phosphohydroxypyruvate but not by serine. In rat liver, the activity of 3-PGDH strongly depends on the nutritional status: it is low in animals fed a normal diet and increase mire than 30-fold upon feeding a low protein, carbohydrate-rich diet, a situation analogous to kwashiorkor in man. Such an effect of the diet is most likely mediated through changes in the blood concentration of amino acids or hormones such as insulin and glucagon. It may involve changes in gene transcription, mRNA stability and/or translation. These mechanisms are briefly reviewed. Finally several examples of genes undergoing dietary regulation are provided: serine dehydratase, which illustrates cAMP-mediated regulation, asparagine synthetase, which involves control by aminoacyl-tRANs and alpha-1 type I collagen, which is an example of control by the amino acid cysteine. Chapter 2 reports the cloning of a cDNA encoding rat 3- PGDH. The similarity of this enzyme with 3-PGDH from other species is more apparent in the substrate- and NAD-binding domains than in the C-terminal domain, which is known to mediate allosteric inhibition by serine in the E. coli enzyme. The full length rat 3-PGDH and a shorter version lacking the C-terminal domain were expressed in E. coli, purified and shown to have kinetic properties similar to those of the enzyme purified from rat liver, including inhibition by 3-phosphohydroxypyruvate. This result indicated that the C-terminal domain is not implicated in the latter property. Northern blots indicated the presence of a 2.1 kb mRNA in the livers of rats fed only with starch, though not in the livers of control rats. The abundance of the 2.1 kb mRNA was independent of the nutritional status in other tissues. In Chapter 3, we show that cysteine is the amino acid whose concentration decreases the most when rats are fed only with starch and that its concentration can be restored to normal by refeeding a control diet, or by administration of cysteine or methionine. In starch-fed rats, the concentration of the 3-PGDH mRNA in liver decreases following refeeding a control diet, or following administration of glucagon, cysteineor methionine. Glucagon, as well as cysteine (tested with methionine) decrease the amount of the 3-PGDH mRNA in hepatocytes in primary culture, whereas insulin has a positive effect. Cysteine but not methionine decreases the amount of the 3_PGDH mRNA in hepatoma cells. Experiments with a transcription inhibitor and run-on assays in hepatocytes in primary culture indicate thatglucagon acts on the transcription of the gene whereas cysteine acts on mRNA stability. Chapter 4 reports experiments showing that the mRNA encoding phosphoserine transaminase, the enzyme catalysing the second step of the serine biosynthesis pathway, increases in the liver when rats are fed starch and that administration if cysteine causes, after 16h, its almost complete desappearence. In Chapter 5, we report that the rat gene encoding 3-PGDN contains 13 exons and is located on chromosome 2q34. 5’-RACE experiments indicated that the same promoter is used in liver as in other tissues but that a second promoter, about 2000 bp more upstream, is also used in testis. Transfection of hepatoma cells with various portions of the putative ubiquitous promoter showed that it drove the expression of a reporter gene, but in a cysteine-insensitive manner. Chapter 6 is devoted to a general discussion of our work. We first recall the arguments allowing us to conclude that the 3-PGDH cDNA that we have cloned encodes the enzyme that is present in liver and in other tissues. We also discuss the potential regulatory role of the C-terminal region, which we rule out on the basis of the experiments performed with the truncated protein. We then try to identify the dietary factors and hormones that could participate in the control of the expression of 3-PGDH and stress the role of cysteine, whose plasmatic concentration rapidly decreases during protein starvation. We also take into consideration the role of glucagon and insulin, which have opposite effects on the concentration of the 3-PGDH mRNA in liver and