Dynamic models of viral replication and latency.

PURPOSE OF REVIEW: HIV targets primary CD4(+) T cells. The virus depends on the physiological state of its target cells for efficient replication, and, in turn, viral infection perturbs the cellular state significantly. Identifying the virus-host interactions that drive these dynamic changes is important for a better understanding of viral pathogenesis and persistence. The present review focuses on experimental and computational approaches to study the dynamics of viral replication and latency. RECENT FINDINGS: It was recently shown that only a fraction of the inducible latently infected reservoirs are successfully induced upon stimulation in ex-vivo models while additional rounds of stimulation make allowance for reactivation of more latently infected cells. This highlights the potential role of treatment duration and timing as important factors for successful reactivation of latently infected cells. The dynamics of HIV productive infection and latency have been investigated using transcriptome and proteome data. The cellular activation state has shown to be a major determinant of viral reactivation success. Mathematical models of latency have been used to explore the dynamics of the latent viral reservoir decay. SUMMARY: Timing is an important component of biological interactions. Temporal analyses covering aspects of viral life cycle are essential for gathering a comprehensive picture of HIV interaction with the host cell and untangling the complexity of latency. Understanding the dynamic changes tipping the balance between success and failure of HIV particle production might be key to eradicate the viral reservoir.

MHC class II hierarchy of superantigen presentation predicts efficiency of infection with mouse mammary tumor virus.

Superantigens (SAgs) encoded by infectious mouse mammary tumor viruses (MMTVs) play a crucial role in the viral life cycle. Their expression by infected B cells induces a proliferative immune response by SAg-reactive T cells which amplifies MMTV infection. This response most likely ensures stable MMTV infection and transmission to the mammary gland. Since T cell reactivity to SAgs from endogenous Mtv loci depends on MHC class II molecules expressed by B cells, we have determined the ability of MMTV to infect various MHC congenic mice. We show that MHC class II I-E+ compared with I-E- mouse strains show higher levels of MMTV infection, most likely due to their ability to induce a vigorous SAg-dependent immune response following MMTV encounter. Inefficient infection is observed in MHC class II I-E- mice, which have been shown to present endogenous SAgs poorly. Therefore, during MMTV infection the differential ability of MHC class II molecules to form a functional complex with SAg determines the magnitude of the proliferative response of SAg-reactive T cells. This in turn influences the degree of T cell help provided to infected B cells and therefore the efficiency of amplification of MMTV infection.

Towards a consensus view on understanding nanomaterials hazards and managing exposure

The aim of this article is to present an overview of salient issues of exposure, characterisation and hazard assessment of nanomaterials as they emerged from the consensus-building of experts undertaken within the four year European Commission coordination project NanoImpactNet. The approach adopted is to consolidate and condense the findings and problem-identification in such a way as to identify knowledge-gaps and generate a set of interim recommendations of use to industry, regulators, research bodies and funders. The categories of recommendation arising from the consensual view address: significant gaps in vital factual knowledge of exposure, characterisation and hazards; the development, dissemination and standardisation of appropriate laboratory protocols; address a wide range of technical issues in establishing an adequate risk assessment platform; the more efficient and coordinated gathering of basic data; greater inter-organisational cooperation; regulatory harmonization; the wider use of the life-cycle approaches; and the wider involvement of all stakeholders in the discussion and solution-finding efforts for nanosafety.

Roles of superantigens in microbial infections?

Superantigens have been defined in a variety of infectious particles such as bacteria and viruses. These superantigens have the capacity to stimulate a large percentage of the host T cells by interacting specifically with the T-cell receptor V beta chain which is shared by about 1-20% of mature T cells. The recent discovery that mammary tumour viruses express such superantigens enabled the analysis of the retroviral life cycle and led to questions about the role of superantigen in amplification of the infection.

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Upon cell infection, some viruses integrate their genome into the host chromosome, either as part of their life cycle (such as retroviruses), or incidentally. While possibly promoting long-term persistence of the virus into the cell, viral genome integration may also lead to drastic consequences for the host cell, including gene disruption, insertional mutagenesis and cell death, as well as contributing to species evolution. This review summarizes the current knowledge on viruses integrating their genome into the host genome and the consequences for the host cell.

