Hematopoietic stem cells reversibly switch from dormancy to self-renewal during homeostasis and repair.

Bone marrow hematopoietic stem cells (HSCs) are crucial to maintain lifelong production of all blood cells. Although HSCs divide infrequently, it is thought that the entire HSC pool turns over every few weeks, suggesting that HSCs regularly enter and exit cell cycle. Here, we combine flow cytometry with label-retaining assays (BrdU and histone H2B-GFP) to identify a population of dormant mouse HSCs (d-HSCs) within the lin(-)Sca1+cKit+CD150+CD48(-)CD34(-) population. Computational modeling suggests that d-HSCs divide about every 145 days, or five times per lifetime. d-HSCs harbor the vast majority of multilineage long-term self-renewal activity. While they form a silent reservoir of the most potent HSCs during homeostasis, they are efficiently activated to self-renew in response to bone marrow injury or G-CSF stimulation. After re-establishment of homeostasis, activated HSCs return to dormancy, suggesting that HSCs are not stochastically entering the cell cycle but reversibly switch from dormancy to self-renewal under conditions of hematopoietic stress.

Citrobacter rodentium Requires Intestinal Neural Wiskott-Aldrich Syndrome Protein (N-WASp) for Actin Pedestal Formation, Colonization and Epithelial Barrier Disruption In Vivo

Background: Citrobacter rodentium is a natural mouse pathogen that is genetically closelyrelated to the human enteric pathogens enteropathogenic and enterohemorrhagic E. coli.Among the repertoire of conserved virulence factors that these pathogens deliver via typeIII secretion, Tir and EspF are responsible for the formation of characteristic actin-richpedestals and disruption of tight junction integrity, respectively. There is evidence In Vitrothese effectors accomplish this, at least in part, by subverting the normal host cellularfunctions of N-WASP, a critical regulator of branched chain actin assembly. Although NWASPhas been shown to be involved in pedestal formation In Vitro, the requirements ofN-WASP-mediated actin pedestals for intestinal colonization by attaching/effacing (A/E)pathogens In Vivo is not known. Furthermore, it is not known whether N-WASP is requiredfor EspF-mediated tight junction disruption. Methods: To investigate the role of N-WASPin the gut epithelium, we generated mice with intestine-specific deletion of N-WASP(iNWKO), by mating mice homozygous for a floxed N-WASP allele (N-WASPL2L/L2L) tomice expressing Cre recombinase under the villin promoter. Separately housed groups ofWT and iNWKO mice were inoculated with 5x108 GFP-expressing C. rodentium by intragastriclavage. Stool was collected 2, 4, 7, and 12 days after infection, and recoverablecolony forming units (CFUs) of C. rodentium were quantified by plating serial dilutions ofhomogenized stool on MacConkey's agar. GFP+ colonies were counted after 24 hoursincubation at 37°C. The presence of actin pedestals was investigated by electron microscopy(EM), and tight junction morphology was assessed by immunofluorescence staining ofoccludin, ZO-1 and claudin-2. Results: C. rodentium infection did not result in mortalityin WT or iNWKO mice. Compared to controls, iNWKO mice exhibited higher levels ofbacterial shedding during the first 4 days of infection (day 4 average: WT 5.2x104 CFU/gvs. iNWKO 4.7x105 CFU/g, p=0.08), followed by a more rapid clearance of C. rodentium, (day7-12 average: WT 2x106 CFU/g vs. iNWKO 2.7x105, p=0.01). EM and immunofluorescencerevealed the complete lack of actin pedestals in iNWKO mice and no mucosa-associatedGFP+ C. rodentium by day 7. WT controls exhibited tight junction disruption, reflected byaltered distribution of ZO-1, whereas iNWKO mice had no change in the pattern of ZO-1.Conclusion: Intestinal N-WASP is required for actin pedestal formation by C. rodentium InVivo, and ablation of N-WASP is associated with more rapid bacterial clearance and decreasedability of C. rodentium to disrupt intercellular junctions.

