The role of NHL-2 in regulating C.elegans P granule function

La divison cellulaire asymétrique est un processus essentiel qui permet aux cellules souches de s’auto-renouveller et de produire une cellule fille destinée à la différenciation. La lignée germinale de C. elegans, totipotente et immortelle, est une lignée de cellules souches qui contient des organites ribonucléoprotéiques appelés granules P. Au cours du développement ces derniers sont toujours localisés spécifiquement dans les cellules précurseurs de la lignée germinals, suggérant qu’ils sont des déterminants de la lignée germinale. De façon intéressante, des granules ribonucléoprotéiques, comme les P bodies impliqués dans le contrôle post-transcriptionnel, ont été observés chez tous les organismes. Néanmoins, la fonction précise des granules P de C. elegans est inconnue. Récemment, notre laboratoire a montré que NHL-2, un homologue de Mei-P26 de Drosophile, colocalise avec les granules P dans des embryons précoces et joue un rôle dans la division cellulaire asymétrique et dans la polarité cellulaire. Tous les granules P contiennent NHL- 2, ce qui nous a mené à poser l’hypothèse que NHL-2 régule la biogenèse et la fonction des granules P. Nous avons testé cette hypothèse par imagerie et quantification de l'intensité de PGL-1, un composant essentiel des granules P, dans des embryons fixés. Nos résultats montrent que dans des embryons mutants pour nhl-2 il y a une réduction du nombre de granules P, de l'intensité de fluorescence moyenne (IFM) et de l'intensité de fluorescence total (IFT) de PGL-1. Une analyse plus poussée a montré qu'il existe deux populations distinctes d’embryons mutants pour nhl-2 : l’une présente une intensité de PGL-1 comparable à celle d’une population sauvage alors que le second groupe présente une forte réduction des quantités de PGL-1 et est comparable à des mutants pour pgl-1. Cette variabilité est aussi observée dans le phénotype de stérilité de nhl-2 mutant à des températures élevées. Globalement, nos résultats suggèrent que la perte de fonction de NHL-2 perturbe la prolifération des cellules germinales ainsi que la formation et/ou la stabilité des granules P au cours des étapes précoces du développement des précurseurs de la lignée germinals. D’autre part, ils suggèrent que la fonction de NHL-2 pourrait être partiellement redondants avec les autres régulateurs de la stabilité des granules P. Mots-clés : Granules P, NHL-2, Cellules germinals.

Effet de la surexpression du gène Hoxb4 sur la prolifération homéostatique des cellules T mémoires

Les cellules T mémoires (Tm) protègent l’organisme contre les réinfections de pathogènes qu’il a déjà combattu. Les Tm possèdent plusieurs propriétés en commun avec les cellules souches hématopoïétiques (CSH), notamment la capacité de se différencier, de s’auto-renouveler et de maintenir une population relativement constante au sein de l’organisme via des mécanismes homéostatiques. Il a été démontré que Hoxb4, un membre de la famille des facteurs de transcription Hox, était capable d’induire l’expansion des CSH in vivo et in vitro de façon rapide. Au vu de ces parallèles, nous avons posé l’hypothèse que la surexpression de Hoxb4 pourrait induire l’expansion de populations de Tm. Nous avons analysé les populations de Tm et lymphocytes T naïfs (Tn) dans les organes lymphoïdes de souris transgéniques surexprimant Hoxb4 et les avons comparées à des souris de type sauvage (wt). Alors que la fréquence des cellules T matures Hoxb4 diminuait avec l’âge, leur phénotype ainsi que leur viabilité demeuraient inchangés. Ensuite, nous avons procédé à des transplantations en compétition de Tm (CD4+CD44hi) Hoxb4 et wt chez des hôtes dépourvus de lymphocytes T (CD3-/-) dans le but d’évaluer leur contribution à la reconstitution du compartiment T après 2 mois. Au final, les Tm wt avait contribué un peu plus que les Tm Hoxb4 à la reconstitution (~60%). Des analyses fonctionnelles et phénotypiques ont montré que les Tm Hoxb4 possédaient une fonctionnalité normale, mais se distinguaient des Tm wt par la présence d’une faible population qui présentait un phénotype « mémoire central » (Tcm), conférant habituellement une longévité accrue. Les cellules des ganglions lymphatiques totaux des hôtes furent transplantées de façon sérielle chez trois générations de nouveaux hôtes. Le phénotype Tcm observés chez les Tm Hoxb4 était récapitulé chez les hôtes secondaires uniquement. Les ratios sont demeurés en faveur des Tm wt lors des deux transplantations suivantes, mais les Tm Hoxb4 ont commencé à montrer un avantage compétitif chez certains hôtes quaternaires. Une transplantation en compétition à court terme de Tm Hoxb4 et wt marqués avec un marqueur cytoplasmique ont démontré la présence chez les Tm Hoxb4 seulement d’une faible population CD62Lhi proliférant lentement. Ainsi, l’expansion préférentielle de Tcm CD4 par le biais d’une sélection ou d’une différenciation induite par la surexpression de Hoxb4 pourrait potentiellement leur permettre de maintenir un état de quiescence leur permettant de persister plus longtemps suite à des transplantations sérielles.