Fanconi anemia and genome stability : the role of FANCM

RÉSUMÉ: Le génome de toute cellule est susceptible d'être attaqué par des agents endogènes et exogènes. Afin de préserver l'intégrité génomique, les cellules ont développé des multitudes de mécanismes. La réplication de l'ADN, une étape importante durant le cycle cellulaire, constitue un stress et présente un danger important pour l'intégrité du génome. L'anémie de Fanconi est une maladie héréditaire rare dont les protéines impliquées semblent jouer un rôle crucial dans la réponse au stress réplicatif. La maladie est associée à une instabilité chromosomique ainsi qu'à une forte probabilité de développer des cancers. Les cellules des patients souffrant de l'anémie de Fanconi sont sensibles à des agents interférant avec la réplication de l'ADN, et plus particulièrement àdes agents qui fient les deux brins d'ADN d'une manière covalente. L'anémie de Fanconi est une maladie génétiquement hétérogène. Treize protéines ont pu être identifiées. Elles semblent figurer dans une même voie de signalisation qui est aussi connue sous le nom de « FA/BRCA pathway », car un des gènes est identique au gène BRCA2 (breast cancer susceptibility gene 2). Huit protéines forment un complexe nucléaire dont l'intégrité est nécessaire à la monoubiquitination de deux autres protéines, FANCD2 et FANCI, en réponse à un stress réplicatif. A ce jour, la fonction moléculaire des protéines du « FA/BRCA pathway »reste encore mal décrite. Au début de mon travail de thèse, nous avons donc décidé de purifier les protéines du complexe nucléaire et d'étudier leurs propriétés biochimiques. Nous avons tout d'abord étudié les cinq protéines connues à l'époque qui sont FANCA, FANCC, FANCE, FANCF et FANCG. Par la suite, nous avons étendu notre étude à des protéines découvertes plus récemment, FANCL, FANCM et FAAP24, en concentrant finalement notre travail sur la caractérisation de FANCM. FANCM, contrairement aux autres protéines du complexe, est constituée de deux domaines conservés suggérant un rôle important dans le métabolisme de l'ADN. Il s'agit d'un domaine « DEAH box hélicase »situé dans la partie N-terminale et d'un domaine « ERCC4 nuclease »situé dans la partie C-terminale de la protéine. Dans cette étude, nous avons purifié avec succès la protéine FANCM entière à partir d'un système hétérologue. Nous montrons que FANCM s'attache de manière spécifique à des jonctions de Holliday et des fourches de réplication. De plus, nous démontrons que FANCM peut déplacer le point de jonction de ces structures via son domaine hélicase de manière dépendante de l'ATP. FANCM est aussi capable de dissocier de grands intermédiaires de la recombinaison, via la migration de jonctions de Holliday à travers une région d'homologie de 2.6 kb. Tous ces résultats suggèrent que FANCM peut s'attacher spécifiquement à des fourches de réplication et à des jonctions de Holliday in vitro et que son domaine hélicase est associé à une activité migratoire efficace. Nous pensons que FANCM peut avoir un rôle direct sur les intermédiaires de réplication. Ceci est en accord avec l'idée que les protéines de l'anémie de Fanconi coordonnent la réparation de l'ADN au niveau des fourches de réplication arrêtées. Nos résultats donnent une première indication quant au rôle de FANCM dans la cellule et peuvent contribuer à élucider la fonction de cette voie de signalisation peu comprise jusqu'à présent. SUMMARY: The genome of every cell is subject to a constant offence by endogenous and exogenous agents. Not surprisingly; cells have evolved a multitude of mechanisms which aim at preserving genomic integrity. A key step during the life cycle of a cell, DNA replication itself, constitutes a special danger to the integrity of the genome. The proteins defective in the rare hereditary disease Fanconi anemia (FA) are suspected to play a crucial role in the cellular response to DNA replication stress. The disease is associated with chromosomal instability and pronounced cancer susceptibility. Cells from Fanconi anemia patients are sensitive to a variety of agents which interfere with DNA replication, DNA interstrand cross-linking agents being particularly threatening to their survival. Fanconi anemia is a genetically heterogeneous disease with 13 different proteins identified, which seem to work together in a common pathway. Since one of the FA genes is identical to the breast cancer susceptibility gene BRCA2, it is also referred to as the FA/BRCA pathway. Eight proteins form a nuclear complex, whose integriry is required for the monoubiquitination of two other FA proteins, FANCD2 and FANCI, in response to DNA replication stress. Despite intensive research, the function of the FA/BRCA pathway at a molecular level has remained largely elusive so far. At the beginning of my thesis, we therefore decided to purify the proteins of the FA core complex and to investigate their biochemical properties. We started with the five proteins which were known at that time, FANCA, FANCC, FANCE, FANCF, and FACG. Later on, we extended our studies to the newly discovered proteins FANCL, FANCM, and FAAP24, and eventually focused our work on the characterisation of FANCM. In contrast to the other core complex proteins, FANCM contains two conserved domains, which point to a role in DNA metabolism: an N-terminal DEAH box helicase domain and a C-terminal ERCC4 nuclease domain. In this study, we have successfully purified full-length FANCM from a recombinant source. We show that purified FANCM binds to branched DNA molecules, such as Holliday junctions and replication forks, with high specificity and affinity. In addition, we demonstrate that FANCM can translocate the junction point of branched DNA molecules due to its helicase domain in an ATPase-dependent manner. FANCM can even dissociate large recombination intermediates, via branch migration of Holliday junctions through a 2.6 kb region of homology. Taken together, our data suggest that FANCM can specifically bind to replication forks and Holliday junctions in vitro, and that its DEAH box helicase domain is associated with a potent branch migration activity. We propose that FANCM might have a direct role in the processing of DNA replication intermediates. This is consistent with the current view that FA proteins coordinate DNA repair at stalled replication forks. Our findings provide a first hint as to the context in which FANCM might play a role in the cell. We are optimistic that they might be key to further elucidate the function of a pathway which is far from being understood.

