Detta arbete är en studie i hållbar gestaltning, där de många teoretiska principer appliceras på tre mycket olika platser på jorden. Tre ekologiskt hållbara enfamiljshus projekteras i Sibirien, i sydöstra Spanien, och i Stockholms inre skärgård. Husen är helt olika. Vitruvius sade: "Vi måste börja med att beakta de länder och de klimat som hus skall byggas i, för att gestalta byggnaderna rätt. En typ av hus är lämplig för Egypten, en annan för Spanien, och ytterligare en för Rom. Detta för att en del av jorden ligger rakt under solens bana, en annan långt borta från den, medan den tredje ligger emellan de två. "

réalisé en cotutelle avec le Dr. Marie Kmita et Dr. Marco Horb / Chez l’humain, les maladies congénitales cardiaques (MCC) sont présentes chez 3-4% des nouveaux nés et sont une cause importante de mortalité infantile et de morbidité dans le monde. La majorité des MCCs implique les valves et les septums, qui proviennent des cellules endocardiques. Les valves aortiques bicuspides (VAB) sont la MCC la plus fréquente chez l’humain, avec un taux estimé de 1-2% dans la population. Cependant, les gènes et les mécanismes moléculaires qui causent cette malformation demeurent obscures. Le facteur de transcription GATA5 est exprimé dans les cellules et les coussins endocardiques de façon transitoire durant la septation et la formation des compartiments cardiaques. Chez le poisson zèbre, des mutations dans le gène Gata5 causent des malformations cardiaques sévères incluant l’absence de cellules endocardiques. In vitro, l’inhibition de Gata5 bloque la différentiation endocardique. Ces études suggéraient donc un rôle important de GATA5 dans la formation du cœur. Dans le cadre de ce projet de doctorat, nous avons analysé le rôle de GATA5 dans le développement du cœur en produisant des lignées de souris chez lesquelles le gène Gata5 était inactif soit dans toutes les cellules ou uniquement dans les cellules endocardiques. Les souris possédant 2 allèles mutées du gène Gata5 étaient viables mais plus de 26% des souris Gata5-/- ont développé des VABs. Par ailleurs, une incidence similaire de VABs a été obtenue chez les souris ayant une délétion spécifique de Gata5 des cellules endocardiques, obtenue en croisant les souris Gata5WT/Flox avec les souris transgéniques Tie2-Cre. Sur le plan mécanistique, une réduction significative de JAG1, un corécepteur pour Notch1, ainsi qu’une augmentation marquée de Rbj un répresseur de cette voie, ont été détectés chez les souris Gata5-/- et Tie2- cre+;Gata5Flox/Flox, suggérant qu’une dérégulation de la voie Notch dans les cellules endocardiques puisse être la cause des VABs. Ces résultats démontrent l’importance de GATA5 pour le développement endocardique et la formation de la valve aortique. De plus, ils identifient GATA5 comme gène candidat de MCCs chez l’humain. Environ 12-14% des MCCs sont causés par le développement anormal de la voie de chasse, menant aux malformations telles que la transposition des grandes artères, la tétralogie de Fallot ou le syndrome du ventricule droit à double issue. Des mutations dans Gata4 et Gata6 sont associés à des défauts de la voie de chasse, dans plusieurs espèces incluant l’humain. Nous avons examiné si GATA5 interagit avec GATA4 ou GATA6 dans le développement de la voie de chasse. Alors que les souris hétérozygotes pour Gata5, Gata4 ou Gata6 ont des défauts cardiaques subtiles et sont viables, les embryons Gata4+/-Gata5+/- et Gata5+/-Gata6+/- démontrent une létalité embryonnaire et périnatale due à des défauts cardiaques, tel qu’un ventricule droit à double issue et des défauts de septation ventriculaire. Ces résultats indiquent l'importance des interactions génétiques entre GATA5 et les autres facteurs GATA pour la rotation et l’alignement de la voie de chasse au cours du développement cardiaque et soulèvent la possibilité que des changements subtiles de l'activité de 2 facteurs GATA puissent mener à des MCCs chez l'humain. / Congenital heart defect (CHD) in humans occur in 3-4% of live birth and is a major cause of infant mortality and morbidity in the world. The majority of CHD involves the valves and septa, which originate from endocardial cells. Bicuspid aortic valve (BAV) is the most common CHD in humans with an estimated rate of 1-2% in the population. However, very few genes have been linked to this defect and the mechanisms underlying BAV formation remain undefined. GATA5, a member of the GATA family of transcription factors, is expressed in a spatial and temporal manner in the developing heart where it is predominantly found in endocardial cells and endocardial cushions (ECs) of the outflow tract (OFT) and atrioventricular canal between E9.5-E12.5 in the mouse. Mutations in the Gata5 gene in zebrafish (faust mutants) cause cardia bifida and lead to endocardial cell depletion. In vitro studies using antisense mRNA against Gata5 revealed a critical role for this gene in differentiation of endocardial cells. In the context of the present doctoral research project, we investigated the role of GATA5 in mammalian heart development by generating a mouse line with a null Gata5 allele. Gata5 null mice are viable but over 26% of them developed