Perinuclear Mlp proteins down-regulate gene expression in response to a defect in mRNA export

Résumé Une caractéristique des cellules eucaryotes est le confinement du matériel génétique (ADN/DNA) dans le noyau. Pour décoder cette information, un ARN messager (mRNA) est d'abord transcrit sous forme d'un ARN prémessager (pré-mRNA). Ce-dernier doit subir plusieurs étapes de maturation pour aboutir à une particule ribonucléoprotéique (mRNP) qui sera exportée vers le cytoplasme et traduite en protéine. La protéine de levure Mex67p et son homologue humain TAP sont des récepteurs d'export médiant la translocation du mRNP au travers des complexes du pore nucléaire (NPC). Mex67p/TAP ne se lient pas directement au mRNA, mais nécessitent la présence de protéines adaptatrices, telles que Yra1p et son homologue humain REF1. Afin d'identifier de nouveaux facteurs impliqués dans l'export des mRNPs ou de nouvelles fonctions pour Yra1p, nous avons effectué un crible génétique avec un mutant thermosensible de Yra1p, GFP-yra 1 -8. Ce mutant présente un défaut d'export des mRNAs et une diminution des niveaux de transcrits du gène rapporteur LacZ ainsi que de certains transcrits endogènes. Nous avons trouvé que la perte de Mlp2p, ou d'une protéine hautement similaire, Mlp1p, restaure la croissance du mutant GFP-yra1-8 à température restrictive. Mlp1p et Mlp2p sont des protéines nucléaires, dont l'homologue humain est TPR. Les Mlp (myosin¬like proteins) ainsi que TPR forment des structures filamenteuses ancrées aux NPC. Bien que la fonction des Mlp ne soit pas clairement définie, un rôle dans la biogenèse et la surveillance des mRNPs a été récemment proposé. Notre étude montre que la perte des Mlp, non seulement restaure la croissance de GFP-yra1-8, mais augmente aussi les niveaux des transcrits LacZ et facilite leur apparition dans le cytoplasme. Des expériences d'immunoprécipitations de la chromatine révèlent que Mlp2p diminue le taux de synthèse du transcrit LacZ dans GFP-yra1-8. Des analyses du transcriptome montrent que Mlp2p réduit aussi les niveaux d'une population de transcrits endogènes dans le mutant. Finalement, des localisations in situ suggèrent que la transcription du rapporteur LacZ a lieu à la périphérie du noyau, à proximité des Mlp. Ainsi, les protéines Mlp pourraient préférentiellement diminuer la transcription de gènes exprimés à la périphérie nucléaire. Nous montrons aussi que Yra1p interagit génétiquement avec Nab2p une protéine liée au mRNA et impliquée dans son export, mais non avec d'autres protéines également impliquées dans l'export des mRNAs. Les résultats obtenus soutiennent un modèle où les protéines Yra1p et Nab2p sont nécessaires à l'arrimage des mRNPs sur la plate-forme des Mlp. Si ces signaux manquent ou sont défectueux, les mRNPs ne peuvent pas poursuivre leur trajet vers le canal central du NPC. Ce bloc induirait par la suite une diminution de la transcription d'une population de gènes potentiellement localisée à la périphérie nucléaire. Dans son ensemble, cette étude suggère que les protéines Mlp établissent un lien entre la transcription de certains mRNAs et leur export au travers du pore nucléaire. Summary A hallmark of the eukaryotic cell is the packaging of DNA in the nucleus. To decode the genetic information, a messenger RNA (mRNA) is first synthesized as a pre-mRNA molecule, which undergoes different maturation steps resulting in an mRNP (messenger RNA ribonucleoprotein), which can be actively transported to the cytoplasm and translated into a protein. Yeast Mex67p and its human homologue TAP are export receptors mediating mRNP translocation through the nuclear pore complex (NPC). The recruitment of Mex67p/TAP to mRNA is mediated by mRNA export adaptors of the evolutionarily conserved REF (RNA and Export Factor binding) family: yeast Yra1p and human REF1. To uncover new functions of Yra1p or new factors implicated in mRNA export, we performed a genetic screen with a themiosensitive (ts) yra1 mutant, GFP-yra1-8. This mutant exhibits mRNA export defects and a decrease in the levels of LacZ reporter and certain endogenous transcripts. We found that the loss of Mlp2p, or the related Mlp1p protein, substantially rescues the growth defect of the GFP-yra1 -8 mutant. Mlp1p and M1p2p are large non-essential proteins, homologous to human TPR, proposed to form intra-nuclear filamentous structures anchored at the NPC. Their role is not clearly defined, but they have been implicated in mRNP biogenesis and surveillance. Our study shows that loss of Mlp proteins not only restores growth of GFP-yra1-8, but also rescues LacZ mRNA levels and increases their appearance in the cytoplasm. Chromatin immunoprecipitation and pulse chase experiments indicate that Mlp2p down-regulates LacZ mRNA synthesis in GFP-yra1-8. DNA micro- array analyses reveal that Mlp2p also reduces the levels of a subset of cellular transcripts in the yra1 mutant strain. In situ localizations suggest that LacZ transcription occurs at the nuclear periphery, in close proximity to Mlp proteins. Thus, Mlp proteins may preferentially down-regulate genes expressed at the nuclear periphery. Finally, we show that Yra1p genetically interacts with the shuttling mRNA-binding protein Nab2p and that loss of Mlp proteins rescues the growth defect of yra1 and nab2, but not other mRNA export mutants. The data support a model in which Nab2p and Yra1p are required for rnRNP docking to the Mlp platform. Lack of these signals prevents mRNPs from crossing the Mlp gate. This block may then negatively feed-back on the transcription of a subset of genes, potentially located at the nuclear envelope. Overall, this study suggests that perinuclear Mlp proteins establish a link between mRNA transcription and export.

