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Small GTPase Rac1: structure, localization, and expression of the human gene.

Centre for Human Genetics, National Institute of Health 'Dr. Ricardo Jorge,', Lisbon, 1649-016, Portugal.
Biochemical and Biophysical Research Communications (Impact Factor: 2.28). 12/2000; 277(3):741-51. DOI: 10.1006/bbrc.2000.3743
Source: PubMed

ABSTRACT Rac1 is a member of the Rho family of small GTPases involved in signal transduction pathways that control proliferation, adhesion, and migration of cells during embryonic development and invasiveness of tumor cells. Here we present the complete structure of the human RAC1 gene and characterize its expression. The gene comprises 7 exons over a length of 29 kb and is localized to chromosome 7p22. The GC-rich gene promoter shows characteristics of a housekeeping gene and Northern blot studies revealed ubiquitous expression of two rac1 transcripts, 1.2 and 2.5 kb in size. The two transcripts are expressed in tissue-specific ratios, reflecting competition between two alternative polyadenylation sites. The RAC1 but not RAC2 gene contains an additional exon 3b that is included by alternative splicing into the variant Rac1b, a constitutively active mutant which induces the formation of lamellipodia in fibroblasts. These data indicate that the RAC1 gene encodes two signaling GTPases. The gene structure reported here will enable studies on the regulation of RAC1 expression during tumorigenesis and development.

