Awakening dormant haematopoietic stem cells.

Haematopoietic stem cells (HSCs) in mouse bone marrow are located in specialized niches as single cells. During homeostasis, signals from this environment keep some HSCs dormant, which preserves long-term self-renewal potential, while other HSCs actively self renew to maintain haematopoiesis. In response to haematopoietic stress, dormant HSCs become activated and rapidly replenish the haematopoietic system. Interestingly, three factors - granulocyte colony-stimulating factor, interferon-alpha and arsenic trioxide - have been shown to efficiently activate dormant stem cells and thereby could break their resistance to anti-proliferative chemotherapeutics. Thus, we propose that two-step strategies could target resistant leukaemic stem cells by priming tumours with activators of dormancy followed by chemotherapy or targeted therapies.

3D culture of postnatal retinal stem cells using self assembling polymers

PURPOSE We have previously shown that retinal stem cells (RSCs) can be isolated from the radial glia population of the newborn mouse retina (Angénieux et al., 2006). These RSCs have a great capacity to renew and to generate a large number of neurons including cells differentiated towards the photoreceptor lineage (Mehri-Soussi et al., 2006). However, recent published results from our lab revealed that such cells have a poor integration and survival rate after grafting. The uncontrolled environment of a retina seems to prevent good integration and survival after grafting in vivo. To bypass this problem, we are evaluating the possibility of generating in vitro a hemi-retinal tissue before transplantation. METHODS RSC were expanded and cells passaged <10 were seeded in a solution containing poly-ethylene-glycol (PEG) polymer based hydrogels crosslinked with peptides that are chosen to be substrates for matrix metalloproteinases. Various doses of cross linkers peptides allowing connections between PEG polymers were tested. Different growth factors were studied to stimulate cell proliferation and differentiation. RESULTS Cells survived only in the presence of EGF and FGF-2 and generated colonies with a sphere shape. No cells migrated within the gel. To improve the migration and the repartition of the cells in the gels, the integrin ligand RGDSP was added into the gel. In the presence of FGF-2 and EGF, newly formed cell clusters appeared by cell proliferation within several days, but again no outspreading of cells was observed. No difference was even seen when the stiffness of the hydrogels or the concentration of the integrin ligand RGDSP were changed. However, our preliminary results show that RSCs still form spheres when laminin is entrapped in the gel, but they started to spread out having a neuronal morphology after around 2 weeks. The neuronal population was assessed by the presence of the neuronal marker b-tubulin-III. This differentiation was achieved after successive steps of stimulations including FGF-2 and EGF, and then only FGF-2. Glial cells were also present. Further characterizations are under process. CONCLUSIONS RSC can be grown in 3D. Preliminary results show that neuronal cell phenotype acquisition can be instructed by exogenous stimulations and factors linked to the gel. Further developments are necessary to form a homogenous tissue containing retinal cells.

Differential miRNA and IncRNA expression in embryonic stem cells lacking the Notch1 receptor

Embryonic stem (ES) cells-derived cardiomyocytes represent an attractive source of cells in cell replacement therapies for heart disease. However, controlled cardiogenic differentiation of ES cells requires a complete understanding of the complex molecular mechanisms regulating the differentiation process. We have previously shown that differentiation of ES cells into cardiomyocytes is favored by inactivation of the Notch 1 receptor pathway. In the present study, we therefore compared two ES cell lines, one with normal Notchl expression and one carrying deleted Notchl receptor alleles (Notchl-deleted ES cells) in order to identify genes responsible for the increased propensity of Notchl-deleted ES cells to produce cardiomyocytes. Using RNA-sequencing, we found approximately 300 coding and noncoding transcripts, which are differently expressed in undifferentiated Notchl-deleted ES cells. Since accumulating evidences indicate that long noncoding RNAs (IncRNAs) play important roles in ES cell pluripotency and differentiation, we focused our analysis on modulated IncRNAs. In particular, two IncRNAs, named here lnc 1230 and lnc 1335, are highly induced in the absence of Notchl receptor expression. These represent therefore prime candidates that could favor cardiogenic commitment in undifferentiated ES cells. Indeed, we demonstrate that forced expression of these two IncRNAs in wild-type ES cells result in a significant increase of the number of cardiac progenitor cells and cardiomyocytes in the differentiated progeny of these ES cells. Furthermore, we also identify several microRNAs that are differentially modulated in absence of Notchl expression. Among these are miR-142-5p and miR- 381-3p. Interestingly, both lncl230 and lncl335 are targets of these two microRNAs. Altogether, these data suggest that Notchl-dependent noncoding gene networks, implicating microRNAs and IncRNAs, control embryonic stem cell commitment into the mesodermal and cardiac lineages already at the undifferentiated state. - Les cardiomyocytes issus cellules souches embryonnaires sont une source très prometteuse pour les thérapies cellulaire de remplacement dans le cadre des maladies cardiaques. Cependant, l'utilisation de telles cellules requiert une compréhension poussée des mécanismes moléculaire régulant la différenciation. Nous avons par le passé démontré que la différenciation des cellules souches embryonnaires en cardiomyocytes est favorisée par l'inactivation de la voie d'activation intracellulaire dépendante du récepteur Notch 1. Nous avons donc comparé deux lignées de cellules souches embryonnaires, une présentant une voie d'activation Notchl normale et une chez laquelle les allèles codant pour le récepteur Notchl avaient été invalidés, de façon à identifier les gènes impliqués dans la capacité augmentée des cellules déficientes à produire des cardiomyocytes. En utilisant du séquençage d'ARN à haut débit, nous avons trouvé environ 300 gènes différemment exprimés dans les cellules déficientes pour Notchl. Par ailleurs, des évidences de plus en plus nombreuses suggèrent qu'une nouvelle classe de molécules appelée « long noncoding RNAs » joue un rôle prépondérant dans la maintenance de l'état non différencié et de la capacité de différenciation des cellules souches embryonnaires. Nous avons trouvé que plusieurs « long noncoding RNAs » étaient modulés en l'absence de Notchl, et en particulier deux molécules que nous avons appelées lncl230 et lncl335. Ces derniers représentent des candidats potentiels devant permettre de favoriser la production de cardiomyocytes. Nous avons en effet démontré que la surexpression de ces deux candidats dans des cellules souches embryonnaires résultait en une surproduction de cardiomyocytes. De plus, nous avons également identifié plusieurs microRNAs dont l'expression était modulée dans les cellules souches embryonnaires déficientes dans la voie Notchl. De façon intéressante, parmi ces microRNAs, le miR-142-5p et le miR-381-3p sont capables de cibler lncl230 and lncl335. Dans l'ensemble, ces résultats indiquent donc que des réseaux d'interaction dépendant de la voie d'activation Notch 1 et impliquant des ARNs non codant existent dans les cellules souches embryonnaires pour réguler leur différenciation en différent types cellulaires spécifiques.

