Caractérisation des complexes ribonucléoprotéiques de Staufen1 et Staufen2

Dans la cellule, chaque ARNm se doit d’être régulé finement au niveau transcriptionnel, bien entendu, mais également au niveau de sa traduction, de sa dégradation ainsi que de sa localisation intracellulaire, et ce, afin de permettre l’expression de chaque produit protéique au moment et à l’endroit précis où son action est requise. Lorsqu’un mécanisme physiologique est mis de l’avant dans la cellule, il arrive souvent que plusieurs ARNm se doivent d’être régulés simultanément. L’un des moyens permettant d’orchestrer un tel processus est de réguler l’action d’une protéine commune associée à chacun de ces ARNm, via un mécanisme post-traductionnel par exemple. Ainsi l’expression d’un groupe précis d’ARNm peut être régulée finement dans le temps et dans l’espace selon les facteurs protéiques auxquels il est associé. Dans l’optique d’étudier certains de ces complexes ribonucléoprotéiques (mRNP), nous nous sommes intéressés aux isoformes et paralogues de Staufen, une protéine à domaine de liaison à l’ARN double-brin (dsRBD) impliquée dans de nombreux aspects de la régulation post-transcriptionnelle, tels la dégradation, la traduction ou encore la localisation d’ARNm. Chez la drosophile, un seul gène Staufen est exprimé alors que chez les mammifères, il existe deux paralogues de la protéine, soit Stau1 et Stau2, tous deux possédant divers isoformes produits suite à l’épissage alternatif de leur gène. Stau1 et Stau2 sont identiques à 50%. Les deux isoformes de Stau2, Stau259 et Stau262 ne diffèrent qu’en leur extrémité N-terminale. En effet, alors que Stau259 arbore un dsRBD1 tronqué, celui de Stau262 est complet. Ces observations introduisent une problématique très intéressante à laquelle nous nous sommes attaqué : ces différentes protéines, quoique très semblables, font-elles partie de complexes ribonucléoprotéiques distincts ayant des fonctions propres à chacun ou, au contraire, vu cette similarité de séquence, travaillent-elles de concert au sein des mêmes complexes ribonucléoprotéiques? Afin d’adresser cette question, nous avons entrepris d’isoler, à partir de cellules HEK293T, les différents complexes de Stau1 et Stau2 par la technique d’immunoprécipitation. Nous avons isolé les ARNm associés à chaque protéine, les avons identifiés grâce aux micropuces d’ADN et avons confirmé nos résultats par RT-PCR. Malgré la présence d’une population commune d’ARNm associée à Stau1 et Stau2, la majorité des transcrits identifiés furent spécifiques à chaque orthologue. Cependant, nous avons remarqué que les diverses populations d’ARNm participaient aux mêmes mécanismes de régulation, ce qui suggère que ces deux protéines possèdent des rôles complémentaires dans la mise en œuvre de divers phénomènes cellulaires. Au contraire, les transcrits associés à Stau259 et Stau262 sont davantage similaires, indiquant que celles-ci auraient des fonctions plutôt semblables. Ces résultats sont très intéressants, car pour la première fois, nous avons identifié des populations d’ARNm associées aux isoformes Stau155, Stau259 et Stau262. De plus, nous les avons analysées en parallèle afin d’en faire ressortir les populations spécifiques à chacune de ces protéines. Ensuite, connaissant l’importance de Stau2 dans le transport dendritique d’ARNm, nous avons cherché à caractériser les complexes ribonucléoprotéiques neuronaux associés à celle-ci. Dans un premier temps et à l’aide de la technique d’immunoprécipitation, nous avons identifié une population d’ARNm neuronaux associés à Stau2. Plus de 1700 ARNm montraient une présence d’au moins huit fois supérieure dans le précipité obtenu avec l’anticorps anti-Stau2 par rapport à celui obtenu avec le sérum pré-immun. Ces ARNm codent pour des protéines impliquées