Régulation du processus métastatique tumoral par l'oxyde nitrique (NO), le TGF-β el les cellules de l'hôte

RESUME Nous avons étudié le rôle de deux molécules, le Transfon-ning Growth Factor (TGF-β) et l'oxyde nitrique (NO), dans le processus métastatique. Deux clones tumoraux ont été sélectionnés à partir d'un carcinome du côlon pour leur différence de potentiel tumorigénique dans des rats syngéniques. La croissance tumorale du clone progressif PROb a été corrélée à sa capacité à sécréter le TGF-β actif Cependant, la transfection du clone régressif REGb, sécrétant du TGF-β latent, par une vecteur codant pour le TGF-β bio-actif n'a pas permis d'induire le développement tumoral. Les deux clones tumoraux présentent des activités des protéases MMP-2, APN et DPPIV identiques et qui ne semblent pas modifiées par le TGF-β. L'interaction des cellules tumorales avec l'endothélium et l'activité de la NO synthase (iNOS) responsable de la synthèse de NO sont impliqués dans la progression de nombreux cancers. Le clone PROb, mais pas le clone REGb, inhibe l'activation de la iNOS des cellules endothéliales par sa sécrétion de TGF-β actif Les deux clones montrent cependant des propriétés d'adhésion identiques aux cellules endothéliales et sont capables d'inhiber par contact cellulaire direct l'activation de la iNOS endothéliale. Ceci suggère que ces contacts directs pourraient créer un micro-environnement favorable à la conversion du TGF-β latent en TGF-β actif ou à d'autres interactions moléculaires pouvant réguler l'activation endothéliale. Par ailleurs, les deux clones activent des macrophages du système nerveux central, organe où ils ne forment pas de métastases, mais pas les macrophages circulants, illustrant des mécanismes différentiels et spécifiques dans l'activation de différents types de cellules immunitaires. Afin de mieux comprendre le rôle du NO dans la dissémination métastatique, deux clones cellulaires différant par le taux d'activité de la iNOS ont été sélectionnés à partir de la lignée murine parentale de carcinome du sein EMT-6. Bien que le NO soit un inhibiteur potentiel de la prolifération cellulaire, les deux clones montrent des propriétés prolifératives identiques in vitro. Les cellules EMT-6H qui produisent peu de NO in vitro forment de nombreux nodules tumoraux pulmonaires in vivo corrélés à une mortalité significative des souris syngéniques injectées. Les cellules EMT-6J qui présentent une expression élevée de iNOS et de NO induisent de rares nodules tumoraux pulmonaires et peu de mortalité. Dans ce modèle, l'expression tumorale de NO semble donc défavoriser la croissance tumorale. Les deux clones cellulaires ont des propriétés identiques d'adhésion et de prolifération mesurées in vitro sur des cellules endothéliales primaires isolées de différents organes et in vivo par une colocalisation identique dans les poumons de souris syngéniques 48h après leur injection. Les cellules EMT-6H présentent une activité MMP-2 plus élevée alors que les activités des protéases APN et DPPIV sont identiques dans les deux clones cellulaires. Le TGF-β soluble ainsi que les fibroblastes primaires bloquent la prolifération des deux clones cellulaires. Cependant, l'activation préalable des fibroblastes par du TGF-β restaure partiellement la prolifération du clone EMT-6H mais pas celle du clone EMT-6J. Ces résultats montrent que le rôle de molécules telles que le TGF-β et le NO tumoral dans la progression tumorale doit être considéré dans un contexte d'interactions des cellules tumorales avec les différentes types cellulaires de l'hôte: en particulier, notre travail souligne que les macrophages et les fibroblastes sont déterminants dans la progression métastatique des carcinomes du côlon ou du sein. RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLIC Les métastases tumorales, disséminées et intraitables par chirurgie, représentent un problème majeur dans le traitement clinique du cancer. Elles sont dues à des cellules tumorales qui ont migré de leur site tumoral primaire, circulé et survécu dans le système vasculaire de l'hôte, échappé au système immunitaire, adhéré à et survécu sur l'endothélium des vaisseaux, et envahi le tissu sous-jacent où elles ont proliféré. Cette capacité à former des métastases implique de nombreux facteurs dont certains ont été identifiés mais dont le rôle reste controversé dans les différentes études. Nous nous sommes intéressés au rôle de l'oxyde nitrique (NO) et du facteur de croissance et de transformation cellulaire TGF-β. Dans les carcinomes du sein, l'expression des enzymes responsables de la synthèse de NO a été corrélée avec l'invasion tumorale mais aussi avec un pronostic favorable selon les études. Deux clones cellulaires ont été isolés à partir de la tumeur mammaire EMT-6 chez la souris. Le clone EMT-6H sécrète peu de NO et forme de nombreuses tumeurs dans les poumons des souris *entraînant leur décès. Le clone EMT-6J sécrète beaucoup de NO et ne se développe que peu dans les poumons. Dans ce modèle expérimental, le NO semble donc défavoriser la croissance tumorale. L'analyse des interactions avec les cellules de l'hôte rencontrées lors de la formation de métastases pulmonaires a montré que les deux clones cellulaires adhérent et prolifèrent de manière