Selectin ligands on leukemic cells

RESUME L'infiltration tissulaire par les cellules leucémiques, responsable de leucostase, est une complication grave de la leucémie aiguë hyperleucocytaire. Elle peut entraîner une détresse respiratoire et des troubles neurologiques de mauvais pronostic. Pendant longtemps, la prolifération intravasculaire des cellules leucémiques et l'augmentation de la viscosité étaient considérées comme en étant responsables, et le traitement reposait sur une cytoréduction rapide par leucaphérèse. Actuellement, l'interaction entre les cellules leucémiques et l'endothélium vasculaire est plutôt considérée comme la cause de ce phénomène. En effet, les cellules leucémiques peuvent induire l'expression des sélectives endothéliales. Les sélectives initient le roulement des leucocytes avant leur adhésion ferme et leur migration dans les tissus. Elles reconnaissent des ligands spécifiques exprimés à la surface des leucocytes, comme PSGL-1 qui est un ligand commun des sélectives. Cependant, plusieurs études suggèrent que d'autres ligands de la E-sélective soient exprimés par les leucocytes. L'interaction des cellules leucémiques avec la E- et la P- sélective est corrélée avec l'expression de la molécule CLA, reconnue par l'anticorps HECA-452. L'immunopurification des ligands de la E-sélective avec cet anticorps a permis d'isoler, des cellules THP1 et U937, une protéine de 170 kDa, ainsi qu'une autre protéine de 250 kDa des cellules U937, en plus de PSGL-1. Ces protéines ont également été purifiées avec la protéine de fusion Esélective/IgM. CD43 et CD44 semblent être des ligands de la E-sélective sur certaines lignées, mais leur interaction avec la E-sélective n'est pas toujours retrouvée. De plus, cette étude a permis de montrer que ces ligands de la E-sélectiné sont exprimés dans les rafts lipidiques, comme PSGL-1 et la L-sélective des neutrophiles. Ces deux nouveaux ligands sont en cours d'identification. Ils pourraient représenter une nouvelle cible dans le traitement de la leucostase, mais aussi lors d'inflammation chronique ou de métastases. ABSTRACT Leukostasis is alife-threatening complication of acute leukemia, that results from tissue infiltration of leukemic blasts that migrate out of blood flow and interfere with normal tissue functions. The process leading to these complications has been attributed to the overcrowding of leukemic cells in the microcirculation. However, leukostasis more likely results from the adhesive interactions between leukemic blasts and the endothelium. Activated endothelium express adhesion molecules like P- and E-selectin, and leukemic cells themselves can induce the expression of E-selectin on endothelial cells. Selectins are essential in initiating the rolling of intravascular cells on endothelium before firm adhesion and transmigration outside of blood vessels. They interact with specific ligands on leukocyte cell surface. P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1) is common ligand for E-, P- and L-selectin. Recently, CD44, ESL-1 and CD44 were shown to cooperate. ìn supporting mouse neutrophil adhesion to E-selectin. Other E-selectin ligands remain to be identified in humans. Leukemic cells were screened in order to characterize human E-selectin ligands. The interactions of E- and P-selectin correlate with the expression of CLA epitope. Therefore, HECA-452 mAb that recognizes CLA was used for immunopurification. Aglycoprotein of 170 kDa was purified from THP1 and U937 cells, and a protein of 250 kDa from U937 cells. These proteins were also purified by affinity binding to E-selectin/IgM chimera. PSGL-1 bound to E-selectin as expected, but CD43 and CD44 were not always adsorbed on E-selectin chimera, depending on cell types. E-selectin ligands were also shown to be in lipid rafts in leukemic cells, like PSGL-1 and L-selectin in human neutrophils. The 170 kDa protein has been sequenced, and three interesting ligands were among the candidates: ESL-1, CD44 and podocalyxin. These ligands are under investigation, and may represent a new therapeutic target in leukostasis, inflammation or cancer metastasis.

Junctional adhesion molecule-2 (JAM-2) promotes lymphocyte transendothelial migration.