the plasmatic concentration of which is modified according to the composition of the diet. We conclude that the mechanism by which a diet consisting only of carbohydrate increased the expression of 3-PGDH, involves a decrease in the concentrations of glucagon and cysteine, two agents that decrease the amount of the mRNA, one by inhibiting transcription and the other by decreasing mRNA stability. It may also involve an increase in the concentration of insulin, which positively affects the expression of 3-PGDHCette thèse est principalement consacrée à une étude approfondie du mécanisme par lequel l’expression hépatique de la 3-phosphoglycérate-déhydrogénase (3-PGDH), l’enzyme qui catalyse la première étape de la formation de la sérine à partir du 3-phosphoglycérate, est contrôlée par le régime alimentaire. Le chapitre 1 est un rappel des connaissances précédemment acquises concernant tant le métabolisme de la sérine que les propriétés de la 3-PGDH et diverses circonstances dans lesquelles l’expression d’une protéine est affectée, directement ou indirectement, par la nature des nutriments. La 3-PGDH est largement distribuée dans le monde vivant. L’enzyme d’Escherichia coli a été obtenue sous forme cristalline et sa structure tridimensionnelle a été étudiée par diffraction des rayons X. C’est une enzyme homotétramérique, inhibée allostériquement par la sérine, et dont chaque monomère comporte trois domaines liant respectivement le substrat, le nucléotide et la sérine. Par contre, l’enzyme de mammifère n’est pas inhibée par la série, mais par le phosphohydroxypyruvate. Dans le foie, son activité est fortement dépendante de l’état nutritionnel : très faible chez le rat nourri avec un régime normal, elle s’élève de plus de 30 fois si l’on soumet les animaux à une régime ne comportant que de l’amidon, régime analogue à celui qui provoque le kwashiorkor. Un tel régime peut avoir une action sur l’expression de la 3-PGDH suite à une modification de la concentration de certains acides aminés dans le sang ou, de certaines hormones comme le glucagon et l’insuline. Elle peut impliquer des modifications de la transcription du gène, de la stabilité de l’ARNm, et de la traduction de celui-ci. Ces mécanismes sont discutés brièvement. Le cas de la sérine-déhydratase est donné comme exemple de l’intervention des aminoacyl-ARNt et celui du collagène alpha-1 comme exemple de contrôle par la cystéine. Le chapitre 2 rapporte le clonage de l’ADNc codant la 3-PGDH de rat. La similarité de cette enzyme avec les 3-PGDH d’autres espèces se manifeste principalement dans les domaines de liaison du substrat et du nucléotide, alors qu’elle est faible dans le domaine C-terminal, responsable de la régulation allostérique par la sérine dans le cas de l’enzyme d’Escherichia coli. L’enzyme de rat a été exprimée chez Escherichia coli soit sous sa forme complète, soit sous une forme amputée du domaine C-terminal. Les deux formes recombinantes avaient été propriétés cinétiques similaires à celles de l’enzyme purifiée à partir de foie de rat, en ce compris l’inhibition exercée par la phosphohydroxypyruvate. Ces résultats indiquent que le domaine C-terminale n’est pas impliqué dans l’inhibition par ce produit de la réaction. par ailleurs, des northern blots ont montré l’existence d’un ARN de 2.1 kb dans le foie de rat nourri avec de l’amidon seul, mais non dans le foie de rats contrôles. Ce même ARN de la 3-PGDH se retrouve dans les autres tissus analysés, et ce, indépendamment de l’état nutritionnel. Au chapitre 3, nous montrons que la cystéine est l’acide aminé dont la concentration plasmatique diminue le plus lorsque l’on nourrit des rats seulement avec de l’amidon, et que sa concentration est rapidement normalisée suite à l’administration d’un régime normal, ou après l’injection de cystéine ou de méthionine. Chez l’animal nourri avec de l’amidon, le concentration hépatique de l’ARNm de la 3-PGDH diminue suite au passage à un régime normal, ou suite à l’administration de glucagon, de cystéine ou de méthionine. Dans des hépatocytes en culture, le glucagon et la cystéine (testée conjointement avec la