similaire sur les cellules endothéliales tapissant l'intérieur des vaisseaux sanguins. L'arrêt des cellules tumorales dans les poumons ne permet donc pas d'expliquer la différence de croissance tumorale. Cependant, le clone agressif EMT-6H présente une activité élevée d'une protéase (MMP-2) qui lui permettrait par la suite d'envahir le tissu pulmonaire. Par ailleurs, l'activation des fibroblastes du tissu pulmonaire par le TGF-β, une molécule observée dans des conditions inflammatoires, permet au clone agressif EMT-6H de proliférer mais inhibe la croissance du clone EMT-6J. Dans un modèle expérimental de carcinome du côlon, le TGF-β est considéré favorable à la croissance tumorale. Isolées à partir de la même tumeur initiale, deux lignées de cellules ont des comportements opposés lorsqu'elles sont injectées sous la peau des rats. La capacité de la lignée PROb à former des tumeurs a été corrélée à la sécrétion de TGF-β actif L'introduction du gène codant pour le TGF-β actif dans la lignée REGb, qui ne sécrète pas de TGF-β actif et ne forme pas de tumeurs chez le rat, ne restaure pas leur potentiel tumorigénique. Dans ce modèle, l'expression de TGF-β actif ne semble donc pas suffisante à la croissance tumorale. Les interactions avec différents types cellulaires de l'hôte ont été étudiées. Les deux lignées tumorales adhérent de manière similaire sur les cellules endothéliales et sont capables d'inhiber leur activation, un mécanisme qui pourrait participer à la destruction. Les deux lignées activent les cellules immunitaires du système nerveux central, un organe où elles ne forment pas de métastase. Ces résultats suggèrent que la sélection des cellules métastatiques ne s'effectue pas sur l'endothélium des vaisseaux sanguins mais à des étapes ultérieures dans le micro- environnement cellulaire du nouvel organe colonisé. SUMMARY Metastasis results from the migration of tumor cells from their primary tumor, circulation through the bloodstream, attachment to the endothelium, and invasion of the surrounding tissue where they create a microenvironnement favoring their growth. This multistep process implies various cellular interactions and molecules. Among those, we were interested in the role of the Transforming Growth Factor beta (TGF-β) and the nitric oxide (NO). Two cell lines were isolated from a rat colon tumor and assessed for their metastatic potential in vivo. The PROb cell line that expresses active TGF-β formed subcutaneous tumors in rats while the REGb cell line that expresses only latent TGF-β did not. Transfection of REGb cells with a plasmid encoding for the active form of TGF-β failed to restore their metastatic ability. Thus TGF-β secretion is not sufficient to induce colon carcinoma progression. Activities of various proteases such as APN, DPPIV and MMP were similar in both cell lines and were not regulated by TGF-β. Interactions with the endothelium as well as NO synthase activity (iNOS) and local NO concentrations are believed to be crucial steps in cancer metastasis. Coculture of the two clones with endothelial cells inhibited the cytokine-triggered activation of the iNOS enzyme in primary rat endothelial cells but only PROb cells were capable of increasing the expression of IL-6, a protumoral interleukin that may participate in the impairment of the anti-tumoral immune response of the host. Both cell lines exhibited potential to activate microglial cells but not bone marrow-derived macrophages, pointing to a differential regulation of specialized immune cells. To better understand the conflicting role of NO in breast cancer progression, two cell clones were selected from the murine tumorigenic cell line EMT-6 based on their iNOS activity and NO secretion. Although NO has been shown to inhibit cell proliferation, the two cell clones exhibited similar proliferation rates in vitro. The EMT-6H cells expressed little NO and grew actively in the lungs of syngenic mice, leading to their death. Opposite results were observed with the EMT-6J cells. In these in vivo conditions, NO seems to impair tumor growth. Both clones exhibited similar in vitro adhesive properties to primary endothelial cells isolated from various mouse organs and similar localization in the lungs of mice 48 hours after injection. Sustained metalloproteinase MMP-2 activity was detected in the tumorigenic EMT-6H clone, but not in the EMT-6J cells while other proteases such as APN and DPPIV showed no difference. These results suggested that the two clones differed in invasion steps following adhesion to the endothelium and that NO did not participate in previous steps. Consistent with this, both soluble TGF-β and supernatants of cultures of mouse primary lung fibroblasts inhibited the growth of the two clones. However, previous activation of these fibroblasts with TGF-β restored the growth of the tumorigenic EMT-6H cells, but not of EMT-6J cells. Altogether, these results indicate that the role of a given molecule, such as NO or TGF-β, must be considered in a context of interaction of tumor cells with host cells. They further imply that interaction of tumor cells with specialized immune cells and with stromal cells of the colonized organ, rather than with the endothelium, are critical in regulating metastasis.

