Connexin36 contributes to INS-1E cells survival through modulation of cytokine-induced oxidative stress, ER stress and AMPK activity.

Cell-to-cell communication mediated by gap junctions made of Connexin36 (Cx36) contributes to pancreatic β-cell function. We have recently demonstrated that Cx36 also supports β-cell survival by a still unclear mechanism. Using specific Cx36 siRNAs or adenoviral vectors, we now show that Cx36 downregulation promotes apoptosis in INS-1E cells exposed to the pro-inflammatory cytokines (IL-1β, TNF-α and IFN-γ) involved at the onset of type 1 diabetes, whereas Cx36 overexpression protects against this effect. Cx36 overexpression also protects INS-1E cells against endoplasmic reticulum (ER) stress-mediated apoptosis, and alleviates the cytokine-induced production of reactive oxygen species, the depletion of the ER Ca(2+) stores, the CHOP overexpression and the degradation of the anti-apoptotic protein Bcl-2 and Mcl-1. We further show that cytokines activate the AMP-dependent protein kinase (AMPK) in a NO-dependent and ER-stress-dependent manner and that AMPK inhibits Cx36 expression. Altogether, the data suggest that Cx36 is involved in Ca(2+) homeostasis within the ER and that Cx36 expression is downregulated following ER stress and subsequent AMPK activation. As a result, cytokine-induced Cx36 downregulation elicits a positive feedback loop that amplifies ER stress and AMPK activation, leading to further Cx36 downregulation. The data reveal that Cx36 plays a central role in the oxidative stress and ER stress induced by cytokines and the subsequent regulation of AMPK activity, which in turn controls Cx36 expression and mitochondria-dependent apoptosis of insulin-producing cells.