c-Myc controls the balance between hematopoietic stem cell self-renewal and differentiation.

The activity of adult stem cells is essential to replenish mature cells constantly lost due to normal tissue turnover. By a poorly understood mechanism, stem cells are maintained through self-renewal while concomitantly producing differentiated progeny. Here, we provide genetic evidence for an unexpected function of the c-Myc protein in the homeostasis of hematopoietic stem cells (HSCs). Conditional elimination of c-Myc activity in the bone marrow (BM) results in severe cytopenia and accumulation of HSCs in situ. Mutant HSCs self-renew and accumulate due to their failure to initiate normal stem cell differentiation. Impaired differentiation of c-Myc-deficient HSCs is linked to their localization in the differentiation preventative BM niche environment, and correlates with up-regulation of N-cadherin and a number of adhesion receptors, suggesting that release of HSCs from the stem cell niche requires c-Myc activity. Accordingly, enforced c-Myc expression in HSCs represses N-cadherin and integrins leading to loss of self-renewal activity at the expense of differentiation. Endogenous c-Myc is differentially expressed and induced upon differentiation of long-term HSCs. Collectively, our data indicate that c-Myc controls the balance between stem cell self-renewal and differentiation, presumably by regulating the interaction between HSCs and their niche.

Derivation of traceable and transplantable photoreceptors from mouse embryonic stem cells.

Retinal degenerative diseases resulting in the loss of photoreceptors are one of the major causes of blindness. Photoreceptor replacement therapy is a promising treatment because the transplantation of retina-derived photoreceptors can be applied now to different murine retinopathies to restore visual function. To have an unlimited source of photoreceptors, we derived a transgenic embryonic stem cell (ESC) line in which the Crx-GFP transgene is expressed in photoreceptors and assessed the capacity of a 3D culture protocol to produce integration-competent photoreceptors. This culture system allows the production of a large number of photoreceptors recapitulating the in vivo development. After transplantation, integrated cells showed the typical morphology of mature rods bearing external segments and ribbon synapses. We conclude that a 3D protocol coupled with ESCs provides a safe and renewable source of photoreceptors displaying a development and transplantation competence comparable to photoreceptors from age-matched retinas.

Novel insulated gamma and lentis retroviral vectors towards safer genetic modification of stem cells

In otherwise successful gene therapy trials insertional mutagenesis has resulted in leukemia. The identification of new short synthetic genetic insulator elements (GIE) which would both prevent such activation effects and shield the transgene from silencing, is a main challenge. Previous attempts with e.g. b-globin HS4, have met with poor efficacy and genetic instability. We have investigated potential improvement with two new candidate synthetic GIEs in SIN-gamma and lentiviral vectors. With each constructs two internal promoters have been tested: either the strong Fr- MuLV-U3 or the housekeeping hPGK.We could identify a specific combination of insulator 2 repeats which translates into best functional activity, high titers and boundary effect in both gammaretro and lentivectors. In target cells a dramatic shift of expression is observed with an homogenous profile the level of which strictly depends on the promoter strength. These data remain stable in both HeLa cells over three months and cord blood HSCs for two months, irrespective of the multiplicity of infection (MOI). In comparison, control native and SIN vectors expression levels show heterogeneous, depend on the MOI and prove unstable. We have undertaken genotoxicity assessment in comparing integration patterns ingenuity in human target cells sampled over three months using high-throughput pyro-sequencing. Data will be presented. Further genotoxicity assessment will include in vivo studies. We have established insulated vectors which harbour both boundary and enhancer-blocking effect and show stable in prolonged in vitro culture conditions. Work performed with support of EC-DG research FP6-NoE, CLINIGENE: LSHB-CT-2006-018933