The molecular mechanisms underlying lymphocyte extravasation remain poorly characterized. We have recently identified junctional adhesion molecule-2 (JAM-2), and have shown that antibodies to JAM-2 stain high endothelial venules (HEVs) within lymph nodes and Peyer patches of adult mice. Here we show that mouse lymphocytes migrate in greater numbers across monolayers of endothelioma cells transfected with JAM-2. The significance of these findings to an understanding of both normal and pathologic lymphocyte extravasation prompted us to clone the human homologue of JAM-2. We herein demonstrate that an anti-JAM-2 antibody, or a soluble JAM-2 molecule, blocks the transmigration of primary human peripheral blood leukocytes across human umbilical vein endothelial cells expressing endogenous JAM-2. Furthermore, we show that JAM-2 is expressed on HEVs in human tonsil and on a subset of human leukocytes, suggesting that JAM-2 plays a central role in the regulation of transendothelial migration.

Neuronal Thy-1 induces astrocyte adhesion by engaging syndecan-4 in a cooperative interaction with alphavbeta3 integrin that activates PKCalpha and RhoA.

Clustering of alphavbeta3 integrin after interaction with the RGD-like integrin-binding sequence present in neuronal Thy-1 triggers formation of focal adhesions and stress fibers in astrocytes via RhoA activation. A putative heparin-binding domain is present in Thy-1, raising the possibility that this membrane protein stimulates astrocyte adhesion via engagement of an integrin and the proteoglycan syndecan-4. Indeed, heparin, heparitinase treatment and mutation of the Thy-1 heparin-binding site each inhibited Thy-1-induced RhoA activation, as well as formation of focal adhesions and stress fibers in DI TNC(1) astrocytes. These responses required both syndecan-4 binding and signaling, as evidenced by silencing syndecan-4 expression and by overexpressing a syndecan-4 mutant lacking the intracellular domain, respectively. Furthermore, lack of RhoA activation and astrocyte responses in the presence of a PKC inhibitor or a dominant-negative form of PKCalpha implicated PKCalpha and RhoA activation in these events. Therefore, combined interaction of the astrocyte alphavbeta3-integrin-syndecan-4 receptor pair with Thy-1, promotes adhesion to the underlying matrix via PKCalpha- and RhoA-dependent pathways. Importantly, signaling events triggered by such receptor cooperation are shown here to be the consequence of cell-cell rather than cell-matrix interactions. These observations are likely to be of widespread biological relevance because Thy-1-integrin binding is reportedly relevant to melanoma invasion, monocyte transmigration through endothelial cells and host defense mechanisms.

CD47 knockout mice exhibit improved recovery from spinal cord injury.

Recent data have implicated thrombospondin-1 (TSP-1) signaling in the acute neuropathological events that occur in microvascular endothelial cells (ECs) following spinal cord injury (SCI) (Benton et al., 2008b). We hypothesized that deletion of TSP-1 or its receptor CD47 would reduce these pathological events following SCI. CD47 is expressed in a variety of tissues, including vascular ECs and neutrophils. CD47 binds to TSP-1 and inhibits angiogenesis. CD47 also binds to the signal regulatory protein (SIRP)α and facilitates neutrophil diapedesis across ECs to sites of injury. After contusive SCI, TSP-1(-/-) mice did not show functional improvement compared to wildtype (WT) mice. CD47(-/-) mice, however, exhibited functional locomotor improvements and greater white matter sparing. Whereas targeted deletion of either CD47 or TSP-1 improved acute epicenter vascularity in contused mice, only CD47 deletion reduced neutrophil diapedesis and increased microvascular perfusion. An ex vivo model of the CNS microvasculature revealed that CD47(-/-)-derived microvessels (MVs) prominently exhibit adherent WT or CD47(-/-) neutrophils on the endothelial lumen, whereas WT-derived MVs do not. This implicates a defect in diapedesis mediated by the loss of CD47 expression on ECs. In vitro transmigration assays confirmed the role of SIRPα in neutrophil diapedesis through EC monolayers. We conclude that CD47 deletion modestly, but significantly, improves functional recovery from SCI via an increase in vascular patency and a reduction of SIRPα-mediated neutrophil diapedesis, rather than the abrogation of TSP-1-mediated anti-angiogenic signaling.

Gas6 deficiency in recipient mice of allogeneic transplantation alleviates hepatic graft-versus-host disease.

