The role of nonhematopoietic MHC class II expression in immune responses and tolerance

Si les rôles fonctionnels de diverses cellules immunitaires infiltrant des tissus enflammés sont assez bien compris, par contre, étonnamment, on connaît bien moins la capacité des cellules non hématopoïétiques résidant dans des tissus, à moduler l'activité biologique des cellules immunitaires immigrantes, et donc le résultat de la réponse immunitaire. La présentation des antigènes, dans le contexte des molécules du CMH de classe II (CMHII) à la surface des cellules présentatrices d'antigènes (CPA) professionnelles à une sous- population de lymphocytes T, est cruciale pour le développement des réponses immunitaires protectives spécifiques de l'antigène. En général, l'expression de CMHII est réservée aux CPAs. Toutefois, au cours des pathologies inflammatoires spécifiques d'organe, telles que l'auto-immunité ou la maladie inflammatoire de l'intestin, l'expression de CMHII est également induite par la cytokine interféron (IFN)-y sur des cellules non hématopoïétiques qui résident dans des tissus enflammés. Les conséquences de ce phénomène sont encore peu comprises. Dans cette étude, nous avons utilisé une souche de souris génétiquement modifiées, qui n'a pas la capacité d'induire l'expression de CMHII sur les cellules non hématopoïétiques, mais a maintenu la régulation normale d'expression de CMHII sur les cellules hématopoïétiques. Nous avons appliqué ces souris à différents modèles d'inflammation intestinale et à un modèle de maladie qui imite la maladie auto-immune de l'inflammation du muscle cardiaque (myocardite) chez l'homme. Nous avons pu montrer que, au cours de l'inflammation intestinale, l'expression du CMHII nonhématopoïétique, ou encore l'expression du CMHII par les cellules épithéliales de l'intestin, confère une protection contre la maladie, en réduisant les cellules immunitaires inflammatoires et en augmentant les cellules Τ régulatrices anti-inflammatoires. Ces résultats pourraient expliquer l'échec des traitements d'anti-IFN-γ dans les maladies intestinales inflammatoires chez l'homme. En revanche, dans la myocardite auto-immune, nos résultats indiquent que la présentation d'antigènes par les cellules non hématopoïétiques du coeur est nécessaire pour l'apparition de la pathologie cardiaque, comme nos souris sont résistantes à la maladie. Toutefois, cela n'est pas dû à un défaut d'activation des lymphocytes T, car les lymphocytes Τ des souris mutantes sont parfaitement capables de promouvoir la maladie après le transfert adoptif dans des animaux de type naturel. Nos résultats suggèrent que, durant les maladies inflammatoires spécifiques d'organe, la présentation d'antigène par des cellules non hématopoïétiques module et contribue au résultat de la réponse immunitaire d'une manière opposée, conférant soit la protection contre la maladie ou sa promotion. Nos résultats pourraient ouvrir la voie à des thérapies qui prennent en compte la contribution de la présentation d'antigènes par les cellules non hématopoïétiques, au cours des maladies inflammatoires spécifiques d'organe. - Les molécules du CMH de classe II (CMHII) sont fondamentales pour la présentation des antigènes aux lymphocytes Τ CD4+, car elles permettent le développement des réponses immunitaires spécifiques de l'antigène. Il est largement admis que l'expression de CMHII est réservée aux cellules présentatrices d'antigènes (CPA). Cependant, dans des conditions inflammatoires, l'expression de CMHII est en principe également induite par l'interféron (IFN)-y sur les cellules non hématopoïétiques, telles que les cellules épithéliales et les cardiomyocytes. Une controverse existe jusqu'à présent au sujet de la fonction de cette présentation d'antigènes non professionnelle, pour savoir si elle favorise la tolérance ou l'immunité dépendante des lymphocytes Τ in vivo. Pour répondre à cette question, nous avons testé des souris qui ne sont pas capables d'induire l'expression du CMHII sur les cellules non hématopoïétiques (souris PIV-/- K14 CIITA Tg) parmi différents modèles murins de pathologies inflammatoires, à savoir les modèles de vaccination pour induire des réponses spécifiques d'antigènes des lymphocytes B, plusieurs modèles de colite et un modèle de myocardite auto-immune expérimental (EAM). Pour cela, nous avons administré à ces souris un modèle de colite atténuée, induite par une infection chronique à Helicobacter hepaticus et par l'administration d'anticorps monoclonaux bloquant le récepteur de l'interleukine (IL)-10 (anti-IL-10R). Dans ce système, nous avons pu observer que l'expression abrogée de CMHII a aggravé la colite bactérienne, soit par les cellules non hématopoïétiques, soit exclusivement par les cellules épithéliales intestinales (CEI) dans un autre modèle murin (souris plV_fl/fl vil-Cre Tg). Ce phénotype du côlon a été associé à une augmentation des fréquences de cellules immunitaires innées, de lymphocytes Th1 CD4+, et