Construction of a recombinant adenovirus co-expressing truncated human prostate-specific membrane antigen and mouse 4-1BBL genes and its effect on dendritic cells

Our aim was to construct a recombinant adenovirus co-expressing truncated human prostate-specific membrane antigen (tPSMA) and mouse 4-1BBL genes and to determine its effect on dendritic cells (DCs) generated from bone marrow suspensions harvested from C57BL/6 mice for which the effect of 4-1BBL on DCs is not clear, especially during DCs processing tumor-associated antigen. Replication deficient adenovirus AdMaxTM Expression System was used to construct recombinant adenovirus Ad-tPSMA-internal ribosome entry site-mouse 4-1BBL (Ad-tPSMA-IRES-m4-1BBL) and Ad-enhanced green fluorescent protein. Day 7 proliferating DC aggregates generated from C57BL/6 mice were collected as immature DCs and further mature DCs were obtained by lipopolysaccharide activated immature DCs. After DCs were exposed to the recombinant adenovirus with 250 multiplicity of infection, the expression of tPSMA and m4-1BBL proteins were detected by Western blot, and the apoptosis and phenotype of DCs were analyzed by flow cytometry. Cytokines (IL-6 and IL-12) in the supernatant were detected by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Proliferation of T cells was detected by allogeneic mixed lymphocyte reactions. The tPSMA and m4-1BBL proteins were expressed correctly. The apoptosis rate of DCs transfected with Ad-tPSMA-IRES-m4-1BBL was 14.6%, lower than that of control DCs. The expression of co-stimulatory molecules [CD80 (81.6 ± 5.4%) and CD86 (80.13 ± 2.81%)] up-regulated in Ad-tPSMA-IRES-m4-1BBL-pulsed DCs, and the level of IL-6 (3960.2 ± 50.54 pg/mL) and IL-12 (249.57 ± 12.51 pg/mL) production in Ad-tPSMA-IRES-m4-1BBL-transduced DCs were significantly higher (P < 0.05) than those in control DCs. Ad-tPSMA-IRES-m4-1BBL induced higher T-cell proliferation (OD450 = 0.614 ± 0.018), indicating that this recombinant adenovirus can effectively enhance the activity of DCs.

Co-culture of apoptotic breast cancer cells with immature dendritic cells: a novel approach for DC-based vaccination in breast cancer

A dendritic cell (DC)-based vaccine strategy could reduce the risk of recurrence and improve the survival of breast cancer patients. However, while therapy-induced apoptosis of hepatocellular and colorectal carcinoma cells can enhance maturation and antigen presentation of DCs, whether this effect occurs in breast cancer is currently unknown. In the present study, we investigated the effect of doxorubicin (ADM)-induced apoptotic MCF-7 breast cancer cells on the activation of DCs. ADM-induced apoptotic MCF-7 cells could effectively induce immature DC (iDC) maturation. The mean fluorescence intensity (MFI) of DC maturity marker CD83 was 23.3 in the ADM-induced apoptotic MCF-7 cell group compared with 8.5 in the MCF-7 cell group. The MFI of DC co-stimulatory marker CD86 and HLA-DR were also increased after iDCs were treated with ADM-induced apoptotic MCF-7 cells. Furthermore, the proliferating autologous T-lymphocytes increased from 14.2 to 40.3% after incubated with DCs induced by apoptotic MCF-7 cells. The secretion of interferon-γ by these T-lymphocytes was also increased. In addition, cell-cell interaction between apoptotic MCF-7 cells and iDCs, but not soluble factors released by apoptotic MCF-7 cells, was crucial for the maturation of iDCs. These findings constitute a novel in vitro DC-based vaccine strategy for the treatment of breast cancer by ADM-induced apoptotic MCF-7 cells.

Relationships between dendritic morphology, spatial distribution and firing patterns in rat layer 1 neurons