Neurotrophic activity of human adipose stem cells isolated from deep and superficial layers of abdominal fat.

New approaches to the clinical treatment of traumatic nerve injuries may one day utilize stem cells to enhance nerve regeneration. Adipose-derived stem cells (ASC) are found in abundant quantities and can be harvested by minimally invasive procedures that should facilitate their use in such regenerative applications. We have analyzed the properties of human ASC isolated from the deep and superficial layers of abdominal fat tissue obtained during abdominoplasty procedures. Cells from the superficial layer proliferate significantly faster than those from the deep layer. In both the deep and superficial layers, ASC express the pluripotent stem cell markers oct4 and nanog and also the stro-1 cell surface antigen. Superficial layer ASC induce the significantly enhanced outgrowth of neurite-like processes from neuronal cell lines when compared with that of deep layer cells. However, analysis by reverse transcription with the polymerase chain reaction and by enzyme-linked immunosorbent assay has revealed that ASC isolated from both layers express similar levels of the following neurotrophic factors: nerve growth factor, brain-derived neurotrophic factor and glial-derived neurotrophic factor. Thus, human ASC show promising potential for the treatment of traumatic nerve injuries. In particular, superficial layer ASC warrant further analysis of their neurotrophic molecules.

Extensive microRNA-mediated crosstalk between lncRNAs and mRNAs in mouse embryonic stem cells.

Recently, a handful of intergenic long noncoding RNAs (lncRNAs) have been shown to compete with mRNAs for binding to miRNAs and to contribute to development and disease. Beyond these reports, little is yet known of the extent and functional consequences of miRNA-mediated regulation of mRNA levels by lncRNAs. To gain further insight into lncRNA-mRNA miRNA-mediated crosstalk, we reanalyzed transcriptome-wide changes induced by the targeted knockdown of over 100 lncRNA transcripts in mouse embryonic stem cells (mESCs). We predicted that, on average, almost one-fifth of the transcript level changes induced by lncRNAs are dependent on miRNAs that are highly abundant in mESCs. We validated these findings experimentally by temporally profiling transcriptome-wide changes in gene expression following the loss of miRNA biogenesis in mESCs. Following the depletion of miRNAs, we found that >50% of lncRNAs and their miRNA-dependent mRNA targets were up-regulated coordinately, consistent with their interaction being miRNA-mediated. These lncRNAs are preferentially located in the cytoplasm, and the response elements for miRNAs they share with their targets have been preserved in mammals by purifying selection. Lastly, miRNA-dependent mRNA targets of each lncRNA tended to share common biological functions. Post-transcriptional miRNA-mediated crosstalk between lncRNAs and mRNA, in mESCs, is thus surprisingly prevalent, conserved in mammals, and likely to contribute to critical developmental processes.

