The processing limits the presentation of the melanoma-associated antigen Melan-A in vitro and in vivo

SUMMARY Both proteasomes and additional proteases play an essential role in the generation of most antigenic peptides presented by MHC class I molecules. Therefore, it is of major importance to characterize the mechanisms leading to the production of correct antigenic peptides to improve the design of vaccines. As a model determinant we used the melanoma-associated protein Melan-A, which contains the immunodominant CTL-epitope Melan-A26/27-35/HLA-A*0201 and against which a high frequency of T lymphocytes has been detected in many melanoma patients. In a first part, we have studied the effects of antigen processing on the induction of a specific T cell response in vivo. Our results have shown that the immunoproteasome, expressed in most cells after exposure to Interferon-γ (IFN-γ) and constitutively in some specialized cells such as dendritic cells, does not efficiently process the HLA¬A2-restricted peptide Melan-A26-35. We have produced recombinant lentiviral vectors (rec. 1v) and vaccinia virus (rec. vv) encoding either preprocessed Melan-A26-35(A27L) peptide or full-length Melan-A(A27L). The immunization of HLA-A2/Kb mice with thoses viruses indicates that immunoproteasomes negatively affect the induction of anti-Melan-A T cell responses in animals immunized with vectors coding for the full- length protein. This negative effect was abrogated in HLA-A2/Kb LMP2-/- mice, lacking the immunoproteasomes. Therefore, we can conclude that the expression of immunoproteasomes limits the induction of the anti-Melan-A T cell response. In a second part, we show that the in vitro degradation of a Melan-A26/27-35 precursor by the proteasomes produces both the final antigenic peptide and N-terminally extended intermediates. When human melanoma cells expressing the corresponding fragments were exposed to specific CTL, those expressing the minimal antigenic sequence were recognized more efficiently than those expressing the N-terminally extended intermediates. We demonstrated that the N-terminally extended intermediates were inefficiently trimmed by cytosolic proteases. These results imply that both proteasomes and post-proteasomal peptidases influence the availability of antigenic peptides and that the efficiency of presentation may be affected by conditions that alter the ratio between fully and partially processed proteasomal products. RESUME Le protéasome ainsi que d'autres protéases jouent un rôle essentiel dans l'apprêtement de la plupart des peptides antigéniques présentés par les molécules de MHC classe I. Il est donc particulièrement important de connaître les mécanismes menant à la production du peptide antigénique correct afin de pouvoir mieux définir de futurs vaccins. Nous avons utilisé la protéine associée au mélanome, Melan-A, contenant un épitope immunodominant Melan-A26/27-35/HLA-A*0201 contre lequel une fréquence élevée de lymphocytes T a été detectée dans plusieurs patients atteints de mélanome. Dans une première partie, nous avons étudié les effets de l'apprêtement du peptide antigéniques Melan-A26-35 sur l'induction de cellules T spécifiques dans la souris. Nos résultats ont démontré que l'immunoprotéasome, exprimé dans la plupart des cellules après exposition à de l'IFN-γ et exprimé constitutivement dans certaines cellules spécialisées, telles les cellules dendritiques, n'apprête pas efficacement le peptide antigénique Melan-A26-35 restreint par HLA-A2 in vitro. Nous avons produit des vecteurs lentiviraux recombinants ainsi que des virus vaccinia codant pour le peptide antigénique Melan-A26-35(A27L) et pour la protéine entière Melan-A(A27L). L'immunisation de souris HLA-A2/Kb avec ces virus démontre que l'immunoprotéasome affecte négativement l'induction d'une réponse T contre Melan¬-A dans les souris immunisées avec des virus contenant la séquence de la protéine entière. Cet effet négatif est complètement aboli dans les souris HLA-A2/Kb LMP2-/- qui n'expriment pas l'immunoprotéasome. Deuxièmement, nous avons demontré que la dégradation d'un peptide précurseur contenant Melan-A26/27-35 par le protéasome produit à la fois le peptide antigénique ainsi que des peptides rallongés à leurs extrémités N-terminales. Lorsque ces fragments sont exprimés dans des cellules humaines et exposés à des cellules T cytotoxiques (CTL), celles qui expriment le peptide antigénique final sont reconnus plus efficacement que celles exprimant les peptides rallongés en N-terminus. Nous avons démontré que les peptides rallongés en N-terminus ne sont pas apprêtés efficacement par les peptidases du cytosol. L'inefficacité de l'apprêtement des peptides rallongés dans le cytosol offre un certain avantage pour les peptides directement produits par le protéasome. Ces résultats impliquent donc que le protéasome ainsi que les peptidases post-proteasomales influencent l'accessibilité des peptides antigéniques.

In vitro and in vivo antimalarial activity and cytotoxicity of extracts, fractions and a substance isolated from the Amazonian plant Tachia grandiflora (Gentianaceae)

Tachia sp. are used as antimalarials in the Amazon Region and in vivo antimalarial activity of a Tachia sp. has been previously reported. Tachia grandiflora Maguire and Weaver is an Amazonian antimalarial plant and herein its cytotoxicity and antimalarial activity were investigated. Spectral analysis of the tetraoxygenated xanthone decussatin and the iridoid aglyone amplexine isolated, respectively, from the chloroform fractions of root methanol and leaf ethanol extracts was performed. In vitro inhibition of the growth of Plasmodium falciparum Welch was evaluated using optical microscopy on blood smears. Crude extracts of leaves and roots were inactive in vitro. However, chloroform fractions of the root and leaf extracts [half-maximal inhibitory concentration (IC50) = 10.5 and 35.8 µg/mL, respectively] and amplexine (IC50= 7.1 µg/mL) were active in vitro. Extracts and fractions were not toxic to type MRC-5 human fibroblasts (IC50> 50 µg/mL). Water extracts of the roots of T. grandiflora administered by mouth were the most active extracts in the Peters 4-day suppression test in Plasmodium berghei-infected mice. At 500 mg/kg/day, these extracts exhibited 45-59% inhibition five to seven days after infection. T. grandiflora infusions, fractions and isolated substance have potential as antimalarials.