The cortical layer 1 contains mainly small interneurons, which have traditionally been classified according to their axonal morphology. The dendritic morphology of these cells, however, has received little attention and remains ill defined. Very little is known about how the dendritic morphology and spatial distribution of these cells may relate to functional neuronal properties. We used biocytin labeling and whole cell patch clamp recordings, associated with digital reconstruction and quantitative morphological analysis, to assess correlations between dendritic morphology, spatial distribution and membrane properties of rat layer 1 neurons. A total of 106 cells were recorded, labeled and subjected to morphological analysis. Based on the quantitative patterns of their dendritic arbor, cells were divided into four major morphotypes: horizontal, radial, ascendant, and descendant cells. Descendant cells exhibited a highly distinct spatial distribution in relation to other morphotypes, suggesting that they may have a distinct function in these cortical circuits. A significant difference was also found in the distribution of firing patterns between each morphotype and between the neuronal populations of each sublayer. Passive membrane properties were, however, statistically homogeneous among all subgroups. We speculate that the differences observed in active membrane properties might be related to differences in the synaptic input of specific types of afferent fibers and to differences in the computational roles of each morphotype in layer 1 circuits. Our findings provide new insights into dendritic morphology and neuronal spatial distribution in layer 1 circuits, indicating that variations in these properties may be correlated with distinct physiological functions.

Enforcing dendritic cell vaccines by manipulating the MHC II antigen presentation pathway

Les vaccins à base de cellules dendritiques (DCs) constituent une avenue très populaire en immunothérapie du cancer. Alors que ces cellules peuvent présenter des peptides exogènes ajoutés au milieu, l’efficacité de chargement de ces peptides au le complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe II est limitée. En effet, la majorité des molécules du CMH II à la surface des DCs sont très stable et l’échange de peptide spontané est minime. Confinée aux vésicules endosomales, HLA-DM (DM) retire les peptides des molécules du CMH II en plus de leur accorder une conformation réceptive au chargement de peptides. Il est possible, cependant, de muter le signal de rétention de DM de façon à ce que la protéine s’accumule en surface. Nous avons émis l’hypothèse que ce mutant de DM (DMY) sera aussi fonctionnel à la surface que dans la voie endosomale et qu’il favorisera le chargement de peptides exogènes aux DCs. Nous avons utilisé un vecteur adénoviral pour exprimer DMY dans des DCs et avons montrer que la molécule augmente le chargement de peptides. L’augmentation du chargement peptidique par DMY est autant qualitatif que quantitatif. DMY améliore la réponse T auxiliaire (Th) du coté Th1, ce qui favorise l’immunité anti-cancer. Du côté qualitatif, le chargement de peptides résulte en des complexes peptide-CMHII (pCMH) d’une conformation supérieure (conformère). Ce conformère (Type A) est le préféré pour la vaccination et DMY édite avec succès les complexes pCMH à la surface en éliminant ceux de type B, lesquels sont indésirables. La fonction de DM est régulée par HLA-DO (DO). Ce dernier inhibe l’habilité de DM à échanger le peptide CLIP (peptide dérivée de la chaîne invariante) en fonction du pH, donc dans les endosomes tardifs. Mes résultats indiquent que la surexpression de DO influence la présentation des superantigènes (SAgs) dépendants de la nature du peptide. Il est probable que DO améliore indirectement la liaison de ces SAgs au pCMH dû à l’accumulation de complexe CLIP-CMH, d’autant plus qu’il neutralise la polarisation Th2 normalement observée par CLIP. Ensemble, ces résultats indiquent que DMY est un outil intéressant pour renforcer le chargement de peptides exogènes sur les DCs et ainsi générer des vaccins efficaces. Un effet inattendu de DO sur la présentation de certains SAgs a aussi été observé. Davantage de recherche est nécessaire afin de résoudre comment DMY et DO influence la polarisation des lymphocytes T auxiliaires. Cela conduira à une meilleure compréhension de la présentation antigénique et de son étroite collaboration avec le système immunitaire.