dans des processus de modifications post-traductionnelles, de traduction, de transport intracellulaire et de métabolisme de l’ARN. De façon intéressante, cette population d’ARNm isolée du cerveau de rat est relativement différente de celle caractérisée des cellules humaines HEK293T. Ceci suggère que la spécificité d’association Stau2-ARNm peut diffèrer d’un tissu à un autre. Dans un deuxième temps, nous avons isolé les protéines présentes dans les complexes ribonucléoprotéiques obtenus de cerveaux de rat et les avons identifiées par analyse en spectrométrie de masse. De cette façon, nous avons identifié au sein des particules de Stau2 des protéines liant l’ARN (PABPC1, hnRNPH1, YB1, hsc70), des protéines du cytosquelette (α- et β-tubuline), de même que la protéine peu caractérisée RUFY3. En poussant davantage la caractérisation, nous avons établi que YB1 et PABPC1 étaient associées à Stau2 grâce à la présence de l’ARN, alors que la protéine hsc70, au contraire, interagissait directement avec celle-ci. Enfin, cette dernière association semble être modulable par l’action de l’ATP. Ce résultat offre de nombreuses possibilités quant à la régulation de la fonction de Stau2 et/ou de son mRNP. Entre autres, cette étude suggère un mécanisme de régulation de la traduction au sein de ces particules. Pour faire suite à la caractérisation des mRNP de Stau, nous avons voulu déterminer au niveau neurophysiologique l’importance de ceux-ci. Comme l’étude de Stau2 avait déjà été entreprise préalablement par un autre laboratoire, nous avons décidé de concentrer notre étude sur le rôle de Stau1. Ainsi, nous avons démontré que celle-ci était nécessaire à la mise en place d’une forme de plasticité synaptique à long terme, la forme tardive de potentialisation à long terme ou L-LTP, dépendante de la transcription et de l’activité des récepteurs NMDA. La transmission de base, de même que la faculté de ces épines à faire de la E-LTP, la forme précoce de potentialisation à long terme, et la dépression à long terme ou LTD sont conservées. Ceci indique que les épines conservent la capacité d’être modulées. Ainsi, l’inhibition de la L-LTP, suite à la sous-expression de Stau1, n’est pas simplement due à la perte d’éléments fonctionnels, mais réside plutôt dans l’incapacité de ceux-ci à induire les changements synaptiques spécifiquement nécessaires à la mise en place de la L-LTP. De plus, au niveau synaptique, la sous-expression de Stau1 réduit à la fois l’amplitude et la fréquence des mEPSC. Ces résultats concordent avec l’observation que la sous-expression de Stau1 augmente significativement la proportion d’épines allongées et filopodales, des épines formant des synapses dites silencieuses. Par le fait même, elle diminue le nombre d’épines fonctionnelles, de forme dite normale. Ainsi, nous avons été en mesure de démontrer que l’absence, au niveau neuronal, de la protéine Stau1 induisait un déficit probable dans la localisation et/ou la traduction d’ARNm responsable de la restructuration de l’épine et de facteurs nécessaires à la mise en place de la L-LTP. En conclusion, nous avons participé à lever le voile sur la composition et l’importance des complexes ribonucléoprotéiques de Stau1 et Stau2. Nous avons identifié des populations distinctes et communes d’ARNm associées aux différents isoformes de Stau, à partir des mRNP présents au sein des cellules HEK293. De plus, nous avons réussi à mettre à l’avant plan certaines composantes des mRNP neuronaux de Stau2, dont un partenaire protéique direct, hsc70, partenaire dont l’association est modulable par l’action de l’ATP, ainsi qu’une population neuronale de transcrits d’ARNm. Enfin, nous avons mis en lumière l’importance de Stau1 dans la morphologie des épines dendritiques ainsi que dans le phénomène de la plasticité synaptique.

