Centre for Integrative Genomics

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Research directions

Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPARs) as regulators of energy metabolism

Peroxisome proliferator-activated receptors are members of the nuclear receptor superfamily to which steroid/thyroid/retinoic acid receptors also belong. The concerted evolution of the hormonal receptors and of the regulatory region of the genes they control has led to the formation of networks of unrelated genes, which are very intimately associated in the context of vital processes, such as body plan formation, morphogenesis and homeostasis. Evidence is rapidly accumulating, which demonstrates that the three PPAR isotypes, PPAR alpha, PPAR beta, and PPAR gamma have an integrative role in controlling the expression of genes playing key roles in the storage and mobilisation of lipids. In addition, we recently demonstrated that amino acid metabolism as well as glucose metabolism are regulated by PPARs The aim of our research activities is also to elucidate the mode of action of PPARs The understanding of the molecular bases of the action of these receptors may develop into interesting medical applications in the fields of cardiovascular diseases, obesity, non insulin-dependent diabetes and skin pathologies

Nuclear receptors and endocrine disruptors

It has recently become evident that certain synthetic chemicals found in the environment have effects similar to estrogens and therefore might impair human and animal health. However, some of these endocrine disruptors have properties that may involve them in altering PPAR signalling, provoking metabolic as well as developmental disturbances. In this context, we are using Xenopus laevis as an experimental model of an aquatic organism for studying developmental perturbations dues to the incriminated compounds, and their relationship with PPAR functions. A new approach is also being developed, based on the use of fluorophores, to evaluate in the living cells the molecular consequences of cell exposure to endocrine disruptors

Mécanismes des perturbateurs endocriniens présents l'environnement

Depuis quelques années, un certain nombre de polluants sont soupçonnés d'avoir un effet sur le système endocrine des êtres vivants. Ces polluants seraient, entre autres, responsables de perturbations du système reproductif (diminution de la qualité du sperme chez l'Homme, démasculinisation des poisons et reptiles), en agissant comme xéno-estrogènes. Cependant certaines de ces molécules présentent des propriétés pouvant les impliquer dans une altération de la signalisation par les PPARs. Dans ce contexte, nous utilisons le xénope (Xenopus laevis) comme modèle animal aquatique, et étudions les altérations survenant au cours du développement des têtards exposés aux substances incriminées, ainsi que leur relation avec la voie des PPARs
Par ailleurs, une nouvelle approche, basée sur l'utilisation de fluorophores pour évaluer dans la cellule vivante les conséquences moléculaires de l'exposition à de telles molécules, est actuellement élaborée

Generation of null mutant mice for the PPAR genes

The PPARa null mouse has been obtained by the group of Dr Frank Gonzalez at NIH, USA in 1995. Since then, this animal model has been extremely useful to unveil some of the key roles of PPAR alpha in metabolism. We have now generated mutations of the PPAR beta and the PPAR gamma genes. In both cases, the homozygous embryos (i.e. without any valid copy of the gene of interest) die in utero between the 9th and the 10th day after conception. This embryonic lethality is caused by defects of the developing placenta, which we are presently characterizing
In parallel, and in part to circumvent this embryonic lethality of the null mutant mouse, we have generated mouse lines in which either the PPAR beta or PPAR gamma genes can be deleted in somatic cells in the adult mouse, in a given tissue and at a given time. These "conditional knock-out" mouse lines, allowing spatio-temporal gene invalidation represent an essential tool for further analyses aimed at understanding the role of PPARs in adult homeostasis

Functions of PPARs in tissue repair

All three PPAR isotypes are well expressed in the skin during development. This expression is reduced in the adult interfollicular epidermis but efficiently reappears upon wounding or inflammatory stimuli. We are interested in the role and mechanisms of action of PPARs in this tissue, using in vivo models as well as primary culture of keratinocytes and reconstructed mouse skin. More particularly, we are analysing the role of PPAR alpha in the inflammatory reaction that is always associated and required for efficient healing after an injury, and the role of PPAR beta in the processes of keratinocyte proliferation / differentiation / apoptosis that are taking place during wound healing. The mechanisms of tissue repair after an injury are also under current investigation in ischemic lesions in the brain and in gut lesions

Functions of PPARs in development

The PPAR functions in tissue repair, and more particularly those of PPAR beta, suggest that they may play a role in the processes of cell differentiation, which are taking place during development. Analyses of PPAR mutant mice allow us to perform in-depth studies of particular mechanisms. Namely, we unravelled the specific role of PPAR beta in the differentiation of a specific placenta layer and are presently analysing the molecular cause and consequences of such an alteration. We are also pursuing an investigation on the role of PPAR beta in the differentiation pattern of gut epithelial cells

What are the genetic differences that set us apart from other primates ?