Ewing sarcoma cancer stem cells : from mechanisms to therapeutic targeting

Le sarcome d'Ewing (SE) est la 2ème tumeur des os la plus fréquente chez les enfants, et le pronostic est sombre au stade métastatique. La pathogenèse du SE repose sur une translocation, provocant la fusion du domaine activateur du facteur de transcription EWS, avec la partie liant l'ADN de la protéine FLI-1. Les cellules souches cancéreuses (CSC) sont supposées être les moteurs de la croissance tumorale, et représente de ce fait des cibles thérapeutiques préférentielles. Dans ce travail nous nous sommes efforcés de comprendre, ainsi que de cibler les mécanismes liés à l'émergence des CSC dans le sarcome d'Ewing. La formation des CSC du ES est liée à un défaut de maturation des miRNAs provoqué par une sous-expression d'un gène, TARBP2, dans les CSC. Ce défaut de maturation peut être corrigé par un traitement des cellules avec de l'enoxacine, une fluoroquinolone utilisée pour traiter les infections urinaires. L'enoxacine seule n'étant pas suffisante pour éradiquer les tumeurs in vivo, nous avons testé la combinaison d'une thérapie ciblée sur les CSC avec une chimiothérapie classique, la doxorubicine, ciblant les cellules différentiées. In vitro l'enoxacine induit l'apoptose dans les CCS sans affecter les cellules différentiées, alors que à l'inverse, la doxorubicine n'affecte que les cellules de la « masse » tumorale. In vivo la combinaison de ces deux drogues inhibe la croissance de tumeurs provenant de cellules primaires xenotranplantées et éradique les CSCs. Nos résultats mettent en lumière une nouvelle approche thérapeutique directement applicable pour le sarcome d'Ewing, et pourraient ainsi rapidement déboucher sur des essais cliniques. Dans la deuxième partie de ce travail nous avons essayé de comprendre comment EWS-FLI1, la protéine de fusion issue de la translocation chromosomique du sarcome d'Ewing conduit à la génération des CSC. Pour cela nous avons effectué des ChIPseq (immunoprecipitation de la chromatine suivi de séquençage) pour EWS-FLI1 ainsi que pour certaines modifications histoniques. -- Ewing sarcoma family tumors (ESFT) are the second most frequent bone tumors in children and have a high rate of recurrence when metastatic at presentation. The pathogenesis of Ewing sarcoma is underlayed by a translocation, leading to the fusion of the trans-activating domain of EWS with the FLU DNA binding domain. Cancer stem cells (CSCs) are thought to be the driving force of tumor growth. In this work we focused on understanding the mechanisms underlying ESFT CSC emergence as well as defining targeted therapeutic strategies. Emergence of CSCs in ESFT has been shown to arise from a defect in TARBP2-dependent microRNA maturation, which can be corrected by exposure to the fluoroquinolone enoxacin. As enoxacin alone is not sufficient to reverse tumor growth in vivo, we assessed the effect of combining a drug that abrogates CSC properties with doxorubicin, a standard-of-care therapy in ESFT. Primary ESFT CSCs and bulk tumor cells were treated with different concentration of drugs and displayed divergent responses to doxorubicin and enoxacin. Doxorubicin, which targets the tumor bulk, displayed toxicity toward primary adherent ESFT cells in culture but not to CSC-enriched ESFT spheres. Conversely, enoxacin induced apoptosis but only in ESFT spheres and specifically on the CD133+ population. In combination, the two drugs markedly depleted CSC and strongly reduced primary growth in xenograft assays of two primary ESFT. Our results identify a potentially attractive therapeutic strategy for ESFT that combines mechanism-based targeting of CSC using a low toxicity antibiotic with a standard-of-care cytotoxic drug, offering immediate applications for clinical evaluation. In the second part of this work we performed chromatin immunopercipitation on CSCs and bulk cells for EWS-FLI1 binding as well as some chromatin modifications, and concluded that EWS-FLI1 shows cell context dependent binding.

Induced pluripotent stem cells as a promising tool to study the effect of interleukin-22 in multiple sclerosis