Vitamin D Receptor and Jak-STAT Signaling Crosstalk Results in Calcitriol-Mediated Increase of Hepatocellular Response to IFN-α.

Recent clinical research suggests a role for vitamin D in the response to IFN-α-based therapy of chronic hepatitis C. Therefore, we aimed to explore the underlying mechanisms in vitro. Huh-7.5 cells harboring subgenomic hepatitis C virus (HCV) replicons or infected with cell culture-derived HCV were exposed to bioactive 1,25-dihydroxyvitamin D3 (calcitriol) with or without IFN-α. In these experiments, calcitriol alone had no effect on the HCV life cycle. However, calcitriol enhanced the inhibitory effect of IFN-α on HCV replication. This effect was based on a calcitriol-mediated increase of IFN-α-induced gene expression. Further mechanistic studies revealed a constitutive inhibitory interaction between the inactive vitamin D receptor (VDR) and Stat1, which was released upon stimulation with calcitriol and IFN-α. As a consequence, IFN-α-induced binding of phosphorylated Stat1 to its DNA target sequences was enhanced by calcitriol. Importantly, and in line with these observations, silencing of the VDR resulted in an enhanced hepatocellular response to IFN-α. Our findings identify the VDR as a novel suppressor of IFN-α-induced signaling through the Jak-STAT pathway.

Molecular characterization of the processing of arenavirus envelope glycoprotein precursors by subtilisin kexin isozyme-1/site-1 protease.

A crucial step in the life cycle of arenaviruses is the biosynthesis of the mature fusion-active viral envelope glycoprotein (GP) that is essential for virus-host cell attachment and entry. The maturation of the arenavirus GP precursor (GPC) critically depends on proteolytic processing by the cellular proprotein convertase (PC) subtilisin kexin isozyme-1 (SKI-1)/site-1 protease (S1P). Here we undertook a molecular characterization of the SKI-1/S1P processing of the GPCs of the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) and the pathogenic Lassa virus (LASV). Previous studies showed that the GPC of LASV undergoes processing in the endoplasmic reticulum (ER)/cis-Golgi compartment, whereas the LCMV GPC is cleaved in a late Golgi compartment. Herein we confirm these findings and provide evidence that the SKI-1/S1P recognition site RRLL, present in the SKI-1/S1P prodomain and LASV GPC, but not in the LCMV GPC, is crucial for the processing of the LASV GPC in the ER/cis-Golgi compartment. Our structure-function analysis revealed that the cleavage of arenavirus GPCs, but not cellular substrates, critically depends on the autoprocessing of SKI-1/S1P, suggesting differences in the processing of cellular and viral substrates. Deletion mutagenesis showed that the transmembrane and intracellular domains of SKI-1/S1P are dispensable for arenavirus GPC processing. The expression of a soluble form of the protease in SKI-I/S1P-deficient cells resulted in the efficient processing of arenavirus GPCs and rescued productive virus infection. However, exogenous soluble SKI-1/S1P was unable to process LCMV and LASV GPCs displayed at the surface of SKI-I/S1P-deficient cells, indicating that GPC processing occurs in an intracellular compartment. In sum, our study reveals important differences in the SKI-1/S1P processing of viral and cellular substrates.

6.2

Airborne particles can come from a variety of sources and contain variable chemical constituents. Some particles are formed by natural processes, such as volcanoes, erosion, sea spray, and forest fires, while other are formed by anthropogenic processes, such as industrial- and motor vehicle-related combustion, road-related wear, and mining. In general, larger particles (those greater than 2.5 μm) are formed by mechanical processes, while those less than 2.5 μm are formed by combustion processes. The chemical composition of particles is highly influenced by the source: for combustion-related particles, factors such as temperature of combustion, fuel type, and presence of oxygen or other gases can also have a large impact on PM composition. These differences can often be observed at a regional level, such as the greater sulphate-composition of PM in regions that burn coal for electricity production (which contains sulphur) versus regions that do not. Most countries maintain air monitoring networks, and studies based on the resulting data are the most common basis for epidemiology studies on the health effects of PM. Data from these monitoring stations can be used to evaluate the relationship between community-level exposure to ambient particles and health outcomes (i.e., morbidity or mortality from various causes). Respiratory and cardiovascular outcomes are the most commonly assessed, although studies have also considered other related specific outcomes such as diabetes and congenital heart disease. The data on particle characteristics is usually not very detailed and most often includes some combination of PM2.5, PM10, sulphate, and NO2. Other descriptors that are less commonly found include particle number (ultrafine particles), metal components of PM, local traffic intensity, and EC/OC. Measures of association are usually reported per 10 μg/m3 or interquartile range increase in pollutant concentration. As the exposure data are taken from regional monitoring stations, the measurements are not representative of an individual's exposure. Particle size is an important descriptor for understanding where in the human respiratory system the particles will deposit: as a general rule, smaller particles penetrate to deeper regions of the lungs. Initial studies on the health effects of particulate matter focused on mass of the particles, including either all particles (often termed total suspended particulate or TSP) or PM10 (all particles with an aerodynamic diameter less than 10 μm). More recently, studies have considered both PM10 and PM2.5, with the latter corresponding more directly to combustion-related processes. UFPs are a dominant source of particles in terms of PNC, yet are negligible in terms of mass. Very few epidemiology studies have measured the effect of UFPs on health; however, the numbers of studies on this topic are increasing. In addition to size, chemical composition is of importance when understanding the toxicity of particles. Some studies consider the composition of particles in addition to mass; however this is not common, in part due the cost and labour involved in such analyses.