BAVs. Endocardial specific deletion of Gata5 obtained by crossing mice with floxed (Flox) Gata5 alleles with Tie2-cre transgenic mice resulted in a similar incidence of BAVs. RNA profiling revealed that Jag-1, a co-receptor for Notch1, is significantly downregulated in both Gata5 null and Tie2-cre+;Gata5Flox/Flox mice, suggesting that disruption of Notch signaling in endocardial cells may be the underlying mechanism of disease. These findings reveal an important function for GATA5 in endocardial cell development and aortic valve formation and identify GATA5 as an important candidate CHD causing gene. Abnormal development of the OFT accounts for about 12-14% of all CHDs, leading to malformations such as persistent truncus arteriosus (PTA), tetralogy of Fallot (TOF), double outlet right ventricle (DORV) and transposition of the great arteries (TGA). Both GATA4 and GATA6 play important role in OFT development. We tested whether GATA5 might interact genetically with GATA4 and GATA6 for proper heart morphogenesis. We found that, whereas mice lacking a single copy of Gata5, Gata4 or Gata6 have subtle cardiac defects, the Gata4+/-Gata5+/- and Gata5+/-Gata6+/- mutant embryos show embryonic and perinatal lethality due to severe heart defects, including double outlet right ventricle and ventricular septal defects. These findings reveal the importance of genetic interactions between GATA5 and the other cardiac GATA factors in the normal rotation and patterning of the OFT during heart development in vivo. The results raise the possibility that subtle alterations in the level or activity of 2 cardiac GATA factors might lead to congenital heart disease in human.

Chez l’humain, les maladies congénitales cardiaques (MCC) sont présentes chez 3-4% des nouveaux nés et sont une cause importante de mortalité infantile et de morbidité dans le monde. La majorité des MCCs implique les valves et les septums, qui proviennent des cellules endocardiques. Les valves aortiques bicuspides (VAB) sont la MCC la plus fréquente chez l’humain, avec un taux estimé de 1-2% dans la population. Cependant, les gènes et les mécanismes moléculaires qui causent cette malformation demeurent obscures. Le facteur de transcription GATA5 est exprimé dans les cellules et les coussins endocardiques de façon transitoire durant la septation et la formation des compartiments cardiaques. Chez le poisson zèbre, des mutations dans le gène Gata5 causent des malformations cardiaques sévères incluant l’absence de cellules endocardiques. In vitro, l’inhibition de Gata5 bloque la différentiation endocardique. Ces études suggéraient donc un rôle important de GATA5 dans la formation du cœur. Dans le cadre de ce projet de doctorat, nous avons analysé le rôle de GATA5 dans le développement du cœur en produisant des lignées de souris chez lesquelles le gène Gata5 était inactif soit dans toutes les cellules ou uniquement dans les cellules endocardiques. Les souris possédant 2 allèles mutées du gène Gata5 étaient viables mais plus de 26% des souris Gata5-/- ont développé des VABs. Par ailleurs, une incidence similaire de VABs a été obtenue chez les souris ayant une délétion spécifique de Gata5 des cellules endocardiques, obtenue en croisant les souris Gata5WT/Flox avec les souris transgéniques Tie2-Cre. Sur le plan mécanistique, une réduction significative de JAG1, un corécepteur pour Notch1, ainsi qu’une augmentation marquée de Rbj un répresseur de cette voie, ont été détectés chez les souris Gata5-/- et Tie2- cre+;Gata5Flox/Flox, suggérant qu’une dérégulation de la voie Notch dans les cellules endocardiques puisse être la cause des VABs. Ces résultats démontrent l’importance de GATA5 pour le développement endocardique et la formation de la valve aortique. De plus, ils identifient GATA5 comme gène candidat de MCCs chez l’humain. Environ 12-14% des MCCs sont causés par le développement anormal de la voie de chasse, menant aux malformations telles que la transposition des grandes artères, la tétralogie de Fallot ou le syndrome du ventricule droit à double issue. Des mutations dans Gata4 et Gata6 sont associés à des défauts de la voie de chasse, dans plusieurs espèces incluant l’humain. Nous avons examiné si GATA5 interagit avec GATA4 ou GATA6 dans le développement de la voie de chasse. Alors que les souris hétérozygotes pour Gata5, Gata4 ou Gata6 ont des défauts cardiaques subtiles et sont viables, les embryons Gata4+/-Gata5+/- et Gata5+/-Gata6+/- démontrent une létalité embryonnaire et périnatale due à des défauts cardiaques, tel qu’un ventricule droit à double issue et des défauts de septation ventriculaire. Ces résultats indiquent l'importance des interactions génétiques entre GATA5 et les autres facteurs GATA pour la rotation et l’alignement de la voie de chasse au cours du développement cardiaque et soulèvent la possibilité que des changements subtiles de l'activité de 2 facteurs GATA puissent mener à des MCCs chez l'humain. / Congenital heart defect (CHD) in humans occur in 3-4% of live birth and is a major cause of infant mortality and morbidity in the world. The majority of CHD involves the valves and septa, which originate from endocardial cells. Bicuspid aortic valve (BAV) is the most common CHD in humans with an estimated rate of 1-2% in the population. However, very few genes have been linked to this defect and the mechanisms underlying BAV formation remain undefined. GATA5, a member of the GATA family of transcription factors, is expressed in a spatial and temporal manner in the developing heart where it is predominantly found in endocardial cells and endocardial cushions (ECs) of the outflow tract (OFT) and atrioventricular canal between E9.5-E12.5 in the mouse. Mutations in the Gata5 gene in zebrafish (faust mutants) cause cardia bifida and lead to endocardial cell depletion. In vitro studies using antisense mRNA against Gata5 revealed a critical role for this gene in differentiation of endocardial cells. In the context of the present doctoral research project, we investigated the role of GATA5 in mammalian heart development by generating a mouse line with a null Gata5 allele. Gata5 null mice are viable but over 26% of them developed BAVs. Endocardial specific deletion of Gata5 obtained by crossing mice with floxed (Flox) Gata5 alleles with Tie2-cre transgenic mice resulted in a similar incidence of BAVs. RNA profiling revealed that Jag-1, a co-receptor for Notch1, is significantly downregulated in both Gata5 null and Tie2-cre+;Gata5Flox/Flox mice, suggesting that disruption of Notch signaling in endocardial cells may be the underlying mechanism of disease. These findings reveal an important function for GATA5 in endocardial cell development and aortic valve formation and identify GATA5 as an important candidate CHD causing gene. Abnormal development of the OFT accounts for about 12-14% of all CHDs, leading to malformations such as persistent truncus arteriosus (PTA), tetralogy of Fallot (TOF), double outlet right ventricle (DORV) and transposition of the great arteries (TGA). Both GATA4 and GATA6 play important role in OFT development. We tested whether GATA5 might interact genetically with GATA4 and GATA6 for proper heart morphogenesis. We found that, whereas mice lacking a single copy of Gata5, Gata4 or Gata6 have subtle cardiac defects, the Gata4+/-Gata5+/- and Gata5+/-Gata6+/- mutant embryos show embryonic and perinatal lethality due to severe heart defects, including double outlet right ventricle and ventricular septal defects. These findings reveal the importance of genetic interactions between GATA5 and the other cardiac GATA factors in the normal rotation and patterning of the OFT during heart development in vivo. The results raise the possibility that subtle alterations in the level or activity of 2 cardiac GATA factors might lead to congenital heart disease in human. / réalisé en cotutelle avec le Dr. Marie Kmita et Dr. Marco Horb

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O óleo de peixe é rico em ácidos graxos poli-insaturados (AGPI) n-3 e vem sendo apontado como anti-inflamatório associado à melhora de diversas doenças de natureza inflamatória. No presente estudo, objetivou-se avaliar a influência do óleo de peixe sobre a inflamação pulmonar e hiper-reatividade em camundongos ativamente sensibilizados desafiados com ovoalbumina (OVA). Camundongos A/J machos foram alimentados com dieta standard-chow (SC) ou dieta rica em óleo de peixe (Px) durante 8 semanas. Após 4 semanas do início da dieta, cada grupo foi subdividido aleatoriamente para ser desafiado com salina (SC-SAL e PX-SAL) ou ovoalbumina (SC-OVA e PX-OVA). A função pulmonar (resistência e elastância) foi avaliada através de pletismografia invasiva, na condição de aerolização ou não com metacolina 24 horas após o último desafio antigênico. Foi realizado lavado broncoalveolar (LBA) para contagem de leucócitos e quantificação de eotaxina-2. A deposição de muco e de matriz peribronquiolar e o infiltrado de eosinófilos foram quantificados no tecido pulmonar. Foram avaliados interleucina (IL)-13 através de imunohistoquímica e NFκB, GATA-3 e PPARγ, por western-blotting. O desafio com OVA resultou em aumento da infiltração de eosinófilos, elevada produção de citocinas inflamatórias, remodelamento pulmonar, produção de muco e hiper-reatividade das vias aéreas. Detectou-se aumento na expressão dos fatores de transcrição NFκB e GATA-3 nos camundongos do grupo sensibilizado e desafiado com OVA em comparação aos controles. Todas essas alterações foram atenuadas nos camundongos que receberam dieta com óleo de peixe. Expressão elevada de PPARγ foi detectada nos pulmões dos camundongos dos grupos alimentados com óleo de peixe. Em conclusão, nossos resultados mostram que a ingestão de óleo de peixe atenuou as características clássicas do quadro asmático através da modulação da síntese de mediadores inflamatórios, via regulação negativa de NFκB e GATA-3 e regulação positiva de PPARγ. O óleo de peixe parece ser uma terapia alternativa para o controle e tratamento da asma. / Fish oil (FO) is rich in n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA), which have been suggested to be anti-inflammatory and are associated with improvement of several inflammatory diseases. In this study, we investigated the influence of FO on allergen-induced lung inflammation and airway hyperreactivity in mice. Male A/J mice