Characterization of GLUT8 and GLUT9, two novel glucose transporter isoforms

Summary Prevalence of type 2 diabetes is increasing worldwide at alarming rates, probably secondarily to that of obesity. As type 2 diabetes is characterized by blood hyperglycemia, controlling glucose entry into tissues from the bloodstream is key to maintain glycemia within acceptable ranges. In this context, several glucose transporter isoforms have been cloned recently and some of them have appeared to play important regulatory roles. Better characterizing two of them (GLUT8 and GLUT9) was the purpose of my work. The first part of my work was focused on GLUT8, which is mainly expressed in the brain and is able to transport glucose with high affinity. GLUT8 is retained intracellularly at basal state depending on an N-terminal dileucine motif, thus implying that cell surface expression may be induced by extracellular triggers. In this regard, I was interested in better defining GLUT8 subcellular localization at basal state and in finding signals promoting its translocation, using an adenoviral vector expressing a myc epitope-tagged version of the transporter, thus allowing expression and detection of cell-surface GLUT8 in primary hippocampal neurons and PC 12 cells. This tool enabled me to found out that GLUT8 resides in a unique compartment different from lysosomes, endoplasmic reticulum, endosomes and the Golgi. In addition, absence of GLUT8 translocation following pharmacological activation of several signalling pathways suggests that GLUT8 does not ever translocate to the cell surface, but would rather fulfill its role in its unique intracellular compartment. The second part of my work was focused on GLUT9, which -contrarily to GLUT8 - is unable to transport glucose, but retains the ability to bind glucose-derived cross-linker molecules, thereby suggesting that it may be a glucose sensor rather than a true glucose transporter. The aim of the project was thus to define if GLUT9 triggers intracellular signals when activated. Therefore, adenoviral vectors expressing GLUTS were used to infect both ßpancreatic and liver-derived cell lines, as GLUTS is endogenously expressed in the liver. Comparison of gene expression between cells infected with the GLUTS-expressing adenovirus and cells infected with a GFP-expressing control adenovirus ended up in the identification of the transcription factor HNF4α as being upregulated in aGLUT9-dependent manner. Résumé La prévalence du diabète de type 2 augmente de façon alarmante dans le monde entier, probablement secondairement à celle de l'obésité. Le diabète de type 2 étant caractérisé par une glycémie sanguine élevée, l'entrée du glucose dans les tissus depuis la circulation sanguine constitue un point de contrôle important pour maintenir la glycémie à des valeurs acceptables. Dans ce contexte, plusieurs isoformes de transporteurs au glucose ont été clonées récemment et certaines d'entre elles sont apparues comme jouant d'importants rôles régulateurs. Mieux caractériser deux d'entre elles (GLUT8 et GLUT9) était le but de mon travail. La première partie de mon travail a été centrée sur GLUT8, qui est exprimé principalement dans le cerveau et qui peut transporter le glucose avec une haute affinité. GLUT8 est retenu intracellulairement à l'état basal de façon dépendante d'un motif dileucine N-terminal, ce qui implique que son expression à la surface cellulaire pourrait être induite par des stimuli extracellulaires. Dans cette optique, je me suis intéressé à mieux définir la localisation subcellulaire de GLUT8 à l'état basal et à trouver des signaux activant sa translocation, en utilisant comme outil un vecteur adénoviral exprimant une version marquée (tag myc) du transporteur, me permettant ainsi d'exprimer et de détecter GLUT8 à la surface cellulaire dans des neurones hippocampiques primaires et des cellules PC12. Cet outil m'a permis de montrer que GLUT8 réside dans un compartiment unique différent des lysosomes, du réticulum endoplasmique, des endosomes, ainsi que du Golgi. De plus, l'absence de translocation de GLUT8 à la suite de l'activation pharmacologique de plusieurs voies de signalisation suggère que GLUT8 ne transloque jamais à la membrane plasmique, mais jouerait plutôt un rôle au sein même de son compartiment intracellulaire unique. La seconde partie de mon travail a été centrée sur GLUT9, lequel -contrairement à GLUT8 -est incapable de transporter le glucose, mais conserve la capacité de se lier à des molécules dérivées du glucose, suggérant que ce pourrait être un senseur de glucose plutôt qu'un vrai transporteur. Le but du projet a donc été de définir si GLUT9 active des signaux intracellulaires quand il est lui-même activé. Pour ce faire, des vecteurs adénoviraux exprimant GLUT9 ont été utilisés pour infecter des lignées cellulaires dérivées de cellules ßpancréatiques et d'hépatocytes, GLUT9 étant exprimé de façon endogène dans le foie. La comparaison de l'expression des gènes entre des cellules infectées avec l'adénovirus exprimant GLUT9 et un adénovirus contrôle exprimant la GFP a permis d'identifier le facteur de transcription HNF4α comme étant régulé de façon GLUT9-dépendante. Résumé tout public Il existe deux types bien distincts de diabète. Le diabète de type 1 constitue environ 10 des cas de diabète et se déclare généralement à l'enfance. Il est caractérisé par une incapacité du pancréas à sécréter une hormone, l'insuline, qui régule la concentration sanguine du glucose (glycémie). Il en résulte une hyperglycémie sévère qui, si le patient n'est pas traité à l'insuline, conduit à de graves dommages à divers organes, ce qui peut mener à la cécité, à la perte des membres inférieurs, ainsi qu'à l'insuffisance rénale. Le diabète de type 2 se déclare plus tard dans la vie. Il n'est pas causé par une déficience en insuline, mais plutôt par une incapacité de l'insuline à agir sur ses tissus cibles. Le nombre de cas de diabète de type 2 augmente de façon dramatique, probablement à la suite de l'augmentation des cas d'obésité, le surpoids chronique étant le principal facteur de risque de diabète. Chez l'individu sain, le glucose sanguin est transporté dans différents organes (foie, muscles, tissu adipeux,...) où il est utilisé comme source d'énergie. Chez le patient diabétique, le captage de glucose est altéré, expliquant ainsi l'hyperglycémie. Il est ainsi crucial d'étudier les mécanismes permettant ce captage. Ainsi, des protéines permettant l'entrée de glucose dans la cellule depuis le milieu extracellulaire ont été découvertes depuis une vingtaine d'années. La plupart d'entre elles appartiennent à une sous-famille de protéines nommée GLUT (pour "GLUcose Transporters") dont cinq membres ont été caractérisés et nommés selon l'ordre de leur découverte (GLUT1-5). Néanmoins, la suppression de ces protéines chez la souris par des techniques moléculaires n'affecte pas totalement le captage de glucose, suggérant ainsi que des transporteurs de glucose encore inconnus pourraient exister. De telles protéines ont été isolées ces dernières années et nommées selon l'ordre de leur découverte (GLUT6-14). Durant mon travail de thèse, je me suis intéressé à deux d'entre elles, GLUT8 et GLUT9, qui ont été découvertes précédemment dans le laboratoire. GLUT8 est exprimé principalement dans le cerveau. La protéine n'est pas exprimée à la surface de la cellule, mais est retenue à l'intérieur. Des mécanismes complexes doivent donc exister pour déplacer le transporteur à la surface cellulaire, afin qu'il puisse permettre l'entrée du glucose dans la cellule. Mon travail a consisté d'une part à définir où se trouve le transporteur à l'intérieur de la cellule, et d'autre part à comprendre les mécanismes capables de déplacer GLUT8 vers la surface cellulaire, en utilisant des neurones exprimant une version marquée du transporteur, permettant ainsi sa détection par des méthodes biochimiques. Cela m'a permis de montrer que GLUT8 est localisé dans une partie de la cellule encore non décrite à ce jour et qu'il n'est jamais déplacé à la surface cellulaire, ce qui suggère que le transporteur doit jouer un rôle à l'intérieur de la cellule et non à sa surface. GLUT9 est exprimé dans le foie et dans les reins. Il ressemble beaucoup à GLUT8, mais ne transporte pas le glucose, ce qui suggère que ce pourrait être un récepteur au glucose plutôt qu'un transporteur à proprement parler. Le but de mon travail a été de tester cette hypothèse, en comparant des cellules du foie exprimant GLUT9 avec d'autres n'exprimant pas la protéine. Par des méthodes d'analyses moléculaires, j'ai pu montrer que la présence de GLUT9 dans les cellules du foie augmente l'expression de HNF4α, une protéine connue pour réguler la sécrétion d'insuline dans le pancréas ainsi que la production de glucose dans le foie. Des expériences complémentaires seront nécessaires afin de mieux comprendre par quels mécanismes GLUT9 influence l'expression de HNF4α dans le foie, ainsi que de définir l'importance de GLUT9 dans la régulation de la glycémie chez l'animal entier.