Growth arrest-specific gene 6 (Gas6) is expressed in antigen-presenting cells and endothelial cells (ECs) but not in T cells. When wild-type (WT) or Gas6(-/-) mice received allogeneic non-T cell-depleted bone marrow cells, hepatic graft-versus-host disease (GVHD) was alleviated in Gas6(-/-) recipients regardless of donor genotype, but not in WT recipients. T-cell infiltration was more prominent and diffuse in WT than in Gas6(-/-) recipients' liver. When mice received 0.5 x 10(6) allogeneic T cells with T cell-depleted allogeneic bone marrow, clinical signs indicated that GVHD was less severe in Gas6(-/-) than in WT recipients, as shown by a significant improvement of the survival and reduced liver GVHD. These data demonstrate that donor cells were not involved in the protection mechanism. In addition, lack of Gas6 in antigen-presenting cells did not affect WT or Gas6(-/-) T-cell proliferation. We therefore assessed the response of WT or Gas6(-/-) ECs to tumor necrosis factor-alpha. Lymphocyte transmigration was less extensive through Gas6(-/-) than WT ECs and was not accompanied by increases in adhesion molecule levels. Thus, the lack of Gas6 in ECs impaired donor T-cell transmigration into the liver, providing a rationale for considering Gas6 pathway as a potential nonimmunosuppressive target to minimize GVHD in patients receiving allogeneic hematopoietic stem cell transplantation.

Involvement of gap junctional intercellular communication in the pathophysiology of inflammation

SUMMARY Inflammation has evolved as a mechanism to defend the body against invading microorganisms and to respond to injury. It requires the coordinated response of a large number of cell types from the whole organism in a time- and space-dependent fashion. This coordination involves several cell-cell communication mechanisms. Exchange of humoral mediators such as cytokines is a major one. Moreover, direct contact between cells happens and plays a primordial role, for example when macrophages present antigens to lymphocytes. Contact between endothelial cells and leucocytes occurs when the latter cross the blood vessel barrier and transmigrate to the inflammatory site. A particular way by which cells communicate with each other in the course of inflammation, which at this time starts to gain attention, is the intercellular communication mediated by gap junctions. Gap junctions are channels providing a direct pathway (i.e. without transit through the extracellular space) for the diffusion of small molecules between adjacent cells. This process is known as gap junctional intercellular communication (GJIC). The general aim of this thesis was to study a possible involvement of GJIC in the pathophysiology of inflammation. A first part of the work was dedicated to study the implication of GJIC in the modification of vascular endothelial function by inflammation. In a second part, we were interested in the possible role of GJIC in the transmigration of neutrophil polymorphonuclear leucocytes through the endothelium. The main positive finding of this work is that acute inflammation preferentially modulates the expression of connexin 40 (Cx40), a gap junction protein specifically expressed in vascular endothelium. The modulation could be towards overexpression (aortic endothelium of septic rats) or towards downregulation (acutely inflamed mouse lung). We put a lot of efforts in search of possible functions of these modulations, in two directions: a potential protective role of Cx40 increased expression against sepsis-induced endothelial dysfunction, and a facilitating role of Cx40 decreased expression in neutrophil transmigration. To pursue both directions, it seemed logical to study the impact of Cx40 deletion using knock-out mice. Concerning the potential protective role of Cx40 overexpression we encountered a roadblock as we observed, in the aorta, a Cx40 downregulation in wild type mouse whereas Cx40 was upregulated in the rat. Regarding the second direction and using an in vivo approach, we observed that pulmonary neutrophil transmigration was not affected by the genetic deletion of Cx40. In spite of their negative nature, these results are the very first ones regarding the potential implication of GJIC concerning leucocyte transmigration in vivo. Because this process involves such tight cell-cell physical contacts, the hypothesis for a role of GJIC remains attractive.