were fed either a standard-chow (SC) or a FO diet (FO) for 8 weeks. After 4 weeks, each group was further randomized for ovalbumin (SC-OVA and FO-OVA) or saline (SC-SAL and FO-SAL) challenge. Resistance and elastance were measured at baseline and after aerosolized methacholine, 24h after the last challenge. Bronchoalveolar lavage (BAL) was performed for leukocyte counts and eotaxin-2 quantification. Lung tissue mucus deposition, peribronchiolar matrix deposition and eosinophil infiltration were quantified. Interleukin-13 expression was evaluated by immunohistochemistry and nuclear factor kappa B (NFκB), GATA-3 and peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) expression was measured by Western blot. OVA challenge resulted in increased eosinophil infiltration, increased inflammatory cytokine production, peribronchiolar matrix and mucus deposition and airway hyperreactivity to aerosolized methacholine. Elevated lung NFκB and GATA-3 expression was noted in OVA-challenged mice, which was attenuated in FO diet-fed mice. Higher PPARγ expression was also detected in the lungs from the FO-fed groups. In conclusion, FO intake attenuated classical asthma features by reducing inflammatory mediator production via GATA-3 and NFκB down-regulation and PPARγ up-regulation. Thus, FO might be an alternative therapy for asthma prevention and control.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O óleo de peixe é rico em ácidos graxos poli-insaturados (AGPI) n-3 e vem sendo apontado como anti-inflamatório associado à melhora de diversas doenças de natureza inflamatória. No presente estudo, objetivou-se avaliar a influência do óleo de peixe sobre a inflamação pulmonar e hiper-reatividade em camundongos ativamente sensibilizados desafiados com ovoalbumina (OVA). Camundongos A/J machos foram alimentados com dieta standard-chow (SC) ou dieta rica em óleo de peixe (Px) durante 8 semanas. Após 4 semanas do início da dieta, cada grupo foi subdividido aleatoriamente para ser desafiado com salina (SC-SAL e PX-SAL) ou ovoalbumina (SC-OVA e PX-OVA). A função pulmonar (resistência e elastância) foi avaliada através de pletismografia invasiva, na condição de aerolização ou não com metacolina 24 horas após o último desafio antigênico. Foi realizado lavado broncoalveolar (LBA) para contagem de leucócitos e quantificação de eotaxina-2. A deposição de muco e de matriz peribronquiolar e o infiltrado de eosinófilos foram quantificados no tecido pulmonar. Foram avaliados interleucina (IL)-13 através de imunohistoquímica e NFκB, GATA-3 e PPARγ, por western-blotting. O desafio com OVA resultou em aumento da infiltração de eosinófilos, elevada produção de citocinas inflamatórias, remodelamento pulmonar, produção de muco e hiper-reatividade das vias aéreas. Detectou-se aumento na expressão dos fatores de transcrição NFκB e GATA-3 nos camundongos do grupo sensibilizado e desafiado com OVA em comparação aos controles. Todas essas alterações foram atenuadas nos camundongos que receberam dieta com óleo de peixe. Expressão elevada de PPARγ foi detectada nos pulmões dos camundongos dos grupos alimentados com óleo de peixe. Em conclusão, nossos resultados mostram que a ingestão de óleo de peixe atenuou as características clássicas do quadro asmático através da modulação da síntese de mediadores inflamatórios, via regulação negativa de NFκB e GATA-3 e regulação positiva de PPARγ. O óleo de peixe parece ser uma terapia alternativa para o controle e tratamento da asma. / Fish oil (FO) is rich in n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA), which have been suggested to be anti-inflammatory and are associated with improvement of several inflammatory diseases. In this study, we investigated the influence of FO on allergen-induced lung inflammation and airway hyperreactivity in mice. Male A/J mice were fed either a standard-chow (SC) or a FO diet (FO) for 8 weeks. After 4 weeks, each group was further randomized for ovalbumin (SC-OVA and FO-OVA) or saline (SC-SAL and FO-SAL) challenge. Resistance and elastance were measured at baseline and after aerosolized methacholine, 24h after the last challenge. Bronchoalveolar lavage (BAL) was performed for leukocyte counts and eotaxin-2 quantification. Lung tissue mucus deposition, peribronchiolar matrix deposition and eosinophil infiltration were quantified. Interleukin-13 expression was evaluated by immunohistochemistry and nuclear factor kappa B (NFκB), GATA-3 and peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) expression was measured by Western blot. OVA challenge resulted in increased eosinophil infiltration, increased inflammatory cytokine production, peribronchiolar matrix and mucus deposition and airway hyperreactivity to aerosolized methacholine. Elevated lung NFκB and GATA-3 expression was noted in OVA-challenged mice, which was attenuated in FO diet-fed mice. Higher PPARγ expression was also detected in the lungs from the FO-fed groups. In conclusion, FO intake attenuated classical asthma features by reducing inflammatory mediator production via GATA-3 and NFκB down-regulation and PPARγ up-regulation. Thus, FO might be an alternative therapy for asthma prevention and control.