Immune potential and differentiation of equine induced pluripotent stem cells (eiPSC)

Induced pluripotent stem cells (iPSC) have the capacity to self renew and differentiate into a myriad of cell types making them potential candidates for cell therapy and regenerative medicine. The goal of this thesis was to determine the characteristics of equine iPSC (eiPSC) that can be harnessed for potential use in veterinary regenerative medicine. Trauma to a horse’s limb often leads to the development of a chronic non-healing wound that lacks a keratinocyte cover, vital to healing. Thus, the overall hypothesis of this thesis was that eiPSC might offer a solution for providing wound coverage for such problematic wounds. Prior to considering eiPSC for clinical applications, their immunogenicity must be studied to ensure that the transplanted cells will be accepted and integrate into host tissues. The first objective of this thesis was to determine the immune response to eiPSC. To investigate the immunogenicity of eiPSC, the expression of major histocompatibility complex (MHC) molecules by the selected lines was determined, then the cells were used in an intradermal transplantation model developed for this study. While transplantation of allogeneic, undifferentiated eiPSC elicited a moderate cellular response in experimental horses, it did not cause acute rejection. This strategy enabled the selection of weakly immunogenic eiPSC lines for subsequent differentiation into lineages of therapeutic importance. Equine iPSC offer a potential solution to deficient epithelial coverage by providing a keratinocyte graft with the ability to differentiate into other accessory structures of the epidermis. The second objective of this thesis was to develop a protocol for the differentiation of eiPSC into a keratinocyte lineage. The protocol was shown to be highly efficient at inducing the anticipated phenotype within 30 days. Indeed, the eiPSC derived vi keratinocytes (eiPSC-KC) showed both morphologic and functional characteristics of primary equine keratinocytes (PEK). Moreover, the proliferative capacity of eiPSC-KC was superior while the migratory capacity, measured as the ability to epithelialize in vitro wounds, was comparable to that of PEK, suggesting exciting potential for grafting onto in vivo wound models. In conclusion, equine iPSC-derived keratinocytes exhibit features that are promising to the development of a stem cell-based skin construct with the potential to fully regenerate lost or damaged skin in horses. However, since eiPSC do not fully escape immune surveillance despite low MHC expression, strategies to improve engraftment of iPSC derivatives must be pursued.

Effet du stress prolifératif sur la fonction des cellules souches hématopoïétiques : rôles des gènes Scl, E2A et Heb