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    ABSTRACT: Les médicaments thiopuriniques que sont l'azathioprine, la 6-mercaptopurine et la 6-thioguanine sont utilisés depuis des décennies pour leurs propriétés cytotoxiques et immunosuppressives dans le traitement de certaines leucémies, de maladies inflammatoires chroniques ou auto-immunes ainsi que dans la prévention du rejet de greffe. Certains patients, traités par des doses conventionnelles de ces molécules, développent cependant des effets indésirables parfois très sévères. Le déficit d'activité, d'origine génétique, de la thiopurine S-méthyltransférase (TPMT), enzyme impliquée dans le métabolisme des thiopurines, constitue l'un des facteurs majeurs de la myélotoxicité de ces médicaments. La détermination du phénotype TPMT par génotypage, qui est une mesure préventive avant l'introduction d'un traitement thiopurinique, repose sur l'identification des mutations inactivatrices les plus fréquentes du gène TPMT. Une partie de ce travail a consisté en l'analyse fonctionnelle de quatre variants alléliques rares du gène TPMT dans un système d'expression hétérologue, la levure S. cerevisiae. Le caractère non-fonctionnel de deux d'entre eux a ainsi été démontré. Cependant, le déficit d'activité de la TPMT ne permet d'expliquer qu'environ 30 % des cas de myélotoxicité sous thiopurines, ce qui laisse supposer l'existence d'autres anomalies génétiques affectant d'autres gènes impliqués dans la réponse de l'organisme à ces molécules. Ainsi, nous avons étudié le polymorphisme génétique de deux autres protéines candidates, celui de l'inosine monophosphate déshydrogénase de type 2 (IMPDH2), enzyme-clé de la formation des métabolites actifs des thiopurines, et celui de la RhoGTPase RAC1, qui est l'une des cibles pharmacologiques de ces molécules. Certains des polymorphismes que nous avons identifiés dans ces deux gènes semblent affecter in vitro l'expression et/ou l'activité de ces protéines et pourraient, par conséquent, contribuer aux variations inter-individuelles de réponse aux thiopurines
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    ABSTRACT: Die Invasion der fetalen extravillösen Trophoblastenzellen (EVT) im Rahmen der hämochorialen Plazentation des Menschen stellt einen entscheidenden Schritt für das erfolgreiche Gelingen einer Schwangerschaft dar. Die fetalen Zellen dringen sowohl in das zur Dezidua transformierte Endometrium und das erste Drittel des Myometriums (interstitielle Invasion) als auch in maternale Blutgefäße ein (endovaskuläre Invasion). Diese Trophoblastinvasion dient der Verankerung der Plazenta im Uterus und sichert darüber hinaus Gasaustausch und Nährstoffversorgung des Feten. Das invasive Wachstum der extravillösen Trophoblastzellen ist dabei auf das erste Drittel der Schwangerschaft begrenzt, mit Beginn des zweiten Trimesters nimmt die Invasivität der Zellen ab. Bei dieser Verhaltensänderung des Trophoblasten scheint es sich um einen zeitlich streng regulierten Prozess zu handeln. Es ist bislang allerdings ungeklärt, ob diesem Rückgang der Invasivität ein intrinsisches genetisches Programm der fetalen Zellen zugrunde liegt oder ob der mütterliche Organismus (in Form der Dezidua) an der Regulation der Trophoblastinvasion beteiligt ist. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, eine mögliche regulatorische Funktion der Dezidua an der EVT-Invasion zu untersuchen und deziduale Faktoren zu identifizieren, die dabei als Steuervariablen fungieren könnten. Ausgehend von einer Mikroarray-Studie (von Rango, 2004), mit der das globale Genexpressionsmuster in der Dezidua im Vergleich von erstem zu zweitem Trimester untersucht worden war, wurden elf differentiell exprimierte Gene zur ausführlichen Analyse ihrer Expression ausgewählt, die geeignet erschienen in einem ursächlichen Zusammenhang mit der verminderten Invasivität des EVT zu stehen. Da das invasive Wachstum des Trophoblasten dem Eindringen metastasierender Tumorzellen in das sie umgebende Gewebe in mancher Beziehung ähnelt, wurde dabei besonderes Augenmerk auf Faktoren gerichtet, für die eine fördernde bzw. hemmende Wirkung auf die Tumorinvasion beschrieben ist. Die Expression dieser Marker wurde in der Folge sowohl auf Gen- als auch Proteinebene an einer größeren Zahl von Deziduaproben untersucht, um ihre Aktivität im Schwangerschaftsverlauf beurteilen zu können. Zur Analyse der mRNA-Ebene wurden neben der RT-PCR die Realtime-PCR mittels LightCycler sowie die Northern Blot-Hybridisierung etabliert. Die Betrachtung der Proteinebene erfolgte - soweit für die Marker Antikörper verfügbar waren - mittels Western Blot und Immunhistochemie. Es gelang in dieser Arbeit für vier der eingehend untersuchten Marker eine signifikante Niederregulation (SLPI, SFRP4, CXCL14) bzw. Hochregulation (CXCL9) der dezidualen mRNA-Expression vom ersten zum zweiten Trimester nachzuweisen. Ein Marker (SLPI) konnte außerdem auf der Proteinebene als reguliert bestätigt werden. Aufgrund der in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse lässt sich zusammenfassend sagen, dass eher (Tumor-) invasionsfördernde Gene wie SLPI, SFRP4 und CXCL14 im ersten Drittel der Schwangerschaft in der Dezidua stärker exprimiert werden, was eine Förderung des Vordringens der Trophoblastzellen durch diese Faktoren nahe legt. Die erhöhte Expression eher die Tumorinvasion hemmender Gene wie CXCL9 im zweiten Trimester kann möglicherweise ein zu tiefes Eindringen des Trophoblasten begrenzen. Diese Daten unterstützen damit die allgemein diskutierte Ansicht, dass die Invasion der EVT-Zellen in manchen Aspekten der Invasion von Tumorzellen ähnelt. Im Unterschied zum Tumorgeschehen scheint der mütterliche Organismus allerdings über einen Mechanismus zur Modulation der Trophoblastinvasion zu verfügen. The invasion of the Extravillous Trophoblast (EVT) in human hemochorial placentation is a crucial step in successful pregnancy. Fetal cells invade decidual tissue (the transformed endometrium) and the first third of the myometrium (interstitial invasion) as well as uterine vessels (endovascular invasion). Trophoblast invasion is important for the anchorage of the placenta and secures the fetal gas exchange and nutrient supply. Invasive growth of these trophoblast cells is greatest in the first trimester of pregnancy and subsides at the beginning of the second trimester. This behavioural change in trophoblast activity appears to be a strictly regulated process. At present, it is not known if this decline in invasivity represents an intrinsic change in the genetic properties of the EVT, or if the maternal organism (in the form of decidual tissue) is involved in the regulatory mechanisms. The goal of this study was to analyse the potential regulatory function of the decidua in trophoblast invasion and to identify decidual factors possibly acting as control variables. A microarray study (von Rango, 2004) that was performed to assay the global gene expression profile in decidual tissue in the first and second trimesters was used as the basis for this study. From its results, eleven differentially expressed genes were chosen for further expression analysis. Only factors with a potential causal link to the change in EVT behaviour were selected. Due to frequently discussed similarities between invasive trophoblast growth and the invasion of malignant cells into surrounding tissues, our focus was placed on markers with a known capacity for promoting or inhibiting tumor invasion. The expression of these factors was analysed on gene and protein levels in a large number of decidual samples to evaluate their activity during the course of pregnancy. In order to assess mRNA activity, RT-PCR, Realtime-PCR with Light Cycler and Northern blotting were employed. If antibodies were available, protein expression was assayed by Western blot and immunohistochemistry. Of the markers analysed, a significant down-regulation could be shown for three (SLPI, SFRP4, CXCL14) and an up-regulation for one (CXCL9) when comparing the first to the second trimester. In addition, one marker’s up-regulation (SLPI) could be further verified on protein level. The results of this study show that genes promoting tumor invasion (like SLPI, SFRP4 and CXCL14) are expressed more strongly in decidual tissue during the first trimester of pregnancy, suggesting a stimulating effect of these genes on trophoblast invasivity. The up-regulation of genes with inhibitory effects on invasive tumor growth like CXCL9 in the second trimester can be viewed as factors limiting excessive trophoblast penetration. These findings support the hypothesis of similarities between tumor and trophoblast invasion. Although in contrast to malignancy, it appears that the maternal organism can exert control over EVT invasion through gene expression.
  • Biochemical and Biophysical Research Communications 01/2001; 279(3):741-3. DOI:10.1006/bbrc.2000.3901 · 2.28 Impact Factor