Identification and characterization of novel molecular mechanisms involved in initiation and progression of myelination

Schwann cells synthesize a large amount of membrane that form a specialized structure called myelin that surrounds axons and facilitate the transmission of electrical signal along neurons in peripheral nervous system (PNS). Previous studies demonstrated that both Schwann cell differentiation and de-differentiation (in the situation of a nerve injury or demyelinating disease) are regulated by cell-intrinsic regulators including several transcription factors. In particular, the de-differentiation of mature Schwann cells is driven by the activation of multiple negative regulators of myelination including Sox2, c-Jun, Notch and Pax3, all usually expressed in immature Schwann cells and suppressed at the onset of myelination. In order to identify new regulators of myelination involved in the development of the PNS, we analyzed the gene-expression profiling data from developing PNS and from three models of demyelinating neuropathies. This analysis led to the identification of Sox4, a member of the Sox family of transcription factors, as a potential candidate. To characterize the molecular function of Sox4 in PNS, we generated two transgenic lines of mice, which overexpress Sox4 specifically in Schwann cells. Detailed analysis of these mice showed that the overexpression of Sox4 in Schwann cells causes a delay in progression of myelination between post-natal day 2 (P2) and P5. Our in vitro analysis suggested that Sox4 cDNA can be overexpressed while the protein translation is tightly regulated. Interestingly, we observed that Sox4 protein is stabilized in nerves of the CMT4C mouse, a model of the human neuropathy. We therefore crossed Sox4 transgenic mice with CMT4C mice and we observed that Sox4 overexpression exacerbated the neuropathy phenotype in these mice. While recognized as being crucial for the normal function of both neurons and myelinating glial cells, the processes that regulate the beginning of myelination and the nature of the neuro-glial cross-talk remains mostly unknown. In order to gain insight into the molecular pathways involved in the interactions between neurons and associated glial cells, we developed a neuron-glia co-culture system based on microfluidic chambers and successfully induced myelination in this system by ascorbic acid. Importantly, we observed that in addition to acting on Schwann cells, ascorbic acid also modulate neuronal/axonal NRG1/ErbB2-B3 signalling. The experimental setting used in our study thus allowed us to discover a novel phenomena of propagation for myelination in vitro. The further characterization of this event brought us to identify other compounds able to induce myelination: ADAMs secretases inhibitor GM6001 and cyclic-AMP. The results generated during my thesis project are therefore not only important for the advancement of our understanding of how the PNS works, but may also potentially help to develop new therapies aiming at improvement of PNS myelination under disease conditions. - Les cellules de Schwann synthétisent une grande quantité de membrane formant une structure spécialisée appelée myéline qui entoure les axones et facilite la transmission du signal électrique le long des neurones du système nerveux périphérique (SNP). Des études antérieures ont démontré que la différenciation et la dédifférenciation des cellules de Schwann (dans la situation d'une lésion nerveuse ou d'une maladie démyélinisante) sont régulées par des régulateurs cellulaires intrinsèques, incluant plusieurs facteurs de transcription. En particulier, la dédifférenciation des cellules de Schwann matures est contrôlée par l'activation de plusieurs régulateurs négatifs de la myélinisation dont Sox2, c-Jun, Notch et Pax3, tous habituellement exprimés dans des cellules de Schwann immatures et supprimés au début de la myélinisation. Afin d'identifier de nouveaux régulateurs de myélinisation impliqués dans le développement du SNP, nous avons analysé le profil d'expression génique durant le développement du SNP ainsi que dans trois modèles de neuropathies démyélinisantes. Cette analyse a mené à l'identification de Sox4, un membre de la famille des facteurs de transcription Sox, comme étant un candidat potentiel. Dans le but de caractériser la fonction moléculaire de Sox4 dans le SNP, nous avons généré deux lignées transgéniques de souris qui surexpriment Sox4 spécifiquement dans les cellules de Schwann. L'analyse détaillée de ces souris a montré que la surexpression de Sox4 dans les cellules de Schwann provoque un retard dans la progression de la myélinisation entre le jour postnatal 2 (P2) et P5. Notre analyse in vitro a suggéré que l'ADNc de Sox4 peut être surexprimé alors que la traduction des protéines est quand à elle étroitement régulée. De façon intéressante, nous avons observé que la protéine Sox4 est stabilisée dans les nerfs des souris CMT4C, un modèle de neuropathie humaine. Nous avons donc croisé les souris transgéniques Sox4 avec des souris CMT4C et avons observé que la surexpression de Sox4 exacerbe le phénotype de neuropathie chez ces souris. Bien que reconnus comme étant cruciaux pour le fonctionnement normal des neurones et des cellules gliales myélinisantes, les processus qui régulent le début de la myélinisation ainsi que la nature des interactions neurone-glie restent largement méconnus. Afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans les interactions entre les neurones et les cellules gliales leur étant associés, nous avons développé un système de co-culture neurone-glie basé sur des chambres microfluidiques et y avons induit avec succès la myélinisation avec de l'acide ascorbique. Étonnamment, nous avons remarqué que, en plus d'agir sur les cellules de Schwann, l'acide ascorbique module également la voie de signalisation neuronale/axonale NRG1/ErbB2-B3. Le protocole expérimental utilisé dans notre étude a ainsi permis de découvrir un nouveau phénomène de propagation de la myélinisation in vitro. La caractérisation plus poussée de ce phénomène nous a menés à identifier d'autres composés capables d'induire la myélinisation: L'inhibiteur de sécrétases ADAMs GM6001 et l'AMP cyclique. Les résultats obtenus au cours de mon projet de thèse ne sont donc pas seulement importants pour l'avancement de notre compréhension sur la façon dont le SNP fonctionne, mais peuvent aussi potentiellement aider à développer de nouvelles thérapies visant à l'amélioration de la myélinisation du SNP dans des conditions pathologiques.