The efficacy of 2-nitrovinylfuran derivatives againstLeishmania in vitro and in vivo

Despite recent advances in the treatment of some forms of leishmaniasis, the available drugs are still far from ideal due to inefficacy, parasite resistance, toxicity and cost. The wide-spectrum antimicrobial activity of 2-nitrovinylfuran compounds has been described, as has their activity against Trichomonas vaginalis and other protozoa. Thus, the aim of this study was to test the antileishmanial activities of six 2-nitrovinylfurans in vitro and in a murine model of leishmaniasis. Minimum parasiticide concentration (MPC) and 50% inhibitory concentration (IC50) values for these compounds against the promastigotes of Leishmania amazonensis, Leishmania infantum and Leishmania braziliensis were determined, as were the efficacies of two selected compounds in an experimental model of cutaneous leishmaniasis (CL) caused by L. amazonensis in BALB/c mice. All of the compounds were active against the promastigotes of the three Leishmania species tested. IC50 and MPC values were in the ranges of 0.8-4.7 µM and 1.7-32 µM, respectively. The compounds 2-bromo-5-(2-bromo-2-nitrovinyl)-furan (furvina) and 2-bromo-5-(2-methyl-2-nitrovinyl)-furan (UC245) also reduced lesion growth in vivo at a magnitude comparable to or higher than that achieved by amphotericin B treatment. The results demonstrate the potential of this class of compounds as antileishmanial agents and support the clinical testing of Dermofural(r) (a furvina-containing antifungal ointment) for the treatment of CL.

Non-remboursement de la fécondation in vitro : il est temps de changer d'avis

La fécondation in vitro (FIV) n'est pas remboursée. Le Tribunal fédéral le répète inlassablement depuis bientôt 30 ans. Néanmoins, les assurées ne baissent pas les bras et périodiquement resoumettent la question, espérant que de nouvelles données scientifiques sauront infléchir la Haute Cour. En vain. Le tribunal l'a redit en octobre 2012:1 cette prestation n'est pas à charge des caisses.2 L'ordonnance sur les prestations de l'assurance-maladie (OPAS3) le prévoit explicitement, et il n'y a simplement pas lieu d'examiner une disposition d'une ordonnance du Département fédéral de l'intérieur (DFI). Le raisonnement est toutefois un peu court. Premièrement, le refus du Tribunal fédéral d'examiner si l'ordonnance respecte le cadre de la délégation législative ne convainc pas. Deuxièmement, la FIV remplit les critères imposés à la prise en charge tels que décidés par le législateur dans la loi sur l'assurance-maladie (LAMal4). Enfin, les assurés qui décident de recourir contre un refus de remboursement sont privés des garanties minimales de procédure que leur garantit pourtant la Convention européenne des droits de l'homme. La présente contribution commence par une brève description de la FIV. Elle expose ensuite la législation applicable (partie 2) et la jurisprudence fédérale qui en découle (partie 3). La partie suivante critique la position du Tribunal fédéral au regard des principes énoncés dans la législation. Une comparaison avec l'insémination intra-utérine (IIU), pour laquelle le Tribunal fédéral a admis le remboursement, met en lumière les incohérences de la jurisprudence. La compatibilité de la jurisprudence fédérale avec l'art. 6 de la Convention européenne sur les droits de l'homme est évaluée. La conclusion plaide pour une réforme partielle du système procédural gouvernant la prise en charge des prestations de soins, mais aussi des techniques médicales alternatives.

Estrogenic activity assessment of environmental chemicals using in vitro assays: identification of two new estrogenic compounds.

Environmental chemicals with estrogenic activities have been suggested to be associated with deleterious effects in animals and humans. To characterize estrogenic chemicals and their mechanisms of action, we established in vitro and cell culture assays that detect human estrogen receptor [alpha] (hER[alpha])-mediated estrogenicity. First, we assayed chemicals to determine their ability to modulate direct interaction between the hER[alpha] and the steroid receptor coactivator-1 (SRC-1) and in a competition binding assay to displace 17ss-estradiol (E(2)). Second, we tested the chemicals for estrogen-associated transcriptional activity in the yeast estrogen screen and in the estrogen-responsive MCF-7 human breast cancer cell line. The chemicals investigated in this study were o,p'-DDT (racemic mixture and enantiomers), nonylphenol mixture (NPm), and two poorly analyzed compounds in the environment, namely, tris-4-(chlorophenyl)methane (Tris-H) and tris-4-(chlorophenyl)methanol (Tris-OH). In both yeast and MCF-7 cells, we determined estrogenic activity via the estrogen receptor (ER) for o,p'-DDT, NPm, and for the very first time, Tris-H and Tris-OH. However, unlike estrogens, none of these xenobiotics seemed to be able to induce ER/SRC-1 interactions, most likely because the conformation of the activated receptor would not allow direct contacts with this coactivator. However, these compounds were able to inhibit [(3)H]-E(2) binding to hER, which reveals a direct interaction with the receptor. In conclusion, the test compounds are estrogen mimics, but their molecular mechanism of action appears to be different from that of the natural hormone as revealed by the receptor/coactivator interaction analysis.

The control of microtubule stability in vitro and in transfected cells by MAP1B and SCG10.