Hepatitis C virus infection: in vivo and in vitro models.

Major advances in the understanding of the molecular biology of hepatitis C virus (HCV) have been made recently. While the chimpanzee is the only established animal model of HCV infection, several in vivo and in vitro models have been established that allow us to study various aspects of the viral life cycle. In particular, the replicon system and the production of recombinant infectious virions revolutionized the investigation of HCV-RNA replication and rendered all steps of the viral life cycle, including entry and release of viral particles, amenable to systematic analysis. In the following we will review the different in vivo and in vitro models of HCV infection.

Targeting the proteolytic processing of the viral glycoprotein precursor is a promising novel antiviral strategy against arenaviruses.

A crucial step in the arenavirus life cycle is the biosynthesis of the viral envelope glycoprotein (GP) responsible for virus attachment and entry. Processing of the GP precursor (GPC) by the cellular proprotein convertase site 1 protease (S1P), also known as subtilisin-kexin-isozyme 1 (SKI-1), is crucial for cell-to-cell propagation of infection and production of infectious virus. Here, we sought to evaluate arenavirus GPC processing by S1P as a target for antiviral therapy using a recently developed peptide-based S1P inhibitor, decanoyl (dec)-RRLL-chloromethylketone (CMK), and the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV). To control for off-target effects of dec-RRLL-CMK, we employed arenavirus reverse genetics to introduce a furin recognition site into the GPC of LCMV. The rescued mutant virus grew to normal titers, and the processing of its GPC critically depended on cellular furin, but not S1P. Treatment with the S1P inhibitor dec-RRLL-CMK resulted in specific blocking of viral spread and virus production of LCMV. Combination of the protease inhibitor with ribavirin, currently used clinically for treatment of human arenavirus infections, resulted in additive drug effects. In cells deficient in S1P, the furin-dependent LCMV variant established persistent infection, whereas wild-type LCMV underwent extinction without the emergence of S1P-independent escape variants. Together, the potent antiviral activity of an inhibitor of S1P-dependent GPC cleavage, the additive antiviral effect with ribavirin, and the low probability of emergence of S1P-independent viral escape variants make S1P-mediated GPC processing by peptide-derived inhibitors a promising strategy for the development of novel antiarenaviral drugs.