MOBP-specific cellular immune responses are weaker than MOG-specific cellular immune responses in patients with multiple sclerosis and healthy subjects.

Multiple sclerosis (MS) is an inflammatory and demyelinating disease of the central nervous system (CNS). Myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) and myelin oligodendrocyte basic protein (MOBP) were both shown to be highly encephalitogenic in animal models of MS. In contrast, the association of MOG- and MOBP-specific humoral or cellular immune responses and MS in humans is far less established. In this study, we sought to analyse MOG- and MOBP-specific T-cell responses in a large cohort of patients with various stages of the disease. Patients with other neurological diseases and healthy subjects were enrolled to serve as control study subjects. We determined the proliferation and the secretion of IFN-γ secretion in our cohort. We found that MOG-specific T-cell responses were higher and more frequent as compared to MOBP-specific ones. However, both MS patients and control study subjects had similar myelin-specific T-cell responses at the periphery, thus calling for more precise studies at CNS level.

Characterization of Epstein-Barr virus-specific immune responses and of the novel cytokine interleukin-26 in patients with multiple sclerosis

RÉSUMÉ La sclérose en plaques (SEP) est une maladie démyélinisante du système nerveux central (SNC) qui touche le plus souvent de jeunes femmes. Bien qu'elle ait été décrite pour la première fois il y a plus de 200 ans, son étiologie n'est pas encore complètement comprise. Contrairement à d'autres maladies purement génétiques, l'épidémiologie de la SEP ne peut être que partiellement expliquée par des facteurs génétiques. Ceci suggère que des facteurs environnementaux pourraient être impliqués dans la pathogenèse de la SEP. Parmi ceux-ci, le virus d'Epstein-Barr (EBV) est un excellent candidat, comme cela a été démontré par de larges études séroépidémiologiques ainsi que pax l'évaluation de la réponse cellulaire dans le sang. Bien que le SNC soit en fait la cible des réponses immunitaires anormales dans la SEP, peu d'études ont été accomplies sur les réponses immunitaires spécifiques à EBV dans ce compartiment. Ceci est particulièrement vrai chez des patients vivants chez lesquels des biopsies sont rarement effectuées, ainsi que pour les réponses cellulaires car très peu de cellules immunitaires peuvent être obtenues du SNC. Nous avons donc développé des conditions de cultures et un readout nous permettant d'étudier le nombre réduit de cellules disponibles dans le liquide céphalo-rachidien (LCR), qui représente le seul matériel pouvant être obtenu du SNC de patients SEP vivants. Nous avons trouvé que les réponses cellulaires et humorales spécifiques à EBV étaient augmentées dans le LCR des patients SEP comparé à du sang pairé, ainsi que par rapport à des patients avec d'autres maladies neurologiques inflammatoires et noninflammatoires. Afin de déterminer si les réponses immunitaires augmentées contre EBV étaient spécifiques à ce virus ou si elles reflétaient simplement une hyperactivation immunitaire aspécifique, nous avons comparé les réponses spécifiques à EBV avec celles spécifiques au cytomegalovirus (CNN). En effet, comme EBV, CNN est un herpesvirus neurotropique qui peut établir des infections latentes, mais ce dernier n'est pas considéré comme étant associé à la SEP. De façon intéressante, les réponses immunitaires spécifiques à CNN trouvées dans le LCR étaient plus basses que dans le sang, et ceci dans toutes les catégories de patients. Ces données suggèrent qu'une réactivation d'EBV pourrait avoir lieu dans le SNC des patients SEP à un stade précoce de la maladie et renforcent fortement l'hypothèse qu'EBV pourrait avoir un rôle déclencheur dans cette maladie. Ainsi, il pourrait être intéressant d'explorer si un traitement ou un vaccin efficace contre EBV peut prévenir le développement de la SEP. On ne connaît toujours pas la raison pour laquelle les réponses immunitaires spécifiques à EBV sont augmentées chez les patients SEP. Une hypothèse est que la réponse immunitaire est qualitativement différente chez les patients