Lentiviral vectors efficiently transduce the EGFP gene into cardiomyocytes in vivo : immunohistology and Elisa quantification of the transgene

RESUME Les maladies cardio-vasculaires représentent la cause la plus importante de mortalité et de morbidité dans les pays occidentaux. La thérapie génique offre une nouvelle approche au traitement de ces maladies. L'expression de gènes protecteurs dans le myocarde par des technologies de transfert génique peut améliorer la fonction ventriculaire lors de l'insuffisance cardiaque ou stimuler la formation de nouveaux vaisseaux dans la maladie coronarienne. Etant donné qu'une majorité des maladies cardiaques sont des maladies chroniques, l'expression durable du gène thérapeutique introduit dans le coeur est souhaitable dans de nombreux cas. Malheureusement, l'utilité des vecteurs de transfert génique les plus utilisés en thérapie génique cardiovasculaire est limitée par une performance faible (ADN plasmidique) et une courte durée d'expression (adénovirus). Récemment, des vecteurs de transfert génique dérivés des lentivirus, une sous-famille des rétrovirus, ont retenu l'attention de la communauté scientifique en raison de leur capacité à exprimer des gènes à long terme. Contrairement aux vecteurs rétroviraux traditionnels, les vecteurs lentiviraux transduisent des gènes même dans des cellules qui ne se divisent pas, ce qui est le cas des cardiomyocytes adultes. Ces vecteurs présentent un profil de biosécurité comparable à celui des vecteurs rétroviraux traditionnels. Nous avons donc décidé de tester l'utilité des vecteurs lentiviraux pour le transfert génique dans des cardiomyocytes de rat adulte in vitro et in vivo. Plusieurs versions de vecteurs lentiviraux contenant différent promoteurs ont été construites. Ces vecteurs contenant le gène marqueur EGFP (enhanced green fluorescent protein) ont été testés dans des cardiomyocytes de rat in vitro, ainsi que dans des coeurs de rat in vivo. Le but de ces expériences était de déterminer la durée de l'expression du transgène après injection intramyocardique chez le rat. Pour ce faire, nous avons développé une technique ELISA pour détecter la protéine EGFP dans des extraits de tissu cardiaque. Les résultats ont montré que la protéine EGFP était encore présente à des niveaux significatifs jusqu'à dix semaines après l'injection de vecteurs lentiviraux, alors que l'expression transgénique obtenue avec un vecteur adénoviral traditionnel a été plus limitée dans le temps. Ces résultats démontrent la capacité des vecteurs lentiviraux à exprimer des gènes d'intérêt de manière performante et stable dans le cœur de rat adulte in vivo. SUMMARY Cardiovascular diseases are the first cause of morbidity and mortality in Western countries. Gene therapy offers a new approach to these diseases. Expression of therapeutic genes in the myocardium by gene transfer technologies can improve ventricular function in heart failure and stimulate neovascularization in coronary disease. Chronic heart diseases likely require sustained expression of the therapeutic gene within the heart itself. Unfortunately, the most commonly used vectors in cardiovascular gene therapy, i.e. plasmid DNA and recombinant adenovirus vectors, are limited by poor DNA uptake and transient transgene expression, respectively. Recently, lentivirus-derived vectors have attracted much interest because of their ability to achieve long-term transgene expression. In contrast to traditional retroviral vectors, lentiviral vectors are also able to transduce non- dividing cells, while presenting a comparable biosafety profile. Adult cardiomyocytes are terminally differentiated cells that do not divide under normal conditions. For these reasons, we have decided to evaluate the efficiency of lentiviral vectors for gene-transduction of adult cardiomyocytes both in vitro and in vivo. We constructed various types of lentiviral vectors containing various promoters. Vectors encoding EGFP as a reporter gene were tested in rat cardiomyocytes in vitro and in rat hearts in vivo. The aim of the experiments involved in this thesis work was to determine the duration of the expression of the transgene after rat intramyocardial injection using a quantitative assay. Therefore, an ELISA technique was set up to measure the EGFP protein in rat heart tissue extracts. Our results showed that the EGFP protein was still present at significant levels at ten weeks after lentiviral vector injection, whereas the duration of expression with adenoviral vectors was shorter. These results demonstrate that lentiviral vectors efficiently deliver genes and achieve sustained transgene expression in adult rat cardiomyocytes in vivo.

An adenovirus-based fluorescent reporter vector to identify and isolate HIV-infected cells.

A procedure is described that allows the simple identification and sorting of live human cells that transcribe actively the HIV virus, based on the detection of GFP fluorescence in cells. Using adenoviral vectors for gene transfer, an expression cassette including the HIV-1 LTR driving the reporter gene GFP was introduced into cells that expressed stably either the Tat transcriptional activator, or an inactive mutant of Tat. Both northern and fluorescence-activated cell sorting (FACS) analysis indicate that cells containing the functional Tat protein presented levels of GFP mRNA and GFP fluorescence several orders of magnitude higher than control cells. Correspondingly, cells infected with HIV-1 showed similar enhanced reporter gene activation. HIV-1-infected cells of the lymphocytic line Jurkat were easily identified by fluorescence-activated cell sorting (FACS) as they displayed a much higher green fluorescence after transduction with the reporter adenoviral vector. This procedure could also be applied on primary human cells as blood monocyte-derived macrophages exposed to the adenoviral LTR-GFP reporter presented a much higher fluorescence when infected with HIV-1 compared with HIV-uninfected cells. The vector described has the advantages of labelling cells independently of their proliferation status and that analysis can be carried on intact cells which can be isolated subsequently by fluorescence-activated cell sorting (FACS) for further culture. This work suggests that adenoviral vectors carrying a virus-specific transcriptional control element controlling the expressions of a fluorescent protein will be useful in the identification and isolation of cells transcribing actively the viral template, and to be of use for drug screening and susceptibility assays.

Endothelial nitric oxide synthase gene transfer restores endothelium-dependent relaxations and attenuates lesion formation in carotid arteries in apolipoprotein E-deficient mice.