In neurons, the regulation of microtubules plays an important role for neurite outgrowth, axonal elongation, and growth cone steering. SCG10 family proteins are the only known neuronal proteins that have a strong destabilizing effect, are highly enriched in growth cones and are thought to play an important role during axonal elongation. MAP1B, a microtubule-stabilizing protein, is found in growth cones as well, therefore it was important to test their effect on microtubules in the presence of both proteins. We used recombinant proteins in microtubule assembly assays and in transfected COS-7 cells to analyze their combined effects in vitro and in living cells, respectively. Individually, both proteins showed their expected activities in microtubule stabilization and destruction respectively. In MAP1B/SCG10 double-transfected cells, MAP1B could not protect microtubules from SCG10-induced disassembly in most cells, in particular not in cells that contained high levels of SCG10. This suggests that SCG10 is more potent to destabilize microtubules than MAP1B to rescue them. In microtubule assembly assays, MAP1B promoted microtubule formation at a ratio of 1 MAP1B per 70 tubulin dimers while a ratio of 1 SCG10 per two tubulin dimers was needed to destroy microtubules. In addition to its known binding to tubulin dimers, SCG10 binds also to purified microtubules in growth cones of dorsal root ganglion neurons in culture. In conclusion, neuronal microtubules are regulated by antagonistic effects of MAP1B and SCG10 and a fine tuning of the balance of these proteins may be critical for the regulation of microtubule dynamics in growth cones.

Cytotoxic effects of FGF2-saporin on bovine epithelial lens cells in vitro.

PURPOSE: To test the ability of two preparations of FGF2-saporin, either FGF2 chemically conjugated to saporin (FGF2-SAP) or genetically engineered FGF2-saporin (rFGF2-SAP) to inhibit the growth of bovine epithelial lens (BEL) cells in vitro when in solution and when immobilized on heparin surface-modified (HSM) polymethylmethacrylate (PMMA) intraocular lenses (IOLs). METHOD: Bovine epithelial lens cells were incubated with various concentrations FGF2-saporin for as long as 4 days. The number of surviving cells was determined by counting the number of nuclei. Because FGF2 binds to heparin, FGF2-saporin was incubated with HSM PMMA IOLs; excess toxin was washed off, and the BEL cells were grown on the FGF2-saporin-treated IOLs (HSM and non-HSM) for 4 days. Cell density was determined by image analysis. RESULTS: Both FGF2-SAP and rFGF2-SAP were highly cytotoxic (nM range), with rFGF2-SAP 10 times less active than FGF2-SAP. FGF2-saporin bound to the surface of HSM IOLs and eluted by 2M NaCl retained its activity. Toxin bound to HSM IOLs killed more than 90% of the BEL cells placed on the IOL surface within 4 days. The ability of FGF2-saporin to prevent the growth of cells on the IOL surface was strictly dependent on the presence of heparin on the IOL. CONCLUSIONS: FGF2-saporin is bound to HSM PMMA IOLs and prevents the growth of epithelial cells on the surface of the lens.

In vitro assessment of the pulmonary toxicity and gastric availability of lead-rich particles from a lead recycling plant

Epidemiological studies in urban areas have linked increasing respiratory and cardiovascular pathologies with atmospheric particulate matter (PM) from anthropic activities. However, the biological fate of metal-rich PM industrial emissions in urban areas of developed countries remains understudied. Lead toxicity and bioaccessibility assessments were therefore performed on emissions from a lead recycling plant, using complementary chemical acellular tests and toxicological assays, as a function of PM size (PM(10-2.5), PM(2.5-1) and PM(1)) and origin (furnace, refining and channeled emissions). Process PM displayed differences in metal content, granulometry, and percentage of inhalable fraction as a function of their origin. Lead gastric bioaccessibility was relatively low (maximum 25%) versus previous studies; although, because of high total lead concentrations, significant metal quantities were solubilized in simulated gastrointestinal fluids. Regardless of origin, the finest PM(1) particles induced the most significant pro-inflammatory response in human bronchial epithelial cells. Moreover, this biological response correlated with pro-oxidant potential assay results, suggesting some biological predictive value for acellular tests. Pulmonary effects from lead-rich PM could be driven by thiol complexation with either lead ions or directly on the particulate surface. Finally, health concern of PM was discussed on the basis of pro-inflammatory effects, accellular test results, and PM size distribution.

In-vitro testing of biofilm formation on infected bone grafts and bone substitutes

Background: Bacteria form biofilms on the surface of orthopaedic devices, causing persistent infections. Monitoring biofilm formation on bone grafts and bone substitutes is challenging due to heterogeneous surface characteristics. We analyzed various bone grafts and bone substitutes regarding their propensity for in-vitro biofilm formation caused by S. aureus and S. epidermidis. Methods: Beta-tricalciumphosphate (b-TCP, ChronOsTM), processed human spongiosa (TutoplastTM) and PMMA (PalacosTM) were investigated. PE was added as a growth control. As test strains S. aureus (ATCC 29213) and S. epidermidis RP62A (ATCC 35984) were used. Test materials were incubated with 105 cfu/ml. After 24 h, test materials were removed and washed, followed by a standardised sonication protocol. The resulting sonication fluid was plated and bacterial counts were enumerated and expressed as cfu/sample. Sonicated samples were transferred to a microcalorimeter (TA Instrument) and heat flow monitored over a 24 h period with a precision of 0.0001°C and a sensitiviy of 200 μW. Experiments were performed in triplicates to calculate the mean ± SD. One-way ANOVA analysis was used for statistical analysis. Results: Bacterial counts (log10 cfu/sample) were highest on b-TCP (S. aureus 7.67 ± 0.17; S. epidermidis 8.14 ± 0.05) while bacterial density (log10 cfu/surface) was highest on PMMA (S. aureus 6.12 ± 0.2, S. epidermidis 7.65 ± 0.13). Detection time for S. aureus biofilms was shorter for the porous materials (b-TCP and Tutoplast, p <0.001) compared to the smooth materials (PMMA and PE) with no differences between b-TCP and TutoplastTM (p >0.05) or PMMA and PE (p >0.05). In contrast, for S. epidermidis biofilms the detection time was different (p <0.001) between all materials except between Tutoplast and PE (p >0.05). Conclusion: Our results demonstrate biofilm formation with both strains on all tested materials. Microcalorimetry was able to detect quantitatively the amount of biofilm. Further studies are needed to see whether calorimetry is a suitable tool also to monitor approaches to prevent and treat infections associated with bone grafts and bone substitutes.