d'expression des cytokines et de chimiokines pro-inflammatoires, y compris l'IFN-γ. Notamment, l'expression défectueuse de CMHII non hématopoïétique a également réduit les cellules Τ régulatrices (Treg) Forkhead box P3 (FoxP3)+, sans influencer les fréquences des cellules innées lymphoïdes et des cellules Th17. Ces résultats suggèrent un rôle tolérogène de CEIs CMHII+ qui contribue à l'homéostasie immunitaire intestinale. En revanche, dans le modèle d'EAM, les souris ayant subi une ablation de CMHII non hématopoïétique étaient résistantes à l'induction de la maladie, alors que la progression de la pathologie cardiaque, dans les souris de type naturel ou hétérozygotes, a été accompagnée par une régulation positive de l'expression de CMHII du myocarde. Cependant, l'inflammation cardiaque pourrait être transférée de manière adoptive depuis des souris amorcées PIV-/- K14 CIITA Tg vers des souris de type naturel, indiquant l'absence de défaut intrinsèque d'amorçage des cellules T CD4+ dans notre modèle de souris. Ces observations impliquent un rôle à jouer pour des cellules CMHII+ non hématopoïétiques résidentes du coeur, dans la promotion active de ΙΈΑΜ. En conclusion, nos résultats, provenant de diverses pathologies inflammatoires spécifiques d'organes, suggèrent un rôle complexe et divergent, soit tolérogène, soit immunogène/ pathologique, pour l'expression de CMHII non hématopoïétique au cours des pathologies inflammatoires. L'expression non professionnelle de CMHII semble influencer le résultat des réponses immunitaires en fonction de différents facteurs, tels que le tissu cible, le(s) type(s) de cellule(s) non hématopoïétique(s) participante(s) et l'origine de l'inflammation. Nos résultats pourraient potentiellement ouvrir la voie à des applications thérapeutiques, qui tiennent compte de la contribution de la présentation d'antigènes par des CPAs non professionnelles, au cours de l'inflammation spécifique d'organe. - MHC class II (MHCII) molecules are fundamental for the presentation of antigens to CD4+ Τ cells, allowing the development of antigen-specific immune responses. It is widely accepted that MHCII expression is restricted to antigen-presenting cells (APC). However, under inflammatory conditions, MHCII expression is typically also induced by interferon (IFN)-y on nonhematopoietic cells such as epithelial cells and cardiomyocytes. So far, it remains controversial whether this nonprofessional antigen-presentation function promotes CD4+ Τ cell-dependent tolerance or immunity in vivo. To address this issue, we utilised mice which lack inducible MHCII expression on nonhematopoietic cells (pIV-/- K14 CIITA Tg mice) in different mouse models of inflammatory pathologies, namely immunisation models to induce antigen-specific Β cell responses, various colitis models and a model of experimental autoimmune myocarditis (EAM). In an attenuated model of colitis induced by chronic Helicobacter hepaticus infection and treatment with anti-interleukin (IL)-10 receptor (anti-IL-10R) monoclonal blocking antibody, we observed that abrogated MHCII expression by nonhematopoietic cells or, in an alternative tamoxifen-inducible mouse model (plV_fl/fl vil-Cre Tg mice), exclusively by intestinal epithelial cells (IEC), exacerbated bacterial-driven colitis, which was associated with increased colonic frequencies of innate immune cells, CD4+ Th1 cells and expression of proinflammatory cytokines and chemokines, including IFN-γ. Notably, defective nonhematopoietic MHCII expression also resulted in reduced Forkhead box P3 (FoxP3)+ regulatory Τ (Treg) cells without influencing innate lymphoid cell (ILC) and Th17 cell frequencies. These findings suggest a tolerogenic role of MHClT lECs to contribute to intestinal immune homeostasis. In contrast, in the EAM model, mice ablated of nonhematopoietic MHCII were resistant to disease induction, whereas progression of cardiac pathology in WT and heterozygous control mice was accompanied by upregulation of myocardial MHCII expression. However, cardiac inflammation could be adoptively transferred from primed pIV-/- K14 CIITA Tg mice into WT mice, indicating no intrinsic defect of CD4+ Τ activation in our mouse model. These observations imply a role for MHCIT heart-resident nonhematopoietic cells in actively promoting EAM. In conclusion, our findings from different organ-specific inflammatory pathologies suggest a complex and diverging role - either tolerogenic or immunogenic/ pathologic - for nonhematopoietic MHCII expression during inflammatory pathologies: Nonprofessional MHCII expression appears to influence the outcome of immune responses depending on 7 factors such as the target tissue, participating non hematopoietic cell type(s) and the origin of inflammation. Our findings may potentially open the way to therapeutic applications taking into account the contribution of antigen presentation by nonprofessional, tissue-resident APCs during organ-specific inflammation.