Isolation of cardiovascular precursor cells from the human fetal heart.

Weakening of cardiac function in patients with heart failure results from a loss of cardiomyocytes in the damaged heart. Cell replacement therapies as a way to induce myocardial regeneration in humans could represent attractive alternatives to classical drug-based approaches. However, a suitable source of precursor cells, which could produce a functional myocardium after transplantation, remains to be identified. In the present study, we isolated cardiovascular precursor cells from ventricles of human fetal hearts at 12 weeks of gestation. These cells expressed Nkx2.5 but not late cardiac markers such as α-actinin and troponin I. In addition, proliferating cells expressed the mesenchymal stem cell markers CD73, CD90, and CD105. Evidence for functional cardiogenic differentiation in vitro was demonstrated by the upregulation of cardiac gene expression as well as the appearance of cells with organized sarcomeric structures. Importantly, differentiated cells presented spontaneous and triggered calcium signals. Differentiation into smooth muscle cells was also detected. In contrast, precursor cells did not produce endothelial cells. The engraftment and differentiation capacity of green fluorescent protein (GFP)-labeled cardiac precursor cells were then tested in vivo after transfer into the heart of immunodeficient severe combined immunodeficient mice. Engrafted human cells were readily detected in the mouse myocardium. These cells retained their cardiac commitment and differentiated into α-actinin-positive cardiomyocytes. Expression of connexin-43 at the interface between GFP-labeled and endogenous cardiomyocytes indicated that precursor-derived cells connected to the mouse myocardium. Together, these results suggest that human ventricular nonmyocyte cells isolated from fetal hearts represent a suitable source of precursors for cell replacement therapies.

A new green fluorescent protein-based bacterial biosensor for analysing phenanthrene fluxes.

The polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH)-degrading strain Burkholderia sp. RP007 served as host strain for the design of a bacterial biosensor for the detection of phenanthrene. RP007 was transformed with a reporter plasmid containing a transcriptional fusion between the phnS putative promoter/operator region and the gene encoding the enhanced green fluorescent protein (GFP). The resulting bacterial biosensor--Burkholderia sp. strain RP037--produced significant amounts of GFP after batch incubation in the presence of phenanthrene crystals. Co-incubation with acetate did not disturb the phenanthrene-specific response but resulted in a homogenously responding population of cells. Active metabolism was required for induction with phenanthrene. The magnitude of GFP induction was influenced by physical parameters affecting the phenanthrene flux to the cells, such as the contact surface area between solid phenanthrene and the aqueous phase, addition of surfactant, and slow phenanthrene release from Model Polymer Release System beads or from a water-immiscible oil. These results strongly suggest that the bacterial biosensor can sense different phenanthrene fluxes while maintaining phenanthrene metabolism, thus acting as a genuine sensor for phenanthrene bioavailability. A relationship between GFP production and phenanthrene mass transfer is proposed.

Efficient lentiviral gene transfer into corneal stroma cells using a femtosecond laser.

We investigated a new procedure for gene transfer into the stroma of pig cornea for the delivery of therapeutic factors. A delimited space was created at 110 mum depth with a LDV femtosecond laser in pig corneas, and a HIV1-derived lentiviral vector expressing green fluorescent protein (GFP) (LV-CMV-GFP) was injected into the pocket. Corneas were subsequently dissected and kept in culture as explants. After 5 days, histological analysis of the explants revealed that the corneal pockets had closed and that the gene transfer procedure was efficient over the whole pocket area. Almost all the keratocytes were transduced in this area. Vector diffusion at right angles to the pocket's plane encompasses four (endothelium side) to 10 (epithelium side) layers of keratocytes. After 21 days, the level of transduction was similar to the results obtained after 5 days. The femtosecond laser technique allows a reliable injection and diffusion of lentiviral vectors to efficiently transduce stromal cells in a delimited area. Showing the efficacy of this procedure in vivo could represent an important step toward treatment or prevention of recurrent angiogenesis of the corneal stroma.