The influence of drugs used in cardiac anaesthesia and critical care on multiple electrode aggregometry: an in-vitro volunteer study.

BACKGROUND: Multiple electrode aggregometry (MEA) is a point-of-care test evaluating platelet function and the efficacy of platelet inhibitors. In MEA, electrical impedance of whole blood is measured after addition of a platelet activator. Reduced impedance implies platelet dysfunction or the presence of platelet inhibitors. MEA plays an increasingly important role in the management of perioperative platelet dysfunction. In vitro, midazolam, propofol, lidocaine and magnesium have known antiplatelet effects and these may interfere with MEA interpretation. OBJECTIVE: To evaluate the extent to which MEA is modified in the presence of these drugs. DESIGN: An in-vitro study using blood collected from healthy volunteers. SETTING: Centre Hospitalier Universitaire Vaudois, Lausanne, Switzerland, 2010 to 2011. PATIENTS: Twenty healthy volunteers. INTERVENTION: Measurement of baseline MEA was using four activators: arachidonic acid, ADP, TRAP-6 and collagen. The study drugs were then added in three increasing, clinically relevant concentrations. MAIN OUTCOME MEASURE: MEA was compared with baseline for each study drug. RESULTS: Midazolam, propofol and lidocaine showed no effect on MEA at any concentration. Magnesium at 2.5 mmol l had a significant effect on the ADP and TRAP tests (31 ± 13 and 96 ± 39 AU, versus 73 ± 21 and 133 ± 28 AU at baseline, respectively), and a less pronounced effect at 1 mmol l on the ADP test (39 ± 0 AU). CONCLUSION: Midazolam, propofol and lidocaine do not interfere with MEA measurement. In patients treated with high to normal doses of magnesium, MEA results for ADP and TRAP-tests should be interpreted with caution. TRIAL REGISTRATION: Clinicaltrials.gov (no. NCT01454427).

Establishment of models to study mouse and human retinogenesis "in vitro" : isolation and characterization of retinal stem cells