The T cell-specific CXC chemokines IP-10, Mig, and I-TAC are expressed by activated human bronchial epithelial cells.

Recruitment of activated T cells to mucosal surfaces, such as the airway epithelium, is important in host defense and for the development of inflammatory diseases at these sites. We therefore asked whether the CXC chemokines IFN-induced protein of 10 kDa (IP-10), monokine induced by IFN-gamma (Mig), and IFN-inducible T-cell alpha-chemoattractant (I-TAC), which specifically chemoattract activated T cells by signaling through the chemokine receptor CXCR3, were inducible in respiratory epithelial cells. The effects of proinflammatory cytokines, including IFN-gamma (Th1-type cytokine), Th2-type cytokines (IL-4, IL-10, and IL-13), and dexamethasone were studied in normal human bronchial epithelial cells (NHBEC) and in two human respiratory epithelial cell lines, A549 and BEAS-2B. We found that IFN-gamma, but not TNF-alpha or IL-1 beta, strongly induced IP-10, Mig, and I-TAC mRNA accumulation mainly in NHBEC and that TNF-alpha and IL-1 beta synergized with IFN-gamma induction in all three cell types. High levels of IP-10 protein (> 800 ng/ml) were detected in supernatants of IFN-gamma/TNF-alpha-stimulated NHBEC. Neither dexamethasone nor Th2 cytokines modulated IP-10, Mig, or I-TAC expression. Since IFN-gamma is up-regulated in tuberculosis (TB), using in situ hybridization we studied the expression of IP-10 in the airways of TB patients and found that IP-10 mRNA was expressed in the bronchial epithelium. In addition, IP-10-positive cells obtained by bronchoalveolar lavage were significantly increased in TB patients compared with normal controls. These results show that activated bronchial epithelium is an important source of IP-10, Mig, and I-TAC, which may, in pulmonary diseases such as TB (in which IFN-gamma is highly expressed) play an important role in the recruitment of activated T cells.

Multifocal epithelial tumors and field cancerization: stroma as a primary determinant.

It is increasingly evident that cancer results from altered organ homeostasis rather than from deregulated control of single cells or groups of cells. This applies especially to epithelial cancer, the most common form of human solid tumors and a major cause of cancer lethality. In the vast majority of cases, in situ epithelial cancer lesions do not progress into malignancy, even if they harbor many of the genetic changes found in invasive and metastatic tumors. While changes in tumor stroma are frequently viewed as secondary to changes in the epithelium, recent evidence indicates that they can play a primary role in both cancer progression and initiation. These processes may explain the phenomenon of field cancerization, i.e., the occurrence of multifocal and recurrent epithelial tumors that are preceded by and associated with widespread changes of surrounding tissue or organ "fields."