Le système hématopoïétique est un tissu en constant renouvellement et les cellules souches hématopoïétiques (CSHs) sont indispensables pour soutenir la production des cellules matures du sang. Deux fonctions définissent les CSHs; la propriété d’auto-renouvellement, soit la capacité de préserver l’identité cellulaire suivant une division, et la multipotence, le potentiel de différenciation permettant de générer toutes les lignées hématopoïétiques. Chez l’adulte, la majorité des CSHs sont quiescentes et l’altération de cet état corrèle avec une diminution du potentiel de reconstitution des CSHs, suggérant que la quiescence protège les fonctions des CSHs. La quiescence est un état réversible et dynamique et les réseaux génétiques le contrôlant restent peu connus. Un nombre croissant d’évidences suggère que si à l’état d’homéostasie il y a une certaine redondance entre les gènes impliqués dans ces réseaux de contrôle, leurs rôles spécifiques sont révélés en situation de stress. La famille des bHLHs (basic helix-loop-helix) inclue différentes classes des protéines dont ceux qui sont tissu-spécifiques comme SCL, et les protéines E, comme E12/E47 et HEB. Certains bHLHs sont proposés êtres important pour la fonction des cellules souches, mais cela ne fait pas l’unanimité, car selon le contexte cellulaire, il y a redondance entre ces facteurs. La question reste donc entière, y a-t-il un rôle redondant entre les bHLHs d’une même classe pour la fonction à long-terme des CSHs? Les travaux présentés dans cette thèse visaient dans un premier temps à explorer le lien encore mal compris entre la quiescence et la fonction des CSHs en mesurant leurs facultés suite à un stress prolifératif intense et dans un deuxième temps, investiguer l’importance et la spécificité de trois gènes pour la fonction des CSHs adultes, soit Scl/Tal1, E2a/Tcf3 et Heb/Tcf12. Pour répondre à ces questions, une approche cellulaire (stress prolifératif) a été combinée avec une approche génétique (invalidation génique). Plus précisément, la résistance des CSHs au stress prolifératif a été étudiée en utilisant deux tests fonctionnels quantitatifs optimisés, soit un traitement basé sur le 5-fluorouracil, une drogue de chimiothérapie, et la transplantation sérielle en nombre limite. Dans la mesure où la fonction d’un réseau génique ne peut être révélée que par une perturbation intrinsèque, trois modèles de souris, i.e. Scl+/-, E2a+/- et Heb+/- ont été utilisés. Ceci a permis de révéler que l’adaptation des CSHs au stress prolifératif et le retour à l’équilibre est strictement contrôlé par les niveaux de Scl, lesquels règlent le métabolisme cellulaire des CSHs en maintenant l’expression de gènes ribosomaux à un niveau basal. D’autre part, bien que les composantes du réseau puissent paraître redondants à l’équilibre, mes travaux montrent qu’en situation de stress prolifératif, les niveaux de Heb restreignent la prolifération excessive des CSHs en induisant la sénescence et que cette fonction ne peut pas être compensée par E2a. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse montrent que les CSHs peuvent tolérer un stress prolifératif intense ainsi que des dommages à l’ADN non-réparés, tout en maintenant leur capacité de reconstituer l’hématopoïèse à long-terme. Cela implique cependant que leur métabolisme revienne au niveau de base, soit celui trouvé à l’état d’homéostasie. Par contre, avec l’augmentation du nombre de division cellulaire les CSHs atteignent éventuellement une limite d’expansion et entrent en sénescence.

La glycine décarboxylase désensibilise les cellules initiatrices de tumeur à la metformine

Le cancer du pancréas est l’un des plus chimiorésistants, avec un taux de survie sur 5 ans inférieur à 5%. La chimiorésistance pourrait être due à la présence de cellules initiatrices de tumeur (TICs), une petite sous-population des cellules tumorales possédant la capacité de régénérer une nouvelle tumeur. Il a été démontré que la metformine cible les TICs par un mécanisme non élucidé. Il est connu que la metformine affecte le métabolisme du carbone. Il a également été démontré que le métabolisme du carbone, plus précisément la glycine décarboxylase (GLDC), est à la fois nécessaire et suffisant à l’acquisition de propriétés d’initiation tumorale. Nous proposons que la metformine cible les cellules initiatrices de tumeur en affectant le métabolisme du carbone. Nous avons utilisé des lignées cellulaires dérivées d’un modèle murin de cancer du pancréas pour comparer l’expression génique de lésions bénignes versus malignes. Les cellules malignes surexpriment Gldc. La metformine diminue l’expression de Gldc, et la surexpression de Gldc diminue la sensibilité à la metformine dans un essai de sphères tumorales. La metformine induit une augmentation du ratio NADP+/NADPH, et la surexpression de Gldc empêche cette augmentation. Nous proposons que la metformine diminue l’expression de Gldc, ce qui cause une diminution du flux du métabolisme du carbone, et donc une diminution de la production de NADPH par ce dernier. L’augmentation du ratio NADP+/NADPH inhibe la synthèse des acides gras et la régénération de la glutathione, ce qui pourrait expliquer la diminution de la formation de sphères tumorales sous traitement metformine.