Abstract Cardiovascular diseases are the leading causes of death in the developed countries and their incidence is not expected to decrease in the future. There is a lifetime risk of one in five of developing heart failure, which still has poor prognosis and current treatments only cover part of the pathophysiology behind this syndrome. Pathological processes contributing to heart failure include cardiac hypertrophy and remodeling, which involves neurohumoral activation, reactivation of fetal genes, impaired Ca2+ cycling, increased apoptosis, and increased fibrosis. Intracellular signalling pathways and transcription factors mediating the response to various extracellular stresses have a key role in the regulation of myocardial remodeling and they are investigated in order to develop new approaches for the treatment of heart failure. The aim of this thesis was to elucidate roles of mitogen-activated protein kinases (MAPKs) and transcription factor GATA-4 in the regulation of cardiomyocyte function in cell cultures, and in hearts ex vivo and in vivo. The main findings were that (i) Inhibition of p38α MAPK enhanced function of sarco/endoplasmic reticulum Ca2+ -ATPase and thus cardiac contractility by increasing phosphorylation of protein phosphatase inhibitor-1 and phospholamban, (ii) p38 MAPK isoforms p38α and p38β regulated promoter activity of B-type natriuretic peptide via distinct pathways, (iii) p38α and p38β MAPKs also had different effects on gene expressions related to fibrosis and hypertrophy, and (iv) p38 and ERK1/2 MAPKs mediated stretch-induced activation of GATA-4 by phosphorylation at Ser 105. GATA-4 also seems to be regulated by ubiquitination. This study provides novel data of p38 MAPK and GATA-4 in the regulation of cardiomyocyte function. Inhibition of p38α MAPK could be beneficial in the treatment of heart failure. Also GATA-4 is a potential target for treatment of cardiovascular diseases. / Tiivistelmä Sydän- ja verisuonisairaudet ovat yleisin kuolinsyy länsimaissa, eikä niiden ilmaantuvuus tule vähenemään lähitulevaisuudessa. Elinikäinen riski sairastua sydämen vajaatoimintaan on 20 %, ja sydämen vajaatoiminnan ennuste on edelleen huono. Nykyisillä hoitomuodoilla voidaan puuttua vain osittain sydämen vajaatoiminnan patofysiologisiin mekanismeihin. Sydämen vajaatoiminnan kehittymiseen liittyvät sydänlihaksen liikakasvu ja uudelleenmuovautumisprosessi, johon liittyy neurohumoraalinen aktivaatio, sikiöaikaisten geenien uudelleenilmentyminen, häiriöt solunsisäisessä Ca2+-viestinnässä sekä lisääntynyt ohjelmoitu solukuolema ja sidekudoksen muodostuminen sydämeen. Solunsisäisillä viestinvälitysketjuilla sekä transkriptiotekijöillä, jotka vastaavat solunulkoisten ärsykkeiden välittämisestä solun sisällä, on keskeinen rooli edellämainittujen prosessien säätelyssä. Uusien lähestymistapojen kehittäminen sydämen vajaatoiminnan hoitoon edellyttää myös solunsisäisen viestinvälityksen ja geenien säätelyn mekanismien selvittämistä. Tämän väitöstyön tavoite oli selvittää p38 mitogeeniaktivoituvan proteiinikinaasin (p38 MAPK) ja transkriptiotekijä GATA-4:n merkitystä sydämen vajaatoiminnan patogeneesissä soluviljelymalleissa. Päälöydöksiä olivat: (i) p38α MAPK -isoformin estäminen paransi kalsiumia solulimakalvostoon pumppaavan SERCA2a:n toimintaa ja sydänlihassolun supistumiskykyä lisäämällä fosfolambaanin ja proteiinifosfataasi-inhibiittori-1:n fosforylaatiota. (ii) p38 MAPK isoformit p38α ja p38β säätelivät B-tyypin natriureettisen peptidin geenin promoottorialuetta erillisten reittien kautta. (iii) p38α ja p38β isoformit vaikuttivat myös eri tavoin sydämen sidekudoksen muodostumiseen ja hypertrofiaan liittyvien geenien ilmentymiseen. (iv) p38 ja ERK1/2 välittävät venytyksen aiheuttaman GATA-4:n aktivaation fosforyloimalla seriini-105 fosforylaatiopaikan. Lisäksi GATA-4:n toimintaa säädellään ubiquitinaation avulla. Tämä tutkimus tuo uutta tietoa p38 MAPK:n ja GATA-4:n rooleista sydämen vajaatoiminnan kehittymisessä. p38α-isoformin toiminnan estäminen voisi olla hyödyllinen hoitomuoto sydämen vajaatoiminnassa. Myös GATA-4 on potentiaalinen lääkehoidon kohde sydänsairauksien hoidossa.