Anti-inflammatory properties of secretory IgA on intestinal epithelial cells during infection by Shigella flexneri

The intestinal immune system hasthe complex task to protect the sterilecore of the organism against invasion.Most of invasive enterobacteria targetintestinal epithelial cells (IEC) inducingmajor damages to the mucosa.Shigella flexneri, by invading IECand inducing inflammatory responsesof the colonic mucosa, causes bacillarydysentery, a bloody diarrhea thatis endemic worldwide. The mechanismof entry of this bacterium is stilla matter of debate. Mcells participatingin sampling antigens from the gutlumen through Peyers patches arecommonly considered as the primarysite of entry of the bacteria. Once inthe lamina propria, Shigella can invadeIEC via their basolateral poleand spread from cell-to-cell leading tomassive tissue destruction. More recently,data are accumulating demonstratingthat bacteria can also enter thelamina propria directly via IEC, underscoringIEC as another gate of entry.In addition, the protective role ofsecretory IgA (SIgA) produced byplasmocytes of the lamina propria hasbeen established in shigellosis contextbut few is known about its role inmaintaining IEC monolayer integrity.Here, the impact of the bacterium wasstudied using polarized CaCo 2 cellmonolayer apically infected with avirulent strain of S. flexneri eitheralone or complexed with its cognateanti LPS SIgA. Parameters associatedwith the infection process includingcytokine measurements (IL-8, IL-18)and laser scanning confocal microscopydetection of Zonula Occludens-1, a tight junction (TJ) protein werestudied.We demonstrate that bacteriaare able to infect IEC through theirluminal-like pole as well, inducingthe complete disruption of TJ and thedestruction of the whole reconstitutedCaCo-2 cell monolayer. SIgA uponneutralization of bacteria led to themaintenance of TJ supporting IEC integrity,and the modulation of cytokinereleases. Together with anti-inflammatoryproperties of SIgA, thefact that apical bacteria can damagethe IEC without the intervention ofother cells such as Mcells offers newpossibilities in understanding thepathogenic mechanisms involved inshigellosis.

Gain-of-function haplotype in the epithelial calcium channel TRPV6 is a risk factor for renal calcium stone formation.

The rate-limiting step of dietary calcium absorption in the intestine requires the brush border calcium entry channel TRPV6. The TRPV6 gene was completely sequenced in 170 renal calcium stone patients. The frequency of an ancestral TRPV6 haplotype consisting of three non-synonymous polymorphisms (C157R, M378V, M681T) was significantly higher (P = 0.039) in calcium stone formers (8.4%; derived = 502, ancestral = 46) compared to non-stone-forming individuals (5.4%; derived = 645, ancestral = 37). Mineral metabolism was investigated on four different calcium regimens: (i) free-choice diet, (ii) low calcium diet, (iii) fasting and (iv) after a 1 g oral calcium load. When patients homozygous for the derived haplotype were compared with heterozygous patients, no differences were found with respect to the plasma concentrations of 1,25-vitamin D, PTH and calcium, and the urinary excretion of calcium. In one stone-forming patient, the ancestral haplotype was found to be homozygous. This patient had absorptive hypercalciuria. We therefore expressed the ancestral protein (157R+378V+681T) in Xenopus oocytes and found a significantly enhanced calcium permeability when tested by a (45)Ca(2+) uptake assay (7.11 +/- 1.93 versus 3.61 +/- 1.01 pmol/min/oocyte for ancestral versus derived haplotype, P < 0.01). These results suggest that the ancestral gain-of-function haplotype in TRPV6 plays a role in calcium stone formation in certain forms of absorptive hypercalciuria.

ASIC1a oligomerization structure-function of its extracellular vestibule and functional characterization of αS243Pβɣ ENaC