The origin, molecular regulation and therapeutic potential of myogenic stem cell populations

Satellite cells, originating in the embryonic dermamyotome, reside beneath the myofibre of mature adult skeletal muscle and constitute the tissue-specific stem cell population. Recent advances following the identification of markers for these cells (including Pax7, Myf5, c-Met and CD34) (CD, cluster of differentiation; c-Met, mesenchymal epithelial transition factor) have led to a greater understanding of the role played by satellite cells in the regeneration of new skeletal muscle during growth and following injury. In response to muscle damage, satellite cells harbour the ability both to form myogenic precursors and to self-renew to repopulate the stem cell niche following myofibre damage. More recently, other stem cell populations including bone marrow stem cells, skeletal muscle side population cells and mesoangioblasts have also been shown to have myogenic potential in culture, and to be able to form skeletal muscle myofibres in vivo and engraft into the satellite cell niche. These cell types, along with satellite cells, have shown potential when used as a therapy for skeletal muscle wasting disorders where the intrinsic stem cell population is genetically unable to repair non-functioning muscle tissue. Accurate understanding of the mechanisms controlling satellite cell lineage progression and self-renewal as well as the recruitment of other stem cell types towards the myogenic lineage is crucial if we are to exploit the power of these cells in combating myopathic conditions. Here we highlight the origin, molecular regulation and therapeutic potential of all the major cell types capable of undergoing myogenic differentiation and discuss their potential therapeutic application.

Prolonged cultivation of hippocampal neural precursor cells shifts their differentiation potential and selects for aneuploid cells

Neural precursor cells (NPCs) are lineage-restricted neural stem cells with limited self-renewal, giving rise to a broad range of neural cell types such as neurons, astrocytes, and oligodendrocytes. Despite this developmental potential, the differentiation capacity of NPCs has been controversially discussed concerning the trespassing lineage boundaries, for instance resulting in hematopoietic competence. Assessing their in vitro plasticity, we isolated nestin+/Sox2+, NPCs from the adult murine hippocampus. In vitro-expanded adult NPCs were able to form neurospheres, self-renew, and differentiate into neuronal, astrocytic, and oligodendrocytic cells. Although NPCs cultivated in early passage efficiently gave rise to neuronal cells in a directed differentiation assay, extensively cultivated NPCs revealed reduced potential for ectodermal differentiation. We further observed successful differentiation of long-term cultured NPCs into osteogenic and adipogenic cell types, suggesting that NPCs underwent a fate switch during culture. NPCs cultivated for more than 12 passages were aneuploid (abnormal chromosome numbers such as 70 chromosomes). Furthermore, they showed growth factor-independent proliferation, a hallmark of tumorigenic transformation. In conclusion, our findings substantiate the lineage restriction of NPCs from adult mammalian hippocampus. Prolonged cultivation results, however, in enhanced differentiation potential, which may be attributed to transformation events leading to aneuploid cells.

Maintenance and differentiation of neural stem cells

The adult mammalian brain contains self-renewable, multipotent neural stem cells (NSCs) that are responsible for neurogenesis and plasticity in specific regions of the adult brain. Extracellular matrix, vasculature, glial cells, and other neurons are components of the niche where NSCs are located. This surrounding environment is the source of extrinsic signals that instruct NSCs to either self-renew or differentiate. Additionally, factors such as the intracellular epigenetics state and retrotransposition events can influence the decision of NSC`s fate into neurons or glia. Extrinsic and intrinsic factors form an intricate signaling network, which is not completely understood. These factors altogether reflect a few of the key players characterized so far in the new field of NSC research and are covered in this review. (C) 2010 John Wiley & Sons, Inc. WIREs Syst Biol Med 2011 3 107-114 DOI:10.1002/wsbm:100

Imunodetecção de células-tronco tumorais em neoplasias mamárias caninas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Immunodetection of cells with a CD44+/CD24-phenotype in canine mammary neoplasms

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Isolamento, cultivo, caracterização e criopreservação de células tronco mesenquimais derivadas de membrana amniótica, geléia de Wharton e sangue do cordão umbilical de fetos bovinos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Endocrine and paracrine regulation of zebrafish spermatogenesis: the Sertoli cell perspective