Nitric oxide (NO) and monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) exert partly opposing effects in vascular biology. NO plays pleiotropic vasoprotective roles including vasodilation and inhibition of platelet aggregation, smooth muscle cell proliferation, and endothelial monocyte adhesion, the last effect being mediated by MCP-1 downregulation. Early stages of arteriosclerosis are associated with reduced NO bioactivity and enhanced MCP-1 expression. We have evaluated adenovirus-mediated gene transfer of human endothelial NO synthase (eNOS) and of a N-terminal deletion (8ND) mutant of the MCP-1 gene that acts as a MCP-1 inhibitor in arteriosclerosis-prone, apolipoprotein E-deficient (ApoE(-/-)) mice. Endothelium-dependent relaxations were impaired in carotid arteries instilled with a noncoding adenoviral vector but were restored by eNOS gene transfer (p < 0.01). A perivascular collar was placed around the common carotid artery to accelerate lesion formation. eNOS gene transfer reduced lesion surface areas, intima/media ratios, and macrophage contents in the media at 5-week follow-up (p < 0.05). In contrast, 8ND-MCP-1 gene transfer did not prevent lesion formation. In conclusion, eNOS gene transfer restores endothelium-dependent vasodilation and inhibits lesion formation in ApoE(-/-) mouse carotids. Further studies are needed to assess whether vasoprotection is maintained at later disease stages and to evaluate the long-term efficacy of eNOS gene therapy for primary arteriosclerosis.

Single-cell gene-expression profiling reveals qualitatively distinct CD8 T cells elicited by different gene-based vaccines.

CD8 T cells play a key role in mediating protective immunity against selected pathogens after vaccination. Understanding the mechanism of this protection is dependent upon definition of the heterogeneity and complexity of cellular immune responses generated by different vaccines. Here, we identify previously unrecognized subsets of CD8 T cells based upon analysis of gene-expression patterns within single cells and show that they are differentially induced by different vaccines. Three prime-boost vector combinations encoding HIV Env stimulated antigen-specific CD8 T-cell populations of similar magnitude, phenotype, and functionality. Remarkably, however, analysis of single-cell gene-expression profiles enabled discrimination of a majority of central memory (CM) and effector memory (EM) CD8 T cells elicited by the three vaccines. Subsets of T cells could be defined based on their expression of Eomes, Cxcr3, and Ccr7, or Klrk1, Klrg1, and Ccr5 in CM and EM cells, respectively. Of CM cells elicited by DNA prime-recombinant adenoviral (rAd) boost vectors, 67% were Eomes(-) Ccr7(+) Cxcr3(-), in contrast to only 7% and 2% stimulated by rAd5-rAd5 or rAd-LCMV, respectively. Of EM cells elicited by DNA-rAd, 74% were Klrk1(-) Klrg1(-)Ccr5(-) compared with only 26% and 20% for rAd5-rAd5 or rAd5-LCMV. Definition by single-cell gene profiling of specific CM and EM CD8 T-cell subsets that are differentially induced by different gene-based vaccines will facilitate the design and evaluation of vaccines, as well as enable our understanding of mechanisms of protective immunity.

Effects of immunosuppressive drugs on T helper cells subsets and potential to promote tolerance in a stringent experimental transplantation model.

To achieve the goal of sustained donor-specifi c transplantation (Tx) tolerance, research efforts are now focusing on therapies based on specifi c cell subsets with regulatory properties. We and others have previously highlighted the therapeutic potential of naturally occurring CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T cells (nTreg) in promoting long-term graft acceptance. Using more stringent experimental Tx models, we were however confronted to limitations. Indeed, while the transfer of antigenspecifi c nTreg promoted long-term MHC-mismatched skin allograft acceptance in lymphopenic mice in the absence of any immunosuppressive drug, allograft survival was only slightly prolonged when nTreg were transferred alone into non-lymphopenic mice. This suggested that in more stringent conditions, adjuvant therapies may be needed to effectively control alloreactive T cells (Teff). Whether and how the expansion of the Treg pool could be best combined with current immunosuppressive regimens in clinical settings remains to be defi ned. In this study, we have used in vitro assays and an in vivo skin Tx model to investigate the effects of various immunosuppressive drugs on the survival, proliferation and effector function of Teff and nTreg in response to alloantigens. Teff proliferation was inhibited in a dose-dependent manner by rapamycin and cyclosporine A, while anti-CD154 mAb only marginally affected Teff survival, proliferation and effector fucntion in vitro. Rapamycin promoted apoptosis of Teff as compared to nTreg that were more resistant in the presence of IL-2. In vivo, the transfer and/or expansion of Treg could be advantageously combined with rapamycin and anti-CD154 mAb treatment to signifi cantly prolong MHC-mismatched skin allografts survival in non-lymphopenic recipients. Taken together our data indicate that immunosuppressive drugs differentially target T-cell subsets and that some regimens could promote Treg expansion while controlling the Teff pool in response to alloantigens.

Antibiotic-dependent correlation between drug-induced killing and loss of luminescence in Streptococcus gordonii expressing luciferase.