Differenzierungsentscheidungen von Zellen werden durch die Integration mehrerer Stimuli bestimmt. Die Differenzierung von Helfer-T-Zellen (Th-Zellen) ist hierfür ein gut untersuchtes Beispiel: reife Th-Zellen entwickeln sich beim Kontakt mit einem für sie spezifischen Antigen zu einem spezialisierten Subtyp, der von den in ihrer Umgebung vorhandenen Zytokinen abhängt und exprimieren dann einen spezifischen Mastertranskriptionsfaktor. Die häufigsten Th-Zell-Subtypen sind T-bet-exprimierende Th1-Zellen und GATA-3-exprimierende Th2-Zellen. Neuere Entdeckungen bezüglich der Plastizität von Th-Zell-Subtypen sowie die Existenz von T-bet+GATA-3+ Hybrid-Phänotypen haben die detaillierte Untersuchung vom Differenzierungsprozessen von Th-Zellen mit komplexer Zytokinsignale motiviert. Dazu haben wir systematisch die Zytokine IFN-g, IL-12 und IL-4 während der primären Differenzierung Th-Zellen titriert und Signaltransduktion und Zielgenexpression quantifiziert. Der Umfang und die Komplexität der Daten machten eine systematische Analyse notwendig, um involvierte Mechanismen genau zu identifizieren. Lineare Regressionsanalyse wurde verwendet, um die Netzwerktopologie zu extrahieren, wobei schon bekannte und zahlreiche neue Interaktionen vorausgesagt wurden. Die prognostizierte Netzwerktopologie wurde dann verwendet, um ein mechanistisches, mathematisches Modell der Zytokinsignalintegration zu entwickeln. Diese Methode hat ein hochgradig vernetztes regulatorisches Netzwerk inferiert. Bisher nicht beschriebene Funktionen von STAT-Proteine, die die Neuverkabelung des Netzwerkes während der Differenzierung vermitteln, wurden vorhergesagt. Ausgewählte neue Interaktionen wurden in gezielten genetischen Experimenten bestätigt. Während gegenseitige Inhibitionsmotive oft als kanonische digitale Schalter interpretiert werden, funktioniert das Th-Zell-Netwerk als ein Rheostat, der Variationen der Zytokinsignale in graduelle Expressionsänderungen der Mastertranskriptionsfaktoren übersetzt. Unsere Arbeit erklärt mechanistisch das beobachtete Kontinuum von Th-Zelldifferenzierungszuständen entlang der Th1-Th2-Achse und beschreibt eine quantitative Methode für die datenbasierte Inferenz zellulärer Netzwerke der Signalintegration. / Cell-fate decisions are governed by the integration of multiple stimuli. Th cell differentiation is a well-studied example thereof: mature Th cells differentiate into a specialised subtype upon encounter with their cognate antigen depending on the polarising cytokines present in their environment and start expressing specific master transcription factors. The most common Th cell subtypes are T-bet-expressing Th1 cells and GATA-3-expressing Th2 cells. Recent discoveries concerning the plasticity of Th cell subtypes as well as the existence of stable T-bet+GATA-3+ hybrid Th1/2 phenotypes have stimulated the detailed study of the differentiation process under different assumptions than the hitherto valid paradigm of single master transcription factor expression by using complex cytokine signals as inputs. Here, we developed a data-based approach for inferring the molecular network underlying the differentiation of T-bet- and/or GATA-3 expressing lymphocytes. We performed systematic titrations of the polarising cytokines IFN-g, IL-12 and IL-4 during primary differentiation of Th cells and quantified signal transduction as well as target-gene expression. The size and complexity of the dataset made a systematic analysis necessary to identify the mechanisms involved. To extract the network topology, we used linear regression analysis, retrieving known regulatory mechanisms and predicting numerous novel ones. This network topology was used to develop a mechanistic mathematical model of cytokine signal integration. This approach inferred a highly connected regulatory network. Previously undescribed functions of STAT proteins mediating network rewiring during differentiation were predicted. Selected new interactions were confirmed by experiments using gene-deficient cells. Importantly, while mutual-inhibition motifs are often considered canonical digital switches, the inferred Th-cell network acts as a rheostat, generating a continuum of differentiated states along the Th1-Th2 axis. This work explains the observed Th1-Th2 cell fate continuum mechanistically and provides a quantitative framework for the data-based inference of cellular signal integration networks.