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie démyélinisante du système nerveux central (SNC) provoquant des pertes motrices, sensitives et cognitives. La SEP se déclare chez le jeune adulte ayant des prédispositions génétiques, mais semble induite, par des facteurs environnementaux. La SEP touche principalement les femmes et sa prévalence dans les zones à haut risque, tel que la Suisse, est de 0.1%. Bien que son étiologie exacte reste méconnue, nous savons que la maladie est médiée par des lymphocytes T autoréactifs périphériques, qui infiltrent le SNC où ils activent d'autres cellules immunitaires ainsi que les cellules du SNC elles-mêmes, créant un foyer inflammatoire, qui va attaquer et finir par tuer les oligodendrocytes et les neurones. Les épisodes inflammatoires sont entrecoupés par des phases de rémission associées à une guérison partielle des lésions. Cette première phase de la maladie, comprenant des épisodes inflammatoires et de rémissions est appelé SEP récurrente-rémittente (SEP-RR) et touche 90% des patients. Elle évolue, dans deux-tiers des cas, vers une SEP secondaire progressive (SEP-SP), qui est caractérisée par une progression constante de la maladie, associée à une réduction de l'inflammation mais une augmentation de la neurodégénérescence. Les patients souffrants de SEP primaire progressive (SEP-PP) développent directement les symptômes de la phase progressive de la maladie. Les thérapies disponibles ont considérablement amélioré l'évolution de la maladie des patients SEP-RR, en agissant sur une diminution de la réponse immunitaire et donc de l'inflammation. Cependant, ces traitements sont inefficaces chez les patients SEP-SP et SEP-PP, n'agissant pas sur la neurodégénérescence. IL-22, une cytokine sécrétée notoirement par les cellules Th17, a été associée à la SEP en contribuant à la perméabilisation de la barrière hémato-encéphalique et à l'inflammation du SNC, qui sont des étapes clés de la pathogenèse de la maladie. En outre, le gène codant pour un inhibiteur puissant d'IL- 22, 'IL-22 binding protein' (IL-22BP), a été démontré comme un facteur de risque de la SEP. Ces indices nous ont poussés à nous intéresser de plus près au rôle de l'IL-22 dans la SEP. Nous avons pu montrer qu'IL-22 et IL-22BP étaient augmentées dans le sang des patients SEP par rapport à des sujets sains. Nous avons trouvé qu'IL-22 cible spécifiquement les astrocytes dans le SNC et que son récepteur est particulièrement exprimé dans les lésions des patient SEP. Contre toute attente, nous avons pu montrer que l'IL-22 semble soutenir la survie des astrocytes. Cette découverte, suggérant qu'IL-22 serait protecteur pour le SNC et pour la SEP, confirme de récentes publications et ouvre la voie à de potentielles applications thérapeutiques. En parallèle, dans le but de mieux comprendre l'immunopathogenèse de la SEP, nous avons développé les techniques de culture de cellules souches pluripotentes induites (iPSC). Nos iPSC sont dérivées du sang des donneurs et acquièrent toutes les propriétés des cellules souches embryonnaires après induction. Les iPSC peuvent ensuite être différenciées en différents types de cellules, dont les cellules du SNC. Nous avons ainsi pu obtenir avec succès des neurones, dérivés de cellules du sang, en passant par le stade des iPSC. La prochaine étape consiste à générer des cultures d'astrocytes et d'oligodendrocytes et ainsi obtenir les principales cellules du SNC, le but étant de former de véritables 'cerveaux-en-culture'. Cet outil semble particulièrement adapté à l'étude de l'activité de diverses molécules sur les cellules du SNC, comme par exemple l'IL-22 et d'autres molécules ayant un potentiel intérêt thérapeutique au niveau du SNC. Le but ultime étant de développer des co-cultures de cellules du SNC avec des cellules immunitaires autologues, de patients SEP et de sujets sains, afin de mettre en évidence l'attaque des cellules du SNC par des leucocytes autoréactifs. Ce projet prospectif a permis d'accroître nos connaissance sur des aspects immunitaires de la SEP et à pour but de mieux comprendre l'immunopathogenèse de la SEP afin d'élaborer de nouvelles stratégies thérapeutiques. -- La sclérose en plaques est une maladie auto-inflammatoire du système nerveux central conduisant à la destruction de la myéline, indispensable à la conduction nerveuse, et finalement à la mort des neurones eux-mêmes. Cela a pour conséquence des pertes motrices, sensorielles et cognitives, qui ont tendance à s'aggraver au fil de la maladie. Elle se déclare chez le jeune adulte, entre l'âge de 20 et 40 ans, et prédomine chez la femme. En Suisse, environ une personne sur l'OOO est atteinte de sclérose en plaques. Les causes exactes de cette maladie, qui incluent des facteurs génétiques et environnementaux, sont encore mal connues. Des traitements de plus en plus efficaces ont été développés ces dernières années et ont permis de drastiquement améliorer l'évolution de la maladie chez les patients atteints de sclérose en plaques. Cependant, ces traitements ne sont efficaces que sur certaines catégories de patients et peuvent engendrer de lourds effets secondaires. Ces thérapies agissent presque exclusivement sur les cellules du système immunitaire en les désactivant partiellement, mais pas sur les cellules nerveuses, qui sont pourtant celles qui conditionnent le devenir du patient. Le développement de médicaments protégeant ou permettant la régénération des cellules du système nerveux central est donc primordial. L'étude de l'interleukine-22 nous a permis de montrer que cette cytokine ('hormone' du système immunitaire) pouvait cibler spécifiquement les astrocytes, des cellules gliales qui jouent un rôle central dans le maintien de l'équilibre du système nerveux central. Nos recherches ont montré que cette interleukine-22 permettrait une meilleure survie des astrocytes durant la phase aiguë de la maladie et aurait aussi des propriétés neuroprotectrices. En parallèle, nous sommes en train de développer un nouveau modèle in vitro d'étude de la sclérose en plaques grâce à la technologie des cellules souches pluripotentes induites. Ces cellules souches sont induites à partir de cellules du sang du donneur et acquièrent toutes les caractéristiques des cellules souches embryonnaires présentes dans un organisme en formation. Ainsi, ces cellules souches pluripotentes ont, par exemple, la capacité de se différencier en cellules du système nerveux central. Nous avons pu, de cette manière, obtenir des neurones. Le but ultime serait de pouvoir reconstituer une ébauche de cerveau in vitro, en cultivant ensemble différents types de cellules du système nerveux central, afin d'y réaliser des expériences avec des cellules immunitaires du même donneur. Ces travaux ont pour but d'améliorer notre compréhension de la pathogenèse de la sclérose en plaques et de permettre le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. --Multiple sclerosis (MS) is a demyelinating disease of the central nervous system leading to cognitive, sensitive and motor disabilities. MS occurs in genetically predisposed young adults with probable environmental triggers. MS affects predominantly women and its prevalence in high risk area such as Switzerland is 0.1%. Though its exact aetiology remains undetermined, we know that autoreactive T cells from de periphery are reactivated and recruited into the central nervous system (CNS) were they further activate other immune cells and resident cells, creating inflammatory foci, where oligodendrocytes and neurons are insulted and, eventually, killed. Inflammatory episodes, called relapses, are interspersed with remission phases where partial recovery of the lesions occurs. This first phase of the disease, occurring in 90% of the patients, is called relapsing-remitting MS (RR-MS) and is leading, in two-third of the cases, to secondary-progressive MS (SP-MS), where there is a continuous steady progression of the disease, associated with reduced inflammation but increased neurodegeneration. Primary-progressive MS (PP-MS) patients experience directly this progressive phase of the disease. Whereas disease modifying therapies have dramatically ameliorated the disease course of RR-MS patients by dampening immunity and, in turn, inflammation, treatments of SP-MS and PP-MS patients, who suffer primarily from the neurodegenerative aspect of the disease, are still inexistent. IL-22, a pro-inflammatory Th17 cell cytokine, has been associated with MS by participating to blood-brain barrier infiltration and CNS inflammation, which are crucial steps in MS pathogenesis. In addition, the gene coding for IL-22 binding protein (IL-22BP), which is a potent secreted IL-22 inhibitor, has been associated with MS risk. These findings call for further investigation on the role of IL-22 in MS. We detected increased IL-22 and IL-22BP in the blood of MS patients as compared to healthy controls. Acting exclusively on cells of nonhematopoietic origin, we found that IL-22 targets specifically astrocytes in the CNS and that its receptor is highly expressed in the lesion of MS patients. Unexpectedly, we found that IL-22 seems to promote survival of astrocytes. This finding, suggesting that IL-22 might be protective for the CNS in the context of MS, is consistent with recent publications and might open putative therapeutic applications at the CNS level. In parallel, with the aim of better understanding the immunopathogenesis of MS, we developed induced pluripotent stem cell (iPSC) techniques. IPSC are derived from blood cells of the donors and bear embryonic stem cell properties. IPSC can be differentiated into various cell types including CNS cells. We successfully obtained neurons derived from the donor blood cells, through iPSC. We further aim at developing astrocytes and oligodendrocytes cultures to recreate a 'brain-in-a-dish'. This would be a powerful tool to test the activity of various compounds on CNS cells, including IL-22 and other putative neuroprotective drugs. Ultimately, the goal is to develop co-cultures of CNS cells with autologous immune cells of MS patients as well as healthy controls to try to expose evidence of CNS cells targeted by autoreactive leukocytes. This prospective project has increased our knowledge of immune aspects of MS and further aims at better understanding the immunopathology of MS in order to pave the way to the elaboration of new therapeutic strategies.