Functional expression of PHO1 to the Golgi and trans-Golgi network and its role in export of inorganic phosphate.

Arabidopsis thaliana PHO1 is primarily expressed in the root vascular cylinder and is involved in the transfer of inorganic phosphate (Pi) from roots to shoots. To analyze the role of PHO1 in transport of Pi, we have generated transgenic plants expressing PHO1 in ectopic A. thaliana tissues using an estradiol-inducible promoter. Leaves treated with estradiol showed strong PHO1 expression, leading to detectable accumulation of PHO1 protein. Estradiol-mediated induction of PHO1 in leaves from soil-grown plants, in leaves and roots of plants grown in liquid culture, or in leaf mesophyll protoplasts, was all accompanied by the specific release of Pi to the extracellular medium as early as 2-3 h after addition of estradiol. Net Pi export triggered by PHO1 induction was enhanced by high extracellular Pi and weakly inhibited by the proton-ionophore carbonyl cyanide m-chlorophenylhydrazone. Expression of a PHO1-GFP construct complementing the pho1 mutant revealed GFP expression in punctate structures in the pericycle cells but no fluorescence at the plasma membrane. When expressed in onion epidermal cells or in tobacco mesophyll cells, PHO1-GFP was associated with similar punctate structures that co-localized with the Golgi/trans-Golgi network and uncharacterized vesicles. However, PHO1-GFP could be partially relocated to the plasma membrane in leaves infiltrated with a high-phosphate solution. Together, these results show that PHO1 can trigger Pi export in ectopic plant cells, strongly indicating that PHO1 is itself a Pi exporter. Interestingly, PHO1-mediated Pi export was associated with its localization to the Golgi and trans-Golgi networks, revealing a role for these organelles in Pi transport.

The knock-out of ARP3a gene affects F-actin cytoskeleton organization altering cellular tip growth, morphology and development in moss Physcomitrella patens.

The seven subunit Arp2/3 complex is a highly conserved nucleation factor of actin microfilaments. We have isolated the genomic sequence encoding a putative Arp3a protein of the moss Physcomitrella patens. The disruption of this ARP3A gene by allele replacement has generated loss-of-function mutants displaying a complex developmental phenotype. The loss-of function of ARP3A gene results in shortened, almost cubic chloronemal cells displaying affected tip growth and lacking differentiation to caulonemal cells. In moss arp3a mutants, buds differentiate directly from chloronemata to form stunted leafy shoots having differentiated leaves similar to wild type. Yet, rhizoids never differentiate from stem epidermal cells. To characterize the F-actin organization in the arp3a-mutated cells, we disrupted ARP3A gene in the previously described HGT1 strain expressing conditionally the GFP-talin marker. In vivo observation of the F-actin cytoskeleton during P. patens development demonstrated that loss-of-function of Arp3a is associated with the disappearance of specific F-actin cortical structures associated with the establishment of localized cellular growth domains. Finally, we show that constitutive expression of the P. patens Arp3a and its Arabidopsis thaliana orthologs efficiently complement the mutated phenotype indicating a high degree of evolutionary conservation of the Arp3 function in land plants.

Two novel MvaT-like global regulators control exoproduct formation and biocontrol activity in root-associated Pseudomonas fluorescens CHA0.

Pseudomonas fluorescens CHA0 protects various crop plants against root diseases caused by pathogenic fungi. Among a range of exoproducts excreted by strain CHA0, the antifungal compounds 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG) and pyoluteorin (PLT) are particularly relevant to the strain's biocontrol potential. Here, we report on the characterization of MvaT and MvaV as novel regulators of biocontrol activity in strain CHA0. We establish the two proteins as further members of an emerging family of MvaT-like regulators in pseudomonads that are structurally and functionally related to the DNA-binding protein H-NS. In mvaT and mvaV in frame-deletion mutants of strain CHA0, PLT production was enhanced about four- and 1.5-fold, respectively, whereas DAPG production remained at wild-type levels. Remarkably, PLT production was increased up to 20-fold in an mvaT mvaV double mutant. DAPG biosynthesis was almost completely repressed in this mutant. The effects on antibiotic production could be confirmed by following expression of gfp-based reporter fusions to the corresponding biosynthetic genes. MvaT and MvaV also influenced levels of other exoproducts, motility, and physicochemical cell-surface properties to various extents. Compared with the wild type, mvaT and mvaV mutants had an about 20% reduced capacity (in terms of plant fresh weight) to protect cucumber from a root rot caused by Pythium ultimum. Biocontrol activity was nearly completely abolished in the double mutant Our findings indicate that MvaT and MvaV act together as further global regulatory elements in the complex network controlling expression of biocontrol traits in plant-beneficial pseudomonads.