Pharmacokinetic and pharmacogenetic factors influencing plasma and cellular antiretroviral drug disposition

Abstract: The improvement in antiretroviral drug therapy has transformed HIV infection into a chronic disease. However, treatment failure and drug toxicity are frequent. Inadequate response to treatment is clearly multifactorial and, therefore, dosage individualisation based on demographic factors, genetic markers and measurement of cellular and plasma drug level may enhance both drug efficacy and tolerability. At present, antiretroviral drugs levels are monitored in plasma, whereas only drugs penetrating into cells are able to exert an antiviral activity, suggesting that cellular drug determination may more confidently reflect drug exposure at the site of pharmacological action. The overall objective of this thesis is to provide a better understanding of the Pharmacokinetic and pharmacogenetic factors influencing the plasma and cellular disposition of antiretroviral drugs. To that endeavour, analytical methods for the measurements of plasma and cellular drug levels have been developed and validated using liquid chromatography methods coupled with ultraviolet and tandem mass spectrometry detection, respectively. Correlations between plasma and cellular exposures were assessed during observational and experimental studies. Cytochrome (CYP) 2B6, efflux transporters (ABCB1, ABCC1, ABCC2 and ABCG2) and orosomucoid (ORM) polymorphisms were determined and were related to plasma and cellular exposures, as well as toxicity of antiretroviral drugs. A Pharmacokinetic population model was developed to characterise inter- and intra-patient variability of atazanavir pharmacokinetics, and to identify covariates influencing drug disposition. In that context, a Pharmacokinetic interaction study between atazanavir and lopinavir, both boosted with ritonavir, has beén conducted to assess the safety and pharmacokinetics of this boosted double-protease inhibitors regimen. Well to moderately-correlated cellular and plasma drug levels are .observed or protease inhibitors, whereas for efavirenz and nevirapine these correlations are weak. Cellular exposure, and CYP2B6 genotype (516G>T) are predictors of efavirenz neuropsychological toxicity. Nevirapine plasma exposure is also influenced by CYPZB6 polymorphism. Nelfinavir cellular exposure appears to be significantly associated only with ABCB1 genotype (3435C>T and intron 26 + 80T>C). Indinavir and lopinavir clearance and lopinavir cellular/plasma exposure ratio are influenced by the concentration of the variant S of ORM, suggesting-a specific binding of these drugs to this variant. Nelfinavir and efavirenz are not influenced by ORM concentration and phenotype. The Pharmacokinetic parameters of atazanavir are adequately described by our population model. The atazanavir-lopinavir interaction study indicates no influence on plasma and cellular atazanavir pharmacokinetics, while limited decrease in lopinavir concentrations was observed after atazanavir addition. The residual variability unexplained by the considered variables suggests that other covariates either uncontrolled at present or remaining to be identified, such as genetic and environmental factors influence antiretroviral drug pharmacokinetics, with substantial impact on treatment efficacy and tolerability. In that context, a comprehensive approach taking into account drug pharmacokinetics and patient genetic background is expected to contribute to increase treatment success, and to reduce the occurrence of adverse drug reactions by stratifying patients in an individualised antiretroviral therapy approach. Résumé Facteurs pharmacocinétiques et pharmacogénétiques influençant l'exposition plasmatique et cellulaire des antirétroviraux Les progrès de la thérapie antirétrovirale ont transformé l'infection par le VIH d'une affection mortelle à une maladie chronique. En dépit de ce succès, l'échec thérapeutique et la toxicité médicamenteuse restent fréquents. Une réponse inadéquate au traitement est clairement multifactorielle et une individualisation de la posologie des médicaments qui se baserait sur les facteurs démographiques et génétiques des patients et sur les taux sanguins des médicaments pourrait améliorer à la fois l'efficacité et la tolérance de la thérapie. Par ailleurs, seules les concentrations plasmatiques sont actuellement considérées pour le suivi thérapeutique des médicaments, alors que les taux cellulaires pourraient mieux refléter l'activité de ses médicaments qui agissent au niveau intracellulaire. L'objectif global de cette thèse était de mieux comprendre les facteurs pharmacocinétiques et pharmacocénétiques influençant l'exposition plasmatique et cellulaire des médicaments antirétroviraux. A cet effet, des méthodes pour quantifier les concentrations plasmatiques et cellulaires des antirétroviraux ont été développées et validées en utilisant la chromatographie liquide couplée à la détection ultraviolette et la spectrométrie de masse en tandem, respectivement. La corrélation entre l'exposition cellulaire et plasmatique de ces médicaments a été étudiée lors d'études observationnelles et