Different Effects of BORIS/CTCFL on Stemness Gene Expression, Sphere Formation and Cell Survival in Epithelial Cancer Stem Cells.

Cancer stem cells are cancer cells characterized by stem cell properties and represent a small population of tumor cells that drives tumor development, progression, metastasis and drug resistance. To date, the molecular mechanisms that generate and regulate cancer stem cells are not well defined. BORIS (Brother of Regulator of Imprinted Sites) or CTCFL (CTCF-like) is a DNA-binding protein that is expressed in normal tissues only in germ cells and is re-activated in tumors. Recent evidences have highlighted the correlation of BORIS/CTCFL expression with poor overall survival of different cancer patients. We have previously shown an association of BORIS-expressing cells with stemness gene expression in embryonic cancer cells. Here, we studied the role of BORIS in epithelial tumor cells. Using BORIS-molecular beacon that was already validated, we were able to show the presence of BORIS mRNA in cancer stem cell-enriched populations (side population and spheres) of cervical, colon and breast tumor cells. BORIS silencing studies showed a decrease of sphere formation capacity in breast and colon tumor cells. Importantly, BORIS-silencing led to down-regulation of hTERT, stem cell (NANOG, OCT4, SOX2 and BMI1) and cancer stem cell markers (ABCG2, CD44 and ALDH1) genes. Conversely, BORIS-induction led to up-regulation of the same genes. These phenotypes were observed in cervical, colon and invasive breast tumor cells. However, a completely different behavior was observed in the non-invasive breast tumor cells (MCF7). Indeed, these cells acquired an epithelial mesenchymal transition phenotype after BORIS silencing. Our results demonstrate that BORIS is associated with cancer stem cell-enriched populations of several epithelial tumor cells and the different phenotypes depend on the origin of tumor cells.

Collagen (NeuraGen®) nerve conduits and stem cells for peripheral nerve gap repair