Tolerogenic dendritic cells and their role in induction of immune tolerance

Les cellules dendritiques sont des cellules du système immunitaire qui permettent d'instruire les lymphocytes T, autres cellules de ce système, pour mettre en place une réponse immunitaire adaptée afin de combattre et vaincre une infection. Ces cellules dendritiques vont reconnaître des motifs spécifiquement exprimés par des pathogènes par l'intermédiaire de récepteurs exprimés à leur surface. En détectant ces molécules, elles vont s'activer et subir diverses modifications pour pouvoir activer les lymphocytes T. Elles vont alors interagir avec les lymphocytes Τ et transférer les informations nécessaires pour que ces cellules s'activent à leur tour et produisent différentes protéines de façon à éliminer le pathogène. En fonction du type de pathogène, les informations transférées entre les cellules dendritiques et les lymphocytes seront différentes de manière à produire la réponse immunitaire la mieux adaptée pour supprimer l'élément infectieux. Dans le corps, les cellules dendritiques circulent continuellement afin de détecter les éléments étrangers. Quand elles reconnaissent une protéine étrangère, elles la phagocytent, c'est-à-dire qu'elles la mangent afin de pouvoir la présenter aux lymphocytes T. Mais quand elles phagocytent un élément étranger, elles peuvent également prendre des éléments du soi, comme par exemple quand elles phagocytent une cellule infectée par un virus. Les cellules dendritiques doivent alors être capables de différentier les molécules du soi et du non-soi de façon à ne pas induire une réponse en présentant un antigène du soi aux lymphocytes T. D'autant plus que lors de leur développement, les lymphocytes Τ qui sont capables de reconnaître le soi sont éliminés mais ce système n'est pas parfait et donc certains lymphocytes Τ auto-reactifs peuvent se trouver dans le corps. Il existe ainsi d'autres mécanismes en périphérie du site de développement pour inhiber ces lymphocytes Τ auto-reactifs. Ce sont les mécanismes de tolérance. Quand les lymphocytes Τ induisent une réponse aux antigènes du soi, cela résulte à des maladies auto-immunes. Dans mon projet de recherche, nous avons travaillé avec des lignées de cellules dendritiques, c'est-à-dire des cellules dendritiques semblables à celles que l'on peut trouver in vivo mais qui sont immortalisées, elles peuvent donc être cultiver et manipuler in vitro. Nous avons génétiquement modifiées ces lignées cellulaires pour qu'elles expriment des molécules immunosuppressives afin d'étudier comment induire une tolérance immunitaire, c'est-à-dire si l'expression de ces molécules permet d'éviter de générer une réponse immunitaire. Pour cela, nous avons utilisé des modèles murins de tumeurs et de maladies auto-immunes. Nous avons démontré que ces lignées de cellules dendritiques peuvent être un grand outil de recherche pour étudier les bénéfices de différentes molécules immuno-modulatrices afin d'induire une tolérance immunitaire à différents antigènes. - Les cellules dendritiques sont responsables de l'induction des réponses immunitaires adaptatives. Suite à une infection microbienne, les cellules dendritiques s'activent, elles induisent l'expression de molécules de costimulation à leur surface, sécrètent des cytokines et induisent la différentiation des cellules Τ effectrices et mémoires. De plus, les cellules dendritiques ont un rôle important dans l'induction et la maintenance de la tolérance immunitaire au niveau du thymus et en périphérie, en induisant l'anergie, la délétion ou la conversion des cellules Τ naïves en cellules régulatrices. Dans notre groupe, une nouvelle lignée de cellules dendritiques appelée MuTu a été crée par la culture de cellules dendritiques tumorales isolées à partir d'une rate d'une souris transgénique, dans laquelle l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP sont sous le contrôle du promoteur CD1 le, et sont ainsi spécifiquement exprimés dans les cellules dendritiques. Ces nouvelles lignées appartiennent au sous-type des cellules dendritiques conventionnelles exprimant CD8a. Elles ont conservé leur capacité d'augmenter l'expression des marqueurs de costimulation à leur surface ainsi que le production de cytokines en réponse à des ligands des récepteurs Toll, ainsi que leur capacité à présenter des antigènes associés aux molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe I ou II pour activer la prolifération et la différentiation des lymphocytes T. En utilisant un système de transduction de lentivirus de seconde génération, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques ont été génétiquement modifiées pour sur-exprimer des molécules immunosuppressives (IL-10, TGFP latent, TGFp actif, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC et CTLA4). Ces lignées permettent d'étudier de manière reproductible le rôle de ces molécules potentiellement tolérogènes sur les réponses immunitaires in vitro et in vivo. Ces lignées potentiellement tolérogènes ont été testées, tout d'abord, in vitro, pour leur capacité à inhiber l'activation des cellules dendritiques, à bloquer la prolifération des cellules Τ ou à modifier leur polarisation. Nos résultats démontrent qu'en réponse à une stimulation, la sur-expression des molécules costimulatrices et la sécrétion de molécules pro- inflammatoires est réduite quand les cellules dendritiques sur-expriment l'IL-10. La sur¬expression de TGFp sous sa forme active induit le développement de cellules régulatrices CD4+ CD25+ Foxp3+ et bloque la réponse CD8 cytotoxique tandis que la sur-expression de CTLA4 à la surface des cellules dendritiques inhibe une réponse Thl et induit des lymphocytes Τ anergiques. Ces lignées ont également été utilisées pour étudier l'induction de tolérance in vivo. Tout d'abord, nous avons étudié l'induction de tolérance dans un modèle de développement de tumeurs. En effet, quand les lignées tumorales sont transférées dans les lignées de souris C57BL/6, elles sont reconnues comme du non-soi du à l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP et sont éliminées. Ce mécanisme d'élimination a été étudié en utilisant une lignée de cellules dendritiques modifiée pour exprimer la luciférase et qui a permis de suivre le développement des tumeurs par de l'imagerie in vivo dans des animaux