Le développement hématopoïétique est régulé par l’action combinée de facteurs de transcription lignée spécifiques et de la machinerie transcriptionnelle de base, permettant ainsi l’expression de gènes en temps et lieu appropriés. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’étude structurale et fonctionnelle d’interactions décisives pour la régulation de l’expression de gènes et impliquant des domaines de transactivation (TAD). En effet, les interactions faisant intervenir les TAD d’activateurs permettent de réguler l’activation de la transcription de façon spécifique. La première étude présentée dans cette thèse relate l'identification et la caractérisation d'une nouvelle interaction entre deux facteurs de transcription : le facteur hématopoïétique GATA-1 et la protéine suppresseur de tumeur p53. En combinant des études in vitro par titrage calorimétrique en condition isotherme (ITC) et par spectroscopie RMN et des études in vivo, nous avons identifié et caractérisé cette nouvelle interaction. Il s'avère que le TAD de p53 et le domaine de liaison à l’ADN de GATA-1 sont les domaines minimaux requis pour la formation de ce complexe. L'inhibition de la voie p53 par GATA-1 s’est avérée être la conséquence majeure de cette interaction, permettant ainsi le maintien en vie des précurseurs érythrocytaires via l’inhibition de l’apoptose. Un deuxième type d’interaction a fait l’objet d’études : l’interaction entre divers TAD et la machinerie transcriptionnelle de base, plus spécifiquement avec le Facteur général de Transcription IIH (TFIIH). La structure des complexes constitués par la sous-unité Tfb1/p62 du facteur TFIIH en interaction avec le TAD viral de VP16 d’une part, et avec le TAD humain du facteur érythrocytaire « Erythroid Krüppel-like factor» (EKLF) d’autre part, ont été résolues par spectroscopie RMN. La structure du complexe Tfb1/VP16 a révélée que le mode de liaison de VP16 à Tfb1 est similaire au mode de liaison du TAD de p53 avec le même partenaire. En effet, les TAD de VP16 et de p53 forment tous deux une hélice α de 9 résidus en interaction avec Tfb1. En dépit de partager avec p53 et VP16 le même site de liaison sur Tfb1/p62, la structure RMN du complexe EKLF/Tfb1 démontre que le mode d’interaction de ce TAD se distingue du mode de liaison canonique des activeurs transcriptionnels. Etonnamment, EKLF adopte un mécanisme de liaison semblable au mécanisme de liaison du facteur général de transcription TFIIEα avec p62, leurs conformations demeurent étendues en interaction avec Tfb1/p62. En se basant sur nos données structurales, nous avons identifié un résidu dans le TAD d'EKLF décisif pour la formation du complexe EKLF/p62 : le Trp73. La mutation de cet acide aminé perturbe son interaction avec Tfb1PH/p62PH et réduit significativement l'activité transcriptionnelle d'EKLF dans les érythrocytes. / Hematopoietic development is regulated through a combinatorial interplay between lineage-specific activators and the general transcription machinery that enables cell-specific patterns of gene expression. This thesis reports structural and functional studies of interactions involving the transcativation domains (TAD) of activators proteins and their role in hematopoietic development. Interactions between the TAD of activators and their partners play an important role in the transcriptional regulation of all genes including those regulating hematopoiesis. The first section reports the identification and characterization of a novel interaction between the erythroid transcription factor GATA-1 and the tumor suppressor protein p53. Using a combination of isothermal titration calorimetry (ITC), NMR spectroscopy and in vivo studies, we identified and characterized the direct interaction between these two important transcription factors in an attempt to determine the role of this interaction in erythroid development. Based on our results, the TAD of p53 directly interacts with the DNA-binding domain of GATA-1 in a cell-type specific manner. Through this interaction, GATA-1 inhibits activation of select p53-regulated genes and we postulate that the inhibition of p53-dependent apoptotic pathways is essential for survival of erythroid precursor cells. In the second section, we report on the interactions between two acidic TADs and the general transcription factor IIH (TFIIH). The structure of the complexes formed by the Tfb1/p62 subunit of TFIIH (Tfb1PH/p62PH) and the acidic TAD of Herpes Simplex viral protein 16 (VP16) and the Erythroid Krüppel-like factor (EKLF) were determined by NMR spectroscopy. The structure of the Tfb1PH/VP16 complex demonstrated that a viral TAD has the ability to mimic the actions of the TAD from the human p53 with Tfb1PH/p62PH. The TADs of both VP16 and p53 adopt a 9-residue α-helix in complex with Tfb1PH/p62PH. Interestingly, the NMR structure of the EKLF/Tfb1PH complex demonstrated that despite sharing a common binding site with p53 and VP16 on Tfb1PH, the EKLF/Tfb1PH binding interface is distinctly different from the binding interfaces we previously observed with p53/Tfb1PH and VP16/Tfb1PH complexes. Surprisingly, EKLF adopted a similar binding mechanism as the general transcription factor TFIIEα in interaction with p62PH as both interact in an extended conformation. Moreover, based on our structural data, we have identified Trp73 as a key residue within the TAD of EKLF that is required for the formation of the EKLF/Tfb1PH complex. Mutations of Trp73 disrupted the binding to Tfb1PH/p62PH and significantly reduced the transcriptional activity of EKLF in red blood cells.