Measuring antibiotic-induced killing relies on time-consuming biological tests. The firefly luciferase gene (luc) was successfully used as a reporter gene to assess antibiotic efficacy rapidly in slow-growing Mycobacterium tuberculosis. We tested whether luc expression could also provide a rapid evaluation of bactericidal drugs in Streptococcus gordonii. The suicide vectors pFW5luc and a modified version of pJDC9 carrying a promoterless luc gene were used to construct transcriptional-fusion mutants. One mutant susceptible to penicillin-induced killing (LMI2) and three penicillin-tolerant derivatives (LMI103, LMI104, and LMI105) producing luciferase under independent streptococcal promoters were tested. The correlation between antibiotic-induced killing and luminescence was determined with mechanistically unrelated drugs. Chloramphenicol (20 times the MIC) inhibited bacterial growth. In parallel, luciferase stopped increasing and remained stable, as determined by luminescence and Western blots. Ciprofloxacin (200 times the MIC) rapidly killed 1.5 log10 CFU/ml in 2-4 hr. Luminescence decreased simultaneously by 10-fold. In contrast, penicillin (200 times the MIC) gave discordant results. Although killing was slow (&lt; or = 0.5 log10 CFU/ml in 2 hr), luminescence dropped abruptly by 50-100-times in the same time. Inactivating penicillin with penicillinase restored luminescence, irrespective of viable counts. This was not due to altered luciferase expression or stability, suggesting some kind of post-translational modification. Luciferase shares homology with aminoacyl-tRNA synthetase and acyl-CoA ligase, which might be regulated by macromolecule synthesis and hence affected in penicillin-inhibited cells. Because of resemblance, luciferase might be down-regulated simultaneously. Luminescence cannot be universally used to predict antibiotic-induced killing. Thus, introducing reporter enzymes sharing mechanistic similarities with normal metabolic reactions might reveal other effects than those expected.

Differentiation of trophoblast giant cells and their metabolic functions are dependent on peroxisome proliferator-activated receptor beta/delta.

Mutation of the nuclear receptor peroxisome proliferator-activated receptor beta/delta (PPARbeta/delta) severely affects placenta development, leading to embryonic death at embryonic day 9.5 (E9.5) to E10.5 of most, but not all, PPARbeta/delta-null mutant embryos. While very little is known at present about the pathway governed by PPARbeta/delta in the developing placenta, this paper demonstrates that the main alteration of the placenta of PPARbeta/delta-null embryos is found in the giant cell layer. PPARbeta/delta activity is in fact essential for the differentiation of the Rcho-1 cells in giant cells, as shown by the severe inhibition of differentiation once PPARbeta/delta is silenced. Conversely, exposure of Rcho-1 cells to a PPARbeta/delta agonist triggers a massive differentiation via increased expression of 3-phosphoinositide-dependent kinase 1 and integrin-linked kinase and subsequent phosphorylation of Akt. The links between PPARbeta/delta activity in giant cells and its role on Akt activity are further strengthened by the remarkable pattern of phospho-Akt expression in vivo at E9.5, specifically in the nucleus of the giant cells. In addition to this phosphatidylinositol 3-kinase/Akt main pathway, PPARbeta/delta also induced giant cell differentiation via increased expression of I-mfa, an inhibitor of Mash-2 activity. Finally, giant cell differentiation at E9.5 is accompanied by a PPARbeta/delta-dependent accumulation of lipid droplets and an increased expression of the adipose differentiation-related protein (also called adipophilin), which may participate to lipid metabolism and/or steroidogenesis. Altogether, this important role of PPARbeta/delta in placenta development and giant cell differentiation should be considered when contemplating the potency of PPARbeta/delta agonist as therapeutic agents of broad application.

Long-term persistence of HIV-1 vaccine-induced CD4+CD45RA-CD62L-CCR7- memory T-helper cells.

OBJECTIVE: To determine in chimpanzees if candidate HIV-1 subunit protein vaccines were capable of eliciting long-lasting T-cell memory responses in the absence of viral infection, and to determine the specific characteristics of these responses. DESIGN: A longitudinal study of cell-mediated immune responses induced in three chimpanzees following immunization with subunit envelope glycoproteins of either HIV-1 or herpes simplex virus (HSV)-2. Following these pre-clinical observations, four human volunteers who had been immunized 7 years previously with the same HIV-1 vaccine candidate donated blood for assessment of immune responses. METHODS: Responses were monitored by protein and peptide based ELISpot assays, lymphocyte proliferation, and intracellular cytokine staining. Humoral responses were assessed by enzyme-linked immunosorbent assay and virus neutralization assays. RESULTS: Although antigen (Ag)-specific CD4 T-cell responses persisted for at least 5 years in chimpanzees, CD8 T-cell responses were discordant and declined within 2 years. Detailed cellular analyses revealed that strong Th1 in addition to Th2 type responses were induced by AS2/gp120 and persisted, whereas CD8 T-cell memory declined in peripheral blood. The specificity of both Th and cytotoxic T-lymphocyte responses revealed that the majority of responses were directed to conserved epitopes. The remarkable persistence of Ag-specific CD4 T-cell memory was characterized as a population of the CD45RA-CD62L-CCR7- "effector phenotype" producing the cytokines IFNgamma, IL-2 and IL-4 upon epitope-specific recognition. Importantly, results in chimpanzees were confirmed in peripheral blood of one of four human volunteers studied more than 7 years after immunization. CONCLUSION: These studies demonstrate that epitope-specific Th1 and Th2 cytokine-dependent Th responses can be induced and maintained for longer than 5 years by immunization with subunit proteins of HIV-1.

Notch signaling regulates follicular helper T cell differentiation.

Follicular helper T (TFH) cells are specialized in providing help for B cell differentiation and Ab secretion. Several positive and negative regulators of TFH cell differentiation have been described but their control is not fully understood. In this study, we show that Notch signaling in T cells is a major player in the development and function of TFH cells. T cell-specific gene ablation of Notch1 and Notch2 impaired differentiation of TFH cells in draining lymph nodes of mice immunized with T-dependent Ags or infected with parasites. Impaired TFH cell differentiation correlated with deficient germinal center development and the absence of high-affinity Abs. The impact of loss of Notch on TFH cell differentiation was largely independent of its effect on IL-4. These results show a previously unknown role for Notch in the regulation of TFH cell differentiation and function with implications for the control of this T cell population.

