人胚胎干细胞定向分化为神经前体细胞

人胚胎干细胞(human embryonic stem cells, hES细胞)来源于植入前胚胎的内细胞团，具有自我更新能力和发育全能性，能够在体内外分化为代表三个胚层的细胞类型。hES细胞来源的神经前体细胞（neural progenitor）对于研究胚胎早期的神经发育以及药物筛选和神经系统疾病的细胞替代性治疗具有重要意义。然而，许多因素影响了ES细胞的临床应用，如供体细胞不足、纯度低、异源物质污染等。 本研究采用同源饲养层培养的hES细胞在单层培养条件下高效地分化得到了神经前体细胞。主要结论如下：1）hES细胞在同源饲养层HAFi上培养八个月后仍保持ES细胞的各项表型特征和抗原特性。表明HAFi能够支持hES细胞的长期培养，从培养条件上避免了异源物质污染的可能性。2）单层贴壁分化的方法培养成分简单，不含血清和条件培养基，不需繁琐的筛选步骤就可以得到高比例的神经前体细胞（97.5%±0.83%）（P＜0.05）。此外，成分确定的培养基是研究神经分化的分子机制的良好模型。3）hES细胞来源的神经前体细胞具有分化为神经元，星形胶质和少突胶质细胞的能力，并能够模拟体内神经发育的过程和分子表达模式。长期的传代培养中发现，随着培养时间的延长，nestin阳性的神经前体细胞比例下降，同时发育能力也发生了变化。在传代培养的早期，神经前体细胞发育为神经元的比例很高，几乎没有胶质细胞分化出来。随培养时间的延长，胶质细胞的比例逐渐上升。进一步研究发现具有bHLH (basic helix-loop-helix) 结构域的转录因子neurogenein2(Ngn2) 和olig2可能在这一变化中发挥了重要的作用。

猕猴胚胎干细胞的神经谱系分化及胶质祖细胞迁移机理研究

由于伦理和材料来源的限制，目前对灵长类早期神经发育缺乏深入地了解。与啮齿类动物相比，猕猴在遗传和生理上与人类更接近，因此猕猴胚胎干细胞(rESCs)研究具有重要的研究价值，不仅能为研究发育生物学基础理论提供良好的模型，而且可为细胞替代性治疗提供大量的供体细胞。本文以rESCs为主要研究对象，在rESCs定向分化为神经细胞的基础上着重研究神经谱系分化及调控胶质祖细胞迁移的机理。主要结论如下：1) rESCs来源的神经上皮干/前体细胞(NEPs)主要变为辐射状胶质细胞(RG)后再通过中间类型的祖细胞——神经元祖细胞(NPs)和胶质祖细胞(GPs)——分别分化为神经元和胶质细胞。同时，NEPs/RG细胞群具有早期神经管背-腹和前-后轴空间特性。NEPs/RG的维持受Notch和FGFR信号作用。此外，实验中还纯化和鉴定了猕猴胶质限定性前体细胞(GRPs)。结果表明，rESCs的神经谱系分化能够模拟体内发育过程，并与啮齿类动物早期神经谱系变化过程相似。2) 气体信号分子NO(由10μM—250μM SNP供体释放)促进rESCs来源的A2B5+/Nestin/PSA-NCAM胶质祖细胞迁移。进一步研究发现Netrin-DCC信号通路介导了NO启动的细胞迁移过程。同时，Ca2也参与调控胶质祖细胞的迁移。此外，细胞外基质和整合素α6亦可能与Netrin-DCC相互作用调控细胞迁移。结果显示，NO通过激活一个复杂的信号网络系统调控胶质祖细胞迁移。本实验的研究结果有助于揭示灵长类中枢神经系统发育的机理，同时也能为治疗神经系统退行性疾病提供阶段特异性的供体细胞。