SUMMARY IN FRENCH Les cellules souches sont des cellules indifférenciées capables a) de proliférer, b) de s'auto¬renouveller, c) de produire des cellules différenciées, postmitotiques et fonctionnelles (multipotencialité), et d) de régénérer le tissu après des lésions. Par exemple, les cellules de souches hematopoiétiques, situées dans la moelle osseuse, peuvent s'amplifier, se diviser et produire diverses cellules différenciées au cours de la vie, les cellules souches restant dans la moelle osseuse et consentant leur propriété. Les cellules souches intestinales, situées dans la crypte des microvillosités peuvent également régénérer tout l'intestin au cours de la vie. La rétine se compose de six classes de neurones et d'un type de cellule gliale. Tous ces types de cellules sont produits par un progéniteur rétinien. Le pic de production des photorécepteurs se situe autour des premiers jours postnatals chez la souris. A cette période la rétine contient les cellules hautement prolifératives. Dans cette étude, nous avons voulu analyser le phénotype de ces cellules et leur potentiel en tant que cellules souches ou progénitrices. Nous nous sommes également concentrés sur l'effet de certains facteurs épigéniques sur leur destin cellulaire. Nous avons observé que toutes les cellules prolifératives isolées à partir de neurorétines postnatales de souris expriment le marqueur de glie radiaire RC2, ainsi que des facteurs de transcription habituellement trouvés dans la glie radiaire (Mash1, Pax6), et répondent aux critères des cellules souches : une capacité élevée d'expansion, un état indifférencié, la multipotencialité (démontrée par analyse clonale). Nous avons étudié la différentiation des cellules dans différents milieux de culture. En l'absence de sérum, l'EGF induit l'expression de la β-tubulin-III, un marqueur neuronal, et l'acquisition d'une morphologie neuronale, ceci dans 15% des cellules présentes. Nous avons également analysé la prolifération de cellules. Seulement 20% des cellules incorporent le bromodéoxyuridine (BrdU) qui est un marqueur de division cellulaire. Ceci démontre que l'EGF induit la formation des neurones sans une progression massive du cycle cellulaire. Par ailleurs, une stimulation de 2h d'EGF est suffisante pour induire la différentiation neuronale. Certains des neurones formés sont des cellules ganglionnaires rétiniennes (GR), comme l'indique l'expression de marqueurs de cellules ganglionnaires (Ath5, Brn3b et mélanopsine), et dans de rare cas d'autres neurones rétiniens ont été observés (photorécepteurs (PR) et cellules bipolaires). Nous avons confirmé que les cellules souches rétiniennes tardives n'étaient pas restreintes au cours du temps et qu'elles conservent leur multipotencialité en étant capables de générer des neurones dits précoces (GR) ou tardifs (PR). Nos résultats prouvent que l'EGF est non seulement un facteur contrôlant le développement glial, comme précédemment démontré, mais également un facteur efficace de différentiation pour les neurones rétiniens, du moins in vitro. D'autre part, nous avons voulu établir si l'oeil adulte humain contient des cellules souches rétiniennes (CSRs). L'oeil de certains poissons ou amphibiens continue de croître pendant l'âge adulte du fait de l'activité persistante des cellules souches rétiniennes. Chez les poissons, le CSRs se situe dans la marge ciliaire (CM) à la périphérie de la rétine. Bien que l'oeil des mammifères ne se développe plus pendant la vie d'adulte, plusieurs groupes ont prouvé que l'oeil de mammifères adultes contient des cellules souches rétiniennes également dans la marge ciliaire plus précisément dans l'épithélium pigmenté et non dans la neurorétine. Ces CSRs répondent à certains critères des cellules souches. Nous avons identifié et caractérisé les cellules souches rétiniennes résidant dans l'oeil adulte humain. Nous avons prouvé qu'elles partagent les mêmes propriétés que leurs homologues chez les rongeurs c.-à-d. auto-renouvellement, amplification, et différenciation en neurones rétiniens in vitro et in vivo (démontré par immunocoloration et microarray). D'autre part, ces cellules peuvent être considérablement amplifiées, tout en conservant leur potentiel de cellules souches, comme indiqué par l'analyse de leur profil d'expression génique (microarray). Elles expriment également des gènes communs à diverses cellules souches: nucleostemin, nestin, Brni1, Notch2, ABCG2, c-kit et son ligand, aussi bien que cyclin D3 qui agit en aval de c-kit. Nous avons pu montré que Bmi1et Oct4 sont nécessaires pour la prolifération des CSRs confortant leur propriété de cellules souches. Nos données indiquent que la neurorétine postnatale chez la souris et l'épithélium pigmenté de la marge ciliaire chez l'humain adulte contiennent les cellules souches rétiniennes. En outre, nous avons développé un système qui permet d'amplifier et de cultiver facilement les CSRs. Ce modèle permet de disséquer les mécanismes impliqués lors de la retinogenèse. Par exemple, ce système peut être employé pour l'étude des substances ou des facteurs impliqués, par exemple, dans la survie ou dans la génération des cellules rétiniennes. Il peut également aider à disséquer la fonction de gènes ou les facteurs impliqués dans la restriction ou la spécification du destin cellulaire. En outre, dans les pays occidentaux, la rétinite pigmentaire (RP) touche 1 individu sur 3500 et la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) affecte 1 % à 3% de la population âgée de plus de 60 ans. La génération in vitro de cellules rétiniennes est aussi un outil prometteur pour fournir une source illimitée de cellules pour l'étude de transplantation cellulaire pour la rétine. SUMMARY IN ENGLISH Stem cells are defined as undifferentiated cells capable of a) proliferation, b) self maintenance (self-renewability), c) production of many differentiated functional postmitotic cells (multipotency), and d) regenerating tissue after injury. For instance, hematopoietic stem cells, located in bone marrow, can expand, divide and generate differentiated cells into the diverse lineages throughout life, the stem cells conserving their status. In the villi crypt, the intestinal stem cells are also able to regenerate the intestine during their life time. The retina is composed of six classes of neurons and one glial cell. All these cell types are produced by the retinal progenitor cell. The peak of photoreceptor production is reached around the first postnatal days in rodents. Thus, at this stage the retina contains highly proliferative cells. In our research, we analyzed the phenotype of these cells and their potential as possible progenitor or stem cells. We also focused on the effect of epigenic factor(s) and cell fate determination. All the proliferating cells isolated from mice postnatal neuroretina harbored the radial glia marker RC2, expressed transcription factors usually found in radial glia (Mash 1, Pax6), and met the criteria of stem cells: high capacity of expansion, maintenance of an undifferentiated state, and multipotency demonstrated by clonal analysis. We analyzed the differentiation seven days after the transfer of the cells in different culture media. In the absence of serum, EGF led to the expression of the neuronal marker β-tubulin-III, and the acquisition of neuronal morphology in 15% of the cells. Analysis of cell proliferation by bromodeoxyuridine incorporation revealed that EGF mainly induced the formation of neurons without stimulating massively cell cycle progression. Moreover, a pulse of 2h EGF stimulation was sufficient to induce neuronal differentiation. Some neurons were committed to the retinal ganglion cell (RGC) phenotype, as revealed by the expression of retinal ganglion markers (Ath5, Brn3b and melanopsin), and in few cases to other retinal phenotypes (photoreceptors (PRs) and bipolar cells). We confirmed that the late RSCs were not restricted over-time and conserved multipotentcy characteristics by generating retinal phenotypes that usually appear at early (RGC) or late (PRs) developmental stages. Our results show that EGF is not only a factor controlling glial development, as previously shown, but also a potent differentiation factor for retinal neurons, at least in vitro. On the other hand, we wanted to find out if the adult human eye contains retina stem cells. The eye of some fishes and amphibians continues to grow during adulthood due to the persistent activity of retinal stem cells (RSCs). In fish, the RSCs are located in the ciliary margin zone (CMZ) at the periphery of the retina. Although, the adult mammalian eye does not grow during adult life, several groups have shown that the adult mouse eye contains retinal stem cells in the homologous zone (i.e. the ciliary margin), in the pigmented epithelium and not in the neuroretina. These RSCs meet some criteria of stem cells. We identified and characterized the human retinal stem cells. We showed that they posses the same features as their rodent counterpart i.e. they self-renew, expand and differentiate into retinal neurons in vitro and in vivo (indicated by immunostaining and microarray analysis). Moreover, they can be greatly expanded while conserving their sternness potential as revealed by the gene expression profile analysis (microarray approach). They also expressed genes common to various stem cells: nucleostemin, nestin, Bmil , Notch2, ABCG2, c-kit and its ligand, as well as cyclin D3 which acts downstream of c-kit. Furthermore, Bmil and Oct-4 were required for RSC proliferation reinforcing their stem cell identity. Our data indicate that the mice postnatal neuroretina and the adult pigmented epithelium of adult human ciliary margin contain retinal stem cells. We developed a system to easily expand and culture RSCs that can be used to investigate the retinogenesis. For example, it can help to screen drugs or factors involved, for instance, in the survival or generation of retinal cells. This could help to dissect genes or factors involved in the restriction or specification of retinal cell fate. In Western countries, retinitis pigmentosa (RP) affects 1 out of 3'500 individuals and age-related macula degeneration (AMD) strikes 1 % to 3% of the population over 60. In vitro generation of retinal cells is thus a promising tool to provide an unlimited cell source for cellular transplantation studies in the retina.