vivants. Ces lignées de cellules dendritiques MuTu sont éliminées dans la souris C57BL/6 par les lymphocytes CD8 et l'action cytotoxique de la perforine. Après plusieurs injections, les cellules dendritiques sur-exprimant CTLA4 ou l'actif TGFp peuvent casser cette réponse immunitaire inhérente aux antigènes de la lignée et induire le développement de la tumeur dans la souris C57BL/6. Le développement tumoral a pu être suivi en mesurant la bioluminescence émise par des cellules dendritiques modifiées pour exprimer à la fois l'actif TGFp et la luciférase. Ces tumeurs ont pu se développer grâce à la mise en place d'un microenvironnement suppressif pour échapper à l'immunité en recrutant des cellules myéloïde suppressives, des lymphocytes CD4 régulateurs et en induisant l'expression d'une molécule inhibitrice PD-1 à la surface des lymphocytes CD8 infiltrant la tumeur. Dans un deuxième temps, ces lignées tolérogènes ont également été testées dans un modèle murin de maladies auto-immunes, appelé l'encéphalomyélite auto-immune expérimental (EAE), qui est un modèle pour la sclérose en plaques. L'EAE a été induite dans la souris par le transfert de cellules de ganglions prélevées d'une souris donneuse préalablement immunisée avec une protéine du système nerveux central, la glycoprotéine myéline oligodendrocyte (MOG) émulsifiée dans de l'adjuvant complet de Freund. La vaccination des souris donneuses et receveuses avec les cellules sur-exprimant l'actif TGFP préalablement chargées avec la protéine MOG bloque l'induction de l'EAE. Nous sommes actuellement en train de définir les mécanismes qui permettent de protéger la souris du développement de la maladie auto-immune. Dans cette étude, nous avons ainsi démontré la possibilité d'induire la tolérance in vivo et in vitro à différents antigènes en utilisant nos nouvelles lignées de cellules dendritiques et en les modifiant pour exprimer des molécules immunosuppressives. En conséquence, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques représentent un outil pour explorer les bénéfices de différentes molécules ayant des propriétés immuno-modulatrices pour manipuler le système immunitaire vers un phénotype tolérogène. - Dendritic cells (DC) are widely recognized as potent inducers of the adaptive immune responses. Importantly, after microbial infections, DC become activated, induce co- stimulation, secrete cytokines and induce effector and memory Τ cells. DC furthermore play an important role in inducing and maintaining central and peripheral tolerance by inducing anergy, deletion or commitment of antigen-specific naïve Τ cells into regulatory Τ cells. In our group, stable MuTu DC lines were generated by culture of splenic DC tumors from transgenic mice expressing the SV40 large Τ oncogene and the GFP under DC-specific CDllc promoter. These transformed DC belong to the CD8a+ conventional DC subtype and have fully conserved their capacity to upregulate co-stimulatory markers and produce cytokines after activation with Toll Like Receptors-ligands, and to present Major Histocompatibility class-I or MHCII-restricted antigens to activate Τ cell expansion and differentiation. Using a second- generation lentiviral transduction system, these newly developed MuTu DC lines were genetically modified to overexpress immunosuppressive molecules (IL-10, latent TGFp, active TGFp, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC and CTLA4). This allows to reproducibly investigate the role of these potentially tolerogenic molecules on in vitro and in vivo immune responses. These potentially tolerogenic DC were tested in vitro for their ability to inhibit DC activation, to prevent Τ cell proliferation and to modify Τ cell polarization. Our results show that the upregulation of costimulatory molecules and the secretion of pro-inflammatory cytokines were reduced upon stimulation of DC overexpressing IL-10. The overexpression of active TGFP induced the development of CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and inhibited the cytotoxic CD8 Τ cell response as shown by using the OT-II Τ cell system whereas the surface expression of CTLA-4 on DC prevented the Thl response and prompted an anergic antigen-specific Τ cell response. These MuTu DC lines were also used in vivo in order to study the induction of tolerance. First we addressed the induction of tolerance in a model of tumorogenesis. The adoptively transferred tumor cell lines were cleared in C57BL/6 mice due to the foreign expression of SV40 LargeT and GFP. The mechanism of clearance of MuTu DC line into C57BL/6 mice was investigated by using luciferase-expressing DC line. These DC line allowed to follow, by in vivo imaging, the tumor development in living animals and determined that MuTu DC lines were eliminated in a perforin-mediated CD8 Τ cell dependent and CD4 Τ cell independent response. After multiple injections, DC overexpressing CTLA4 or active TGFp could break the immune response to these inherent antigens and induced DC tumorogenesis in wild type mice. The tumor outgrowth in C57BL/6 mice was nicely observed by double-transduced DC lines to express both luciferase and active TGFp. actTGFp-DC tumor was shown to recruit myeloid-derived suppressor cells, induce CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and induce the expression of the inhibitory receptor PD-1 on tumor- infiltrating CD8+ Τ cells in order to escape tumor immunity. Tolerogenic DC lines were also tested for the induction of tolerance in a murine model of autoimmune disease, the experimental autoimmune encephalitis (EAE) model for human multiple sclerosis. EAE was induced in C57BL/6 mice by the adoptive transfer of lymph node cells isolated from donor mice previously immunized by a protein specific to the central nervous system, the myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) emulsified in the complete freund adjuvant. The vaccination of donor and recipient mice with MOG-pulsed actTGFP-DC line prevented EAE induction. We are still investigating how the active TGFP protect mice from EAE development. We generated tolerogenic DC lines inducing tolerance in vitro and in vivo. Thereby these MuTu DC lines represent a great tool to explore the benefits of various immuno-modulatory molecules to manipulate the immune system toward a tolerogenic phenotype.