大鼠脑胶质瘤干细胞分离及作为树突状细胞治疗抗原来源的研究

脑胶质瘤是原发性恶性脑肿瘤中最常见的一类肿瘤，其具有较差的预后性和高致死率。尽管包括手术、化疗及放疗在内的综合治疗水平在不断提高，但由于胶质瘤细胞的高度侵袭性导致治疗结果仍未得到明显改善，病人常常在治疗后很短时间内发生复发。近年来在肿瘤发生的领域提出了一个新的理论，即肿瘤干细胞理论。这个理论认为，肿瘤干细胞是肿瘤中具有自我更新、无限增殖及分化潜能的细胞，这部分细胞虽然只占少部分，但却是肿瘤发生、发展的关键。本研究主要探讨了利用化疗药物秋水仙素分离大鼠胶质瘤细胞中的干细胞样肿瘤细胞（Stem-like Cancer Cell, SLCC）的可行性，负载胶质瘤SLCC的树突状细胞疫苗在体外对肿瘤细胞的杀伤能力，以及对秋水仙素处理胶质瘤细胞的基因组不稳定性的初步探索。 C6大鼠胶质瘤细胞经不同剂量水平（0、0.5、1.0、2.0μg/ml）的秋水仙素处理后，大部分细胞发生凋亡，剩下存活的细胞经过免疫荧光染色发现其表达干细胞标志分子Nestin，提示可能是SLCC。流式和RT-PCR实验表明，经过秋水仙素处理后的存活的C6细胞表达干细胞标志分子nestin，sox2和bmi1，并且其数量随着秋水仙素浓度的增加而增加。 树突状疫苗是一种脑肿瘤的生物治疗方法。本实验通过分离大鼠的树突状细胞和淋巴细胞，体外培养并用经不同剂量组处理分离的SLCC全蛋白刺激一周后，使用MTT法检测激活的细胞毒T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）体外对肿瘤细胞的杀伤效果。结果表明，经药物分离的SLCC组诱导的CTL效果明显大于对照组，提示脑胶质瘤SLCC可以作为树突状疫苗免疫治疗的新靶点。 此外RT-PCR证明经秋水仙素处理后的胶质瘤细胞中mad2水平明显升高，表明化疗药物可能增加了肿瘤细胞中基因组不稳定性，从而导致SLCC的聚集。 综上，本实验证明了利用化疗药物秋水仙素可以分离大鼠胶质瘤细胞C6中的SLCC细胞，且该分离可能与肿瘤细胞基因组不稳定性提高有关。同时，利用负载SLCC全蛋白的树突状细胞激活的T淋巴细胞在体外具备比对照组更强的细胞杀伤能力。这些结果为以脑胶质瘤SLCC最为靶点的免疫治疗方法开发提供了基础依据。

The role of mitogen activated protein kinase phosphatase-1 in neurotoxic and inflammatory-induced changes in the development of midbrain dopaminergic neurons: relevance to Parkinson’s disease

Parkinson’s disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder characterised by the loss of midbrain dopaminergic neurons from the substantia nigra pars compacta(SNpc), which results in motor, cognitive and psychiatric symptoms. Evidence supports a role for the mitogen-activated protein kinase p38 in the demise of dopaminergic neurons, while mitogen-activated protein kinase phosphatase-1 (MKP-1), which negatively regulates p38 activity, has not yet been investigated in this context. Inflammation may also be associated with the neuropathology of PD due to evidence of increased levels of proinflammatory cytokines such as interleukin-1β (IL-1β) within the SNpc. Because of the specific loss of dopaminergic neurons in a discreet region of the brain, PD is considered a suitable candidate for cell replacement therapy but challenges remain to optimise dopaminergic cell survival and morphological development. The present thesis examined the role of MKP-1 in neurotoxic and inflammatory-induced changes in the development of midbrain dopaminergic neurons. We show that MKP-1 is expressed in dopaminergic neurons cultured from embryonic day (E) 14 rat ventral mesencephalon (VM). Inhibition of dopaminergic neurite growth induced by treatment of rat VM neurons with the dopaminergic neurotoxin 6- hydroxydopamine (6-OHDA) is mediated by p38, and is concomitant with a significant and selective decrease in MKP-1 expression in these neurons. Dopaminergic neurons transfected to overexpress MKP-1 displayed a more complex morphology and contributed to neuroprotection against the effects of 6-OHDA. Therefore, MKP-1 expression can promote the growth and elaboration of dopaminergic neuronal processes and can help protect them from the neurotoxic effects of 6-OHDA. Neural precursor cells (NPCs) have emerged as promising alternative candidates to fetal VM for cell replacement strategies in PD. Here we show that phosphorylated (and thus activated) p38 and MKP-1 are expressed at basal levels in untreated E14 rat VM NPCs (nestin, DCX, GFAP and DAT-positive cells) following proliferation as well as in their differentiated progeny (DCX, DAT, GFAP and βIII-tubulin) in vitro. Challenge with 6-OHDA or IL-1β changed the expression of endogenous phospho-p38 and MKP-1 in these cells in a time-dependent manner, and so the dynamic balance in expression may mediate the detrimental effects of neurotoxicity and inflammation in proliferating and differentiating NPCs. We demonstrate that there was an up-regulation in MKP-1 mRNA expression in adult rat midbrain tissue 4 days post lesion in two rat models of PD; the 6-OHDA medial forebrain bundle (MFB) model and the four-site 6-OHDA striatal lesion model. This was concomitant with a decrease in tyrosine hydroxylase (TH) mRNA expression at 4 and 10 days post-lesion in the MFB model and 10 and 28 days post-lesion in the striatal lesion model. There was no change in mRNA expression of the pro-apoptotic gene, bax and the anti-apoptotic gene, bcl-2 in the midbrain and striatum. These data suggest that the early and transient upregulation of MKP-1 mRNA in the midbrain at 4 days post-6-OHDA administration may be indicative of an attempt by dopaminergic neurons in the midbrain to protect against the neurotoxic effects of 6-OHDA at later time points. Collectively, these findings show that MKP-1 is expressed by developing and adult dopaminergic neurons in the midbrain, and can promote their morphological development. MKP-1 also exerts neuroprotective effects against dopaminergic neurotoxins in vitro, and its expression in dopaminergic neurons can be modulated by inflammatory and neurotoxic insults both in vitro and in vivo. Thus, these data contribute to the information needed to develop therapeutic strategies for protecting midbrain dopaminergic neurons in the context of PD.