Functions of the human papillomavirus type 16 E4 protein

1. Abstract Cervical cancer is thought to be the consequence of infection by human papillomaviruses (HPV). In the majority of cases, DNA from HPV type 16 (HPV16) is found in malignant cervical lesions. The initial steps leading to transformation of an infected cell are not clearly understood but in most cases, disruption and integration of the episomal viral DNA must take place. As a consequence, the E2 and E4 genes are usually not expressed whereas the E6 and E7 oncogenes are highly expressed. However, in a normal infection in which the viral DNA is maintained as an episome, all viral genes are expressed. The pattern according to which the viral proteins are made, and therefore the life cycle of the virus, is tightly linked to the differentiation process of the host keratinocyte. The study of the viral oncogenes E6 and E7 has revealed crucial functions in the process of malignant transformation such as degradation of the p53 tumor suppressor protein, deregulation of the Retinoblastoma protein pathway and activation of the telomerase ribonucleoprotein. All these steps are necessary for cancerous lesions to develop. However, the loss of the E2 gene product seems to be necessary for sufficient expression of E6 and E7 in order to achieve such effects. In normal infections, the E4 protein is made abundantly in the later stages of the viral life cycle. Though extensive amounts of work have been carried out to define the function of E4, it still remains unclear. In this study, several approaches have been used to try and determine the functions of E4. First, a cell-penetrating fusion protein was designed and produced in order to circumvent the chronic difficulties of expressing E4 in mammalian cells. Unfortunately, this approach was not successful due to precipitation of the purified fusion protein. Second, the observation that E4 accumulates in cells having modified their adhesion properties led to the hypothesis that E4 might be involved in the differentiation process of keratinocytes. Preliminary results suggest that E4 triggers differentiation. Last, as E4 has been reported to collapse the cytokeratin network of keratinocytes, a direct approach using atomic force microscopy has allowed us to test the potential modification of mechanical properties of cells harboring reorganized cytokeratin networks. If so, a potential role for E4 in viral particle release could be hypothesized. 2. Résumé Il a été établi que le cancer du col de l'utérus se développe essentiellement à la suite d'une infection par le virus du papillome humain (HPV). Dans la majorité des cas analysés, de l'ADN du HPV de type 16 (HPV16) est détecté. Les étapes initiales de la transformation d'une cellule infectée sont mal connues mais il semble qu'une rupture du génome viral, normalement épisomal, suivi d'une intégration dans le génome de la cellule hôte soient des étapes nécessaires dans la plupart des cas. Or il semble qu'il y ait une sélection pour les cas où l'expression des oncogènes viraux E6 et E7 soit favorisée alors que l'expression des gènes E2 et E4 est en général impossible. Par contre, dans une infection dite normale où le génome viral n'est pas rompu, il n'y pas développement de cancer et tous les gènes viraux sont exprimés. L'ordre dans lequel les protéines virales sont produites, et donc le cycle de réplication du virus, est intimement lié au processus de différentiation de la cellule hôte. L'étude des protéines oncogènes E6 et E7 a révélé des fonctions clés dans le processus de transformation des cellules infectées telles que la dégradation du suppresseur de tumeur p53, la dérégulation de la voie de signalisation Rb ainsi que l'activation de la télomérase. Toutes ces activités sont nécessaires au développement de lésions cancéreuses. Toutefois, il semble que l'expression du gène E2 doit être empêchée afin que suffisamment des protéines E6 et E7 soient produites. Lorsque le gène E2 est exprimé, et donc lorsque le génome viral n'est pas rompu, les protéines E6 et E7 n'entraînent pas de telles conséquences. Le gène E4, qui se trouve dans la séquence codante de E2, a aussi besoin d'un génome viral intact pour être exprimé. Dans une infection normale, le gène E4 est exprimé abondamment dans les dernières étapes de la réplication du virus. Bien que de nombreuses études aient été menées afin de déterminer la fonction virale à E4, aucun résultat n'apparaît évident. Dans ce travail, plusieurs approches ont été utilisées afin d'adresser cette question. Premièrement, une protéine de fusion TAT-E4 a été produite et purifiée. Cette protéine, pouvant entrer dans les cellules vivantes par diffusion au travers de la membrane plasmique, aurait permis d'éviter ainsi les problèmes chroniques rencontrés lors de l'expression de E4 dans les cellules mammifères. Malheureusement, cette stratégie n'a pas pu être utilisée à cause de la précipitation de la protéine purifiée. Ensuite, l'observation que E4 s'accumule dans les cellules ayant modifié leurs propriétés d'adhésion a suggéré que E4 pourrait être impliqué dans le procédé de différentiation des kératinocytes. Des résultats préliminaires supportent cette possibilité. Enfin, il a été montré que E4 pouvait induire une réorganisation du réseau des cytokératines. Une approche directe utilisant le microscope à force atomique nous a ainsi permis de tester une potentielle modification des propriétés mécaniques de cellules ayant modifié leur réseau de cytokératines en présence de E4. Si tel est le cas, un rôle dans la libération de particules virales peut être proposé pour E4.