expérimentales. Les polymorphismes du cytochrome (CYP) 2B6, ainsi que des transporteurs d'efflux (ABCB1, ABCC1, ABCC2 et ABCG2) et de l'orosomucoïde (ORM) ont été déterminés et corrélés avec l'exposition plasmatique et cellulaire des antirétroviraux, ainsi qu'à leur toxicité. Un modèle de pharmacocinétique de population a été établi afin de caractériser la variabilité inter- et intra-individuelle de l'atazanavir, et d'identifier les covariables pouvant influencer le devenir de ce médicament. Dans ce contexte, une étude d'interaction entre l'atazanavir et le lopinavir a été effectuée afin de déterminer la sécurité et le profil pharmacocinétique de ce régime thérapeutique. Des corrélations modérées à bonnes ont été observées entre les taux cellulaires et plasmatiques des inhibiteurs de protéase, alors que pour l'efavirenz et la névirapine ces corrélations sont faibles. L'exposition cellulaire, ainsi que le génotype du CYP2B6 (516G>T) sont des indices de la toxicité neuropsychologique de l'efavirenz. L'exposition plasmatique de la névirapine est également influencée par le polymorphisme du CYPZB6. L'exposition cellulaire du nelfinavir est significativement associée au génotype du ABCB1 (3435C>T et intron 26 + 80T>C). La clairance de l'indinavir et du lopinavir, ainsi que le rapport entre exposition cellulaire et plasmatique du lopinavir sont influencés par la concentration du variant S de l'ORM, suggérant une liaison spécifique de ces médicaments à ce variant. La clairance du nelfinavir et de l'efavirenz n'est pas influencée ni par la concentration ni par le phénotype de l'ORM. Les paramètres pharmacocinétiques de l'atazanavir ont été décrits de façon adéquate par le modèle de population proposé. De plus, le lopinavir n'influence pas les concentrations plasmatiques et cellulaires de l'atazanavir; alors que celui-ci conduit à une baisse limitée des taux de lopinavir. L'importante variabilité pharmacocinétique des antirétroviraux suggère que d'autres facteurs génétiques et environnementaux -qui restent encore à découvrir- influencent également leur disponibilité. Dans un proche futur, une prise en charge qui tienne. compte de la pharmacocinétique des médicaments et des caractéristiques génétiques du patient devrait permettre d'individualiser le traitement, contribuant certainement à une amélioration de la réponse thérapeutique et à une diminution de la toxicité. Résumé grand public Facteurs pharmacocinétiques et pharmacogénétiques influençant l'exposition plasmatique et cellulaire des antirétroviraux Les progrès effectués dans le traitement de l'infection par le virus de l'immunodéficience humaine acquise (VIH), ont permis de transformer une maladie avec un pronostic sombre, en une maladie chronique traitable avec des médicaments de plus en plus efficaces. Malgré ce succès, de nombreux patients ne répondent pas de façon optimale à leur traitement et/ou souffrent d'effets indésirables médicamenteux entraînant fréquemment une modification de leur thérapie. Actuellement, le suivi de la réponse au traitement s'effectue par la mesure chez les patients de la quantité de virus et du nombre des cellules immunitaires dans le sang, ainsi que par la concentration sanguine des médicaments administrés. Cependant, comme le virus se réplique à l'intérieur de la cellule, la mesure des concentrations médicamenteuses au niveau intracellulaire pourrait mieux refléter l'activité pharmacologique au site d'action. De plus, il a été possible de mettre en évidence la grande variabilité des concentrations plasmatiques de médicaments chez des patients prenant pourtant la même dose de médicament. Comme cette variabilité est notamment due à des facteurs génétiques qui sont susceptibles d'influencer la réponse au traitement antirétroviral, des analyses génétiques ont été également effectuées chez ces patients. Cette thèse a eu pour objectif de mieux comprendre les facteurs pharmacologiques et génétiques influençant l'activité et la toxicité des médicaments antirétroviraux afin de réduire la variabilité de la réponse thérapeutique. A cet effet, une méthode de dosage permettant la quantification des médicaments anti-HIV au niveau intracellulaire a été développée. Par ailleurs, nos études ont également porté .sur les variations génétiques influençant la quantité et l'activité des protéines impliquées dans le métabolisme et dans le transport des médicaments antirétroviraux. Enfin, les conséquences de ces variations sur la réponse clinique et la toxicité du traitement ont été évaluées. Nos études ont mis en évidence des associations significatives entre les variations génétiques considérées et la concentration sanguine, cellulaire et la toxicité de quelques médicaments antirétroviraux. La complémentarité des connaissances pharmacologiques, génétiques et virales pourrait aboutir à une stratégie globale permettant d'individualiser le traitement et la dose administrée, en fonction des caractéristiques propres de chaque patient. Cette approche pourrait contribuer à une optimisation du traitement antirétroviral dans la perspective d'une meilleure- efficacité thérapeutique à long terme et d'une diminution des effets indésirables rencontrés.

