Differential activation of proliferation and cytotoxicity in human T-cell lymphotropic virus type I Tax-specific CD8 T cells by an altered peptide ligand.

Human T-cell leukemia virus type I (HTLV-I) gives rise to a neurologic disease known as HTLV-I-associated myelopathy/tropical spastic paraparesis (HAM/TSP). Although the pathogenesis of the disease is unknown, the presence of a remarkably high frequency of Tax-specific, cytotoxic CD8 T cells may suggest a role of these cells in the development of HAM/TSP. Antigen-mediated signaling in a CD8 T-cell clone specific for the Tax(11-19) peptide of HTLV-I was studied using analog peptides substituted in their T-cell receptor contact residues defined by x-ray crystallographic data of the Tax(11-19) peptide in the groove of HLA-A2. CD8 T-cell stimulation with the wild-type peptide antigen led to activation of p56lck kinase activity, interleukin 2 secretion, cytotoxicity, and clonal expansion. A Tax analog peptide with an alanine substitution of the T-cell receptor contact residue tyrosine-15 induced T-cell-mediated cytolysis without activation of interleukin 2 secretion or proliferation. Induction of p56lck kinase activity correlated with T-cell-mediated cytotoxicity, whereas interleukin 2 secretion correlated with [3H]thymidine incorporation and proliferation. Moreover, Tax peptide analogs that activated the tyrosine kinase activity of p56lck could induce unresponsiveness to secondary stimulation with the wild-type peptide. These observations show that a single amino acid substitution in a T-cell receptor contact residue of Tax can differentially signal CD8 T cells and further demonstrate that primary activation has functional consequences for the secondary response of at least some Tax-specific CD8 T cells to HTLV-I-infected target cells.

Crystallization and preliminary x-ray studies of NADPH-cytochrome P450 reductase.

NADPH-cytochrome P450 reductase (CPR; NADPH:ferrihemoprotein reductase, EC 1.6.2.4) catalyzes the transfer of electrons to all known microsomal cytochromes P450. CPR is unique in that it is one of only two mammalian enzymes known to contain both flavin adenine dinucleotide (FAD) and flavin mononucleotide (FMN), the other being the various isoforms of nitric oxide synthase. Similarities in amino acid sequence and in functional domain arrangement with other key flavoproteins, including nitric oxide synthase, make CPR an excellent prototype for studies of interactions between two flavin cofactors. We have obtained diffraction-quality crystals of rat liver CPR, expressed in Escherichia coli and solubilized by limited proteolysis with trypsin. The crystals were grown in Hepes buffer (pH 7.0), containing polyethylene glycol 4500 and NaCl. The crystals belong to the orthorhombic space group P2(1)2(1)2(1), with unit cell dimensions a = 103.3 A, b = 116.1 A, and c = 120.4 A. If we assume that there are two molecules of the 72-kDa CPR polypeptide per asymmetric unit, the calculated value of Vm is 2.54 A3/Da.

Xce haplotypes show modified methylation in a region of the active X chromosome lying 3' to Xist.

During early mammalian embryogenesis, one of the two X chromosomes in somatic cells of the female becomes inactivated through a process that is thought to depend on a unique initiator region, the X-chromosome inactivation center (Xic). The recently characterized Xist sequence (X-inactive-specific transcript) is thought to be a possible candidate for Xic. In mice a further genetic element, the X chromosome-controlling element (Xce), is also known to influence the choice of which of the two X chromosomes is inactivated. We report that a region of the mouse X chromosome lying 15 kb distal to Xist contains several sites that show hypermethylation specifically associated with the active X chromosome. Analysis of this region in various Xce strains has revealed a correlation between the strength of the Xce allele carried and the methylation status of this region. We propose that such a region could be involved in the initial stages of the inactivation process and in particular in the choice of which of the two X chromosomes present in a female cell will be inactivated.

Conditional transformation of a pancreatic beta-cell line derived from transgenic mice expressing a tetracycline-regulated oncogene.