Étude génétique et fonctionnelle des Interferon-producing Killer Dendritic Cells

L’idée qu’une cellule puisse effectuer la cytolyse de cellules transformées, comme une cellule Natural Killer (NK), tout en ayant la capacité de présenter des antigènes, comme une cellule dendritique (DC), peut sembler fantaisiste. Cependant, de telles cellules furent bel et bien identifiées chez la souris en 2006. Ces cellules, nommées Interferon-producing Killer Dendritic Cells (IKDC), furent l’objet d’une caractérisation extensive qui révéla leur énorme potentiel immunologique. La combinaison de fonctions associées à des cellules NK et à des DC a doté les IKDC d’un pouvoir antitumoral remarquable. D’ailleurs, il a été démontré que les IKDC sont plus efficaces que les cellules NK pour limiter la croissance tumorale. Ainsi, suite à leur découverte, les IKDC ont suscité beaucoup d’intérêt. Cependant, une controverse émergea sur la nature des IKDC. Plusieurs groupes indépendants tentèrent de reproduire les expériences attestant les fonctions de DC des IKDC, sans y parvenir. De plus, des études additionnelles révélèrent que les IKDC possèdent des similitudes très importantes avec les cellules NK. Ces observations ont mené la communauté scientifique à suggérer que les IKDC sont des cellules NK en état d’activation (aNK). Malgré cette controverse, les caractéristiques antitumorales des IKDC sont si uniques et considérables qu’il est primordial de poursuivre l’étude de ces cellules. Pour y arriver, il est essentiel de déterminer la nature des IKDC et de mettre fin à ce débat. Par la suite, il sera important d’identifier des façons de cibler spécifiquement les IKDC pour permettre leur usage dans le cadre de thérapies antitumorales. Ainsi, l’objectif de cette thèse est de définir l’identité des IKDC, puis de déterminer les facteurs génétiques responsables de la régulation de ces cellules. Nous avons démontré que les IKDC ne sont pas des cellules aNK, contrairement à ce qui avait été suggéré. Nous avons constaté que les IKDC prolifèrent activement et possèdent un phénotype unique, des caractéristiques associées à des cellules NK très immatures. Afin de déterminer si les IKDC peuvent acquérir un phénotype mature, nous avons effectué des expériences de transfert adoptif. Suite à leur injection in vivo, les IKDC acquièrent un phénotype de cellules matures, mais étonnamment, elles se différencient aussi en cellules NK. Ainsi, nous avons révélé que les IKDC sont un intermédiaire dans la différenciation des cellules NK. En parallèle, nous avons démontré que la proportion d’IKDC varie grandement entre des souris de fond génétique différent, indiquant que des facteurs génétiques sont impliqués dans la régulation de ces cellules. Nous avons alors effectué une analyse génétique qui a révélé que les IKDC sont régulées par des facteurs génétiques compris dans une région distale du chromosome 7. Les résultats présentés dans cette thèse constituent une avancée importante pour la recherche sur les IKDC. Ils ont permis de définir la nature des IKDC et d’identifier un intervalle génétique impliqué dans la régulation de ces cellules. Ces découvertes sont des connaissances précieuses pour l’identification des IKDC chez l’Homme et la création de nouvelles thérapies dans la lutte contre le cancer.

Dynamic epigenetic changes in immune responses to infection in human dendritic cells

La méthylation de l'ADN est une marque épigénétique importante chez les mammifères. Malgré le fait que la méthylation de la cytosine en 5' (5mC) soit reconnue comme une modification épigénétique stable, il devient de plus en plus reconnu qu'elle soit un processus plus dynamique impliquant des voies de méthylation et de déméthylation actives. La dynamique de la méthylation de l'ADN est désormais bien caractérisée dans le développement et dans le fonctionnement cellulaire des mammifères. Très peu est cependant connu concernant les implications régulatrices dans les réponses immunitaires. Pour se faire, nous avons effectué des analyses du niveau de transcription des gènes ainsi que du profilage épigénétique de cellules dendritiques (DCs) humaines. Ceux-ci ont été faits avant et après infection par le pathogène Mycobacterium tuberculosis (MTB). Nos résultats fournissent le premier portrait génomique du remodelage épigénétique survenant dans les DCs en réponse à une infection bactérienne. Nous avons constaté que les changements dans la méthylation de l'ADN sont omniprésents, identifiant 3,926 régions différentiellement méthylées lors des infections par MTB (MTB-RDMs). Les MTB-RDMs montrent un chevauchement frappant avec les régions génomiques marquées par les histones associées avec des régions amplificatrices. De plus, nos analyses ont révélées que les MTB-RDMs sont activement liées par des facteurs de transcription associés à l'immunité avant même d'être infecté par MTB, suggérant ces domaines comme étant des éléments d'activation dans un état de dormance. Nos données suggèrent que les changements actifs dans la méthylation jouent un rôle essentiel pour contrôler la réponse cellulaire des DCs à l'infection bactérienne.

CD40 Triggering of Heterodimeric IL-12 p70 Production by Dendritic Cells In Vivo Requires a Microbial Priming Signal

CD40 ligation triggers IL-12 production by dendritic cells (DC) in vitro. Here, we demonstrate that CD40 cross-linking alone is not sufficient to induce IL-12 production by DC in vivo. Indeed, resting DC make neither the IL-12 p35 nor IL-12 p40 subunits and express only low levels of CD40. Nevertheless, after DC activation by microbial stimuli that primarily upregulate IL-12 p40 and augment CD40 expression, CD40 ligation induces a significant increase in IL-12 p35 and IL-12 p70 heterodimer production. Similarly, IL-12 p70 is produced during T cell activation in the presence but not in the absence of microbial stimuli. Thus, production of bioactive IL-12 by DC can be amplified by T cell–derived signals but must be initiated by innate signals.