SEP par rapports aux contrôles. Pour examiner ceci, nous avons évalué le profile cytokinique de lymphocytes T CD4+ et CD8+ stimulés par EBV, mais nous n'avons pas pu mettre en évidence de différence remarquable entre patients SEP et sujets sains. Cette question reste donc ouverte et d'autres études sont justifiées. Il n'existe pas de marqueur fiable de la SEP. Ici, nous avons trouvé que la cytokine IL-26, récemment décrite, était augmentée dans les lymphocytes T CD8+ des patients avec une SEP secondairement progressive comparé à des patients SEP en poussée, des patients avec une SEP primairement progressive, des patients avec d'autres maladies neurologiques inflammatoires, ou des sujets sains. De plus, nous avons identifié des types de cellules dérivées du cerveau (astrocytes, oligodendrocytes et neurones) qui exprimaient le récepteur de l'IL-26. Ceci ouvre la voie à d'autres études afin de mieux comprendre la fonction de l'II.-26 et son interaction avec la. SEP. SUMMARY : Multiple sclerosis (MS) is a demyelinating disease affecting the central nervous system (CNS), mostly in young female adults. Although it was first described 200 years ago, its etiology is still not completely understood. Contrary to other purely genetic diseases, genetics can explain only part of MS epidemiology. Therefore, environmental factors that might be involved in MS pathogenesis were searched for. Among them, Epstein-Barr virus (EBV) is a strong potential candidate, such as shown by large seroepidemiological studies and cellular immune response assessments in the blood. Although the CNS is the actual target of abnormal immune responses in MS, few studies have been performed on EBV-specific immune responses in this compartment. This is particularly true for live patients, from which biopsy material is almost never available, and for cellular immune responses, since very few immune cells are available from the CNS. We therefore developed culture conditions and a readout that were compatible with the study of the reduced number of cells found in the cerebrospinal fluid (CSF), the only readily available material from the CNS of live ' MS patients. We found that EBV-specific cellular and humoral immune responses were increased in the CSF of MS patients as compared with paired blood, as well as compared with the CSF of patients with other inflammatory and non-inflammatory neurological diseases. To determine whether the enhanced immune responses against EBV were specific of this virus or simply reflected an aspecific immune hyperactivation, we compared the EBV- with the cytomegalovirus (CMV)-specific immune responses. Indeed, like EBV, CMV is a neurotrophic herpesvirus that can establish latent infections, but the latter is not considered to be associated with MS. Interestingly, CSF CMV-specific immune responses were lower than blood ones and this, in all patient categories. These findings suggest that EBV reactivation may be taking place in the CNS of patients at the early stages of MS and strengthen the hypothesis that EBV may have a triggering role in this disease. Therefore, it might be interesting to explore whether an efficient anti-EBV drug or vaccine is able to prevent MS development. The reason why EBV-specific immune responses are increased in MS patients is still missing. One hypothesis might be that the immune response against EBV is qualitatively different in MS patients as compared with controls. To examine this, we assessed the cytokine mRNA profile of EBV-stimulated CD4+ and CD8+ T cells, but could not find any remarkable difference between MS patients and healthy controls. Therefore, this question remains open and fiirther studies are warranted. Reliable disease markers are lacking for MS. Here, we found that the recently described cytokine IL-26 was increased in CD8+ T cells of patients with secondary progressive MS as compared with relapsing MS, primary progressive MS, other inflammatory neurological diseases and healthy controls. Moreover, we identified brain cell types (astrocytes, oligodendrocytes and neurons) that expressed the IL-26 receptor, paring the way for further studies to understand IL-26 function and its interaction with MS.