Isolation of retinal progenitor and stem cells from the porcine eye

Purpose: Retinal progenitor cells (RPCs) and retinal stem cells (RSCs) from rodents and humans have been isolated and characterized in vitro. Transplantation experiments have confirmed their potential as tools for cell replacement in retinal degenerative diseases. The pig represents an ideal pre-clinical animal model to study the impact of transplantation because of the similarity of its eye to the human eye. However, little is known about porcine RPCs and RSCs. We aimed to identify and characterize in vitro RPCs and RSCs from porcine ocular tissues. Methods: Cells from different subregions of embryonic, postnatal and adult porcine eyes were grown in suspension sphere culture in serum-free medium containing basic fibroblast growth factor (bFGF) and epidermal growth factor (EGF). Growth curves and BrdU incorporation assays were performed to establish the proliferative capacity of isolated porcine retina-derived RPCs and ciliary epithelium (CE)-derived RSCs. Self-renewal potential was investigated by subsphere formation assays. Changes in gene expression were assayed by reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) at different passages in culture. Finally, differentiation was induced by addition of serum to the cultures and expression of markers for retinal cell types was detected by immunohistochemical staining with specific antibodies. Results: Dissociated cells from embryonic retina and CE at different postnatal ages generated primary nestin- and Pax6-immunoreactive neurosphere colonies in vitro in numbers that decreased with age. Embryonic and postnatal retina-derived RPCs and young CE-derived RSCs displayed self-renewal capacity, generating secondary neurosphere colonies. However, their self-renewal and proliferation capacity gradually decreased and they became more committed to differentiated states with subsequent passages. The expansion capacity of RPCs and RSCs was higher when they were maintained in monolayer culture. Porcine RPCs and RSCs could be induced to differentiate in vitro to express markers of retinal neurons and glia. Conclusions: Porcine retina and CE contain RPCs and RSCs which are undifferentiated, self-renewing and multipotent and which show characteristics similar to their human counterparts. Therefore, the pig could be a useful source of cells to further investigate the cell biology of RPCs and RSCs and it could be used as a non-primate large animal model for pre-clinical studies on stem cell-based approaches to regenerative medicine in the retina.