Conditional oncogene expression in transgenic mice is of interest for studying the oncoprotein requirements during tumorigenesis and for deriving cell lines that can be induced to undergo growth arrest and enhance their differentiated functions. We utilized the bacterial tetracycline (Tet)-resistance operon regulatory system (tet) from Tn10 of Escherichia coli to control simian virus 40 (SV40) large tumor (T) antigen (TAg) gene expression and to generate conditionally transformed pancreatic beta cells in transgenic mice. A fusion protein containing the tet repressor (tetR) and the activating domain of the herpes simplex virus protein VP16, which converts the repressor into a transcription activator, was produced in beta cells of transgenic mice under control of the insulin promoter. In a separate lineage of transgenic mice, the TAg gene was introduced under control of a tandem array of tet operator sequences and a minimal promoter, which by itself is not sufficient for gene expression. Mice from the two lineages were then crossed to generate double-transgenic mice. Expression of the tetR fusion protein in beta cells activated TAg transcription, resulting in the development of beta-cell tumors. Tumors arising in the absence of Tet were cultured to derive a stable beta-cell line. Cell incubation in the presence of Tet led to inhibition of proliferation, as shown by decreased BrdUrd and [3H]thymidine incorporation. The Tet derivative anhydrotetracycline showed a 100-fold stronger inhibition compared with Tet. When administered in vivo, Tet efficiently inhibited beta-cell proliferation. These findings indicate that transformed beta cells selected for growth during a tumorigenesis process in vivo maintain a dependence on the continuous presence of the TAg oncoprotein for their proliferation. This system provides an approach for generation of beta-cell lines for cell therapy of diabetes as well as conditionally transformed cell lines from other cell types of interest.

Radial and tangential dispersion patterns in the mouse retina are cell-class specific.

The retina is derived from a pseudostratified germinal zone in which the relative position of a progenitor cell is believed to determine the position of the progeny aligned in the radial axis. Such a developmental mechanism would ensure that radial arrays of cells which comprise functional units in the mature central nervous system are also clonally related. The present study has tested this hypothesis by using X chromosome-inactivation transgenic mosaic mice. We report that the retina shows a conspicuous distinction for clonally related neuroblasts of different laminar and functional fates: the rod photoreceptor, Müller, and bipolar cells are aligned in the radial axis, whereas the cone photoreceptor, horizontal, amacrine, and ganglion cells are tangentially displaced with respect to them. These results indicate that the dispersion of cell classes across the retinal surface is differentially constrained. Some classes of retinal neuroblast exhibit a significant tangential, as well as radial, component in their dispersion from the germinal zone, whereas others disperse only in the radial dimension. Consequently, the majority of radial columns within the mature retina must be derived from multiple progenitors. Because the cone photoreceptor, horizontal, amacrine, and ganglion cells establish nonrandom matrices in their cellular distributions within the respective retinal layers, tangential dispersion may be the means by which these matrices are constructed.

Role of heme regulated eIF2α kinase in pancreatic beta cell function and viability

The eukaryotic translation initiation factor 2 alpha (eIF2α) is part of the initiation complex that drives the initiator amino acid methionine to the ribosome, a crucial step in protein translation. In stress conditions such as virus infection, endoplasmic reticulum (ER) stress, amino acid or heme deficiency eIF2α can be phosphorylated and thereby inhibit global protein synthesis. This adaptive mechanism prevents protein accumulation and consequent cytotoxic effects. Heme-regulated eIF2α kinase (HRI) is a member of the eIF2α kinase family that regulates protein translation in heme deficiency conditions. Although present in all tissues, HRI is predominantly expressed in erythroid cells where it remains inactive in the presence of normal heme concentrations. In response to heme deficiency, HRI is activated and phosphorylates eIF2α decreasing globin synthesis. This mechanism is important to prevent accumulation of heme-free globin chains which cause ER stress and apoptosis. RNA sequencing data from our group showed that in human islets and in primary rat beta cells HRI is the most expressed eIF2α kinase compared to the other family members. Despite its high expression levels, little is known about HRI function in beta cells. The aim of this project is to identify the role of HRI in pancreatic beta cells. This was investigated taking a loss-of-function approach. HRI knock down (KD) by RNA interference induced beta cell apoptosis in basal condition. HRI KD potentiated the apoptotic effects of palmitate or proinflammatory cytokines, two in vitro models for type 2 and type 1 diabetes, respectively. Increased cytokine-induced apoptosis was also observed in HRI-deficient primary rat beta cells. Unexpectedly, we observed a mild increase in eIF2α phosphorylation in HRI-deficient cells. The levels of mRNA or protein expression of C/EBP homologous protein (CHOP) and activating transcription factor 4 (ATF4) were not modified. HRI KD cells have decreased spliced X-box binding protein 1 (XBP1s), an important branch of the ER stress response. However, overexpression of XBP1s by adenovirus in HRI KD cells did not protect from HRI siRNA-induced apoptosis. HRI deficiency decreased phosphorylation of Akt and its downstream targets glycogen synthase kinase 3 (GSK3), forkhead box protein O1 (FOXO1) and Bcl-2-associated death promoter (BAD). Overexpression of a constitutively active form of Akt by adenovirus in HRI-deficient beta cells partially decreased HRI KD-mediated apoptosis. Interestingly, BAD silencing protected from apoptosis caused by HRI deficiency. HRI silencing in beta cells also induced JNK activation. These results suggest an important role of HRI in beta cell survival through modulation of the Akt/BAD pathway. Thus, HRI may be an interesting target to modulate beta cell fate in diabetic conditions.