Atorvastatin-loaded hydrogel affects the smooth muscle cells of human veins

L'hyperplasie intimale est la cause majeure de sténoses de pontages veineux. Différents médicaments tels que les statines permettent de prévenir les sténoses mais leur administration systémique n'a que peu d'effet. Nous avons développé une matrice d'hydrogel d'acide hyaluronique qui permet d'avoir un relargage contrôlé d'atorvastatine sur un site désiré. L'enjeu de ce projet de recherche est de démontrer que l'atorvastatine relarguée par l'hydrogel a un effet similaire sur les cellules musculaires lisses de veines saphènes humaines comparé à l'atorvastatine directement diluée dans le milieu de culture. La recherche a été conduite conjointement par le laboratoire de médecine expérimentale du département de chirurgie thoracique et vasculaire du Centre Hospitalier Universitaire Vaudois et de l'Ecole de sciences pharmaceutiques des Universités de Lausanne et de Genève. On a incorporé de l'atorvastatine calcium (Chemos GmbH, Regenstauf Allemagne) dans des gels d'acide hyaluronique (Fortelis extra) à des concentrations déterminées afin de pouvoir analyser le relargage de l'Atovastatine dans le milieu de culture cellulaire par rapport aux concentrations d'atorvastatine directement ajoutées dans le milieu. Des cellules musculaires lisses primaires ont été cultivées à partir d'expiants de veines saphènes humaines. Elles ont été identifiées grâce à l'immunohistochimie par des anticorps contre la desmine et l'alpha-smooth muscle actine. La prolifération et la viabilité de ces cellules ont été analysées à l'aide du test MTT, leur transmigration avec le test de la chambre de Boyden et leur migration avec le principe de cicatrisation de plaies (wound healing assey). L'expression de gènes connus pour participer au développement de l'hyperplasie intimale, tels que la gap junction protein Connexin43 (Cx43), l'inhibiteur du plasminogène PAI-1, Thème oxygénase HO-1, la métalloproteinase-9 et l'inhibiteur de l'activateur du plasminogène tissulaire tPA, a été déterminée par niveau de mRNA exprimé en PCR. Leur expression en protéines a été analysée en utilisant la méthode par Western blots ainsi que l'immunohistochimie. Les expériences ont été effectuées à triple reprise en duplicats en parallèles avec de l'atorvastatine calcium directement ajoutée dans le milieu de culture et avec l'atorvastatine relarguée par l'hydrogel d'acide hyaluronique. Conclusions L'atorvastatine est relarguée par l'hydrogel de façon contrôlée. L'hydrogel contenant l'atorvastatine diminue la viabilité et la transmigration des cellules musculaires lisses de veines saphènes humaines de façon similaire à l'atorvastatine directement introduite dans le milieu de culture. L'hydrogel contenant l'atorvastatine module de façon sélective l'expression de marqueurs de la différentiation cellulaire de cellules musculaires lisses de veines saphènes humaines avec un retard de 24 heures comparé avec les effets de l'atorvastatine directement ajoutée au milieu de culture, sans néanmoins changer la distribution intra-cellulaire des protéines Cx43, HO-1 et PAI-1. Perspectives Il s'agit d'un projet d'importance clinique majeure permettant de réaliser des améliorations du traitement des artériopathies occlusives, ainsi que de relevance pharmacologique permettant de réaliser des dépôts de molécules avec un relargage stable et contrôlé à un site spécifique.