Prostaglandin E2 promotes integrin alpha Vbeta 3-dependent endothelial cell adhesion, rac-activation, and spreading through cAMP/PKA-dependent signaling.

We have recently reported that the inhibition of endothelial cell COX-2 by non-steroidal anti-inflammatory drugs suppresses alpha(V)beta(3)- (but not alpha(5)beta(1)-) dependent Rac activation, endothelial cell spreading, migration, and angiogenesis (Dormond, O., Foletti, A., Paroz, C., and Ruegg, C. (2001) Nat. Med. 7, 1041-1047). Here we investigated the role of the COX-2 metabolites PGE(2) and TXA2 in regulating human umbilical vein endothelial cell (HUVEC) adhesion and spreading. We report that PGE(2) accelerated alpha(V)beta(3)-mediated HUVEC adhesion and promoted Rac activation and cell spreading, whereas the TXA2 agonist retarded adhesion and inhibited spreading. We show that the cAMP level and the cAMP-regulated protein kinase A (PKA) activity are critical mediators of these PGE(2) effects. alpha(V)beta(3)-mediated adhesion induced a transient COX-2-dependent rise in cAMP levels, whereas the cell-permeable cAMP analogue 8-brcAMP accelerated adhesion, promoted Rac activation, and cell spreading in the presence of the COX-2 inhibitor NS-398. Pharmacological inhibition of PKA completely blocked alpha(V)beta(3)-mediated adhesion. A constitutively active Rac mutant (L61Rac) rescued alpha(V)beta(3)-dependent spreading in the presence of NS398 or, but did not accelerate adhesion, whereas a dominant negative Rac mutant (N17Rac) suppressed spreading without affecting adhesion. alpha(5)beta(1)-mediated HUVEC adhesion, Rac activation, and spreading were not affected by PGE(2), 8-brcAMP, or the inhibition of PKA. In conclusion, these results demonstrate that PGE(2) accelerates alpha(V)beta(3)-mediated endothelial cell adhesion through cAMP-dependent PKA activation and induces alpha(V)beta(3)-dependent spreading via cAMP- and PKA-dependent Rac activation and may contribute to the further understanding of the regulation of vascular integrins alpha(V)beta(3) by COX-2/PGE(2) during tumor angiogenesis and inflammation.

A link between FXYD3 (Mat-8)-mediated Na,K-ATPase regulation and differentiation of Caco-2 intestinal epithelial cells.

FXYD3 (Mat-8) proteins are regulators of Na,K-ATPase. In normal tissue, FXYD3 is mainly expressed in stomach and colon, but it is also overexpressed in cancer cells, suggesting a role in tumorogenesis. We show that FXYD3 silencing has no effect on cell proliferation but promotes cell apoptosis and prevents cell differentiation of human colon adenocarcinoma cells (Caco-2), which is reflected by a reduction in alkaline phosphatase and villin expression, a change in several other differentiation markers, and a decrease in transepithelial resistance. Inhibition of cell differentiation in FXYD3-deficient cells is accompanied by an increase in the apparent Na+ and K+ affinities of Na,K-ATPase, reflecting the absence of Na,K-pump regulation by FXYD3. In addition, we observe a decrease in the maximal Na,K-ATPase activity due to a decrease in its turnover number, which correlates with a change in Na,K-ATPase isozyme expression that is characteristic of cancer cells. Overall, our results suggest an important role of FXYD3 in cell differentiation of Caco-2 cells. One possibility is that FXYD3 silencing prevents proper regulation of Na,K-ATPase, which leads to perturbation of cellular Na+ and K+ homeostasis and changes in the expression of Na,K-ATPase isozymes, whose functional properties are incompatible with Caco-2 cell differentiation.