Isolation of epithelial stem cells from dermis by a three-dimensional culture system

Skin is a representative self-renewing tissue containing stem cells. Although many attempts have been made to define and isolate skin-derived stem cells, establishment of a simple and reliable isolation procedure remains a goal to be achieved. Here, we report the isolation of cells having stem cell properties from mouse embryonic skin using a simple selection method based on an assumption that stem cells may grow in an anchorage-independent manner. We inoculated single cell suspensions prepared from mouse embryonic dermis into a temperature-sensitive gel and propagated the resulting colonies in a monolayer culture. The cells named dermis-derived epithelial progenitor-1 (DEEP) showed epithelial morphology and grew rapidly to a more than 200 population doubling level over a period of 250 days. When the cells were kept confluent, they spontaneously formed spheroids and continuously grew even in spheroids. Immunostaining revealed that all of the clones were positive for the expression of cytokeratin-8, -18, -19, and E-cadherin and negative for the expression of cytokeratin-1, -5, -6, -14, -20, vimentin, nestin, a ckit. Furthermore, they expressed epithelial stem cell markers such as p63, integrin beta1, and S100A6. On exposure to TGFbeta in culture, some of DEEP-1 cells expressed alpha-smooth muscle actin. When the cells were transplanted into various organs of adult SCID mice, a part of the inoculated cell population acquired neural, hepatic, and renal cell properties. These results indicate that the cells we isolated were of epithelial stem cell origin and that our new approach is useful for isolation of multipotent stem cells from skin tissues.

A novel three-dimensional culture system for isolation and clonal propagation of neural stem cells using a thermo-reversible gelation polymer

In the present study, we examined the possible utility of a three-dimensional culture system using a thermo-reversible gelation polymer to isolate and expand neural stem cells (NSCs). The polymer is a synthetic biologically inert polymer and gelates at temperatures higher than the gel-sol transition point ( approximately 20 degrees C). When fetal mouse brain cells were inoculated into the gel, spherical colonies were formed ( approximately 1% in primary culture and approximately 9% in passage cultures). The spheroid-forming cells were positive for expression of the NSC markers nestin and Musashi. Under conditions facilitating spontaneous neural differentiation, the spheroid-forming cells expressed genes characteristic to astrocytes, oligodendrocytes, and neurons. The cells could be successively propagated at least to 80 poly-D-lysines over a period of 20 weeks in the gel culture with a growth rate higher than that observed in suspension culture. The spheroids formed by fetal mouse brain cells in the gel were shown to be of clonal origin. These results indicate that the spheroid culture system is a convenient and powerful tool for isolation and clonal expansion of NSCs in vitro.

Immunohistochemical study of pig retinal development

PURPOSE: The pig eye is similar to the human eye in terms of anatomy, vasculature, and photoreceptor distribution, and therefore provides an attractive animal model for research into retinal disease. The purpose of this study was to characterize retinal histology in the developing and mature pig retina using antibodies to well established retinal cell markers commonly used in rodents.

METHODS: Eyes were enucleated from fetuses in the 9th week of gestation, 1 week old piglets and 6 months old adult animals. Eyeglobes were fixed and cryosectioned. A panel of antibodies to well established retinal markers was employed for immunohistochemistry. Fluorescently labeled secondary antibodies were used for signal detection, and images were acquired by confocal microscopy. Mouse retina at postnatal day (P) 5 was used as a reference for this study to compare progression of histogenesis. Most of the primary antibodies have previously been used on mouse tissue.

RESULTS: Most of the studied markers were detected in midgestation pig retina, and the majority had a similar distribution in pig as in P5 mouse retina. However, rhodopsin immunolabeling was detected in pig retina at midgestation but not in P5 mouse retina. Contrary to findings in all rodents, horizontal cells were Islet1-positive and cones were calbindin-immunoreactive in pig retina, as has also been shown for the primate retina. Recoverin and rhodopsin immunolabeling revealed an increase in the length of photoreceptor segments in 6 months, compared to 1 week old animals.

CONCLUSIONS: Comparison with the published data on human retina revealed similar marker distribution and histogenesis progression in the pig and human retina, supporting the pig as a valuable animal model for studies on retinal disease and repair. Furthermore, this study provides information about the dynamics of retinal histogenesis in the pig and validates a panel of antibodies that reliably detects developing and mature retinal cell phenotypes in the pig retina.