Sensibilité des cellules leucémiques aux immunoconjugués anti-CD33

La leucémie myéloïde aigue (LMA), cancer du sang causé par une prolifération excessive des précurseurs myéloïdes à un stade précoce de maturation, est associée à une survie variant entre 20 et 30% à cinq ans en dépit des traitements de chimiothérapie les plus intensifs. L’antigène CD33 est exprimé chez les cellules malignes dans 90% des LMA ce qui en fait une cible de choix pour le développement d’immunoconjugué (IC). Trois IC composés d’un anticorps monoclonal anti-CD33 couplé à la maytansine, une toxine s’attaquant aux fuseaux mitotiques, ont été créés. Nous avons étudié l’effet de ces IC sur des cellules primaires et des lignées cellulaires LMA et étudier les mécanismes pouvant expliquer différents niveaux de sensibilité. Les études effectuées ont permis de déterminer que le niveau d’expression du CD33 n’explique pas la variation de sensibilité face aux IC. Il a été démontré que les IC anti-CD33 sont internalisés rapidement par la cellule et que le conjugué est retrouvé au niveau de l’endosome en premier lieu. Il a été confirmé que le lysosome est essentiel à l’effet anti-mitotique induit par le conjugué. Aussi, il est proposé que la protéine SOCS3 pourrait jouer un rôle dans la résistance aux IC anti-CD33 en dirigeant le complexe IC-CD33-SOCS3 vers le protéasome et ainsi empêcher la libération du composé toxique par le lysosome. Nous avons aussi conclu que les variations d’agent de liaison et l’augmentation du nombre de molécules toxiques entre les 3 IC n’ont pas été suffisantes pour augmenter leur efficacité à éliminer les cellules LMA. L’évaluation de ces IC ainsi que l’identification des mécanismes de résistance permettra de cibler les patients les plus susceptibles de bénéficier de ce type de traitement et potentiellement d’identifier de nouvelles voies pour améliorer l’efficacité des traitements.

CEP78, a novel centrosomal protein

Contexte: Le centrosome est un petit organite bien connu pour son rôle dans l'établissement du fuseau bipolaire pendant la division cellulaire. Les déficiences de la fonction du centrosome donnent souvent lieu à des maladies humaines, y compris le cancer et la formation de kystes rénaux. Nous sommes intéressés à étudier la fonction d'une nouvelle protéine centrosomale nommée CEP78, identifiée dans un criblage protéomique pour de nouveaux composants centrosomaux. Méthodes et résultats : Le traitement des cellules avec le nocodazole, un agent qui dépolymérise spécifiquement les microtubules cytoplasmiques mais pas les microtubules stabilisés du centrosome, a montré que CEP78 est un composant centrosomal stable. La colocalisation de cette protéine avec d'autres marqueurs centrosomaux tels que CEP164, SAS6, Centrine, tubuline polyglutamylée et POC5, à différentes phases du cycle cellulaire a indiqué que CEP78 est précisément à l'extrémité distale des centrioles, mères et filles. Il existe deux pointts CEP78 au cours de l’interphase et les cellules passent par la mitose, procentrioles maturent, et le nombre de points de CEP78 augmente à 4 par cellule et, à la fin de la télophase chaque cellule fille possède 2 points CEP78. La caractérisation des domaines fonctionnels de CEP78 a montré que des répétitions riches en leucine sont nécessaires pour la localisation centrosomale de la protéine. En outre, nous avons constaté que la surexpression de CEP78 ne change pas le nombre de mères/procentrioles mais diminue le nombre et l'intensité des points de CEP170 (protéine d'appendice sous-distal) sans diminution du niveau d'expression de cette protéine. D'autres études ont montré qu'il n'y a pas d'interaction entre ces deux protéines. Enfin, la surexpression de CEP78 protège des microtubules contre la dépolymérisation en présence de nocodazole, ce qui suggère qu'il possède la capacité de lier les microtubules. Conclusion : Nos résultats suggèrent que CEP78 est destiné à l'extrémité distale des centrioles matures par ses répétitions riche en lecuine, où il pourrait être impliqué dans la maturation ou la régulation de l'assemblage ou de la rénovation de l'appendice sous-distal centriolaire, une structure connue dans la nucléation des microtubules et d'ancrage. Comprendre la fonction de Cep78 contribuera à éclaircir le rôle du centrosome dans le cycle cellulaire.