Meta-analysis of estrogen response in MCF-7 distinguishes early target genes involved in signaling and cell proliferation from later target genes involved in cell cycle and DNA repair.

ABSTRACT: BACKGROUND: Many studies have been published outlining the global effects of 17 beta-estradiol (E2) on gene expression in human epithelial breast cancer derived MCF-7 cells. These studies show large variation in results, reporting between ~100 and ~1500 genes regulated by E2, with poor overlap. RESULTS: We performed a meta-analysis of these expression studies, using the Rank product method to obtain a more accurate and stable list of the differentially expressed genes, and of pathways regulated by E2. We analyzed 9 time-series data sets, concentrating on response at 3-4 hrs (early) and at 24 hrs (late). We found >1000 statistically significant probe sets after correction for multiple testing at 3-4 hrs, and >2000 significant probe sets at 24 hrs. Differentially expressed genes were examined by pathway analysis. This revealed 15 early response pathways, mostly related to cell signaling and proliferation, and 20 late response pathways, mostly related to breast cancer, cell division, DNA repair and recombination. CONCLUSIONS: Our results show that meta-analysis identified more differentially expressed genes than the individual studies, and that these genes act together in networks. These results provide new insight into E2 regulated mechanisms, especially in the context of breast cancer.

Filamin depletion blocks endoplasmic spreading and destabilizes force-bearing adhesions

Cell motility is an essential process that depends on a coherent, cross-linked actin cytoskeleton that physically coordinates the actions of numerous structural and signaling molecules. The actin cross-linking protein, filamin (Fln), has been implicated in the support of three-dimensional cortical actin networks capable of both maintaining cellular integrity and withstanding large forces. Although numerous studies have examined cells lacking one of the multiple Fln isoforms, compensatory mechanisms can mask novel phenotypes only observable by further Fln depletion. Indeed, shRNA-mediated knockdown of FlnA in FlnB¿/¿ mouse embryonic fibroblasts (MEFs) causes a novel endoplasmic spreading deficiency as detected by endoplasmic reticulum markers. Microtubule (MT) extension rates are also decreased but not by peripheral actin flow, because this is also decreased in the Fln-depleted system. Additionally, Fln-depleted MEFs exhibit decreased adhesion stability that appears in increased ruffling of the cell edge, reduced adhesion size, transient traction forces, and decreased stress fibers. FlnA¿/¿ MEFs, but not FlnB¿/¿ MEFs, also show a moderate defect in endoplasm spreading, characterized by initial extension followed by abrupt retractions and stress fiber fracture. FlnA localizes to actin linkages surrounding the endoplasm, adhesions, and stress fibers. Thus we suggest that Flns have a major role in the maintenance of actin-based mechanical linkages that enable endoplasmic spreading and MT extension as well as sustained traction forces and mature focal adhesions.

Upregulation of Tim-3 and PD-1 expression is associated with tumor antigen-specific CD8+ T cell dysfunction in melanoma patients.

The paradoxical coexistence of spontaneous tumor antigen-specific immune responses with progressive disease in cancer patients furthers the need to dissect the molecular pathways involved in tumor-induced T cell dysfunction. In patients with advanced melanoma, we have previously shown that the cancer-germline antigen NY-ESO-1 stimulates spontaneous NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells that up-regulate PD-1 expression. We also observed that PD-1 regulates NY-ESO-1-specific CD8(+) T cell expansion upon chronic antigen stimulation. In the present study, we show that a fraction of PD-1(+) NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells in patients with advanced melanoma up-regulates Tim-3 expression and that Tim-3(+)PD-1(+) NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells are more dysfunctional than Tim-3(-)PD-1(+) and Tim-3(-)PD-1(-) NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells, producing less IFN-γ, TNF, and IL-2. Tim-3-Tim-3L blockade enhanced cytokine production by NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells upon short ex vivo stimulation with cognate peptide, thus enhancing their functional capacity. In addition, Tim-3-Tim-3L blockade enhanced cytokine production and proliferation of NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells upon prolonged antigen stimulation and acted in synergy with PD-1-PD-L1 blockade. Collectively, our findings support the use of Tim-3-Tim-3L blockade together with PD-1-PD-L1 blockade to reverse tumor-induced T cell exhaustion/dysfunction in patients with advanced melanoma.

Aggregation of integrins and RhoA activation are required for Thy-1-induced morphological changes in astrocytes.