Capsid modified replicating adenovirus to selectively target colon cancer

Résumé: Pratiquement tous les cancers du colon contiennent des mutations dans la voie de signalisation de Wnt qui active constitutivement cette voie. Cette activation mène à la stabilisation de la β-catenine. La β-catenin est transportée dans le noyau ou elle active des gènes cible en interagissant avec le facteur de transcription de TCF/LEF. Des adénovirus qui peuvent sélectivement se répliquer dans les cellules tumorales sont les agents qui peuvent permettre la déstruction de la tumeur mais pas le tissu normal. In vitro, les adénovirus avec des sites d'attachement du facteur de transcription TCF dans les promoteurs de l'adénovirus montrent une sélectivité et une activité dans une large sélection de lignées cellulaires de cancer du colon. Au contraire, in vivo, quand les adénovirus modifiés sont injectés dans la circulation, ils sont moins efficaces à cause de leur fixation par le foie et à cause de l'absence d'expression du récepteur du Coxsackie-Adénovirus (CAR). Le but de ma thèse était de modifier la protéine principale de capside de l'adénovirus, fibre, pour augmenter l'infection des tumeurs du cancer du colon. La fibre de l'adénovirus est responsable de l'attachement aux cellules et de l'entrée virale. J'ai inséré un peptide RGD dans la boucle HI de la fibre qui dirige sélectivement le virus aux récepteurs des integrines. Les integrines sont surexprimées par les cellules du cancer du colon et l'endothélium des vesseaux de la tumeur. Le virus re-ciblé, vKH6, a montré une activité accrue dans toutes les lignées cellulaires de cancer du colon, tandis que la sélectivité était maintenue. In vivo, vKH6 était supérieur au virus avec une capside de type sauvage en retardant la croissance de la tumeur. Le virus s'est répliqué plus vite et dispersé graduellement dans la tumeur. Cet effet a été montré par hybridation in situ et par PCR quantitative. Cependant, la monothérapie avec le virus n'a pu retarder la croissance des cellules tumorales SW620 greffées que de 2 semaines, mais à cause des régions non infectées la tumeur n'a pas pu être éliminée. Bien que la combinaison avec les chimiothérapies conventionnelles soit d'intérêt potentiel, presque toutes interfèrent avec la réplication virale. Les drogues antiangiogéniques sont des agents anti-tumoraux efficaces et prometteurs. Ces drogues n'interfèrent pas avec le cycle de vie de l'adénovirus. RAD001 est un dérivé de la rapamycine et il inhibe mTOR, une protéine kinase de la voie de PI3K. RAD001 empêche la croissance des cellules et il a aussi des effets anti-angiogénique et immunosuppressifs. RAD001 in vitro n'affecte pas l'expression des gènes viraux et la production virale. La combinaison de VKH6 et RAD001 in vivo a un effet additif en retardant la croissance de la tumeur. Des nouveaux peptides plus efficaces dans le ciblage de l'adénovirus sont nécessaires pour augmenter l'infection des tumeurs. J'ai créé un système de recombinaison qui permettra la sélection de nouveaux peptides dans le contexte du génome de l'adénovirus. Summary Virtually all colon cancers have mutations in the Wnt signalling pathway which result in the constitutive activation of the pathway. This activation leads to stabilization of β-catenin. β-catenin enters the nucleus and activates its target genes through interaction with the TCF transcription factor. Selectively replicating adenoviruses are promising novel agents that can destroy the tumour but not the surrounding normal tissue. In vitro, adenoviruses with TCF binding sites in the early viral promoters show selectivity and activity in a broad panel of viruses but in vivo they are less effective due to the lack of expression of the Coxsackie-Adenovirus receptor (CAR). The aim of my thesis was to modify the major capsid protein of the adenovirus, fibre, to increase the infection of colon tumours. Fibre of adenovirus is responsible for the binding to cells and for the viral uptake. I inserted an RGD binding peptide into the HI loop of fibre that selectively targets the virus to integrins that are overexpressed on tumour cells and on tumour endothelium. The retargeted virus, vKH6, showed increased activity in all colon cancer cell lines while selectivity was maintained. In vivo, vKH6 is superior to a matched virus with a wild type capsid in delaying tumour growth. vKH6 replicates and gradually spreads within the tumour as shown by in situ hybridization and Q-PCR. The virus alone can delay the growth of SW620 xenografts by 2 weeks but due to uninfected tumour regions the tumour cannot be cured. Although combination with conventional chemotherapeutics is of potential interest, almost all of them interfere with the viral replication. Growing evidence supports that anti-angiogenic drugs are effective and promising anti-tumour agents. These drugs interfere less with the viral life cycle. RAD001 is a rapamycin derivative and it blocks mTOR, a protein kinase in the PI3K pathway. RAD001 inhibits cell growth and has strong anti-angiogenic and immunosuppressive effects. RAD001 in vitro does not affect viral gene expression and viral burst size. In vivo vKH6 and RAD001 have an additive effect in delaying tumour growth, but tumour growth is still not completely inhibited. To further increase tumour infection new tumour specific targeting peptides are needed. I created an adenovirus display library that will allow the selection of targeting peptides. This system may also facilitate the production of fibre modified viruses.