What is genetically unique to humans and their closest evolutionary
relatives, the apes, compared to non-hominoid primates ?
Elucidating such intriguing evolutionary novelties in the more recent evolution of the human genome may provide clues in regard to phenotypes related to human-specific anatomical, physiological, and pathological conditions
Genetic differences among primates may involve, for example, gross chromosomal rearrangements, changes in the cytogenetic architecture, differences in gene transcription, and the creation (or loss) of genes. We are in principle interested in all of these mechanisms that may have affected primate genomic and - as a consequence - phenotypic diversity
Currently we focus on the origin and evolution of primate genes and gene structures New genes originate through various molecular mechanisms such as the classic mechanisms of gene duplication (e.g. tandem gene duplication), gene copying by retroposition, exon/domain shuffling, and gene fusion. We pursue several projects that aim to shed light on the relative importance of these mechanisms in generating primate genes

De nombreuses pathologies humaines sont dues à des réarrangements chromosomiques impliquant des régions de notre génome rendues instables par la présence de répétitions spécifiques

Nous nous proposons d'étudier comment ces délétions et insertions influencent l'expression des gènes

Participation à l'annotation du génome humain dans le cadre du projet ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) du NHGRI

(cf. http://www.genome.gov/10005107)

Participation à l'établissement d'un atlas d'expression de 20'000 gènes de la souris dans le cadre du consortium européen EURexpress

Génétique du Sommeil et ses Troubles (Prof. Mehdi Tafti):

Etude des bases génétiques de la régulation des états de vigilance chez la souris en particulier les bases moléculaires de la réponse homéostasique à une privation de sommeil
Etude des bases génétiques des troubles du sommeil comme la narcolepsie et le somnambulisme

Les gènes codant pour les petits ARN nucléaires constituent un système idéal pour étudier les mécanismes de transcription

Le système utilisé est celui des gènes codant pour les petits RNA nucléaires (gènes snRNA), qui sont eux-mêmes nécessaires pour certains aspects de la maturation d'autres molécules d'ARN tels que, par exemple, les ARN messagers, et pour la traduction des ARN messagers en protéines. Ces gènes ont la particularité d'avoir tous des promoteurs assez semblables bien que certains d'entre eux soient transcrits par la polymérase II alors que d'autres sont transcrits par la polymérase III. Ils nous offrent donc la possibilité d'étudier quels sont les aspects clés d'un promoteur (et des facteurs qui se lient a ce promoteur) qui spécifient quelle ARN polymérase sera recrutée. De plus, dans le cas de la transcription par l'ARN polymérase III, nous pouvons reconstituer la réaction in vitro à partir de facteurs bien définis Puisque la machinerie de transcription de base est la cible de nombre de signaux régulateurs, ceci nous donne l'opportunité d'étudier par quels mécanismes l'activité de cette machinerie de base est contrôlée