'Heat-sensing' TRP channel expression in human odontoblasts

Background: Thermal changes in the oral cavity are a common trigger of dental pain. Several members of the transient receptor potential (TRP) super family of ion channels are believed to play a critical role in sensory physiology, where they act as transducers for thermal, mechanical and chemical stimuli. Objectives: The present study was designed to determine the expression and functionality of the TRPV1 channel in human odontoblasts. Methods: Cultured human odontoblasts were derived from dental pulp cells induced with 2 mM beta-glycerophosphate. Molecular and protein expression of TRPV1 was confirmed by PCR, western blotting and immunohistochemistry. Functional expression of the ‘heat-sensing' TRPV1 channel was investigated using a Ca2+ microfluorimetry assay in the presence of agonists/antagonists or with appropriate adjustment of the recording chamber temperature. Results: The odontoblastic phenotype of the cells was confirmed by the expression of the odontoblast markers dentin sialophosphoprotein (DSPP) and nestin. Expression of TRPV1 in human odontoblastic cells was confirmed by PCR, western blotting and immunohistochemistry. Odontoblasts were shown to respond to pharmacological agonists and to increasing temperature by an increase in intracellular Ca2+. Both the pharmacological and temperature responses could be blocked by specific antagonists. These results indicate that odontoblasts may sense heat via TRPV1. Conclusion: This study reports that TRPV1 is expressed by human odontoblasts and is activated by specific pharmacological agonists and by heat.
This work was supported by Research Grants from the Royal College of Surgeons of Edinburgh and the British Endodontic Society

Remodelage neuronal de la cicatrice cardiaque suite à un infarctus du myocarde

Suite à un infarctus du myocarde, la formation d’une cicatrice, nommée fibrose de réparation, représente un processus adaptatif et essentiel empêchant la rupture du myocarde. La cicatrice est constituée de myofibroblastes, de cellules vasculaires, de fibres sympathiques ainsi que de cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine. Une perturbation au niveau de ces constituants cellulaires résulte en une formation maladaptative de la cicatrice et éventuellement, une diminution de la fonction cardiaque. La compréhension des événements cellulaires ainsi que les mécanismes sous-jacents participant à cette fibrose est alors d’une importance primordiale. Cette thèse est axée sur l’identification du rôle du système sympathique et des cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine dans la formation de la cicatrice ainsi que leur interaction potentielle. Nos travaux examinent l’hypothèse que les cellules souches neuronales exprimant la nestine sont endogènes au cœur et que suite à un dommage ischémique, elles contribuent à la réponse angiogénique et à la réinnervation sympathique du tissu lésé. Les cellules souches neuronales exprimant la nestine sont retrouvées dans les cœurs de différentes espèces incluant le cœur infarci humain. Elles sont résidentes dans le cœur, proviennent de la crête neurale lors du développement et sont intercalées entre les cardiomyocytes n’exprimant pas la nestine. Suite à leur isolation de cœurs infarcis de rats, les cellules souches neuronales cardiaques prolifèrent sous forme de neurosphères et, dans des conditions appropriées in vitro, se différencient en neurones exprimant le neurofilament-M. Suite à un infarctus du myocarde, les niveaux de l’ARNm de nestine sont significativement augmentés au niveau de la région infarcie et non-infarcie. Nos résultats suggèrent que cette augmentation de l’expression de nestine dans la cicatrice reflète en partie la migration des cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine de la région non-infarcie vers la région infarcie. Lors de la fibrose de réparation, ces cellules représentent un substrat cellulaire pour la formation de nouveaux vaisseaux et contribuent aussi à la croissance des fibres sympathiques dans la région infarcie. Finalement, nous démontrons que la formation de la cicatrice est associée à une innervation sympathique de la région infarcie et péri-infarcie. De plus, les fibres sympathiques présentes dans la région infarcie sont observées à proximité de vaisseaux de petits calibres. Ces données suggèrent indirectement que l’innervation de la cicatrice par les fibres sympathiques peut jouer un rôle dans la réponse angiogénique suite à un infarctus du myocarde. Suite à l’administration du corticostéroïde dexaméthasone, nous détectons un amincissement de la cicatrice, associé à une réduction significative des fibres sympathiques exprimant le neurofilament-M dans la région infarcie et péri-infarcie. La diminution de la densité de ces fibres par le dexaméthasone peut être reliée à une diminution de la prolifération des myofibroblastes et de la production de l’ARNm du facteur neurotrophique nerve growth factor.

L'expression de nestine est associée à l'entrée des cardiomyocytes de rats néonataux dans le cycle cellulaire.