Expansion of gamma delta+ T cells in BALB/c mice infected with Leishmania major is dependent upon Th2-type CD4+ T cells.

T cells belong to either the alpha beta+ or gamma delta+ lineage as defined by their antigen receptor. Although both T-cell subsets have been shown to be involved in the immune response to the parasite Leishmania major, very little is known about possible interactions between these two populations. In this study, using a mouse model of infection with L. major, we showed that expansion of a subset of gamma delta+ T cells in vivo is dependent upon the presence of alpha beta+ CD4+ T cells. Moreover, this effect appears to be mediated via the secretion of lymphokines by CD4+ cells with a T-helper 2 (Th2) functional phenotype. Results showing that activation of Th2-type cells in mice treated with anti-immunoglobulin D antibodies or infected with Nippostrongylus brasiliensis also results in gamma delta+ T-cell expansion suggest that this effect of the Th2-type CD4+ cells is a general phenomenon not restricted to infection with L. major.

Development of a Liver-specific Tet-On Inducible System for AAV Vectors and Its Application in the Treatment of Liver Cancer.

Recombinant adeno-associated virus (rAAV) are effective gene delivery vehicles that can mediate long-lasting transgene expression. However, tight regulation and tissue-specific transgene expression is required for certain therapeutic applications. For regulatable expression from the liver we designed a hepatospecific bidirectional and autoregulatory tetracycline (Tet)-On system (Tet(bidir)Alb) flanked by AAV inverted terminal repeats (ITRs). We characterized the inducible hepatospecific system in comparison with an inducible ubiquitous expression system (Tet(bidir)CMV) using luciferase (luc). Although the ubiquitous system led to luc expression throughout the mouse, luc expression derived from the hepatospecific system was restricted to the liver. Interestingly, the induction rate of the Tet(bidir)Alb was significantly higher than that of Tet(bidir)CMV, whereas leakage of Tet(bidir)Alb was significantly lower. To evaluate the therapeutic potential of this vector, an AAV-Tet(bidir)-Alb-expressing interleukin-12 (IL-12) was tested in a murine model for hepatic colorectal metastasis. The vector induced dose-dependent levels of IL-12 and interferon-γ (IFN-γ), showing no significant toxicity. AAV-Tet(bidir)-Alb-IL-12 was highly efficient in preventing establishment of metastasis in the liver and induced an efficient T-cell memory response to tumor cells. Thus, we have demonstrated persistent, and inducible in vivo expression of a gene from a liver-specific Tet-On inducible construct delivered via an AAV vector and proved to be an efficient tool for treating liver cancer.