Elucidating the crosstalk between condensin subunits and its relevance in chromosome condensation

ADN subit une série de transformations structurelles complexes au cours de la division cellulaire, ce qui entraîne dans son compactage chromosomes mitotiques par un processus appelé la condensation des chromosomes. Le complexe de condensine pentamérique est fortement impliqué comme un effecteur majeur de ce phénomène. Il s'agit d'un complexe protéine de sous-unités multiples avec deux sous-unités catalytiques [SMC- Structural Maintenance of Chromosomes] et de trois sous-unités de régulation, hautement conservés de la levure à l'homme. Le complexe de condensine dans Saccharomyces cerevisiae est constitué de deux sous-unités de SMC [Smc2 et Smc4] et trois protéines non réglementaires [Brn1, Ycs4, Ycg1]. Malgré son importance, le mécanisme d'action de condensine reste largement inconnu. Par conséquent, l'objectif de cette recherche est de comprendre le mécanisme d'action de condensine et comment elle est affectée par l'interaction entre ses sous-unités réglementaires et non-réglementaires. Cette thèse identifie quatre morphologies dépendants du cycle cellulaire distincts du locus d'ADNr. Cette transformation du phénotype ADNr de G1 à la mitose dépend condensine. Afin de déterminer le rôle de l'interaction entre les sous-unités catalytiques et réglementaires de condensine dans la régulation du complexe condensine, nous avons identifié six résidus positifs sur l'extrémité C-terminale de BRN1 qui affectent la formation du complexe condensine, l'activité de la condensation et l'interaction avec tubuline, ce qui suggère que ces résidus ont un rôle dans la régulation de condensine. Ensemble, nos résultats suggèrent un modèle de règlement du condensine par l'interaction entre les sous-unités de condensine.

Microtubule disrupting N-phenyl-N’-(2-chloroethyl) ureas display anticancer activity on cell adhesion, P-glycoprotein and BCL-2-mediated drug resistance.

Objective: Our research program has focused on the development of promising, soft alkylating N-phenyl-N’-(2-chloroethyl)urea (CEU) compounds which acylate the glutamic acid-198 of β-tubulin, near the binding site of colchicum alkaloids. CEUs inhibit the motility of cancerous cells in vitro and, interestingly, exhibit antiangiogenic and anticancer activity in vivo. Mitotic arrest induced by microtubule-interfering agents such as CEUs remains the major mechanism of their anticancer activity, leading to apoptosis. However, we recently demonstrated that microtubule disruption by CEUs and other common antimicrotubule agents greatly alters the integrity and organization of microtubule-associated structures, the focal adhesion contact, thereby initiating anoikis, an apoptosis-like cell death mechanism caused by the loss of cell contact with the extracellular matrix. Methods: To ascertain the activated signaling pathway profile of CEUs, flow cytometry, Western blot, immunohistochemistry and transfection experiments were performed. Wound-healing and chick embryo assays were carried out to evaluate the antiangiogenic potency of CEUs. Results: CEU-induced apoptosis involved early cell cycle arrest in G2/M and increased level of CDK1/cycline B proteins. These signaling events were followed by the specific activation of the intrinsic apoptosis pathway, involving loss of mitochondrial membrane potential (Δψm) and ROS production, cytochrome c release from mitochondria, caspase activation, AIF nuclear translocation, PARP cleavage and nuclear fragmentation. CEUs maintained their efficacy on cells plated on pro-survival extracellular matrices or exhibiting overexpression of P-glycoprotein or the anti-apoptotic protein Bcl-2. Conclusion: Our results suggest that CEUs represent a promising new class of antimicrotubule, antiangiogenic and pro-anoikis agents.