L’infarctus du myocarde est une des conséquences possibles de l’ischémie cardiaque; il se traduit par la mort des cardiomyocytes se situant en aval du blocus coronaire, puis par la formation d’une cicatrice formée essentiellement de dépôts de matrices extracellulaires sécrétées par les myofibroblastes. Nestine est une protéine filamenteuse intermédiaire de classe VI couramment associée à la prolifération et à la migration cellulaire. Chez l’homme et les rongeurs, à la suite d’un infarctus du myocarde, une sous-population de cardiomyocytes localisée à la zone infarcie/péri-infarcie exprimait la forme striée de nestine. Le but principal de cette étude était de déterminer la source cellulaire des cardiomyocytes nestine (+) observée dans le cœur infarci ainsi que le mécanisme de signalisation cellulaire sous-jacent impliqué dans l’expression de nestine. L’utilisation de souris transgénique a révélé que l’augmentation des cardiomyocytes nestine (+) dans le cœur infarci des souris n’était pas attribuable à la différenciation de cellules souches/progénitrices nestine (+) en cardiomyocytes nestine (+). Le traitement des cardiomyocytes ventriculaires de rats néonataux avec l’activateur des protéines kinases C PDBu et l’inhibition concomitante des voies p38 MAPK a mené à l’augmentation du nombre de ces cellules exprimant nestine. De plus, une population importante de cardiomyocytes ventriculaires de rats néonataux a incorporé la bromodéxoxyuridine, signe d’une capacité à réentrer dans le cycle cellulaire et à synthétiser de l’ADN. Sur la base de ces observations, l’apparition de cardiomyocytes nestine (+) dans le cœur infarci des rongeurs et des hommes pourrait possiblement refléter une sous-population de cardiomyocytes en prolifération tentant de régénérer le cœur infarci.

Les cellules endothéliales peuvent acquérir un phénotype mésenchymateux associé avec l’expression de la protéine nestine dans un modèle d’hypertrophie cardiaque et de fibrose réactive

L’hypertrophie cardiaque représente la réponse primaire du cœur dans le but d’améliorer la fonction cardiaque qui est compromise suite à un accident ischémique ou une surcharge hémodynamique. Cependant, l’hypertrophie cardiaque a pour conséquence pathologique la fibrose réactive, qui est caractérisée par la synthèse incontrôlée et le dépôt du collagène par les myofibroblastes. Ainsi, l’accumulation accrue du collagène dans le cœur hypertrophié mène à l’augmentation de la rigidité cardiaque et la détérioration progressive de la fonction contractile du cœur. Plusieurs études ont démontré que la protéine nestine, appartenant à la famille des filaments intermédiaires, est ré-exprimée dans les myofibroblastes durant la fibrose réparative et est impliquée dans la prolifération cellulaire. Basée sur ces observations, cette étude teste l’hypothèse selon laquelle nestine est induite dans les myofibroblastes suivant le développement de la fibrose réactive dans le cœur des rats ayant subi une constriction aortique supra-rénale. Deux semaines suivant une constriction aortique supra-rénale chez le rat, un patron d’hypertrophie concentrique cardiaque a été observé et associé avec une réponse de fibrose réactive caractérisée par le dépôt accru de collagène dans le tissu interstitiel et la région péri-vasculaire de nombreux vaisseaux sanguins cardiaques. De plus, les niveaux de la protéine nestine sont augmentés significativement dans les cœurs des rats hypertrophiés, et ce, de façon corrélative avec la pression artérielle moyenne et la pression systolique du ventricule gauche. Les techniques d’immunofluorescences ont révélé une apparition accrue des cellules immunoréactives à nestine, qui présentent un phénotype mésenchymateux caractérisé par la co-expression de collagène dans le tissu interstitiel et la région péri-vasculaire des cœurs hypertrophiés. Ces données suggèrent que les fibroblastes résidents peuvent exprimer la protéine nestine ou que l’expression de nestine est induite en réponse aux facteurs pro-fibrotiques impliqués dans la fibrose réactive. En effet, l’exposition des myofibroblastes normaux et des myofibroblastes isolés des cœurs hypertrophiés à l’AII, TGF-B1 et EGF augmente significativement l’expression de la protéine nestine, tandis que l’expression de l’α-SMA demeure inchangée. De plus, de manière prédominante dans le cœur hypertrophié, des cellules non-vasculaires CD31(+) ont été détectées dans le tissu interstitiel et la région péri-vasculaire. Ces cellules co-expriment nestine et collagène suggérant une transition des cellules endothéliales vers un phénotype mésenchymateux. Finalement, la protéine nestine, sous sa forme filamenteuse, a été détectée dans les cellules endothéliales de l’artère coronaire humaine et leur exposition au TGF-B1, induit l’expression de collagène. En revanche, l’expression de collagène a été détectée dans les cellules microvasculaires de rats CD31(+), alors que l’expression de nestine est absente. En réponse aux traitements de TGF-B1 et EGF, l’expression de nestine, sous sa forme non-filamenteuse, est détectée dans les cellules microvasculaires de rats. Collectivement, ces données supportent la prémisse selon laquelle la réponse de fibrose réactive dans les cœurs hypertrophiés, suite à une constriction aortique supra-rénale, est attribuée en partie à l’augmentation de l’apparition des cellules mésenchymateuses positives à l’expression de nestine qui proviennent des fibroblastes résidents du ventricule. De plus, les données in vivo et in vitro suggèrent que les cellules endothéliales déplacées représentent une source additionnelle des cellules mésenchymateuses nestine(+) dans le cœur hypertrophié et contribuent au développement de la fibrose réactive. Cibler la protéine nestine peut représenter une approche thérapeutique afin d’atténuer la réponse de fibrose réactive indépendamment de l’origine des cellules mésenchymateuses.