Self-organisation in the assembly of gels from mixtures of different dendritic peptide building blocks

This paper investigates dendritic peptides capable of assembling into nanostructured gels, and explores the effect on self-assembly of mixing different molecular building blocks. Thermal measurements, small angle Xray scattering (SAXS) and circular dichroism (CD) spectroscopy are used to probe these materials on macroscopic, nanoscopic and molecular length scales. The results from these investigations demonstrate that in this case, systems with different "size" and "chirality" factors can self-organise, whilst systems with different "shape" factors cannot. The "size" and "chirality" factors are directly connected with the molecular information programmed into the dendritic peptides, whilst the shape factor depends on the group linking these peptides together-this is consistent with molecular recognition hydrogen bond pathways between the peptidic building blocks controlling the ability of these systems to self-recognise. These results demonstrate that mixtures of relatively complex peptides, with only subtle differences on the molecular scale, can self-organise into nanoscale structures, an important step in the spontaneous assembly of ordered systems from complex mixtures.

A direct comparison of one- and two-component dendritic self-assembled materials: elucidating molecular recognition pathways

This paper compares and contrasts, for the first time, one- and two-component gelation systems that are direct structural analogues and draws conclusions about the molecular recognition pathways that underpin fibrillar self-assembly. The new one-component systems comprise L-lysine-based dendritic headgroups covalently connected to an aliphatic diamine spacer chain via an amide bond, One-component gelators with different generations of headgroup (from first to third generation) and different length spacer chains are reported. The self-assembly of these dendrimers in toluene was elucidated using thermal measurements, circular dichroism (CD) and NMR spectroscopies, scanning electron microscopy (SEM), and small-angle X-ray scattering (SAXS). The observations are compared with previous results for the analogous two-component gelation system in which the dendritic headgroups are bound to the aliphatic spacer chain noncovalently via acid-amine interactions. The one-component system is inherently a more effective gelator, partly as a consequence of the additional covalent amide groups that provide a new hydrogen bonding molecular recognition pathway, whereas the two-component analogue relies solely on intermolecular hydrogen bond interactions between the chiral dendritic headgroups. Furthermore, because these amide groups are important in the assembly process for the one-component system, the chiral information preset in the dendritic headgroups is not always transcribed into the nanoscale assembly, whereas for the two-component system, fiber formation is always accompanied by chiral ordering because the molecular recognition pathway is completely dependent on hydrogen bond interactions between well-organized chiral dendritic headgroups.

Utilisation of dendritic architectures in molecular recognition and self-assembly processes

This mini-review outlines recent key developments in the use of dendritic architectures in self-assembly processes via utilisation of molecular recognition motifs.

Towards the automatic reconstruction of dendritic trees using particle filters

The 3D reconstruction of a Golgi-stained dendritic tree from a serial stack of images captured with a transmitted light bright-field microscope is investigated. Modifications to the bootstrap filter are discussed such that the tree structure may be estimated recursively as a series of connected segments. The tracking performance of the bootstrap particle filter is compared against Differential Evolution, an evolutionary global optimisation method, both in terms of robustness and accuracy. It is found that the particle filtering approach is significantly more robust and accurate for the data considered.

Methods for comparing and constraining models of dendritic spines

Physiological evidence using Infrared Video Microscopy during the uncaging of glutamate has proven the existence of excitable calcium ion channels in spine heads, highlighting the need for reliable models of spines. In this study we compare the three main methods of simulating excitable spines: Baer & Rinzel's Continuum (B&R) model, Coombes' Spike-Diffuse-Spike (SDS) model and paired cable and ion channel equations (Cable model). Tests are done to determine how well the models approximate each other in terms of speed and heights of travelling waves. Significant quantitative differences are found between the models: travelling waves in the SDS model in particular are found to travel at much lower speeds and sometimes much higher voltages than in the Cable or B&R models. Meanwhile qualitative differences are found between the B&R and SDS models over realistic parameter ranges. The cause of these differences is investigated and potential solutions proposed.