In vitro evaluation of staphylococcus aureus biofilm formation on bone grafts and bone substitues

Background: Bacteria form a biofilm on the surface of orthopaedic devices, causing persistent and infection. Little is known about biofilms formation on bone grafts and bone substitutes. We analyzed various representative materials regarding their propensity for biofilm formation caused by Staphylococcus aureus.Methods: As bone graft beta-tricalciumphosphate (b-TCP, CyclOsTM) and as bone substitute a tantalum metal mesh (trabecular metalTM) and PMMA (Pala-cosTM) were investigated. As test organism S. aureus (strain ATCC 29213) was used. Test materials were incubated with bacterial solution of 105 colony-forming units (cfu)/ml at 37°C for 24 h without shaking. After 24 h, the test materials were removed and washed 3 times in normal saline, followed by sonication in 50 ml Ringer solution at 40 kHz for 5 minutes. The resulting sonication fluid was plated in aliquots of 0.1 ml onto aerobe blood agar with 5% sheep blood and incubated at 37°C with 5% CO2 for 24 h. Then, bacterial counts were enumerated and expressed as cfu/ml. All experiments were performed in triplicate to calculate the mean ± standard deviation. The Wilcoxon test was used for statistical calculations.Results: The three investigated materials show a differing specific surface with b-TCB>trabecular metal>PMMA per mm2. S. aureus formed biofilm on all test materials as confirmed by quantitative culture after washing and sonication. The bacterial counts in sonication fluid (in cfu/ml) were higher in b-TCP (5.1 x 106 ± 0.6 x 106) and trabecular metal (3.7 x 106 ± 0.6 x 106) than in PMMA (3.9 x 104 ± 1.8 x 104), p<0.05.Conclusion: Our results demonstrate that about 100-times more bacteria adhere on b-TCP and trabecular metal than on PMMA, reflecting the larger surface of b-TCP and trabecuar metal compared to the one of PMMA. This in-vitro data indicates that bone grafts are susceptible to infection. Further studies are needed to evaluate efficient approaches to prevent and treat infections associated with bone grafts and substitutes, including modification of the surface or antibacterial coating.

"In vitro" study of the molecular mechanism of the "E.Coli" Hsp 70/Hsp40/NEF chaperone system and its interactions with ?-sinuclein

SUMMARY Under stressful conditions, mutant or post-translationally modified proteins may spontaneously misfold and form toxie species, which may further assemble into a continuum of increasingly large and insoluble toxic oligomers that may further condense into less toxic, compact amyloids in the cell Intracellular accumulation of aggregated proteins is a common denominator of several neurodegenerative diseases. To cope with the cytotoxicity induced by abnormal, aggregated proteins, cells have evolved various defence mechanisms among which, the molecular chaperones Hsp70. Hsp70 (DnaK in E. coii) is an ATPase chaperone involved in many physiological processes in the cell, such as assisting de novo protein folding, dissociating native protein oligomers and serving as pulling motors in the import of polypeptides into organelles. In addition, Hsp70 chaperones can actively solubilize and reactivate stable protein aggregates, such as heat- or mutation-induced aggregates. Hsp70 requires the cooperation of two other co-chaperones: Hsp40 and NEF (Nucleotide exchange factor) to fulfil its unfolding activity. In the first experimental section of this thesis (Chapter II), we studied by biochemical analysis the in vitro interaction between recombinant human aggregated α-synuclein (a-Syn oligomers) mimicking toxic a-Syn oligomers species in PD brains, with a model Hsp70/Hsp40 chaperone system (the E. coii DnaK/DnaJ/GrpE). We found that chaperone-mediated unfolding of two denatured model enzymes were strongly affected by α-Syn oligomers but, remarkably, not by monomers. This in vitro observed dysfunction of the Hsp70 chaperone system resulted from the sequestration of the Hsp40 proteins by the oligomeric α-synuclein species. In the second experimental part (Chapter III), we performed in vitro biochemical analysis of the co-chaperone function of three E. coii Hsp40s proteins (DnaJ, CbpA and DjlA) in the ATP-fuelled DnaK-mediated refolding of a model DnaK chaperone substrate into its native state. Hsp40s activities were compared using dose-response approaches in two types of in vitro assays: refolding of heat-denatured G6PDH and DnaK-mediated ATPase activity. We also observed that the disaggregation efficiency of Hsp70 does not directly correlate with Hsp40 binding affinity. Besides, we found that these E. coii Hsp40s confer substrate specificity to DnaK, CbpA being more effective in the DnaK-mediated disaggregation of large G6PDH aggregates than DnaJ under certain conditions. Sensibilisées par différents stress ou mutations, certaines protéines fonctionnelles de la cellule peuvent spontanément se convertir en formes inactives, mal pliées, enrichies en feuillets bêta, et exposant des surfaces hydrophobes favorisant l'agrégation. Cherchant à se stabiliser, les surfaces hydrophobes peuvent s'associer aux régions hydrophobes d'autres protéines mal pliées, formant des agrégats protéiques stables: les amyloïdes. Le dépôt intracellulaire de protéines agrégées est un dénominateur commun à de nombreuses maladies neurodégénératives. Afin de contrer la cytotoxicité induite par les protéines agrégées, les cellules ont développé plusieurs mécanismes de défense, parmi lesquels, les chaperonnes moléculaires Hsp70. Hsp70 nécessite la collaboration de deux autres co-chaperonnes : Hsp40 et NEF pour accomplir son activité de désagrégation. Hsp70 (DnaK, chez E. coli) est impliquée par ailleurs dans d'autres fonctions physiologiques telles que l'assistanat de protéines néosynthétisées à la sortie du ribosome, ou le transport transmembranaire de polypeptides. Par ailleurs, les chaperonnes Hsp70 peuvent également solubiliser et réactiver des protéines agrégées à la suite d'un stress ou d'une mutation. Dans la première partie expérimentale de cette thèse (Chapter II), nous avons étudié in vitro l'interaction entre les oligomères d'a-synucleine, responsables entre autres, de la maladie de Parkinson, et le système chaperon Hsp70/Hsp40 (système Escherichia coli DnaK/DnaJ/GrpE). Nous avons démontré que contrairement aux monomères, les oligomères d'a-synucleine inhibaient le système chaperon lors du repliement de protéines agrégées. Cette dysfonction du système chaperon résulte de la séquestration des chaperonnes Hsp40 par les oligomères d'a-synucleine. La deuxième partie expérimentale (Chapitre III) est consacrée à une étude in vitro de la fonction co-chaperonne de trois Hsp40 d'is. coli (DnaJ, CbpA, et DjlA) lors de la désagrégation par DnaK d'une protéine pré-agrégée. Leurs activités ont été comparées par le biais d'une approche dose-réponse au niveau de deux analyses enzymatiques: le repliement de la protéine agrégée et l'activité ATPase de DnaK. Par ailleurs, nous avons mis en évidence que l'efficacité de désagrégation d'Hsp70 et l'affinité des chaperonnes Hsp40 vis-à-vis de leur substrat n'étaient pas corrélées positivement. Nous avons également montré que ces trois chaperonnes Hsp40 étaient directement impliquées dans la spécificité des fonctions accomplies par les chaperonnes Hsp70. En effet, DnaK en présence de CbpA assure la désagrégation de large agrégats protéiques avec une efficacité nettement plus accrue qu'en présence de DnaJ.