The role of Notch receptor signaling in T helper 17 cell differentiation

Antigenic recognition by naive CD4+ T cells induces their proliferation and differentiation into functionally distinct T helper (Th) cell. Each CD4+ Th cell subset expresses specific transcription factors and produces signature cytokines that coordinate immune responses against encountered pathogens. Among the factors influencing CD4+ Th cell differentiation, Notch signaling pathway has been reported to play a role in the differentiation and function of multiple CD4+Thcell subsets. Notch signaling is an evolutionarily conserved cell-to-cell signaling cascade involved in many cell fate decision processes. How Notch signaling modulates the differentiation of CD4+ Th cell subsets and whether Notch signaling alone is sufficient or not for the differentiation of CD4+ Th cells is still a matter of debate. Th17 cells are a distinct subset of CD4+ Th cells. They play a role in the control of extracellular bacterial and fungal infections and may lead to inflammatory and autoimmune diseases if not properly regulated. Th17 cells are defined by the expression of RAR-related orphan receptor (ROR)a and RORyT transcription factors and their secretion of IL-17A, IL-17F cytokines. The involvement of Notch signaling in Th17 cell differentiation has mostly been studied in vitro. However, neither the experimental conditions when Notch signaling might be involved in Th17 cell differentiation in vitro and in vivo nor the precise role of Notch in this process remain clear. To better define how Notch signaling impacts Th17 differentiation, we used mice with T cell specific ablation of Notchl and Notch2 (N1 N2ACD4Cre) or of Notch transcriptional repressor RBP- JK (RBP-J ACD4Cre). We show that impaired Notch signaling in T cells, when TCR activating signal were reduced, increased RORyT and IL-17 mRNA levels during in vitro Th17 cell differentiation. Following immunization with OVA in CFA, an adjuvant that induces mostly Th17 cell response, increased IL-17A mRNA and intracellular IL-17A levels were observed in draining lymph nodes of Notch-deficient CD4+T cells. Our data suggest that Notch limited Th17 cell differentiation. Despite high levels of IL-17 mRNA and intracellular IL-17 proteins observed in Notch-deficient T cells, their release of Th17 cytokines ex vivo was markedly decreased, indicating a role for Notch signaling. During the second part of this thesis, we observed that the impact of Notch on Th17 cell differentiation and effector functions was context-dependent using different in vivo experimental models, in which Th17 cells and IL-17A were reported to contribute in the disease development. Collectively, our data reveal that Notch signaling controls the fine-tuning of Th17 cell differentiation and effector functions by limiting their differentiation but promoting selectively cytokine release through Notch-dependent mechanisms that still need to be defined. -- Lors d'une réponse immunitaire et grâce à la reconnaissance antigénique, les lymphocytes CD4+ T naïfs prolifèrent, puis se différencient en CD4+ T auxiliaires ("T helper" ou Th) fonctionnellement distincts. Chaque sous-population de lymphocytes CD4+ T auxiliaires exprime des facteurs de transcription et des cytokines spécifiques qui coordonnent la réponse immunitaire contre les pathogènes rencontrés. Parmi les facteurs influençant la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires, la voie de signalisation Notch a été identifiée comme ayant un rôle dans la différenciation et la fonction des différents sous-types de cellules CD4+ T auxiliaires. La voie de signalisation Notch est une voie évolutivement conservée, qui est impliquée dans la signalisation entre les cellules et dans de nombreux processus de décisions cellulaires. La manière dont la voie de signalisation Notch régule la différenciation des lymphocytes CD4+ T en sous-types de cellules CD4+ auxiliaires, mais également la question de savoir si la voie de signalisation Notch est capable ou non d'induire la différenciation des cellules CD4+T auxiliaires, restent à débattre. Les cellules T auxiliaires 17 (Th17) sont un sous-type distinct de cellules CD4+T. Elles jouent un rôle important dans la défense immunitaire contre des pathogènes tels que les bactéries extracellulaires et les champignons. Une dérégulation de la réponse des cellules Th17 peut conduire à des inflammations mais également à des maladies auto-immunes. Les cellules Th17 sont définies par l'expression de leurs facteurs de transcription RAR-related orphan receptor (ROR)a, RORyT et par la sécrétion de cytokines comme IL-17A, IL-17F. Le rôle de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des cellules Th17 a principalement été démontré in vitro. Malgré tout, ni les conditions expérimentales dans lesquelles cette voie pourrait être impliquée dans la différenciation des cellules Th17 in vitro et in vivo, mais également ni la fonction exacte de Notch dans ces processus, ne sont des questions résolues. Afin de mieux définir comment la voie de signalisation Notch est impliquée dans la différenciation des cellules Th17, nous avons utilisé des souris avec une déficience spécifique dans les cellules T des récepteurs Notchl et Notch2 (N1N2ACD4Cre) ou du répresseur transcriptionnel de Notch RBP-JK (RBP-J ACD4Cre). Nous avons montré que lorsque la voie de signalisation Notch est déficiente, les niveaux d'ARN messager (ARNm) de RORyT et de IL-17A sont augmentés dans les cellules Th17 pendant la différenciation in vitro, en présence de niveaux réduits des signaux activant les cellules T CD4+. Une augmentation dans les niveaux d'ARNm de IL-17A et de IL-17A intracellulaire au niveau protéinique a été observée dans les cellules T CD4+ Notch déficientes, au niveau des ganglions drainants après immunisation avec l'OVA dans le CFA, un adjuvant induisant une réponse des cellules Th17. Nos résultats suggèrent que Notch pourrait réguler négativement l'expression de IL-17A au niveau transcriptionnel mais également protéinique. Malgré une augmentation de IL-17A au niveau de l'ARNm et protéinique dans les cellules CD4+ T Notch déficientes, paradoxalement la sécrétion de IL-17A mais également de cytokines associées aux fonctions effectrices des cellules Th17 sont profondément diminuées 6X vivo, suggérant un rôle de la voie de signalisation Notch dans ce processus. Dans la deuxième partie de ce travail de thèse, nous avons observé que l'impact de Notch dans la différenciation des cellules Th17 et dans leurs fonctions effectrices était dépendant du contexte dans d'autres modèles expérimentaux in vivo, où les cellules Th17 et l'IL-17A ont été identifiées comme ar-.riCociêSM dans le développement ds la pathologie. En résumé, nous avons montré que la voie de la signalisation Notch contrôle la régulation précise de la différenciation des cellules Th17 en limitant leur différenciation, mais en promouvant sélectivement leur relâchement en cytokines associés aux cellules Th17 par l'intermédiaire de mécanismes dépendant de Notch, qui restent toujours à déterminer. -- Lors d'une réponse immunitaire et grâce à la reconnaissance antigénique, les lymphocytes CD4+ T naïfs prolifèrent, puis se différencient en CD4+ T auxiliaires ("T helper" ou Th) fonctionnellement distincts. Chaque sous-population de lymphocytes T auxiliaires exprime des facteurs de transcription et des cytokines spécifiques qui coordonnent une réponse immunitaire contre différents pathogènes. Les mécanismes liés à la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires sont complexes et régulés. Une mauvaise régulation de la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires peut conduire à des maladies auto-immunes, mais également à des processus inflammatoires. Parmi les facteurs influençant la différenciation des lymphocytes T auxiliaires, la voie de signalisation Notch a été identifiée comme ayant un rôle dans la différenciation et la fonction des différents sous-types de cellules CD4+ T auxiliaires. La voie de signalisation Notch est une voie évolutivement conservée, qui est impliquée dans la signalisation entre les cellules, mais également dans de nombreux processus de décisions cellulaires. Quelle est l'implication de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des lymphocytes CD4+ en sous-types de cellules CD4+T auxiliaires et comment cette voie agit dans ce processus, sont des questions débattues. Les cellules T auxiliaires 17 (Th17) sont une sous-population distincte de lymphocytes CD4+. Elles jouent un rôle important dans la défense immunitaire contre les bactéries extracellulaires et les champignons. Une dérégulation de la réponse des cellules Th17 a été associée à des maladies auto-immunes et à l'inflammation. Les cellules Th17 sont définies par l'expression du facteur de transcription RAR-related orphan receptor (ROR)yT et des cytokines comme IL-17A, IL-17F. Le rôle de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des cellules Th17 a été principalement démontré dans des études expérimentales in vitro. Malgré tout, les conditions expérimentales exactes dans lesquelles la voie de signalisation de Notch pourrait être impliquée dans la différenciation des cellules Th17, mais également le rôle de Notch dans ce processus ne sont pas encore clairement élucidés. Afin de mieux définir comment la voie de signalisation Notch est impliquée dans la différenciation des cellules Th17, nous avons utilisé des souris avec une déficience spécifique dans les cellules T des récepteurs Notchl et Notch2 (N1 N2ACD4Cre) ou du répresseur transcriptionnel de Notch RBP-JK (RBP-JACD4CRE). Nous avons montré que lorsque la voie de signalisation Notch est déficiente, les niveaux d'ARN messager (ARNm) de RORyT et de IL-17 sont augmentés dans les cellules Th17 pendant leur différenciation in vitro. Cet effet de Notch sur la transcription apparaît être facultatif lorsque les conditions environnementales sont en excès in vitro. Après immunisation avec un adjuvant qui induit principalement une réponse des cellules Th17, nous avons observé que les niveaux de ARNm de IL-17A et aussi de IL-17A intracellulaire au niveau protéinique étaient augmentés dans les ganglions drainants dans les cellules CD4+ Notch déficientes. Ces résultats suggèrent que Notch pourrait réguler négativement l'expression de IL- 17 au niveau transcriptionnel mais également protéinique. Malgré des niveaux plus élevés de IL- 17 ARNm et aussi IL-17A intracellulaire dans les cellules T Notch déficientes, le relâchement en cytokines Th17 est profondément diminué indiquant un rôle de la voie de signalisation Notch dans ces processus de sécrétion. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons observé que le rôle de Notch dans ia différenciation dss cellules Ti,17 et dans leurs fonctions effectrices était dépendant du contexte dans d'autres modèles expérimentaux, qui ont été rapportés comme une réponse induisant des cellules Th17. En résumé, nos données montrent que la voie de la signalisation Notch contrôle la régulation précise de la différenciation des cellules Th17 en limitant leur différenciation mais en promouvant sélectivement le relâchement en cytokines associées aux cellules Th17 par des mécanismes dépendant de Notch qui restent toujours à déterminer. Par conséquent, l'inhibition de la voie de signalisation Notch pourrait être utilisée dans des situations inflammatoires ou d'auto-immunité où la réponse des cellules Th17 est exacerbée.