Investigation du rôle de Myo9b dans la migration des interneurones GABAergiques corticaux

Les encéphalopathies épileptogènes sont des maladies graves de l’enfance associant une épilepsie, souvent réfractaire, et un retard de développement. Les mécanismes sous-tendant ces maladies sont peu connus. Cependant, nous postulons que ces épilepsies puissent être causées par une dysfonction du réseau inhibiteur. En effet, des défauts de migration ou de maturation des interneurones GABAergiques (INs) corticaux induisent l’épilepsie, tant chez l’humain que chez la souris. Dans le but d’étudier les causes génétiques des encéphalopathies épileptogènes sporadiques inexpliquées, le laboratoire de la Dre Rossignol a procédé au séquençage d’exome entier d’une cohorte d’enfants atteints. Cela a permis d’identifier, chez un patient, une nouvelle mutation de novo, possiblement pathogène, dans le gène MYO9b. MYO9b est impliqué dans la migration de cellules immunitaires et cancéreuses et est exprimée durant le développement cérébral. Nous émettons l’hypothèse voulant que MYO9b puisse être importante pour la migration des INs corticaux. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent que Myo9b est exprimé dès le stade embryonnaire par les progéniteurs des INs corticaux et que son expression se restreint aux INs dans le cortex mature. De plus, nous démontrons que la répression ex vivo de Myo9b sélectivement dans les INs au sein de tranches corticales organotypiques embryonnaires mène à des défauts morphologiques majeurs de ces cellules en migration. En effet, ces cellules présentent une morphologie multipolaire et des neurites rostraux plus longs et plus complexes. Ces changements morphologiques pourraient avoir un impact majeur sur la migration des INs et ainsi perturber le développement des réseaux inhibiteurs.

Molecular tools to investigate Rhizoctonia solani distribution in soil

Real-time PCR protocols were developed to detect and discriminate 11 anastomosis groups (AGs) of Rhizoctonia solani using ribosomal internal transcribed spacer (ITS) regions (AG-1-IA, AG-1-IC, AG-2-1, AG-2-2, AG-4HGI+II, AG-4HGIII, AG-8) or beta-tubulin (AG-3, AG-4HGII, AG-5 and AG-9) sequences. All real-time assays were target group specific, except AG-2-2, which showed a weak cross-reaction with AG-2tabac. In addition, methods were developed for the high throughput extraction of DNA from soil and compost samples. The DNA extraction method was used with the AG-2-1 assay and shown to be quantitative with a detection threshold of 10-7 g of R. solani per g of soil. A similar DNA extraction efficiency was observed for samples from three contrasting soil types. The developed methods were then used to investigate the spatial distribution of R. solani AG-2-1 in field soils. Soil from shallow depths of a field planted with Brassica oleracea tested positive for R. solani AG-2-1 more frequently than soil collected from greater depths. Quantification of R. solani inoculum in field samples proved challenging due to low levels of inoculum in naturally occurring soils. The potential uses of real-time PCR and DNA extraction protocols to investigate the epidemiology of R. solani are discussed.

Juvenile-mature wood transition in pine: correlation between wood properties and candidate gene expression profiles

There is a strong desire to exploit transcriptomics data from model species for the genetic improvement of non-model crops. Here, we use gene expression profiles from the commercial model Pinus taeda to identify candidate genes implicated in juvenile-mature wood transition in the non-model relative, P. sylvestris. Re-analysis of 'public domain' SAGE data from xylem tissues of P. taeda revealed 283 mature-abundant and 396 juvenile-abundant tags (P < 0.01), of which 70 and 137, respectively matched to genes with known function. Based on sequence similarity, we then isolated 16 putative homologues of genes that in P. taeda exhibited widest divergence in expression between juvenile and mature samples. Candidate expression levels in P. sylvestris were almost invariably differential between juvenile and mature woody tissue samples among two cohorts of five trees collected from the same seed source and selected for genetic uniformity by genetic distance analysis. However, the direction of differential expression was not always consistent with that described in the original P. taeda SAGE data. Correlation was observed between gene expression and juvenile-mature wood anatomical characteristics by OPLS analysis. Four candidates (alpha-tubulin, porin MIP1, lipid transfer protein and aquaporin like protein) apparently had greatest influence on the wood traits measured. Speculative function of these genes in relation to juvenile-mature wood transition is briefly explored. Thus, we demonstrate the feasibility of exploiting SAGE data from a model species to identify consistently differentially expressed candidates in a related non-model species.