Thy-1, a cell adhesion molecule abundantly expressed in mammalian neurons, binds to a beta(3)-containing integrin on astrocytes and thereby stimulates the assembly of focal adhesions and stress fibers. Such events lead to morphological changes in astrocytes that resemble those occurring upon injury in the brain. Extracellular matrix proteins, typical integrin ligands, bind to integrins and promote receptor clustering as well as signal transduction events that involve small G proteins and cytoskeletal changes. Here we investigated the possibility that the cell surface protein Thy-1, when interacting with a beta(3)-containing integrin on astrocytes, could trigger signaling events similar to those generated by extracellular matrix proteins. DI-TNC(1) astrocytes were stimulated with Thy-1-Fc immobilized on beads, and increased RhoA activity was confirmed using an affinity precipitation assay. The effect of various inhibitors on the cellular response was also studied. The presence of Y-27632, an inhibitor of Rho kinase (p160ROCK), a key downstream effector of RhoA, significantly reduced focal adhesion and stress fiber formation induced by Thy-1. Similar effects were obtained when astrocytes were treated with C3 transferase, an inhibitor of RhoA. Alternatively, astrocytes were transfected with an expression vector encoding fusion proteins of enhanced green fluorescent protein with either the Rho-binding domain of Rhotekin, which blocks RhoA function, or the dominant-negative N19RhoA mutant. In both cases, Thy-1-induced focal adhesion formation was inhibited. Furthermore, we observed that RhoA activity after stimulation with soluble Thy-1-Fc molecule was augmented upon further cross-linking using protein A-Sepharose beads. The same was shown by cross-linking beta(3)-containing integrin with anti-beta(3) antibodies. Together, these results indicate that Thy-1-mediated astrocyte stimulation depended on beta(3) integrin clustering and the resulting increase in RhoA activity.

Preparation, maintenance, and use of serum-free aggregating brain cell cultures.

Serum-free aggregating brain cell cultures are free-floating three-dimensional primary cell cultures able to reconstitute spontaneously a histotypic brain architecture to reproduce critical steps of brain development and to reach a high level of structural and functional maturity. This culture system offers, therefore, a unique model for neurotoxicity testing both during the development and at advanced cellular differentiation, and the high number of aggregates available combined with the excellent reproducibility of the cultures facilitates routine test procedures. This chapter presents a detailed description of the preparation, maintenance, and use of these cultures for neurotoxicity studies and a comparison of the developmental characteristics between cultures derived from the telencephalon and cultures derived from the whole brain. For culture preparation, mechanically dissociated embryonic brain tissue is used. The initial cell suspension, composed of neural stem cells, neural progenitor cells, immature postmitotic neurons, glioblasts, and microglial cells, is kept in a serum-free, chemically defined medium under continuous gyratory agitation. Spherical aggregates form spontaneously and are maintained in suspension culture for several weeks. Within the aggregates, the cells rearrange and mature, reproducing critical morphogenic events, such as migration, proliferation, differentiation, synaptogenesis, and myelination. For experimentation, replicate cultures are prepared by the randomization of aggregates from several original flasks. The high yield and reproducibility of the cultures enable multiparametric endpoint analyses, including "omics" approaches.

Cellular localization, expression and regulation of neuropeptide Y in kidneys of hypertensive rats.

Neuropeptide Y (NPY) is a key modulator of the autonomic nervous system playing pivotal roles in cardiovascular and neuronal functions. In this study, we assessed the cellular localization and gene expression of NPY in rat kidneys. We also examined the relationship between NPY gene expression and renin in two rat models of hypertension (two-kidney, one-clip renal hypertension (2K1C), and deoxycorticosterone-salt-induced hypertension (DOCA-salt)) characterized by a similar blood pressure elevation. In situ hybridization and immunohistochemistry, using anti-NPY or anti-C-flanking peptide of NPY (CPON) antibodies, showed that NPY transcript and protein were colocalized in the tubules of rat kidneys. During experimental hypertension, NPY mRNA was decreased in both kidneys of the 2K1C animals, but not in the kidney of DOCA-salt rats. In 2K1C rats, renal NPY content was also decreased. The difference in NPY gene expression between 2K1C rats (a high renin model of hypertension) and DOCA-salt rats (a low renin model of hypertension) suggests that circulating angiotensin II plays a role in local renal NPY gene expression and that the elevated blood pressure per se is not the primary factor responsible for the control of NPY gene expression in the kidney.

A novel method of dynamic culture surface expansion improves mesenchymal stem cell proliferation and phenotype.