Le système nerveux périphérique est responsable de la transmission des impulses motrices, ainsi que de la réception des afférences sensorielles. Les lésions traumatiques des nerfs périphériques conduisent à une impotence fonctionnelle qui peut être dévastant, notamment chez les travailleurs manuels,. La récupération fonctionnelle est donc le but principal dans chirurgie des nerfs périphériques. Malheureusement, une suture directe des moignons nerveux est souvent impossible dans le contexte des traumatismes complexes qui surviennent lors des accidents. La suture nerveuse par interposition d'autogreffe reste le gold standard dans la pratique chirurgicale mais nécessite le sacrifice d'un nerf donneur, avec dysesthésie et possibles douleurs neuropathiques conséquentes. Alternativement, des guides tubulaires pour les nerfs peuvent être utilisées si le gap nerveux est inférieur à 3 cm. Plusieurs guides résorbables en collagène sont approuve en Europe et aux Etas Unis (FDA). Dans cette étude, des conduits de collagène ont été associe a des cellules régénératives (cellules souches adultes) comme stratégie supplémentaire de régénération. Une fois testé le rapport des cellules avec le biomatériau (NeuraGen® nerve guides) in vitro, une étude in vivo dans le rat a été effectuée. Les différents groupes de conduits ont été supplémentés respectivement avec Schwann cells (SC); avec cellules souches adultes dérivées de la moelle épinière, différentiées en cellules "Schwann-like" (dMSC); avec cellules souches adultes dérivées de la graisse, différentiées en cellules "Schwann-like" (dASC). Un groupe de conduits avec du milieu de culture sans cellules a été utilisé comme group control. Les conduits ont été utilisés pour combler un gap de 1cm dans un model de section totale du nerf sciatique chez le rat. Deux semaines post implantation, une analyse immuno-histochimique a été effectuée pour évaluer la régénération axonales et l'infiltration de cellules de Schwann au niveau du conduit. Les cellules ont montré une adhérence efficace aux parois de collagène. En particulier, les cellules de Schwann ont montré une amélioration significative au niveau du sprouting distale. Par contre, aucune différence significative n'a été remarquée entre les groupes pour le sprouting axonale proximal. De plus, si les cellules souches ont montré un pattern de sprouting diffus, les cellules de Schwann ont par contre garanti un cône de croissance typique, associé a une affinité remarquable pour les parois de collagène. NeuraGen® guides pourraient donc être un moyen adapté a l'association avec la thérapie cellulaire en raison de la bonne adhérence des cellules au biomatériau. Des modifications de surface dans le but d'améliorer la performance neurotrophique cellulaire in vivo (e.g. peptides de matrice extracellulaire) pourront être utilisées dans des applications futures.

Impact of platelet rich plasma and adipose stem cells on lymphangiogenesis in a murine tail lymphedema model.

BACKGROUND: Lymphedema is an underdiagnosed pathology which in industrialized countries mainly affects cancer patients that underwent lymph node dissection and/or radiation. Currently no effective therapy is available so that patients' life quality is compromised by swellings of the concerned body region. This unfortunate condition is associated with body imbalance and subsequent osteochondral deformations and impaired function as well as with an increased risk of potentially life threatening soft tissue infections. METHODS: The effects of PRP and ASC on angiogenesis (anti-CD31 staining), microcirculation (Laser Doppler Imaging), lymphangiogenesis (anti-LYVE1 staining), microvascular architecture (corrosion casting) and wound healing (digital planimetry) are studied in a murine tail lymphedema model. RESULTS: Wounds treated by PRP and ASC healed faster and showed a significantly increased epithelialization mainly from the proximal wound margin. The application of PRP induced a significantly increased lymphangiogenesis while the application of ASC did not induce any significant change in this regard. CONCLUSIONS: PRP and ASC affect lymphangiogenesis and lymphedema development and might represent a promising approach to improve regeneration of lymphatic vessels, restore disrupted lymphatic circulation and treat or prevent lymphedema alone or in combination with currently available lymphedema therapies.