Quatre cristaux du canal ASIC1a ont été publiés et soutiennent une stoechiométrie trimérique. Cependant, ces données contredisant de précédentes analyses fonctionnelles effectuées sur des canaux de la même famille, notre intérêt fut porté sur l'oligomérisation d'ASIC1a. Dans ce sens, un nouvel essai couplant la méthode d'analyse par substitution de cystéines (SCAM) avec l'utilisation de réactifs sulfhydryls bifonctionnels (crosslinkers) a été mis en place. Le but étant de stabiliser, puis sélectionner les canaux fonctionnels, pour ensuite les séparer selon leur taille par SDS-PAGE. Grâce à cette technique, nous avons démontré que le complexe stabilisé a une taille coïncidant avec une organisation tétramérique. En plus de son oligomérisation, le chemin emprunté par les ions pour traverser le canal n'est pas clairement défini dans ces structures. De ce fait, utilisant une approche électrophysiologique, nous avons étudié le lien entre la structure et la fonction du vestibule extracellulaire d'ASIC1a. Dans ce but, nous nous sommes intéressés l'accessibilité de cystéines spécifiques localisées dans ce vestibule pour des réactifs méthanethiosulfonates (MTS). Ainsi, nous avons pu corréler les cinétiques de modification de ces cystéines par les MTS avec les effets sur le courant sodique, et donc avoir des informations supplémentaires sur la voie empruntée par les ions. De plus, la simulation informatique de liaison de ces réactifs illustre le remplissage total de ce vestibule. Fonctionnellement, cette interaction ne perturbe pas le passage de ions, c'est pourquoi il nous apparaît probable que le vestibule présente une taille plus large que celle illustrée par les cristaux. Dans un deuxième temps, notre intérêt fut porté sur ENaC. Ce canal est composé des trois sous-unités (a, ß et y) et est exprimé dans divers épithéliums, dont les tubules des reins. Il participe à l'homéostasie sodique et est essentiellement régulé par voie hormonale via l'aldostérone et la Vasopressine, mais également par des sérines protéases ou le Na+. Nous avons étudié la répercussion fonctionnelle de la mutation aS243P, découverte chez un nouveau-né prématuré atteint de pseudohypoaldostéronisme de type 1. Cette maladie autosomale récessive se caractérise, généralement, par une hyponatrémie liée à d'importantes pertes de sel dans les urines, une hyperkaliémie, ainsi qu'un niveau élevé d'aldostérone. Tout d'abord aucune des expériences biochimiques et électrophysiologiques n'a pu démontrer un défaut d'expression ou une forte diminution de l'activité soutenant les données cliniques. Cependant, en challengeant aS243PßyENaC avec une forte concentration de Na+ externe, une hypersensibilité de canal fut observée. En effet, ni les phénomènes régulateurs de « feedback inhibition » ou de « Na+ self-inhibition » n'étaient semblables au canal sauvage. De ce fait, ils apparaissaient exacerbés en présence de la mutation, amenant ainsi à une diminution de la réabsorption de Na+. Ceci corrobore entièrement l'hyponatrémie diagnostiquée. Le rein d'un prématuré étant immature, la quantité de Na+ atteignant la partie distale du néphron est plus élevée, du fait que les autres mécanismes de réabsorption en amont ne sont probablement pas encore en place. Cette hypothèse est renforcée par l'existence d'un frère présentant la même mutation, mais qui, né à terme, ne présentait aucun signe d'hyponatrémie. - The main topic of my thesis is the structure-function relationship of the ENaC/Deg family of ion channels, namely the Acid-Sensing Ion Channel ASIC1a and the Epithelial Na Channel ENaC. The primary part of this research is dedicated to the structure of ASIC1a. Four channel crystals have been published, which support a trimeric stoichiometry, although these data contradict previous functional experiments on other ENaC/Deg members. We are therefore interested in ASIC1a oligomerization and have set up a new assay combining the Substituted- Cysteine Accessibility Method (SCAM) with Afunctional sulfhydryl reagents (crosslinkers) allowing its study. The aim was to first stabilize the channels, then select those that are functional and then resolve them according to their size on SDS-PAGE. We demonstrated that the stabilized complex has a molecular weight corresponding to a tetrameric stoichiometry. In addition to our interest in the oligomerization of the ENaC/Deg family of ion channels, we also wanted to investigate the thus far undefined way of permeation for these channels. Therefore, taking the advantage of a more electrophysiological approach, we studied the accessibility of specific cysteines for methanethiosulfonate reagents (MTS) and were able to correlate the MTS association kinetics on