Implications physiopathologiques de la Nestine lors du remodelage pulmonaire et cardiaque à la suite de l’infarctus du myocarde, du diabète et de l’hypertension pulmonaire

Il est reconnu que la protéine filamenteuse intermédiaire Nestine est exprimée lors du processus de cicatrisation et du remodelage fibrotique. De plus, nous avons identifié l’expression de la Nestine au sein de deux populations distinctes qui sont directement impliquées dans les réponses de fibroses réparative et réactive. Ainsi, une population de cellules souches neurales progénitrices résidentes du coeur de rat adulte exprime la Nestine et a été identifiée à titre de substrat de l’angiogenèse et de la neurogenèse cardiaque. Également, la Nestine est exprimée par les myofibroblastes cicatriciels cardiaques et il a été établi que la protéine filamenteuse intermédiaire joue un rôle dans la prolifération de ces cellules. Ainsi, l’objectif général de cette thèse était de mieux comprendre les évènements cellulaires impliqués dans la réponse neurogénique des cellules souches neurales progénitrices résidentes cardiaques Nestine(+) (CSNPRCN(+)) lors de la fibrose réparative cardiaque et d’explorer si l’apparition de fibroblastes Nestine(+) est associée avec la réponse de fibrose réactive secondaire du remodelage pulmonaire. Une première publication nous a permis d’établir qu’il existe une régulation à la hausse de l’expression de la GAP43 (growth associated protein 43) et que cet événement transitoire précède l’acquisition d’un phénotype neuronal par les CSNPRCN(+) lors du processus de cicatrisation cardiaque chez le rat ayant subi un infarctus du myocarde. De plus, la surimposition de la condition diabétique de type 1, via l’injection unique de Streptozotocine chez le rat, abolit la réponse neurogénique des CSNPRCN(+), qui est normalement induite à la suite de l’ischémie cardiaque ou de l’administration de 6-hydroxydopamine. Le second article a démontré que le développement aigu de la fibrose pulmonaire secondaire de l’infarctus du myocarde chez le rat est associé avec une augmentation de l’expression protéique de la Nestine et de l’apparition de myofibroblastes pulmonaires Nestine(+). Également, le traitement de fibroblastes pulmonaires avec des facteurs de croissances peptidiques pro-fibrotiques a augmenté l’expression de la Nestine par ces cellules. Enfin, le développement initial de la condition diabétique de type 1 chez le rat est associé avec une absence de fibrose réactive pulmonaire et à une réduction significative des niveaux protéiques et d’ARN messager de la Nestine pulmonaire. Finalement, la troisième étude représentait quant à elle un prolongement de la deuxième étude et a alors examiné le remodelage pulmonaire chronique chez un modèle établi d’hypertension pulmonaire. Ainsi, les poumons de rats adultes mâles soumis à l’hypoxie hypobarique durant 3 semaines présentent un remodelage vasculaire, une fibrose réactive et une augmentation des niveaux d’ARN messager et de la protéine Nestine. De plus, nos résultats ont démontré que la Nestine, plutôt que l’alpha-actine du muscle lisse, est un marqueur plus approprié des diverses populations de fibroblastes pulmonaires activés. Également, nos données suggèrent que les fibroblastes pulmonaires activés proviendraient en partie de fibroblastes résidents, ainsi que des processus de transition épithélio-mésenchymateuse et de transition endothélio-mésenchymateuse. Collectivement, ces études ont démontré que des populations distinctes de cellules Nestine(+) jouent un rôle majeur dans la fibrose réparative cardiaque et la fibrose réactive pulmonaire.