Response of porcine intestinal in vitro organ culture tissues following exposure to Lactobacillus plantarum JC1 and Salmonella Typhimurium SL1344.

The development of novel intervention strategies for the control of zoonoses caused by bacteria such as Salmonella spp. in livestock requires appropriate experimental models to assess their suitability. Here, a novel porcine intestinal in vitro organ culture (IVOC) model utilizing cell crown (CC) technology (CCIVOC) (Scaffdex) was developed. The CCIVOC model was employed to investigate the characteristics of association of S. enterica serovar Typhimurium strain SL1344 with porcine intestinal tissue following exposure to a Lactobacillus plantarum strain. The association of bacteria to host cells was examined by light microscopy and electron microscopy (EM) after appropriate treatments and staining, while changes in the proteome of porcine jejunal tissues were investigated using quantitative label-free proteomics. Exposure of porcine intestinal mucosal tissues to L. plantarum JC1 did not reduce the numbers of S. Typhimurium bacteria associating to the tissues but was associated with significant (P < 0.005) reductions in the percentages of areas of intestinal IVOC tissues giving positive staining results for acidic mucins. Conversely, the quantity of neutrally charged mucins present within the goblet cells of the IVOC tissues increased significantly (P < 0.05). In addition, tubulin- was expressed at high levels following inoculation of jejunal IVOC tissues with L. plantarum. Although L. plantarum JC1 did not reduce the association of S. Typhimurium strain SL1344 to the jejunal IVOC tissues, detection of increased acidic mucin secretion, host cytoskeletal rearrangements, and proteins involved in the porcine immune response demonstrated that this strain of L. plantarum may contribute to protecting the pig from infections by S. Typhimurium or other pathogens.

Detection and molecular characterisation of Pyrenopeziza brassicae isolates resistant to methyl benzimidazole carbamates

BACKGROUND Methyl benzimidazole carbamate (MBC) fungicides are used to control the oilseed rape pathogen Pyrenopeziza brassicae. Resistance to MBCs has been reported in P. brassicae, but the molecular mechanism(s) associated with reductions in sensitivity have not been verified in this species. Elucidation of the genetic changes responsible for resistance, hypothesised to be target-site mutations in β-tubulin, will enable resistance diagnostics and thereby inform resistance management strategies. RESULTS P. brassicae isolates were classified as sensitive, moderately resistant or resistant to MBCs. Crossing P. brassicae isolates of different MBC sensitivities indicated that resistance was conferred by a single gene. The MBC-target encoding gene β-tubulin was cloned and sequenced. Reduced MBC sensitivity of field isolates correlated with β-tubulin amino acid substitutions L240F and E198A. The highest level of MBC resistance was measured for isolates carrying E198A. Negative cross-resistance between MBCs and the fungicides diethofencarb and zoxamide was only measured in E198A isolates. PCR-RFLP was used to screen isolates for the presence of L240F and E198A. The substitutions E198G and F200Y were also detected in DNA samples from P. brassicae populations after cloning and sequencing of PCR products. The frequencies of L240F and E198A in different P. brassicae populations were quantified by pyrosequencing. There were no differences in the frequencies of these alleles between P. brassicae populations sampled from different locations or after fungicide treatment regimes. CONCLUSIONS The molecular mechanisms affecting sensitivity to MBCs in P. brassicae have been identified. Pyrosequencing assays are a powerful tool for quantifying fungicide-resistant alleles in pathogen populations.