Interleukin-1- and type I interferon-dependent enhanced immunogenicity of an NYVAC-HIV-1 Env-Gag-Pol-Nef vaccine vector with dual deletions of type I and type II interferon-binding proteins.

UNLABELLED: NYVAC, a highly attenuated, replication-restricted poxvirus, is a safe and immunogenic vaccine vector. Deletion of immune evasion genes from the poxvirus genome is an attractive strategy for improving the immunogenic properties of poxviruses. Using systems biology approaches, we describe herein the enhanced immunological profile of NYVAC vectors expressing the HIV-1 clade C env, gag, pol, and nef genes (NYVAC-C) with single or double deletions of genes encoding type I (ΔB19R) or type II (ΔB8R) interferon (IFN)-binding proteins. Transcriptomic analyses of human monocytes infected with NYVAC-C, NYVAC-C with the B19R deletion (NYVAC-C-ΔB19R), or NYVAC-C with B8R and B19R deletions (NYVAC-C-ΔB8RB19R) revealed a concerted upregulation of innate immune pathways (IFN-stimulated genes [ISGs]) of increasing magnitude with NYVAC-C-ΔB19R and NYVAC-C-ΔB8RB19R than with NYVAC-C. Deletion of B8R and B19R resulted in an enhanced activation of IRF3, IRF7, and STAT1 and the robust production of type I IFNs and of ISGs, whose expression was inhibited by anti-type I IFN antibodies. Interestingly, NYVAC-C-ΔB8RB19R induced the production of much higher levels of proinflammatory cytokines (tumor necrosis factor [TNF], interleukin-6 [IL-6], and IL-8) than NYVAC-C or NYVAC-C-ΔB19R as well as a strong inflammasome response (caspase-1 and IL-1β) in infected monocytes. Top network analyses showed that this broad response mediated by the deletion of B8R and B19R was organized around two upregulated gene expression nodes (TNF and IRF7). Consistent with these findings, monocytes infected with NYVAC-C-ΔB8RB19R induced a stronger type I IFN-dependent and IL-1-dependent allogeneic CD4(+) T cell response than monocytes infected with NYVAC-C or NYVAC-C-ΔB19R. Dual deletion of type I and type II IFN immune evasion genes in NYVAC markedly enhanced its immunogenic properties via its induction of the increased expression of type I IFNs and IL-1β and make it an attractive candidate HIV vaccine vector. IMPORTANCE: NYVAC is a replication-deficient poxvirus developed as a vaccine vector against HIV. NYVAC expresses several genes known to impair the host immune defenses by interfering with innate immune receptors, cytokines, or interferons. Given the crucial role played by interferons against viruses, we postulated that targeting the type I and type II decoy receptors used by poxvirus to subvert the host innate immune response would be an attractive approach to improve the immunogenicity of NYVAC vectors. Using systems biology approaches, we report that deletion of type I and type II IFN immune evasion genes in NYVAC poxvirus resulted in the robust expression of type I IFNs and interferon-stimulated genes (ISGs), a strong activation of the inflammasome, and upregulated expression of IL-1β and proinflammatory cytokines. Dual deletion of type I and type II IFN immune evasion genes in NYVAC poxvirus improves its immunogenic profile and makes it an attractive candidate HIV vaccine vector.