Mechanism of reduction of virus release and cell-cell fusion in persistent canine distemper virus infection.

Canine distemper virus (CDV), a mobillivirus related to measles virus causes a chronic progressive demyelinating disease, associated with persistence of the virus in the central nervous system (CNS). CNS persistence of morbilliviruses has been associated with cell-to-cell spread, thereby limiting immune detection. The mechanism of cell-to-cell spread remains uncertain. In the present study we studied viral spread comparing a cytolytic (non-persistent) and a persistent CDV strain in cell cultures. Cytolytic CDV spread in a compact concentric manner with extensive cell fusion and destruction of the monolayer. Persistent CDV exhibited a heterogeneous cell-to-cell pattern of spread without cell fusion and 100-fold reduction of infectious viral titers in supernatants as compared to the cytolytic strain. Ultrastructurally, low infectious titers correlated with limited budding of persistent CDV as compared to the cytolytic strain, which shed large numbers of viral particles. The pattern of heterogeneous cell-to-cell viral spread can be explained by low production of infectious viral particles in only few areas of the cell membrane. In this way persistent CDV only spreads to a small proportion of the cells surrounding an infected one. Our studies suggest that both cell-to-cell spread and limited production of infectious virus are related to reduced expression of fusogenic complexes in the cell membrane. Such complexes consist of a synergistic configuration of the attachment (H) and fusion (F) proteins on the cell surface. F und H proteins exhibited a marked degree of colocalization in cytolytic CDV infection but not in persistent CDV as seen by confocal laser microscopy. In addition, analysis of CDV F protein expression using vaccinia constructs of both strains revealed an additional large fraction of uncleaved fusion protein in the persistent strain. This suggests that the paucity of active fusion complexes is due to restricted intracellular processing of the viral fusion protein.

Recovery of a persistent Canine distemper virus expressing the enhanced green fluorescent protein from cloned cDNA.