Morphological characterization of periodontium-derived human stem cells

The aim of this study has been to characterize adult human somatic periodontium-derived stem cells (PDSCS) isolated from human periodontium and to follow their differentiation after cell culture. PDSCS were isolated from human periodontal tissue and cultured as spheres in serum-free medium. After 10 days the primary spheres were dissociated and the secondary spheres sub-cultured for another 1-2 weeks. Cells from different time points were analyzed, and immunohistochemical and electron microscopic investigations carried out. Histological analysis showed differentiation of spheres deriving from the PDSCS with central production of extracellular matrix beginning 3 days after sub-culturing. Isolated PDSCS developed pseudopodia which contained actin. Tubulin was found in the central portion of the cells. Pseudopodia between different cells anastomosed, indicating intercellular transport. Immunostaining for osteopontin demonstrated a positive reaction in primary spheres and within extracellular matrix vesicles after sub-culturing. In cell culture under serum-free conditions human PDSCS form spheres which are capable of producing extracellular matrix. Further investigations have do be carried out to investigate the capability of these cells to differentiate into osteogenic progenitor cells.

Culture bag systems for clinical applications of adult human neural crest-derived stem cells

Introduction Facing the challenging treatment of neurodegenerative diseases as well as complex craniofacial injuries such as those common after cancer therapy, the field of regenerative medicine increasingly relies on stem cell transplantation strategies. Here, neural crest-derived stem cells (NCSCs) offer many promising applications, although scale up of clinical-grade processes prior to potential transplantations is currently limiting. In this study, we aimed to establish a clinical-grade, cost-reducing cultivation system for NCSCs isolated from the adult human nose using cGMP-grade Afc-FEP bags. Methods We cultivated human neural crest-derived stem cells from inferior turbinate (ITSCs) in a cell culture bag system using Afc-FEP bags in human blood plasma-supplemented medium. Investigations of viability, proliferation and expression profile of bag-cultured ITSCs were followed by DNA-content and telomerase activity determination. Cultivated ITSCs were introduced to directed in vitro differentiation assays to assess their potential for mesodermal and ectodermal differentiation. Mesodermal differentiation was determined using an enzyme activity assay (alkaline phosphatase, ALP), respective stainings (Alizarin Red S, Von Kossa and Oil Red O), and RT-PCR, while immunocytochemistry and synaptic vesicle recycling were applied to assay neuroectodermal differentiation of ITSCs. Results When cultivated within Afc-FEP bags, ITSCs grew three-dimensionally in a human blood plasma-derived matrix, thereby showing unchanged morphology, proliferation capability, viability and expression profile in comparison to three dimensionally-cultured ITSCs growing in standard cell culture plastics. Genetic stability of bag-cultured ITSCs was further accompanied by unchanged telomerase activity. Importantly, ITSCs retained their potential to differentiate into mesodermal cell types, particularly including ALP-active, Alizarin Red S-, and Von Kossa-positive osteogenic cell types, as well as adipocytes positive in Oil Red O assays. Bag culture further did not affect the potential of ITSCs to undergo differentiation into neuroectodermal cell types coexpressing β-III-tubulin and MAP2 and exhibiting the capability for synaptic vesicle recycling. Conclusions Here, we report for the first time the successful cultivation of human NCSCs within cGMP-grade Afc-FEP bags using a human blood plasma-supplemented medium. Our findings particularly demonstrate the unchanged differentiation capability and genetic stability of the cultivated NCSCs, suggesting the great potential of this culture system for future medical applications in the field of regenerative medicine.

Deficiency of the Cytoskeletal Protein SPECC1L Leads to Oblique Facial Clefting

Genetic mutations responsible for oblique facial clefts (ObFC), a unique class of facial malformations, are largely unknown. We show that loss-of-function mutations in SPECC1L. are pathogenic for this human developmental disorder and that SPECC1L is a critical organizer of vertebrate facial morphogenesis. During murine embryogenesis, Speed 1 1 is expressed in cell populations of the developing facial primordial, which proliferate and fuse to form the face. In zebrafish, knockdown of a SPECC1L homolog produces a faceless phenotype with loss of jaw and facial structures, and knockdown in Drosophila phenocopies mutants in the integrin signaling pathway that exhibit cell-migration and -adhesion defects. Furthermore, in mammalian cells, SPECC1L colocalizes with both tubulin and actin, and its deficiency results in defective actin-cytoskeleton reorganization, as well as abnormal cell adhesion and migration. Collectively, these data demonstrate that SPECC1L functions in actin-cytoskeleton reorganization and is required for proper facial morphogenesis.