Mechanisms of CYR61 mediated breast cancer metastasis to the lung

CYR61 (Cysteine-rich angiogenic inducer 61) is a matricellular protein that regulates cell proliferation, adhesion, migration and cell survival through interaction with various types of integrin cell adhesion receptors. At tissue level it is implicated in the regulation of embryonic development, wound healing and angiogenesis. CYR61 has also been involved in cancer progression, however its role appears to be diverse and complex depending on the cancer type and stage. Its contribution to metastasis formation is still unclear. Previous findings reported by our laboratory demonstrated that CYR61 cooperates with avßs integrin to promote invasion and metastasis of cancers growing in a pre-irradiated microenvironment. In this work, we used an orthotopic model of breast cancer to show for the first time that silencing of CYR61 in breast cancer cells suppresses lung metastasis formation. Silencing of MDA-MB-231 reduced both local growth and lung metastasis formation of tumor cells implanted in a pre-irradiated mammary fat pad. CYR61 silencing in tumors growing in non-irradiated mammary fat pads did not impact primary tumor growth but decreased lung metastasis formation. The effect of CYR61 on spontaneous lung metastasis formation during natural cancer progression was further examined by using an experimental model of metastasis. Results from these experiments indicate that CYR61 is critically involved in promoting cancer cells entry into lung parenchyma rather than later steps of colonization. In vitro experiments showed that CYR61 promotes tumor cell spreading, migration and transendothelial migration. CYR61 also supported colony formation under anchorage-independent condition and promotes resistance to anoikis through the involvement of ß1 and ß3 integrin. These results indicate that CYR61 promotes lung metastasis of breast cancer by facilitating extravasation into lung parenchyma through enhanced motility, transendothelial migration and resistance to anoikis. - CYR61 (Cysteine-rich angiogenic inducer 61) est une protéine matricellulaire qui régule la prolifération, l'adhérence, la migration et la survie des cellules par son interaction avec différents types de récepteurs d'adhésion cellulaire de la famille des intégrine. Au niveau des tissus, CYR61 est impliquée dans la régulation du développement embryonnaire, de la cicatrisation et de l'angiogenèse. CYR61 a également été impliquée dans le cancer, mais son rôle semble être divers et complexe en fonction du type du cancer et de son stade. Son rôle dans la formation des métastases n'est pas encore clair. Des résultats antérieurs rapportés par notre laboratoire ont montré que CYR61 coopère avec l'intégrine avß5 pour favoriser l'invasion et la métastase de tumeurs se développant dans un micro-environnement pré-irradié. Dans ce travail, nous avons utilisé un modèle orthotopique de cancer du sein pour démontrer pour la première fois que l'extinction (silencing) du gène CYR61 dans le cancer du sein réduit la formation de métastases pulmonaires. L'extinction de CYR61 dans la lignée cellulaire de cancer du sein humain MDA-MB- 231 réduit à la fois la croissance local ainsi que la formation de métastases pulmonaires à partir de cellules implantés dans les coussinets adipeux mammaires pré-irradié. L'extinction de CYR61 dans des tumeurs grandissant dans les coussinets adipeux mammaires non irradiées n'a pas d'incidence sur la croissance tumorale primaire mais réduit la formation des métastases pulmonaires. Par la suite nous avons examiné l'effet de CYR61 sur la formation de métastases pulmonaires en utilisant un modèle expérimental de métastase. Les résultats de ces expériences indiquent que CYR61 est impliquée de manière cruciale dans les étapes précoces de la formation de métastases, plutôt que dans les étapes tardives de colonisation du poumon. Des expériences in vitro ont montré que CYR61 favorise l'étalement, la migration et la transmigration endothéliale des cellules tumorales. CYR61 favorise également la formation de colonies dans des conditions indépendante de l'ancrage et la résistance à l'anoïkis par l'engagement des intégrines ß1 et ß3. Ces résultats indiquent que CYR61 favorise les métastases pulmonaires du cancer du sein en facilitant l'extravasation dans le parenchyme pulmonaire grâce à la stimulation de la motilità, de la migration transmigration endothéliale et de la résistance à l'anoïkis.

Atrovastatin-loaded hydrogel affects the smooth muscle cells of human veins

Les pontages veineux restent actuellement un traitement de choix dans les pathologies vasculaires occlusives. Cependant, plusieurs problèmes sont liés à ce type de revascularisation. Premièrement, l'hyperplasie intimale (HI) qui cause une resténose dans 20 à 50% des pontages, conduisant à un échec de la revascularisation. Ce processus est dû à la prolifération et à la migration des cellules musculaires lisses vasculaires vers l'intima, ainsi qu'à une sécrétion de protéines de la matrice extracellulaire conduisant à un épaississement de l'intima, principalement au niveau des anastomoses. Deuxièmement, bien qu'il existe des substances connues pour inhiber l'HI, leur administration systémique répétée est associée à une augmentation de leurs effets secondaires. Aucun dispositif ne permet actuellement la libération d'une telle substance localement au site d'une anastomose vasculaire. Nous avons donc développé un hydrogel d'acide hyaluronique compatible avec une application locale au niveau des anastomoses vasculaires et pouvant être chargé en atorvastatine (ATV) (inhibiteur de la 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA réductase), substance connue pour inhiber l'HI, dans le but de diminuer le fléau de la resténose. Nous avons tout d'abord testé l'effet de ce gel chargé en ATV sur la prolifération, la migration et la transmigration de cellules musculaires lisses primaires en culture provenant de veines saphènes humaines. Ensuite, nous avons étudié son effet sur différents gènes impliqués dans l'HI. Ceci a permis de montrer que l'ATV diminue la prolifération, la migration et la transmigration des cellules musculaires lisses humaines de façon similaire qu'elle soit ajoutée directement au milieu de culture ou qu'elle soit libérée par l'hydrogel chargé. De même, l'ATV régule de manière simultanée mais différentielle les gènes, en interférant avec le développement de l'HI. Nos expériences montrent que l'HI peut être diminuée in vitro grâce à cet hydrogel d'acide hyaluronique chargé en ATV. Ceci ouvre la porte au développement de futur dispositif permettant de relâcher des substances antisténotiques de façon continue, sur une durée prolongée, et in vivo.