méthionine) provoquent une diminution de la concentration de l’ARN de la 3-PGDH alors que l’insuline a un effet opposé. Dans des cellules d’hépatome, la cystéine exerce le même effet négatif que dans les hépatocytes en culture primaire, alors que la méthionine est dépourvue d’effet. Des expériences avec un inhibiteur de la transcription et des mesures de transcription sur noyaux isolés indiquent que le glucagon agirait sur la transcription du gène de la 3-PGDH alors que la cystéine agirait sur la stabilité de l’ARNm. Le chapitre 4 montre que l’ARNm codant la phosphosérine-aminotransférase, enzyme qui catalyse la deuxième étape de la voie de formation de la sérine, apparaît dans le foie lorsque l’on nourrit des rats avec de l’amidon et que l’administration de cystéine provoque alors une disparition de cet ARNm après 16h. Au chapitre 5, nous rapportons que la gène codant la 3-PGDH de rat comporte 13 exons et qu’il se trouve sur le chromosome 2q34. Des expériences de RACE5’ indiquent que c’est le même promoteur qui est utilisé dans le foie et dans les autres tissus, mais qu’il existe en plus un second promoteur , à peu près 200 bp plus en amont, qui n’est utilisé que dans les testicules. Des expériences de transfection transitoire de cellules d’hépatome avec des constructions comprenant différents fragments du promoteur ubiquiste que celui-ci possède bien une activité promotrice et que celle-ci est insensible à la cystéine. Le chapitre 6 est consacré à une discussion générale de notre travail. Nous y rappelons en premier lieu les arguments qui permettent de conclure que l’ADNc que nous avons cloné est bien celui de la 3-PGDH présente aussi bien dans le foie que dans les autres tissues. Nous discutons aussi du rôle régulateur potentiel de la région C-terminal, hypothèse que nous pouvons écarter sur la base de nos expériences réalisées avec l’enzyme tronquée. Nous cherchons ensuite à identifier les facteurs alimentaires et hormonaux susceptibles d’affecter l’expression de la 3-PGDN. Nous soulignons le rôle de la cystéine dont la concentration sanguine s’abaisse rapidement en cas de carence protéique. Nous considérons ensuite le rôle du glucagon et de l’insuline, qui ont, dans diverses circonstances, une action opposée sur l’abondance de l’ARNm de la 3-PGDH et dont la concentration dans le sang est fortement influencée par la nature de l’alimentation. Nous concluons finalement que le mécanisme par lequel un régime alimentaire exclusivement hydrocarboné provoque une augmentation de l’expression de la 3-PGDH implique une diminution des concentrations de glucagon et de cystéine, deux agents qui diminuent la quantité de l’ARNm de cette enzyme, par un effet transcriptionnel pour le premier, et par une action sur la stabilité de l’ARNm pour le second. Cet effet nutritionnel pourrait aussi impliquer une augmentation de la concentration plasmatique d’insuline, qui agit positivement sur l’expression de cette enzymeThèse de doctorat en sciences biomédicales (biochimie et biologie cellulaire) -- UCL, 200

2-Keto-4-methylthiobutyrate, an intermediate in the methionine salvage pathway, is a good substrate for CtBP1.

In the present work, we have studied the kinetic properties of the catalytic domain of CtBP1, a co-repressor belonging to the d-2-hydroxyacid dehydrogenase family and known to reduce pyruvate in the presence of NADH. CtBP1 acted on a variety of alpha-keto acids, for which it displayed biphasic curves with inhibition at elevated concentrations, as observed with other dehydrogenases of the same family. Based on catalytic efficiencies, the best substrate was 2-keto-4-methylthiobutyrate, an intermediate of the methionine salvage pathway. It was about 20-fold better than 2-ketoisocaproate and glyoxylate, and 80-fold better than pyruvate. From these data we conclude that 2-keto-4-methylthiobutyrate may be an important regulator of CtBP activity, possibly linking gene repression to the activity of the methionine salvage and spermine synthesis pathways

The gene encoding rat 3-phosphoglycerate dehydrogenase

Journal ArticleResearch Support, Non-U.S. Gov'tinfo:eu-repo/semantics/publishe