Recrutement spécifique de la polymérase appropriée

Les ARN polymérases eucaryotes sont incapables de se lier à leurs promoteurs sans l'aide de facteurs accessoires appelés facteurs de transcription. Certains de ces facteurs peuvent reconnaître et se lier à de courtes séquences d'ADN présentes dans les promoteurs. Ils forment une plateforme sur le promoteur, à laquelle viennent s'ajouter d'autres facteurs de transcription. Le complexe protéique qui en résulte est ensuite capable de recruter la polymérase. Les promoteurs des gènes snRNA reconnus par l'ARN polymérase III diffèrent de ceux reconnus par l'ARN polymérase II par la présence d'un élément TATA (TATA box). Cette simple différence est responsable du recrutement spécifique de la polymérase appropriée, par le biais du recrutement d'un complexe contenant, notamment, un polypeptide appelé Brf2 (TFIIB-related factor). Comme son nom l'indique, ce polypeptide est apparenté au polypeptide TFIIB, qui lui est responsable du recrutement de la polymérase II sur les promoteurs reconnus par cette enzyme. Il semble donc que le recrutement spécifique de la polymérase II ou III découle du recrutement par le promoteur de TFIIB ou Brf2. Une des questions que ces observations soulèvent est, quelles sont les différences critiques entre TFIIB et Brf2 qui mènent au recrutement spécifique de la polymérase II ou III? Cette question peut être résolue par des méthodes biochimiques

Mécanismes de régulation de la transcription pas la polymérase III

La transcription du gène snRNA U6, qui est effectuée par la polymérase III, peut être obtenue in vitro en présence de huit facteurs de transcription recombinants et de la polymérase III isolée à partir de cellules de culture humaines. Durant l'isolation de la polymérase III, plusieurs facteurs co-purifient avec les dix-sept sous-unités de la polymérase. Un de ces facteurs est une protéine kinase appelée CK2. Nous nous sommes donc intéressés au rôle que CK2 pourrait jouer dans la régulation de la transcription par la polymérase III. Nos résultats indiquent que CK2 peut jouer deux rôles opposés : en phosphorylant une des facteurs de transcription, appelé Bdp1, CK2 inhibe la transcription par la polymérase III. D'autre part, en phosphorylant la polymérase elle-même, CK2 rend l'enzyme active et de ce fait active la réaction de transcription. L'action négative de CK2 semble s'exercer lors de la mitose et est probablement responsable de l'inhibition générale de la transcription par la polymérase III qui a lieu durant cette phase du cycle cellulaire. L'action positive de CK2 s'exerce entre autre durant la phase de synthèse de l'ADN (phase S) du cycle cellulaire, pendant laquelle l'activité de la polymérase III est particulièrement élevée.Une question intrigante qui se pose immédiatement est comment la même kinase, CK2, peut-elle être programmée à phosphoryler différentes cibles, avec des effets contraires, à différents moments du cycle cellulaire

La beta-actine est nécessaire pour la transcription par la polymérase III

Un autre facteur qui se trouve associé à la polymérase III lors de sa purification est la beta-actine. Cette protéine a été étudiée depuis de nombreuses années en tant que protéine cytoplasmique nécessaire au trafic intracellulaire et aux changements de formes associés à la division cellulaire, l'endocytose, et l'adhésion cellulaire Cependant, la beta-actine est aussi présente dans le noyau où elle constitue, notamment, une sous-unité de plusieurs facteurs de remodelage de la chromatine Lors du traitement de cellules en culture avec un agent qui provoque des dommages dans l'ADN, la beta-actine se sépare du reste de la polymérase III, et cette enzyme démunie de beta-actine est inactive. Pour réactiver l'enzyme, la phosphorylation par la CK2 ainsi que l'addition de beta-actine recombinante sont toutes deux nécessaires. Ceci montre, d'une part, que l'association de la beta-actine avec la polymérase III est un évènement régulé, et, d'autre part, que la beta-actine est nécessaire pour la transcription par la polymérase III. La beta-actine peut donc être considérée comme un facteur de transcription. Il s'agit maintenant de découvrir quel rôle précis est joué par la beta-actine durant la réaction de transcription

can be found on internet at

http://www.unil.ch/cig/page5567.html

Competences

Analyse moléculaire et cellulaire des mécanismes de contrôle de la transcription du matériel génétique

Maîtrise des outils du génie génétique

Evaluation de phénotypes métaboliques

Imagerie cellulaire

Culture primaire de cellules d'origine murine

Enregistrement et analyse du sommeil et du rythme circadian de l'activité-repos et la température chez la souris

Génomique

Cartographie génétique

Construction et production de souris transgéniques

Analyse d'expression de gènes par microarray et Real-Time RT-PCR

Neuroanatomie, immunohistochimie, in-situ hybridation

Biochimie, biologie moléculaire, biologie cellulaire