Population differentiation and its consequences in the white campion "Silene latifolia" (Caryophyllaceae): a functional analysis

Summary In his theory On the Origin of Species by Means of Natural Selection (1859), Darwin describes evolution as a gradual change in population over time and that natural selection is a process that caused evolution. Because quantitative variation in species is partly influenced by several genes and thus heritable, association between levels of genetic variation at neutral markers and at quantitative traits and their partitioning within and among populations are important to study mechanisms that drive evolution in populations. Most studies addressing quantitative variation in plants focused on morphological and life history traits but not in traits affecting reproductive success. The aim of this thesis is to better understand how patterns of variation for neutral molecular markers and phenotypic traits drive the evolution of reproduction and defensive mechanisms in six European populations of Silene latifolia, a dioecious plant species. We found evidence for extremely high within and between population variation at six microsatellite loci and at most quantitative traits studied in plants grown under standardized conditions (morphology, life history and reproductive traits). Interestingly, there was clinal variation between age at first flowering and latitude. This pattern is likely due to natural selection since differentiation of this trait was high, heritable and probably higher than differentiation at neutral markers. Our study focused on sex specific selective pressures: mechanisms of intersexual coadaptation and defence mechanism against the seed predator Hadena bicruris. To address divergence at reproductive traits, we studied male and female population of origin effects and in particular pollen competitive ability on male post-pollination success in the study populations with within and between populations crosses. We crossed the same female plant with pollen from a male within the same population of origin and pollen from two males from two distinct populations, using a fixed tester male as a competitor. Additionally, we conducted control crosses with pollen from each male as a single donor. We analysed paternity success of each competitor with two microsatellite loci, seed set and offspring fitness. Male population of origin showed significant among-population variation for siring success at pollen competition. In vitro pollen germination rate showed heritable variation among populations and was positively correlated to siring success. Local or foreign pollen did not have a consistent advantage. Furthermore, female population of origin affected the outcome of pollen competition in some populations. There was no difference of seed set or offspring fitness in within/ between population crosses. This suggests that reproductive divergence may occur via pollen competition in Silene latifolia. The specialist seed predator Hadena bicruris may also induce divergence between populations. We tested potential constitutive and induced defence mechanisms against the specialist predator Hadena bicruris. Because fruit wall thickness is smaller in the invasive range (Northern America) were the moth is absent, this suggests that a thicker fruit wall is a potentially defensive trait against larval attack, and that relaxed selection in the absence of the seed predator has resulted in an evolutionary loss of this defence in the invasive range. Fruit wall thickness was different among three populations. Experimental exposure to moth eggs increased fruit abortion. Fruits built after attack on exposed plants did not have thicker fruit walls compared to fruits on non-exposed plants. Furthermore, fruits with thicker fruit walls were not less profitable, nor did they require longer handling time when exposed to larvae, suggesting no defensive role of fruit wall thickness. Our results show that there is high molecular and phenotypic variation in Silene latifolia and that traits potentially involved in reproductive success both for intra-specific (between sexes) and inter-specific interactions are heritable. Different selective forces may thus interact and cause differential evolution of geographically separated Silene latifolia populations in Europe, leading to the observed differentiation. Résumé Dans sa théorie de l'évolution, L'origine des espèces, ch. 4 (1859), Darwin décrit l'évolution comme un processus continu au cours du temps à l'intérieur de populations et que la sélection naturelle en est le moteur. La variation quantitative est en partie déterminée par plusieurs gènes, donc transmissible à la descendance. Associer le niveau de variation génétique à des marqueurs neutres au niveau de la variation à des traits quantitatifs, ainsi que la répartition à l'intérieur et entre les populations d'une espèce donnée de cette variation, sont importants dans la compréhension des forces évolutives. La plupart des études scientifiques sur la variation quantitative chez les plantes se sont intéressées à la morphologie et à la phénologie mais pas aux caractères impliqués dans le succès reproducteur. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre comment la répartition de la variation à des marqueurs neutres et des caractères quantitatifs influence l'évolution de la reproduction et des mécanismes de défense dans six populations Européennes de l'espèce dioïque Silene latifolia. Nous avons mis en évidence une grande diversité intra et inter-population à six loci microsatellites ainsi qu'à la plupart des caractères quantitatifs mesurés (morphologie, phénologie et traits reproducteurs) sur des plantes cultivées dans des conditions standardisées. Un résultat intéressant est la présence d'un cline latitudinal pour l'âge à la floraison. Ceci est probablement une conséquence de la sélection naturelle, puisque ce caractère est différencié entre les populations étudiées, héritable et que la différenciation de ce trait est supérieure à la différenciation des marqueurs neutres étudiés. Notre étude a ensuite porté plus précisément sur les pressions de sélection spécifiques aux sexes : la coadaptation entre les sexes et les mécanismes de défense contre l'insecte granivore Hadena bicruris. Afin d'évaluer la divergence sur les traits reproducteurs, nous avons étudié les effets des populations d'origine des mâles et des femelles et en particulier le succès reproducteur des mâles après pollinisation à l'aide de croisements inter et intra-population. Nous avons pollinisé la même femelle avec du pollen provenant d'un mâle de la même population ainsi qu'avec le pollen de deux mâles provenant de deux autres populations en situation de compétition avec un pollen provenant d'une population test. Des croisements contrôle ont été réalisés avec les mêmes mâles en pollinisation pure. Nous avons évalué le succès reproducteur de chaque mâle à l'aide d'analyses de paternité ainsi que la production de graines et la fitness de la descendance. L'origine du mâle avait un effet sur la paternité. Le taux de croissance in vitro du pollen est un caractère héritable et a eu un effet positif sur le succès reproducteur. De plus, l'origine de la femelle avait un effet sur le succès des mâles en compétition dans certaines populations. Nos résultats suggèrent qu'une divergence reproductive chez Silene latifolia pourrait apparaître suite à la compétition pollinique. Nous avons ensuite testé des mécanismes potentiels de défense constitutive et induite contre l'herbivore spécialiste Hadena bicruris, un papillon nocturne qui pourrait aussi jouer un rôle dans la différenciation des populations. L'épaisseur des fruits étant plus faible dans les régions où la plante est invasive (Amérique du Nord) et où l'insecte est absent, ce trait pourrait jouer un rôle défensif. Une pression de sélection plus faible causée par l'absence de l'herbivore aurait abouti à une perte de cette défense dans ces régions. Nous avons montré que l'épaisseur du fruit est variable selon les populations. L'infestation artificielle de fruit par l'insecte induit l'abscission sélective des fruits. Les fruits produits après une infestation n'étaient pas plus épais que les fruits issus de plantes non infestées. De plus, les fruits épais n'étaient pas moins nutritifs et ne causaient pas de perte de temps pour la prédation pour les larves, ce qui suggère que l'épaisseur des fruits ne joue pas un rôle défensif. Nos résultats montrent que plusieurs pressions de sélection interviennent et interagissent dans l'évolution de populations distantes, provoquant la divergence des populations Européennes de l'espèce Silene latifolia.