cysteine residues with Na+ currents. These results have given us an insight into ion permeation and our functional evidence indicates that the extracellular is larger than that depicted by the crystal structures. As a side project, we focused on ENaC, which is made up of three subunits (a, ß and y) and is expressed in various epithelia, especially in the distal nephron of the kidneys. It plays a role in Na+ homeostasis and is essentially regulated by hormones via aldosterone and vasopressin, but also by serine proteases or Na+. We have studied the functional impact of the aS243P mutation, discovered in a premature baby suffering from pseudohypoaldosteronism of type 1. This autosomal recessive disease is characterized by hyponatremia, hyperkalemia and high aldosterone levels. Firstly, neither biochemical nor electrophysiological experiments indicated an expression defect or a strong decrease in activity. However, challenging aS243PßyENaC with increased external Na+ concentration showed channel hypersensitivity. Indeed, both the "feedback inhibition" and the "Na+ self-inhibition" regulatory mechanisms are impaired, leading to a decrease in Na+ reabsorption, entirely supports the diagnosis. The kidneys in preterm infants are immature and Na+ levels reaching the distal nephron are higher than normally observed. We hypothesize that the upstream reabsorption machinery is unlikely to be sufficiently matured and this assumption is supported by an asymptomatic sibling carrying the same mutation, but born at term. - La cellule, unité fonctionnelle du corps humain, est délimitée par une membrane plasmique servant de barrière biologique entre les milieux intra et extracellulaires. Une communication entre cellules est indispensable pour un fonctionnement adéquat. Sa survie dépend, entre autres, du maintien de la teneur en ions dans chacun des milieux qui doivent pouvoir être réabsorbés, ou sécrétés, selon les besoins. Les protéines insérées dans la membrane forment un canal et sont un moyen de communication permettant spécifiquement à des ions tel que le sodium (Na+) de traverser. Le Na+ se trouve dans la plupart des aliments et le sel, et est spécifiquement réabsorbé au niveau des reins grâce au canal sodique épithélial ENaC. Cette réabsorption se fait de l'urine primaire vers l'intérieur de la cellule, puis est transporté vers le sang. Pour maintenir un équilibre, une régulation de ce canal est nécessaire. En effet, des dysfonctionnements impliquant la régulation ou l'activité d'ENaC lui-même sont à l'origine de maladies telles que la mucoviscidose, l'hypertension ou encore, le pseudohypoaldostéronisme (PHA). Cette maladie est caractérisée, notamment, par d'importantes pertes de sel dans les urines. Des pédiatres ont diagnostiqué un PHA chez un nouveau-né, ce dernier présentant une modification du canal ENaC, nous avons recréé cette protéine afin d'étudier l'impact de ce changement sur son activité. Nous avons démontré que la régulation d'ENaC était effectivement perturbée, conduisant ainsi à une forte réduction de la réabsorption sodique. Afin de développer des molécules capables de moduler l'activité de protéines. Il est nécessaire d'en connaître la structure. Celle du canal sodique sensible à l'acidification ASIC1, un canal cousin d'ENaC, est connue. Ces données structurales contredisant cependant les analyses fonctionnelles, nous nous sommes penchés une nouvelle fois sur ASIC1. Une protéine est une macromolécule biologique composée d'une chaîne d'acides aminés (aa). De l'enchaînement d'aa à la protéine fonctionnelle, quatre niveaux de structuration existent. Chaque aa donne une indication quant au repliement et plus particulièrement la cystéine. Arborant un groupe sulfhydryle (SH) capable de former une liaison spécifique et stable avec un autre SH, celle-ci est souvent impliquée dans la structure tridimensionnelle de la protéine. Ce type de liaison intervient également dans la stabilisation de la structure quaternaire, qui est l'association de plusieurs protéines identiques (homomère), ou pas (hétéromère). Dans cette partie, nous avons remplacé des aa par des cystéines à des endroits spécifiques. Le but était de stabiliser plusieurs homomères d'ASICl ensemble avec des réactifs créant des ponts entre deux SH. Ainsi, nous avons pu déterminer le nombre de protéines ASIC1 participant à la formation d'un canal fonctionnel. Nos résultats corroborent les données fonctionnelles soutenant un canal tétramérique. Nous avons également étudié l'accessibilité de ces nouvelles cystéines afin d'obtenir des informations supplémentaires sur la structure du chemin emprunté par le Na+ à travers ASIC1 et plus particulièrement du vestibule extracellulaire.