Wild-type A75/17-Canine distemper virus (CDV) is a highly virulent strain, which induces a persistent infection in the central nervous system (CNS) with demyelinating disease. Wild-type A75/17-CDV, which is unable to replicate in cell lines to detectable levels, was adapted to grow in Vero cells and was designated A75/17-V. Sequence comparison between the two genomes revealed seven nucleotide differences located in the phosphoprotein (P), the matrix (M) and the large (L) genes. The P gene is polycistronic and encodes two auxiliary proteins, V and C, besides the P protein. The mutations resulted in amino acid changes in the P and V, but not in the C protein, as well as in the M and L proteins. Here, a rescue system was developed for the A75/17-V strain, which was shown to be attenuated in vivo, but retains a persistent infection phenotype in Vero cells. In order to track the recombinant virus, an additional transcription unit coding for the enhanced green fluorescent protein (eGFP) was inserted at the 3' proximal position in the A75/17-V cDNA clone. Reverse genetics technology will allow us to characterize the genetic determinants of A75/17-V CDV persistent infection in cell culture.

Role of the transcription factor sox4 in schwann cell development

Previous studies demonstrated that both Schwann cell differentiation and de-differentiation (in the situation of a nerve injury or demyelinating disease) are regulated by cell-intrinsic regulators including several transcription factors. In particular, the de-differentiation of mature Schwann cells is driven by the activation of multiple negative regulators of myelination including c-Jun, Notch, Sox-2 and Pax-3, all usually expressed in the immature Schwann cells and suppressed at the onset of myelination. In order to identify new negative regulators of myelination involved in the development of the peripheral nervous system (PNS) we analyzed the data from a previously performed transcriptional analysis of myelinating Schwann cells. Based on its transcriptional expression profile during myelination, Sox4, a member of the Sox gene family, was identified as a potential candidate. Previous studies demonstrated that prolonged Sox4 expression in oligodendrocytes maintains these cells in a premyelinating state, further suggesting its role as a negative regulator of myelination. Concomitantly, we observed upregulation of Sox4 mRNA and protein expression levels in the PNS of three different models of demyelinating neuropathies (Pmp22, Lpin1, and Scap KOs). To better characterize the molecular function of Sox4, we used a viral vector allowing Sox4 overexpression in cultured Schwann cells and in neuron-Schwann cell co-cultures. In parallel, we generated two transgenic lines of mice in which the overexpression of Sox4 is driven specifically in Schwann cells by the Myelin Protein Zero gene promoter. The preliminary data from these in vitro and in vivo experiments show that overexpression of Sox4 in PNS causes a delay in progression of myelination thus indicating that Sox4 acts as a negative regulator of Schwann cell myelination.

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.

Programming Hippocampal Neural Stem/Progenitor Cells into Oligodendrocytes Enhances Remyelination in the Adult Brain after Injury.

Demyelinating diseases are characterized by a loss of oligodendrocytes leading to axonal degeneration and impaired brain function. Current strategies used for the treatment of demyelinating disease such as multiple sclerosis largely rely on modulation of the immune system. Only limited treatment options are available for treating the later stages of the disease, and these treatments require regenerative therapies to ameliorate the consequences of oligodendrocyte loss and axonal impairment. Directed differentiation of adult hippocampal neural stem/progenitor cells (NSPCs) into oligodendrocytes may represent an endogenous source of glial cells for cell-replacement strategies aiming to treat demyelinating disease. Here, we show that Ascl1-mediated conversion of hippocampal NSPCs into mature oligodendrocytes enhances remyelination in a diphtheria-toxin (DT)-inducible, genetic model for demyelination. These findings highlight the potential of targeting hippocampal NSPCs for the treatment of demyelinated lesions in the adult brain.