Dopamine Receptor Subtypes,IP3, cAMP and cGMP Functional Regulation in Parkinsonism Induced by Unilateral Infusion of Rotenone in Rats: Recovery with Bone Marrow Cells,Serotonin and GABA Supplementation

In the present study, the effects of 5-HT, GABA and Bone Marrow Cells infused intranigrally to substantia nigra individually and in combinations on unilateral rotenone infused Parkinsonism induced rats. Scatchard analysis of DA, DA D1 and D2 receptors in the corpus striatum, cerebral cortex, cerebellum, brain stem and hippocampus showed a significant increase in the Brain regions of rotenone infused rat compared to control. Real Time PCR amplification of DA D1, D2, Bax and ubiquitin carboxy-terminal hydrolase were up regulated in the brain regions of rotenone infused rats compared to control. Gene expression studies of -Synuclien, cGMP and Cyclic AMP response element-binding protein showed a significant down regulation in Rotenone infused rats compared to control. Behavioural studies were carried out to confirm the biochemical and molecular studies.Our study demonstrated that BMC administration alone cannot reverse the above said molecular changes occurring in PD rat. 5-HT and GABA acting through their specific receptors in combination with bone marrow cells play a crucial role in the functional recovery of PD rats. 5-HT, GABA and Bone marrow cells treated PD rats showed significant reversal to control in DA receptor binding and gene expression. 5-HT and GABA have co-mitogenic property. Proliferation and differentiation of cells re-establishing the connections in Parkinson's disease facilitates the functional recovery. Thus, it is evident that 5-HT and GABA along with BMC to rotenone infused rats renders protection against oxidative, related motor and cognitive deficits which makes them clinically significant for cellbased therapy. The BMC transformed to neurons when co-transplanted with 5-HT and GABA which was confirmed with PKH2GL and nestin. These newly formed neurons have functional significance in the therapeutic recovery of Parkinson’s disease.

Bone marrow cells differentiation to neurons in the rat brain using Serotonin and GABA:Their role on glutamate receptors, IP3, cAMP and cGMP functional regulation in unilateral Parkinsonism induced by 6-hydroxydopamine

Parkinson's disease is a chronic progressive neurodegenerative movement disorder characterized by a profound and selective loss of nigrostriatal dopaminergic neurons. Our findings demonstrated that glutamatergic system is impaired during PD. The evaluations of these damages have important implications in understanding the molecular mechanism underlying motor, cognitive and memory deficits in PD. Our results showed a significant increase of glutamate content in the brain regions of 6- OHDA infused rat compared to control. This increased glutamate content caused an increase in glutamatergic and NMDA receptors function. Glutamate receptor subtypes- NMDAR1, NMDA2B and mGluR5 have differential regulatory role in different brain regions during PD. The second messenger studies confirmed that the changes in the receptor levels alter the IP3, cAMP and cGMP content. The alteration in the second messengers level increased the expression of pro-apoptotic factors - Bax and TNF-α, intercellular protein - α-synuclein and reduced the expression of transcription factor - CREB. These neurofunctional variations are the key contributors to motor and cognitive abnormalities associated with PD. Nestin and GFAP expression study confirmed that 5-HT and GABA induced the differentiation and proliferation of the BMC to neurons and glial cells in the SNpc of rats. We also observed that activated astrocytes are playing a crucial role in the proliferation of transplanted BMC which makes them significant for stem cell-based therapy. Our molecular and behavioural results showed that 5-HT and GABA along with BMC potentiates a restorative effect by reversing the alterations in glutamate receptor binding, gene expression and behaviour abnormality that occur during PD. The therapeutic significance in Parkinson’s disease is of prominence.