Long-Term Culture of Mouse Embryonic Stem Cell-Derived Adherent Neurospheres and Functional Neurons

Innumerous protocols, using the mouse embryonic stem (ES) cells as model for in vitro study of neurons functional properties and features, have been developed. Most of these protocols are short lasting, which, therefore, does not allow a careful analysis of the neurons maturation, aging, and death processes. We describe here a novel and efficient long-lasting protocol for in vitro ES cells differentiation into neuronal cells. It consists of obtaining embryoid bodies, followed by induction of neuronal differentiation with retinoic acid of nonadherent embryoid bodies (three-dimensional model), which further allows their adherence and formation of adherent neurospheres (AN, bi-dimensional model). The AN can be maintained for at least 12 weeks in culture under repetitive mechanical splitting, providing a constant microenvironment (in vitro niche) for the neuronal progenitor cells avoiding mechanical dissociation of AN. The expression of neuron-specific proteins, such as nestin, sox1, beta III-tubulin, microtubule-associated protein 2, neurofilament medium protein, Tau, neuronal nuclei marker, gamma-aminobutyric acid, and 5-hydroxytryptamine, were confirmed in these cells maintained during 3 months under several splitting. Additionally, expression pattern of microtubule-associated proteins, such as lissencephaly (Lis1) and nuclear distribution element-like (Ndel1), which were shown to be essential for differentiation and migration of neurons during embryogenesis, was also studied. As expected, both proteins were expressed in undifferentiated ES cells, AN, and nonrosette neurons, although presenting different spatial distribution in AN. In contrast to previous studies, using cultured neuronal cells derived from embryonic and adult tissues, only Ndel1 expression was observed in the centrosome region of early neuroblasts from AN. Mature neurons, obtained from ES cells in this work, display ionic channels and oscillations of membrane electrical potential typical of electrically excitable cells, which is a characteristic feature of the functional central nervous system (CNS) neurons. Taken together, our study demonstrated that AN are a long-term culture of neuronal cells that can be used to analyze the process of neuronal differentiation dynamics. Thus, the protocol described here provides a new experimental model for studying neurological diseases associated with neuronal differentiation during early development, as well as it represents a novel source of functional cells that can be used as tools for testing the effects of toxins and/or drugs on neuronal cells.

GTPases RhoA and Rac1 are important for amelogenin and DSPP expression during differentiation of ameloblasts and odontoblasts

Morphogenesis and cytodifferentiation are distinct processes in tooth development. Cell proliferation predominates in morphogenesis; differentiation involves changes in form and gene expression. The cytoskeleton is essential for both processes, being regulated by Rho GTPases. The aim of this study was to verify the expression, distribution, and role of Rho GTPases in ameloblasts and odontoblasts during tooth development in correlation with actin and tubulin arrangements and amelogenin and dentin sialophosphoprotein (DSPP) expression. RhoA, Rac1, and Cdc42 were strongly expressed during morphogenesis; during cytodifferentiation, RhoA was present in ameloblasts and odontoblasts, Rac1 and its effector Pak3 were observed in ameloblasts; and Cdc42 was present in all cells of the tooth germ and mesenchyme. The expression of RhoA mRNA and its effectors RockI and RockII, Rac1 and Pak3, as analyzed by real-time polymerase chain reaction, increased after ameloblast and odontoblast differentiation, according to the mRNA expression of amelogenin and DSPP. The inhibition of all Rho GTPases by Clostridium difficile toxin A completely abolished amelogenin and DSPP expression in tooth germs cultured in anterior eye chamber, whereas the specific inhibition of the Rocks showed only a partial effect. Thus, both GTPases are important during tooth morphogenesis. During cytodifferentiation, Rho proteins are essential for the complete differentiation of ameloblasts and odontoblasts by regulating the expression of amelogenin and DSPP. RhoA and its effector RockI contribute to this role. A specific function for Rac1 in ameloblasts remains to be elucidated; its punctate distribution indicates its possible role in exocytosis/endocytosis.