Exploring Parallels Between Molecular Changes Induced in PNS by Aging and Demyelinating Neuropathies

The peripheral nervous system (PNS) is involved in many age-dependent neurological deficits, including numbness, pain, restless legs, trouble with walking and balance that are commonly found in the elderly. These symptoms generally result from demyelination and/or loss of axonal integrity. However, the precise identity of age-regulated molecular changes in either neuronal or glial compartments of the nerve is unclear. Interestingly, these deficiencies are also present in inherited neuropathies, where the expressivity of the rapid and early onset phenotypes is undeniably more severe than in normal aging. Nevertheless, especially the molecular changes underlying loss of axonal integrity in neuropathy condition are also poorly understood. To unravel molecular mechanisms affected by PNS aging, we used wildtype mice at 17 time-points from day of birth until senescence (28 months-old). For the neuropathy study, we focused on 56 day-old Schwann cell-specific neuropathy-inducing mutants, MPZCre/1/ LpinfE2-3/fE2-3 and MPZCre/1/ScapfE1/fE1 mice, that have, at this age, already developed neuropathic symptoms. Transcriptomes of dissected Schwann cell-containing endoneurium or sensory neuron-containing dorsal root ganglia have been analyzed throughout time or genotypes, using Illumina Bead Chips. Following data validation, we identified groups of differentially expressed genes in the development, aging and in the neuropathic mutants, in both glial and neuronal compartments. We detected substantial differences in the dynamics of changes in gene expression during development and aging between these two compartments. Furthermore, considering the above-mentioned phenotypic similarities, we integrated aging and mutant data. Interestingly, we observed that there are some parallels at the molecular level between processes involved in aging, which leads to less severe and more progressive PNS alterations, and in the rapid onset peripheral neuropathies. Apart from helping the understanding of molecular alterations underlying age-related PNS phenotypes, this data should also contribute to the identification of pathways that could be used as targets for therapeutical approaches to prevent complications associated with both aging and inherited forms of neuropathies.

Impairment and disability in 20 CIDP patients according to disease activity status.

Twenty patients with chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy (CIDP) meeting the EFNS/PNS criteria were examined in order to assess differences/similarities between the various grading systems according to CIDP disease activity status (CDAS). A principal component (PC) analysis and the correlations between the following scores were performed: Neurological Symptom Score; MRC sum score; Neurological Impairment Score; Hammersmith Functional Motor Scale; Inflammatory Neuropathy Cause and Treatment (INCAT) Sensory Sum Score; Overall Disability Sum Score; INCAT Disability Score; Rasch-built Overall Disability Scale. Our analysis outlined two main sets of scales, with high influence in the top two PCs. The first PC that best explained the variability within the cohort consisted of CDAS, general disability scores and motor scores; these parameters were also strongly correlated amongst each other. The second PC explained less the variability and consisted mainly of sensory scores and disease duration; these parameters did not correlate with the scores of the first PC or with the CDAS. Our findings suggest separating screening for motor and sensory deficits when evaluating CIDP patients, as only the motor scores correlate with CDAS.

Gene expression changes in chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy skin biopsies.

Chronic-inflammatory demyelinating polyneuropathy (CIDP) is an immune-mediated disease with no known biomarkers for diagnosing the disease or assessing its prognosis. We performed transcriptional profiling microarray analysis on skin punch biopsies from 20 CIDP patients and 17 healthy controls to identify disease-associated gene expression changes. We demonstrate changes in expression of genes involved in immune and chemokine regulation, growth and repair. We also found a combination of two upregulated genes that can be proposed as a novel biomarker of the disorder.

The neonatal progeroid syndrome (Wiedemann-Rautenstrauch) and its relationship to Pelizaeus-Merzbacher's disease.

The neuropathology of a clinically well-documented case of the neonatal progeroid syndrome Wiedemann-Rautenstrauch is described. The most striking feature was a nearly complete absence of mature myelin in the brain. When immunohistochemistry for myelin basic protein was applied, some subcortical nerve fibres were accompanied by immature myelin sheaths. The neuropathology corresponds exactly to that of Pelizaeus-Merzbacher disease (Seitelberger type). Furthermore, this morphology, with the presence of myelin basic protein in the absence of mature myelin sheaths is reminiscent of the early stages of myelination in the newborn. From a brief review of the literature on Wiedemann-Rautenstrauch syndrome, we conclude, that the neuropathology of the syndrome is heterogeneous, and that there is relationship between the progeroid aspect and pathological myelination.