Doxorubicin induces drug efflux pumps in Candida albicans.

Candida albicans is one of the most important opportunistic fungal pathogens. It can cause serious fungal diseases in immunocompromised patients, including those with cancer. Treatment failures due to the emergence of drug-resistant C. albicans strains have become a serious clinical problem. Resistance incidents were often mediated by fungal efflux pumps which are closely related to the human ABC transporter P-glycoprotein (P-gp). P-gp is often overexpressed in cancer cells and confers resistance to many cytotoxic drugs. We examined whether cytotoxic drugs commonly used for cancer treatment (doxorubicin and cyclophosphamide) could alter the expression of genes responsible for the development of fluconazole resistance in Candida cells in the way they can influence homologous genes in cancer cell lines. ABC transporters (CDR1 and CDR2) and other resistance genes (MDR1 and ERG11) were tested by real-time PCR for their expression in C. albicans cells at the mRNA level after induction by antineoplastic drugs. The results were confirmed by a lacZ gene reporter system and verified at the protein level using GFP and immunoblotting. We showed that doxorubicin is a potent inducer of CDR1/CDR2 expression in C. albicans at both the mRNA and protein level and thus causes an increase in fluconazole MIC values. However, cyclophosphamide, which is not a substrate of human P-gp, did not induce ABC transporter expression in C. albicans. Neither doxorubicin nor cyclophosphamide could influence the expression of the other resistance genes (MDR1 and ERG11). The induction of CDR1/CDR2 by doxorubicin in C. albicans and the resulting alteration of antifungal susceptibility might be of clinical relevance for the antifungal treatment of Candida infections occurring after anticancer chemotherapy with doxorubicin.