Functional expression of a pseudohypoaldosteronism type I mutated epithelial Na+ channel lacking the pore-forming region of its alpha subunit.

The autosomal recessive form of type I pseudohypoaldosteronism (PHA-I) is an inherited salt-losing syndrome resulting from diminution-of-function mutations in the 3 subunits of the epithelial Na+ channel (ENaC). A PHA-I stop mutation (alpha(R508stop)) of the ENaC alpha subunit is predicted to lack the second transmembrane domain and the intracellular COOH-terminus, regions of the protein involved in pore function. Nonetheless, we observed a measurable Na+ current in Xenopus laevis oocytes that coexpress the beta and gamma subunits with the truncated alpha subunit. The mutant alpha was coassembled with beta and gamma subunits and was present at the cell surface at a lower density, consistent with the lower Na+ current seen in oocytes with the truncated alpha subunit. The single-channel Na+ conductance for the mutant channel was only slightly decreased, and the appearance of the macroscopic currents was delayed by 48 hours with respect to wild-type. Our data suggest novel roles for the alpha subunit in the assembly and targeting of an active channel to the cell surface, and suggest that channel pores consisting of only the beta and gamma subunits can provide significant residual activity. This activity may be sufficient to explain the absence of a severe pulmonary phenotype in patients with PHA-I.

Variability of the relative afferent pupillary defect.

PURPOSE: Afferent asymmetry of visual function is detectable in both normal and pathologic conditions. With a computerized test, we assessed the variability in measuring afferent asymmetry of the pupillary light reflex, that is, the relative afferent pupillary defect. METHODS: In ten normal subjects, pupillary responses to an alternating light stimulus were recorded with computerized infrared pupillography. The relative afferent pupillary defect for each test was determined by using a new computer analysis. The 95% confidence interval of each determination of relative afferent pupillary defect was used to represent the short-term fluctuation in its measurement. To optimize the test for clinical use, we studied the influence of stimulus intensity, duration, and number on the variability of the relative afferent pupillary defect. RESULTS: When the relative afferent pupillary defect was based on only a few light alternations (stimulus pairs), there was excessive variability in its measurement (95% confidence interval > 0.5 log units). With approximately 200 stimulus pairs, the 95% confidence interval was reduced to less than 0.1 log unit (relative afferent pupillary defect +/- 0.05 log unit). Also, there was less variability when the dark interval between alternating light stimulation was less than one second. CONCLUSIONS: Computerized infrared pupillography can standardize the alternating light test and minimize the error in quantifying a relative afferent pupillary defect. A reproducible relative afferent pupillary defect measurement is desirable for defining afferent injury and following the course of disease.

Dysfunction of epithelial sodium transport: from human to mouse.

The highly amiloride-sensitive epithelial sodium channel (ENaC) is an apical membrane constituent of cells of many salt-absorbing epithelia. In the kidney, the functional relevance of ENaC expression has been well established. ENaC mediates the aldosterone-dependent sodium reabsorption in the distal nephron and is involved in the regulation of blood pressure. Mutations in genes encoding ENaC subunits are causative for two human inherited diseases: Liddle's syndrome, a severe form of hypertension associated with ENaC hyperfunction, and pseudohypoaldosteronism (PHA-1), a salt-wasting syndrome caused by decreased ENaC function. Transgenic mouse technologies provide a useful tool to study the role of ENaC in vivo. Different mouse lines have been established in which each of the ENaC subunits was affected. The phenotypes observed in these mice demonstrated that each subunit is essential for survival and for regulation of sodium transport in kidney and colon. Moreover, the alpha subunit plays a specific role in the control of fluid absorption in the airways at birth. Such mice can now be used to study the role of ENaC in various organs and can serve as models to understand the pathophysiology of these human diseases.

Antagonistic roles of Notch and p63 in controlling mammary epithelial cell fates.