Spermatogonial stem cells (SSCs) either self-renew or differentiate into spermatogonia that further develop into spermatozoa. Self-renewal occurs when residing in a specific micro-environment (niche) while displacement from the niche would tip the signalling balance towards differentiation. Considering the cystic type of spermatogenesis in fish, the SSC candidates are single type A undifferentiated (A(und)) spermatogonia, enveloped by mostly one niche-forming Sertoli cell. When going through a self-renewal cell cycle, the resulting new single type Aund spermatogonium would have to recruit another Sertoli cell to expand the niche space, while a differentiating germ cell cyle would result in a pair of spermatogonia that remain in contact with their cyst-forming Sertoli cells. In zebrafish, thyroid hormone stimulates the proliferation of Sertoli cells and of type Aund spermatogonia, involving Igf3, a new member of the Igf family. In cystic spermatogenesis, type Aund spermatogonia usually do not leave the niche, so that supposedly the signalling in the niche changes when switching from self-renewal to differentiation. and rzAmh inhibited differentiation of type A(und) spermatogonia as well as Fsh-stimulated steroidogenesis. Thus, for Fsh to efficiently stimulate testis functions, Amh bioactivity should be dampened. We also discovered that Fsh increased Sertoli cell Igf3 gene and protein expression; rzIgf3 stimulated spermatogonial proliferation and Fsh-stimulated spermatogenesis was significantly impaired by inhibiting Igf receptor signaling. We propose that in zebrafish, Fsh is the major regulator of testis functions and, supported by other endocrine systems (e.g. thyroid hormone), regulates Leydig cell steroidogenesis as well as Sertoli cell number and growth factor production to promote spermatogenesis.

Cell Competition During Growth and Regeneration

Tissue growth and regeneration are autonomous, stem-cell-mediated processes in which stem cells within the organ self-renew and differentiate to create new cells, leading to new tissue. The processes of growth and regeneration require communication and interplay between neighboring cells. In particular, cell competition, which is a process in which viable cells are actively eliminated by more competitive cells, has been increasingly implicated to play an important role. Here, we discuss the existing literature regarding the current landscape of cell competition, including classical pathways and models, fitness fingerprint mechanisms, and immune system mechanisms of cell competition. We further discuss the clinical relevance of cell competition in the physiological processes of tissue growth and regeneration, highlighting studies in clinically important disease models, including oncological, neurological, and cardiovascular diseases.

The adult mouse hippocampal progenitor is neurogenic but not a stem cell

The aim of this investigation was to characterize the proliferative precursor cells in the adult mouse hippocampal region. Given that a very large number of new hippocampal cells are generated over the lifetime of an animal, it is predicted that a neural stem cell is ultimately responsible for maintaining this genesis. Although it is generally accepted that a proliferative precursor resides within the hippocampus, contradictory reports exist regarding the classification of this cell. Is it a true stem cell or a more limited progenitor? Using a strict functional definition of a neural stem cell and a number of in vitro assays, we report that the resident hippocampal precursor is a progenitor capable of proliferation and multipotential differentiation but is unable to self-renew and thus proliferate indefinitely. Furthermore, the mitogen FGF-2 stimulates proliferation of these cells to a greater extent than epidermal growth factor ( EGF). In addition, we found that BDNF was essential for the production of neurons from the hippocampal progenitor cells, being required during proliferation to trigger neuronal fate. In contrast, a bona fide neural stem cell was identified in the lateral wall of the lateral ventricle surrounding the hippocampus. Interestingly, EGF proved to be the stronger mitogenic factor for this cell, which was clearly a different precursor from the resident hippocampal progenitor. These results suggest that the stem cell ultimately responsible for adult hippocampal neurogenesis resides outside the hippocampus, producing progenitor cells that migrate into the neurogenic zones and proliferate to produce new neurons and glia.

Tissue engineering: technological advances to improve its applications in reconstructive surgery

Background. Tremendous advances in biomaterials science and nanotechnologies, together with thorough research on stem cells, have recently promoted an intriguing development of regenerative medicine/tissue engineering. The nanotechnology represents a wide interdisciplinary field that implies the manipulation of different materials at nanometer level to achieve the creation of constructs that mimic the nanoscale-based architecture of native tissues. Aim. The purpose of this article is to highlight the significant new knowledges regarding this matter. Emerging acquisitions. To widen the range of scaffold materials resort has been carried out to either recombinant DNA technology-generated materials, such as a collagen-like protein, or the incorporation of bioactive molecules, such as RDG (arginine-glycine-aspartic acid), into synthetic products. Both the bottom-up and the top-down fabrication approaches may be properly used to respectively obtain sopramolecular architectures or, instead, micro-/nanostructures to incorporate them within a preexisting complex scaffold construct. Computer-aided design/manufacturing (CAD/CAM) scaffold technique allows to achieve patient-tailored organs. Stem cells, because of their peculiar properties - ability to proliferate, self-renew and specific cell-lineage differentiate under appropriate conditions - represent an attractive source for intriguing tissue engineering/regenerative medicine applications. Future research activities. New developments in the realization of different organs tissue engineering will depend on further progress of both the science of nanoscale-based materials and the knowledge of stem cell biology. Moreover the in vivo tissue engineering appears to be the logical step of the current research.