In vitro activity of gentamicin-loaded bioabsorbable beads against different microorganisms

Grâce à la prophylaxie antibiotique per-opératoire, à l'amélioration des techniques chirurgicales et au flux laminaire dans les blocs opératoires le taux d'infections postopératoires a pu être diminué dans les interventions chirurgicales orthopédiques. Il stagne néanmoins à environ 0,5- 2% dans les fractures fermées ainsi que dans les interventions orthopédiques électives, et peut monter jusqu'à 30% dans les fractures ouvertes stade III. L'ostéomyelite et la pseudarthrose infectée, qui peuvent en découler, sont responsables de séjours hospitaliers prolongés, engendrent des coûts de traitement élevés, et conduisent souvent à une morbidité substantielle. Le traitement de l'ostéomyelite combine le débridement chirurgical et l'administration d'antibiotiques. Cependant l'administration systémique d'antibiotiques à hautes doses est problématique en raison de leur toxicité systémique et de leur faible pénétration dans les tissus ischémiques et nécrotiques, souvent présents dans l'ostéomyelite. Pour ces raisons, le traitement standard actuel consiste, après débridement chirurgical, en la mise en place de billes de Polyrnéthylmétacrylate (PMMA) imprégnées d'antibiotique, qui fournissent des concentrations locales élevées mais systémiques basses. Malheureusement, ces billes doivent être enlevées une fois l'infection guérie, ce qui nécessite une nouvelle intervention chirurgicale. Des systèmes de libération antibiotique alternatifs devraient non seulement guérir l'infection osseuse, mais également encourager activement la consolidation osseuse et ne pas nécessiter de nouvelle chirurgie pour leur ablation. Nous avons investigué l'activité de billes résorbables chargées en gentamicine contre différents microorganismes (Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Candida albicans), des germes communément responsables d'infections osseuses, par microcalorimétrie, une méthode novice basée sur la mesure de la chaleur produite par des microorganismes qui se répliquent dans une culture. Des billes composées essentiellement de sulfate de calcium et chargées en gentamicine ont été incubées dans des ampoules microcalorimétriques contenant différentes concentrations du germe correspondant. Les bouillons de culture avec chaque germe et billes non-chargées ont été utilisés comme contrôle positif, le bouillon de culture avec bille chargée mais sans germe comme contrôle négatif. La production de chaleur provenant de la croissance bactérienne à 37°C a été mesurée pendant 24 heures. Les cultures ne contenant pas de billes chargées en gentamicine ont. produit des pics de chaleur équivalents à la croissance exponentielle du microorganisme correspondant en milieu riche. Par contre, les germes susceptibles à la gentamicine incubés avec les billes chargées ont complètement supprimé leur production de chaleur pendant 24 heures, démontrant ainsi l'activité antibiotique des billes chargées en gentamicine contre ces germes. Les billes résorbables chargées en gentamicine inhibent donc de façon effective la croissance des germes susceptibles sous les conditions in vitro décrites. Des études sur animaux sont maintenant nécessaires pour déterminer la cinétique d'élution et l'effet antimicrobien de la gentamicine sous conditions in vivo. Finalement des études cliniques devront démontrer que l'utilisation de ces billes est effectivement une bonne option thérapeutique dans le traitement des infections osseuses.