The breast epithelium has two major compartments, luminal and basal cells, that are established and maintained by poorly understood mechanisms. The p53 homolog, p63, is required for the formation of mammary buds, but its function in the breast after birth is unknown. We show that in primary human breast epithelial cells, maintenance of basal cell characteristics depends on continued expression of the p63 isoform, DeltaNp63, which is expressed in the basal compartment. Forced expression of DeltaNp63 in purified luminal cells confers a basal phenotype. Notch signaling downmodulates DeltaNp63 expression and mimics DeltaNp63 depletion, whereas forced expression of DeltaNp63 partially counteracts the effects of Notch. Consistent with Notch activation specifying luminal cell fate in the mammary gland, Notch signaling activity is specifically detected in mice at sites of pubertal ductal morphogenesis where luminal cell fate is determined. Basal cells in which Notch signaling is active show decreased p63 expression. Both constitutive expression of DeltaNp63 and ablation of Notch signaling are incompatible with luminal cell fate. Thus, the balance between basal and luminal cell compartments of the breast is regulated by antagonistic functions of DeltaNp63 and Notch.Cell Death and Differentiation advance online publication, 9 April 2010; doi:10.1038/cdd.2010.37.

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.

Prognostic effect of epithelial cell adhesion molecule overexpression in untreated node-negative breast cancer.

PURPOSE: Epithelial cell adhesion molecule (Ep-CAM) recently received increased attention not only as a prognostic factor in breast cancer but also as a potential target for immunotherapy. We examined Ep-CAM expression in 402 consecutive node-negative breast cancer patients with long-term follow-up not treated in the adjuvant setting. EXPERIMENTAL DESIGN: Ep-CAM expression was evaluated by immunostaining. Its prognostic effect was estimated relative to overexpression/amplification of HER-2, histologic grade, tumor size, age, and hormone receptor expression. RESULTS: Ep-CAM status was positive in 106 (26.4%) patients. In multivariate analysis, Ep-CAM status was associated with disease-free survival independent of age, pT stage, histologic grade, estrogen receptor (ER), progesterone receptor (PR), as well as HER2 status (P = 0.028; hazard ratio, 1.60; 95% confidence interval, 1.05-2.44). Recently, so-called triple-negative (HER-2, ER, and PR) breast cancer has received increased attention. We noticed a similar association of Ep-CAM with disease-free survival in the triple-negative group as for the entire cohort. CONCLUSION: In this study of untreated breast cancer patients, Ep-CAM overexpression was associated with poor survival in the entire cohort and in the subgroup of triple-negative breast cancer. This suggests that Ep-CAM may be a well-suited target for specific therapies particularly in HER-2-, ER-, and PR-negative tumors.

PlGF-1 and VEGFR-1 pathway regulation of the external epithelial hemato-ocular barrier. A model for retinal edema.

VEGF is considered as an important factor in the pathogenesis of macular edema. VEGF induces the rupture of the blood retinal barrier and may also influence the retinal pigment epithelial (RPE) outer retinal barrier. The aim of this work was to analyze the influence of the VEGF receptor pathways in the modulation of the RPE barrier breakdown in vitro and in vivo. The ARPE19 human junctions in culture are modulated by VEGF through VEGFR-1 but not through VEGFR-2. PlGF-1, that is a pure agonist of VEGFR-1, is produced in ARPE-19 cells under hypoxic conditions and mimics VEGF effects on the external retinal barrier as measured by TER and inulin flux. In vivo, the intravitreous injection of PlGF-1 induces a rupture of the external retinal barrier together with a retinal edema. This effect is reversible within 4 days. VEGF-E, that is a pure agonist of VEGFR-2, does not induce any acute effect on the RPE barrier. These results demonstrate that PlGF-1 can reproduce alterations of the RPE barrier occurring during diabetic retinopathy.

New evidence for a thermogenic defect in human obesity.

A reduced thermogenic response to food ingestion may contribute to the dynamic phase of weight gain in obesity. A defect in diet-induced thermogenesis has been reported in about one third of an unselected group of obese women. After inducing weight loss with a hypocaloric diet, the thermogenic defect does not disappear. Since basal metabolic rate decreases with weight loss, the overall postprandial energy expenditure of 'post-obese' individuals can be lower than that of lean controls. As a consequence, post-obese subjects must reset energy intake to a lower level than the previous maintenance food consumption in order to avoid relapse of body weight gain.