Analyse de modèles murins adultes de régénération cardiaque

Résumé Le mammifère adulte possède des capacités de régénération tissulaire beaucoup plus limitées que celles des mammifères à l'âge foetal, ou d'autres vertébrés adultes comme les amphibiens urodèles et anuriens. Le mode de réparation tissulaire généralement utilisé par le mammifère adulte est la cicatrisation. Celle-ci suit un déroulement physio-pathologique très reproductible, qui a été le mieux décrit dans la peau, mais est également applicable à d'autres tissus comme le coeur en cas d'infarctus. Toutefois, le coeur de mammifère adulte semble posséder un certain potentiel régénérateur, bien qu'insuffisant pour réparer une lésion d'infarctus; en particulier, il contient des populations de cellules exprimant des marqueurs de surface des cellules souches hématopoiétiques comme l'antigène de cellules souches (stem cell antigen; Sca-1) ou le récepteur pour le facteur de cellules souches (stem cell factor; SCF), c-kit. Le comportement de ces cellules ressemble à de nombreux égards à celui de cellules souches adultes résidentes. D'autre part, un modèle mammifère adulte de régénération tissulaire, la souris NIRL, a été décrit ,récemment ; si cette souris répare. l'infarctus ischémique du ventricule gauche par cicatrisation, elle est par contre capable de régénérer complètement le myocarde après cryoinfarctus du ventricule droit, sans former la moindre cicatrice. Le but de cette thèse a été l'exploration par différentes approches des potentiels régénérateurs cardiaques après infarctus chez le mammifère adulte. La première approche choisie a été l'étude de la régénération myocardique chez la souris MRL. Il s'agissait de comprendre pourquoi la souris MRL régénère le coeur après cryoinfarctus du ventricule droit, et pas après infarctus ischémique du ventricule gauche, ainsi que d'élucider les mécanismes à la base de la régénération cardiaque chez cette souris. En utilisant le protocole original d'infarctus cryogénique du ventricule droit, nous n'avons pas observé de régénération cardiaque chez la souris MRL, qui a réparé l'infarctus par cicatrisation.- Nous avons ensuite modifié la sévérité du stimulus cryogénique, la localisation de la lésion cardiaque, et le type de lésion lui-même (infarctus ischémique induit par ligature coronarienne). En théorie, ces aspects expérimentaux sont les principaux facteurs pouvant influencer la réparation tissulaire. En utilisant cinq protocoles expérimentaux différents, nous n'avons pas observé de régénération cardiaque chez la souris MRL. Nous avons également analysé la prolifération cellulaire dans trois régions différentes du coeur à 15 et 40 jours après infarctus, et n'avons pas observé de différence entre la souris MRL et la souris contrôle C57B1/6. Quant à la composition en collagène de la cicatrice, elle est la même chez les deux souches de souris. Nos résultats ne peuvent donc pas confirmer la validité de ce modèle marin de régénération cardiaque récemment publié. Nous nous sommes alors tournés vers une deuxième approche d'étude du potentiel régénérateur du coeur de mammifère adulte, celle des cellules souches adultes résidentes. Nous avons isolé et purifié la population de cellules cardiaques qui expriment le marqueur de surface Sca-1 ;nous les avons maintenues en cultures pendant plusieurs dizaines de passages, et les avons ré-injectées dans le myocarde. Cette deuxième approche .ouvre la voie à l'étude de cellules souches cardiaques adultes candidates, ainsi qu'à la thérapie cellulaire de l'infarctus du myocarde. Summary Adult mammals possess limited tissue regeneration capacities as compared to foetal mammals or other adult vertebrates such as anurian and urodele amphibians. Usually, adult mammals heal tissues by scarring. The process of scarring is characterized by physiopathological events which have been best studied in skin; but which also occur in other organs like the heart. Nevertheless, the adult mammalian heart seems to possess a certain regenerative potential, though insufficient to efficiently repair infarct lesions. It indeed contains cell populations expressing haematopoietic stem cell surface markers such as Scat or c-kit. These cells behave in many ways like resident adult. stem cells. On the other hand; an adult mammalian model of tissue regeneration, the MRL mouse, has been recently described; although this mouse repairs an ischemic infarct of the left ventricle by scarring, it is able of fully regenerating a cryoinfarction of the right ventricle without scanning . The goal of this thesis was to explore the regenerative potential of the adult mammalian heart after infarction by using different approaches. A first approach was to study the myocardial regeneration in the MRL mouse. It was about understanding why this mouse regenerates a right ventricular cryoinfarction and not an ischemic infarction of the left ventricle, as well as elucidating the mechanisms underlying myocardial regeneration in this model. By using the original protocol of right ventricular cryoinfarction, we did not observe any heart regeneration in the MRL mouse, which healed the infarct by scarring. We then modified the intensity of the cryogenic stimulus, the site of lesion, and -the type of lesion itself (ischemic infarction by coronary artery ligation). In theory, these experimental aspects are the main factors likely to influence tissue repair. Although. we used five different protocols, we did not observe any regeneration in the MRL mouse. We also analysed cell proliferation in three different regions of the heart, at 15 and 40 days after infarction, and did not see any difference between the MRL and C57B1/6 mouse. Collagen content of the scar was shown to be the same in both strains. Our results cannot confirm the validity of this recently published model. We then chose another way to study the adult mammalian heart regenerative potential, by taking the adult resident stem cells approach. We isolated and purified a cardiac cell population expressing the Sca-1 surface marker; we kept these cells in culture for over 30 passages, and re-injected them into the myocardium. This second approach opens the way to candidate adult cardiac stem cell study, as well as cell therapy.

Regenerative Medicine at the Single Cell Level

Adult stem cells are instrumental for renewal, regeneration, and repair. Self-renewal and the capacity to generate a tissue for an extended period of time (theoretically a life time) are fundamental properties of adult stem cells that allow longterm tissue reconstruction from a single stem cell as experimentally demonstrated with the bone marrow and the skin. Moreover, human epidermal stem cells (holoclones) can be extensively expanded and manipulated in culture before they are transplanted. We have taken advantage of these unique capacities to demonstrate the feasibility of a single epidermal stem cell approach for ex vivo gene therapy using recessive dystrophic epidermolysis bullosa (RDEB) as a model system. We have demonstrated that is possible to reconstruct a functional epidermis and anchoring fibers from the progeny of a single RDEB epidermal stem cell transduced with a Col7a1 cDNA by means of a SIN retrovirus. Demonstrations of safe proviral insertion, absence of tumorogenicity and of dissemination of the transduced engrafted cells meet regulatory affairs safety requirements.