Single-cell derived clones from human adipose stem cells present different immunomodulatory properties

Human adipose mesenchymal stem cells are a heterogeneous population, where cell cultures derived from single cell-expanded clones present varying degrees of differential plasticity. This work focuses on the immunomodulatory/anti-inflammatory properties of these cells. To this end, 5 single cell clones were isolated (generally called 1.X and 3.X) from 2 volunteers. Regarding the expression level of the lineage-characteristic surface antigens, clones 1.10 and 1.22 expressed the lowest amounts, while clones 3.10 and 3.5 expressed more CD105 than the rest and clone 1.7 expressed higher amounts of CD73 and CD44. Regarding cytokine secretion, all clones were capable of spontaneously releasing high levels of IL-6 and low to moderate levels of IL-8. These differences can be explained in part by the distinct methylation profile exhibited by the clones. Furthermore and after lipopolysaccharide stimulation, clone 3.X produced the highest amounts of pro-inflammatory cytokines such as IL-1β, while clones 1.10 and 1.22 highly expressed IL-4 and IL-5. In co-culture experiments, clones 1.X are altogether more potent inhibitors than clones 3.X for proliferation of total, CD3+T, CD4+T and CD8+T lymphocytes and NK cells. The results of this work indicates that adipose stem cell population is heterogeneous in cytokine production profile, and that isolation, characterization and selection of the appropriate cell clone is a more exact method for the possible treatment of different patients or pathologies.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Tetracycline-Inducible packaging cell line for production of Flavivirus replicon particles.

We have previously developed replicon vectors derived from the Australian flavivirus Kunjin that have a unique noncytopathic nature and have been shown to direct prolonged high-level expression of encoded heterologous genes in vitro and in vivo and to induce strong and long-lasting immune responses to encoded immunogens in mice. To facilitate further applications of these vectors in the form of virus-like particles (VLPs), we have now generated a stable BHK packaging cell line, tetKUNCprME, carrying a Kunjin structural gene cassette under the control of a tetracycline-inducible promoter. Withdrawal of tetracycline from the medium resulted in production of Kunjin structural proteins that were capable of packaging transfected and self-amplified Kunjin replicon RNA into the secreted VLPs at titers of up to 1.6 x 10(9) VLPs per ml. Furthermore, secreted KUN replicon VLPs from tetKUNCprME cells could be harvested continuously for as long as 10 days after RNA transfection, producing a total yield of more than 1010 VLPs per 106 transfected cells. Passaging of VLPs on Vero cells or intracerebral injection into 2- to 4-day-old suckling mice illustrated the complete absence of any infectious Kunjin virus. tetKUNCprME cells were also capable of packaging replicon RNA from closely and distantly related flaviviruses, West Nile virus and dengue virus type 2, respectively. The utility of high-titer KUN replicon VLPs was demonstrated by showing increasing CD8(+)-T-cell responses to encoded foreign protein with increasing doses of KUN VLPs. A single dose of 2.5 x 10(7) VLPs carrying the human respiratory syncytial virus M2 gene induced 1,400 CD8 T cells per 10(6) splenocytes in an ex vivo gamma interferon enzyme-linked immunospot assay. The packaging cell line thus represents a significant advance in the development of the noncytopathic Kunjin virus replicon-based gene expression system and may be widely applicable to the basic studies of flavivirus RNA packaging and virus assembly as well as to the development of gene expression systems based on replicons from different flaviviruses.