Intrinsic ROS-production capacity of nanoparticles

Engineered nanomaterials (ENMs) exhibit special physicochemical properties and thus are finding their way into an increasing number of industries, enabling products with improved properties. Their increased use brings a greater likelihood of exposure to the nanoparticles (NPs) that could be released during the life cycle of nano-abled products. The field of nanotoxicology has emerged as a consequence of the development of these novel materials, and it has gained ever more attention due to the urgent need to gather information on exposure to them and to understand the potential hazards they engender. However, current studies on nanotoxicity tend to focus on pristine ENMs, and they use these toxicity results to generalize risk assessments on human exposure to NPs. ENMs released into the environment can interact with their surroundings, change characteristics and exhibit toxicity effects distinct from those of pristine ENMs. Furthermore, NPs' large surface areas provide extra-large potential interfaces, thus promoting more significant interactions between NPs and other co-existing species. In such processes, other species can attach to a NP's surface and modify its surface functionality, in addition to the toxicity in normally exhibits. One particular occupational health scenario involves NPs and low-volatile organic compounds (LVOC), a common type of pollutant existing around many potential sources of NPs. LVOC can coat a NP's surface and then dominate its toxicity. One important mechanism in nanotoxicology is the creation of reactive oxygen species (ROS) on a NP's surface; LVOC can modify the production of these ROS. In summary, nanotoxicity research should not be limited to the toxicity of pristine NPs, nor use their toxicity to evaluate the health effects of exposure to environmental NPs. Instead, the interactions which NPs have with other environmental species should also be considered and researched. The potential health effects of exposure to NPs should be derived from these real world NPs with characteristics modified by the environment and their distinct toxicity. Failure to suitably address toxicity results could lead to an inappropriate treatment of nano- release, affect the environment and public health and put a blemish on the development of sustainable nanotechnologies as a whole. The main objective of this thesis is to demonstrate a process for coating NP surfaces with LVOC using a well-controlled laboratory design and, with regard to these NPs' capacity to generate ROS, explore the consequences of changing particle toxicity. The dynamic coating system developed yielded stable and replicable coating performance, simulating an important realistic scenario. Clear changes in the size distribution of airborne NPs were observed using a scanning mobility particle sizer, were confirmed using both liquid nanotracking analyses and transmission electron microscopy (TEM) imaging, and were verified thanks to the LVOC coating. Coating thicknesses corresponded to the amount of coating material used and were controlled using the parameters of the LVOC generator. The capacity of pristine silver NPs (Ag NPs) to generate ROS was reduced when they were given a passive coating of inert paraffin: this coating blocked the reactive zones on the particle surfaces. In contrast, a coating of active reduced-anthraquinone contributed to redox reactions and generated ROS itself, despite the fact that ROS generation due to oxidation by Ag NPs themselves was quenched. Further objectives of this thesis included development of ROS methodology and the analysis of ROS case studies. Since the capacity of NPs to create ROS is an important effect in nanotoxicity, we attempted to refine and standardize the use of 2'7-dichlorodihydrofluorescin (DCFH) as a chemical tailored for the characterization of NPs' capacity for ROS generation. Previous studies had reported a wide variety of results, which were due to a number of insufficiently well controlled factors. We therefore cross-compared chemicals and concentrations, explored ways of dispersing NP samples in liquid solutions, identified sources of contradictions in the literature and investigated ways of reducing artificial results. The most robust results were obtained by sonicating an optimal sample of NPs in a DCFH-HRP solution made of 5,M DCFH and 0.5 unit/ml horseradish peroxidase (HRP). Our findings explained how the major reasons for previously conflicting results were the different experimental approaches used and the potential artifacts appearing when using high sample concentrations. Applying our advanced DCFH protocol with other physicochemical characterizations and biological analyses, we conducted several case studies, characterizing aerosols and NP samples. Exposure to aged brake wear dust engenders a risk of potential deleterious health effects in occupational scenarios. We performed microscopy and elemental analyses, as well as ROS measurements, with acellular and cellular DCFH assays. TEM images revealed samples to be heterogeneous mixtures with few particles in the nano-scale. Metallic and non-metallic elements were identified, primarily iron, carbon and oxygen. Moderate amounts of ROS were detected in the cell-free fluorescent tests; however, exposed cells were not dramatically activated. In addition to their highly aged state due to oxidation, the reason aged brake wear samples caused less oxidative stress than fresh brake wear samples may be because of their larger size and thus smaller relative reactive surface area. Other case studies involving welding fumes and differently charged NPs confirmed the performance of our DCFH assay and found ROS generation linked to varying characteristics, especially the surface functionality of the samples. Les nanomatériaux manufacturés (ENM) présentent des propriétés physico-chimiques particulières et ont donc trouvés des applications dans un nombre croissant de secteurs, permettant de réaliser des produits ayant des propriétés améliorées. Leur utilisation accrue engendre un plus grand risque pour les êtres humains d'être exposés à des nanoparticules (NP) qui sont libérées au long de leur cycle de vie. En conséquence, la nanotoxicologie a émergé et gagné de plus en plus d'attention dû à la nécessité de recueillir les renseignements nécessaires sur l'exposition et les risques associés à ces nouveaux matériaux. Cependant, les études actuelles sur la nanotoxicité ont tendance à se concentrer sur les ENM et utiliser ces résultats toxicologiques pour généraliser l'évaluation des risques sur l'exposition humaine aux NP. Les ENM libérés dans l'environnement peuvent interagir avec l'environnement, changeant leurs caractéristiques, et montrer des effets de toxicité distincts par rapport aux ENM originaux. Par ailleurs, la grande surface des NP fournit une grande interface avec