Characterization of GLUT8 and GLUT9, two novel glucose transporter isoforms

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

Induction of transgenic hairy roots in soybean genotypes by Agrobacterium rhizogenes‑mediated transformation

The objective of this work was to perform the screening of soybean genotypes as to their ability to respond to the induction of hairy roots by Agrobacterium rhizogenes‑mediated transformation. Four Brazilian soybean cultivars (BRSMG 68 Vencedora, BRS 137, Embrapa 48, and MG/BR 46 Conquista) and two North American ones adapted to Brazilian cropping conditions (Bragg and IAS‑5) were screened for their capacity to respond to A. rhizogenes in protocols for in vitro hairy root culture and ex vitro composite plant production. Four‑day‑old seedlings with uniform size were injected with A. rhizogenes harboring the plasmid p35S‑GFP. Seedlings expressing green fluorescent protein (GFP) in at least one hairy root were used to determine the transformation frequency. Using an axenic in vitro protocol, excised cotyledons from four‑day‑old seedlings were infected with A. rhizogenes harboring the pCAMBIA1301 plasmid, containing the gusA reporter gene. The transformation frequency and the number of days for hairy root emergence after bacterial infection (DAI) were evaluated. The transformation frequency and DAI varied according to the genotype. Cultivars MG/BR 46 Conquista and BRSMG 68 Vencedora are more susceptible to A. rhizogenes and can be recommended for transformation experiments.

Nanoparticles for gene delivery to retinal pigment epithelial cells.

PURPOSE: To evaluate the safety and potential use of poly(lactic) acid (PLA) and poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) nanoparticles (NPs) as vectors for gene transfer to RPE cells. METHODS: Experiments were conducted with primary bovine RPE cells and with the ARPE-19 human RPE cell line. Rhodamine loaded NPs were used to study factors influencing the internalization process by the various RPE cells: concentrations of NPs, duration of contact time, stage of cell culture and ambient temperature. The extent of NPs internalization was evaluated by fluorescence and phase microscopy. Potential NP toxicity was measured by the trypan blue exclusion dye test and the MTT method. Green fluorescent protein (GFP) plasmid or red nuclear fluorescent protein (RNFP) plasmid were sequestered in NPs. The ability ot these "loaded" NPs to generate gene transfection and protein expression in RPE cells was assessed both in vivo and in vitro by fluorescence and confocal microscopy. RESULTS: The extent of NP internalization in cultured cells increases with their concentration reaching a plateau at 1 mg/ml and a contact time of up to 6 h. Temperature and culture stage did not influence the in vitro internalization process. No toxic effects on RPE cells could be detected when these were incubated with up to 4 mg/ml of NPs. In human and bovine RPE cells incubated with GFP loaded NPs, cytoplasmic green fluorescence was observed in 14+/-1.65% of the cultured cells. Incubation with RNFP loaded NPs yielded a nuclear red fluorescence in 18.9+/-1.6% of the cells. These percentage levels of expression initially detected after 48 h of incubation remained unchanged during the following 8 additional days in culture. No significant differences in the extent of cytoplasm or nuclear fluorescence expression were observed between bovine or human RPE cultured cells. In vivo, a preferential RNFP expression within the RPE cell layer was detected after intra vitreous injection of RNFP plasmid loaded NPs. CONCLUSIONS: The ability of PLGA NPs to sequester plasmids, their nontoxic characteristics, and rapid internalization enables gene transfer and expression in RPE cells. These findings may be of potential use when designing future gene therapy strategies for ocular diseases of the posterior segment.

A PiggyBac-mediated approach for muscle gene transfer or cell therapy.

An emerging therapeutic approach for Duchenne muscular dystrophy is the transplantation of autologous myogenic progenitor cells genetically modified to express dystrophin. The use of this approach is challenged by the difficulty in maintaining these cells ex vivo while keeping their myogenic potential, and ensuring sufficient transgene expression following their transplantation and myogenic differentiation in vivo. We investigated the use of the piggyBac transposon system to achieve stable gene expression when transferred to cultured mesoangioblasts and into murine muscles. Without selection, up to 8% of the mesoangioblasts expressed the transgene from 1 to 2 genomic copies of the piggyBac vector. Integration occurred mostly in intergenic genomic DNA and transgene expression was stable in vitro. Intramuscular transplantation of mouse Tibialis anterior muscles with mesoangioblasts containing the transposon led to sustained myofiber GFP expression in vivo. In contrast, the direct electroporation of the transposon-donor plasmids in the mouse Tibialis muscles in vivo did not lead to sustained transgene expression despite molecular evidence of piggyBac transposition in vivo. Together these findings provide a proof-of-principle that piggyBac transposon may be considered for mesoangioblast cell-based therapies of muscular dystrophies.