Outil de génération et d'assemblage automatique dans le système PAOLA des dispositifs périphériques des PLA complexes. Le programme GATA génèse automatiquement des amplificateurs d'entrées, de sorties et d'interface. Il possède une optimisation électrique, et géométrique et topologique effectué sous les contraintes de placement des entrées-sorties, une bibliothèque de cellules qui contient la description de l'ensemble des dispositifs périphériques du PLA, une adaptabilité à une technologie nouvelle. AQUARIUM est un programme d'assemblage automatique de dispositifs des PLA. Ce programme tient compte de l'environnement des PLA ainsi que des contraintes fournies par le concepteur pour effectuer un assemblage des amplificateurs avec la matière ET/OU

L'hématopoïèse regroupe les phénomènes menant à la formation des composantes<br />cellulaires du sang. Au cours de ce processus, des cellules précurseurs vont proliférer et se<br />différencier dans les multiples types cellulaires spécialisés. Le développement du système<br />hématopoïétique de la Drosophile et des vertébrés présente de nombreuses similitudes aussi bien<br />au niveau fonctionnel et ontogénique qu'au niveau des gènes qui régulent la formation des<br />cellules sanguines. Chez la Drosophile, au stade embryonnaire, les précurseurs<br />hématopoïétiques, les prohémocytes, vont générer deux types de cellules sanguines, les<br />plasmatocytes et les cellules à cristaux. Nous avons entrepris de caractériser les mécanismes de<br />régulation de l'hématopoïèse embryonnaire chez la Drosophile.<br />Dans un premier temps, nous avons analysé la fonction et le mode d'action du facteur de<br />transcriptions de type GATA Serpent (Srp) au cours de ce processus. Nous avons mis en<br />évidence que le gène serpent code pour deux isoformes qui ont des activités différentielles au<br />cours de ce processus. D'autre part, nous avons montré que l'activité de Srp au cours de<br />l'hématopoïèse est modulée par recrutement de cofacteurs. Ainsi, nous avons montré que Srp est<br />capable de recruter U-Shaped, un cofacteur de type FOG (Friend Of GATA), mais aussi, de<br />former un complexe fonctionnel avec le facteur de transcription de type RUNX, Lozenge. La<br />caractérisation des isoformes de Srp et la mise en évidence de l'interaction de ce facteur GATA<br />avec différents partenaires a permis de mettre en évidence la versatilité des fonctions de srp au<br />cours de l'hématopoïèse.<br />Dans un second temps, nous avons entrepris de caractériser in vivo l'étape de ségrégation<br />des deux populations, plasmatocytes et cellules à cristaux. Nous avons mis en évidence que la<br />ségrégation de ces deux lignages à partir d'une population de prohémocytes bipotents est un<br />processus très dynamique, contrôlé par un mécanisme original en deux étapes. Cette régulation<br />qui fait intervenir les facteurs de transcription lignage-spécifiques Lozenge et Glial-Cell-<br />Missing (Gcm) et Gcm2, contrôle précocement la détermination des précurseurs et tardivement<br />le maintient de l'identité de ces cellules dans les phases de différenciation en cellules à cristaux<br />versus plasmatocytes. De manière intéressante, nous avons montré que la régulation de la<br />ségrégation, ne repose pas sur un antagonisme réciproque entre les facteurs de transcription<br />lignage-spécifiques. Ce mécanisme qui contrôle l'acquisition d'un destin cellulaire diffère donc<br />des processus de régulation de l'hématopoïèse mis en évidence chez les mammifères.