l'extérieur, favorisant les interactions entre les NP et les autres espèces présentes. Dans ce processus, d'autres espèces peuvent s'attacher à la surface des NP et modifier leur fonctionnalité de surface ainsi que leur toxicité. Un scénario d'exposition professionnel particulier implique à la fois des NP et des composés organiques peu volatils (LVOC), un type commun de polluant associé à de nombreuses sources de NP. Les LVOC peuvent se déposer sur la surface des NP et donc dominer la toxicité globale de la particule. Un mécanisme important en nanotoxicologie est la création d'espèces réactives d'oxygène (ROS) sur la surface des particules, et les LVOC peuvent modifier cette production de ROS. En résumé, la recherche en nanotoxicité ne devrait pas être limitée à la toxicité des ENM originaux, ni utiliser leur toxicité pour évaluer les effets sur la santé de l'exposition aux NP de l'environnement; mais les interactions que les NP ont avec d'autres espèces environnementales doivent être envisagées et étudiées. Les effets possibles sur la santé de l'exposition aux NP devraient être dérivés de ces NP aux caractéristiques modifiées et à la toxicité distincte. L'utilisation de résultats de toxicité inappropriés peut conduire à une mauvaise prise en charge de l'exposition aux NP, de détériorer l'environnement et la santé publique et d'entraver le développement durable des industries de la nanotechnologie dans leur ensemble. L'objectif principal de cette thèse est de démontrer le processus de déposition des LVOC sur la surface des NP en utilisant un environnement de laboratoire bien contrôlé et d'explorer les conséquences du changement de toxicité des particules sur leur capacité à générer des ROS. Le système de déposition dynamique développé a abouti à des performances de revêtement stables et reproductibles, en simulant des scénarios réalistes importants. Des changements clairs dans la distribution de taille des NP en suspension ont été observés par spectrométrie de mobilité électrique des particules, confirmé à la fois par la méthode dite liquid nanotracking analysis et par microscopie électronique à transmission (MET), et a été vérifié comme provenant du revêtement par LVOC. La correspondance entre l'épaisseur de revêtement et la quantité de matériau de revêtement disponible a été démontré et a pu être contrôlé par les paramètres du générateur de LVOC. La génération de ROS dû aux NP d'argent (Ag NP) a été diminuée par un revêtement passif de paraffine inerte bloquant les zones réactives à la surface des particules. Au contraire, le revêtement actif d'anthraquinone réduit a contribué aux réactions redox et a généré des ROS, même lorsque la production de ROS par oxydation des Ag NP avec l'oxygène a été désactivé. Les objectifs associés comprennent le développement de la méthodologie et des études de cas spécifique aux ROS. Etant donné que la capacité des NP à générer des ROS contribue grandement à la nanotoxicité, nous avons tenté de définir un standard pour l'utilisation de 27- dichlorodihydrofluorescine (DCFH) adapté pour caractériser la génération de ROS par les NP. Des etudes antérieures ont rapporté une grande variété de résultats différents, ce qui était dû à un contrôle insuffisant des plusieurs facteurs. Nous avons donc comparé les produits chimiques et les concentrations utilisés, exploré les moyens de dispersion des échantillons HP en solution liquide, investigué les sources de conflits identifiées dans les littératures et étudié les moyens de réduire les résultats artificiels. De très bon résultats ont été obtenus par sonication d'une quantité optimale d'échantillons de NP en solution dans du DCFH-HRP, fait de 5 nM de DCFH et de 0,5 unité/ml de Peroxydase de raifort (HRP). Notre étude a démontré que les principales raisons causant les conflits entre les études précédemment conduites dans la littérature étaient dues aux différentes approches expérimentales et à des artefacts potentiels dus à des concentrations élevées de NP dans les échantillons. Utilisant notre protocole DCFH avancé avec d'autres caractérisations physico-chimiques et analyses biologiques, nous avons mené plusieurs études de cas, caractérisant les échantillons d'aérosols et les NP. La vielle poussière de frein en particulier présente un risque élevé d'exposition dans les scénarios professionnels, avec des effets potentiels néfastes sur la santé. Nous avons effectué des analyses d'éléments et de microscopie ainsi que la mesure de ROS avec DCFH cellulaire et acellulaire. Les résultats de MET ont révélé que les échantillons se présentent sous la forme de mélanges de particules hétérogènes, desquels une faible proportion se trouve dans l'échelle nano. Des éléments métalliques et non métalliques ont été identifiés, principalement du fer, du carbone et de l'oxygène. Une quantité modérée de ROS a été détectée dans le test fluorescent acellulaire; cependant les cellules exposées n'ont pas été très fortement activées. La raison pour laquelle les échantillons de vielle poussière de frein causent un stress oxydatif inférieur par rapport à la poussière de frein nouvelle peut-être à cause de leur plus grande taille engendrant une surface réactive proportionnellement plus petite, ainsi que leur état d'oxydation avancé diminuant la réactivité. D'autres études de cas sur les fumées de soudage et sur des NP différemment chargées ont confirmé la performance de notre test DCFH et ont trouvé que la génération de ROS est liée à certaines caractéristiques, notamment la fonctionnalité de surface des échantillons.

Identifying Individual T Cell Receptors of Optimal Avidity for Tumor Antigens.

Cytotoxic T cells recognize, via their T cell receptors (TCRs), small antigenic peptides presented by the major histocompatibility complex (pMHC) on the surface of professional antigen-presenting cells and infected or malignant cells. The efficiency of T cell triggering critically depends on TCR binding to cognate pMHC, i.e., the TCR-pMHC structural avidity. The binding and kinetic attributes of this interaction are key parameters for protective T cell-mediated immunity, with stronger TCR-pMHC interactions conferring superior T cell activation and responsiveness than weaker ones. However, high-avidity TCRs are not always available, particularly among self/tumor antigen-specific T cells, most of which are eliminated by central and peripheral deletion mechanisms. Consequently, systematic assessment of T cell avidity can greatly help distinguishing protective from non-protective T cells. Here, we review novel strategies to assess TCR-pMHC interaction kinetics, enabling the identification of the functionally most-relevant T cells. We also discuss the significance of these technologies in determining which cells within a naturally occurring polyclonal tumor-specific T cell response would offer the best clinical benefit for use in adoptive therapies, with or without T cell engineering.