Repeated passaging in conventional cell culture reduces pluripotency and proliferation capacity of human mesenchymal stem cells (MSC). We introduce an innovative cell culture method whereby the culture surface is dynamically enlarged during cell proliferation. This approach maintains constantly high cell density while preventing contact inhibition of growth. A highly elastic culture surface was enlarged in steps of 5% over the course of a 20-day culture period to 800% of the initial surface area. Nine weeks of dynamic expansion culture produced 10-fold more MSC compared with conventional culture, with one-third the number of trypsin passages. After 9 weeks, MSC continued to proliferate under dynamic expansion but ceased to grow in conventional culture. Dynamic expansion culture fully retained the multipotent character of MSC, which could be induced to differentiate into adipogenic, chondrogenic, osteogenic, and myogenic lineages. Development of an undesired fibrogenic myofibroblast phenotype was suppressed. Hence, our novel method can rapidly provide the high number of autologous, multipotent, and nonfibrogenic MSC needed for successful regenerative medicine.

Secretory IgA and intestinal epithelial cells at the interface between homeostasis regulation and protection against infection

RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLICL'intestin est le siège d'intenses agressions de la part de l'ensemble des aliments ingérés, de bactéries agressives dites pathogènes mais également de bactéries dites commensales peuplant naturellement les surfaces intestinales muqueuses. Pour faire face, notre organisme arbore de nombreux niveaux de protections tant physiques, chimiques, mécaniques mais aussi immunitaires. La présence d'un type particulier de cellules, les cellules épithéliales (IEC) assurant une protection physique, ainsi que la production d'anticorps spécialisés par le système immunitaire appelés immunoglobulines sécrétoires A (SlgA) servent conjointement de première ligne de défense contre ces agressions externes. Néanmoins, comment le dialogue s'articule entre ces deux partenaires reste incomplet.Nous avons donc décidé de mimer ces interactions en modélisant les surfaces muqueuses par une monocouche de cellules différenciées en laboratoire. Des souches bactériennes isolées de l'intestin humain seules ou associées à des SlgA non-spécifiques ont été mises au contact de ce modèle cellulaire nous permettant de conclure quant à la présence effective d'une modulation du dialogue bactérie/lEC impliquant une activation de la réponse cellulaire vers un état de tolérance mutuelle. De façon surprenante, nous avons par ailleurs mis en évidence un type d'interaction nouveau entre ces anticorps et ces bactéries. Une étude biochimique nous a permis de détailler un nouveau rôle des SlgA médié par les sucres présents à leur surface dans le maintien d'une relation pacifique avec les commensaux perpétuellement présents, relations qualifiées d'homésostase intestinale.Le rôle protecteur des SlgA a par ailleurs été abordé pour avoir une meilleure appréhension de leur impact au niveau cellulaire lors d'infection par Shigella flexneri, bactérie causant la Shigellose, diarrhée sanglante responsable de la mort de plus d'un million de personnes chaque année. Basée sur le même modèle cellulaire, cette étude nous a permis de démontrer une nouvelle entrée de ce pathogène directement via les IEC. La présence d'anticorps spécifiques à la surface des bactéries restreint leur champs d'action contre les cibles intracellulaires identifiées que sont les filaments soutenant le squelette de la cellule, les fibres d'actine ainsi que les jonctions serrées, réseaux de protéines clés des interactions entre cellules. Cette ouverture au niveau cellulaire apporte un nouvel élan quant à la compréhension du rôle protecteur des SlgA lors d'attaques de l'intestin, protection semblant dépendante d'une agrégation des bactéries.Pour finir, nous avons mis en évidence la détection directe par les cellules de la présence d'anticorps libres dans l'intestin ajoutant une nouvelle réplique dans le dialogue complexe entre ces deux piliers de l'équilibre intestinal que sont les SlgA et les cellules épithéliales.RESUMELa muqueuse intestinale est dotée d'un réseau complexe de protections physico-chimiques, mécaniques ou immunologiques. Associées à un système immunitaire omniprésent, les cellules épithéliales intestinales {IEC) bordant la lumière intestinale ont la double tâche de protéger l'intérieur de l'organisme stérile contre l'invasion et la dissémination d'agents pathogènes, et de maintenir une relation pacifique avec la flore intestinale, rôles également joués par les immunoglobulines sécrétoires A (SlgA), anticorps les plus abondamment présents à la surface des muqueuses. Tant les IEC que les SlgA sont ainsi décrites comme convergeant vers le même objectif ; néanmoins, les rouages de leurs interactions restent largement inconnus.Pour répondre à cette question, des monocouches épithéliales reconstituées in vitro ont été incubées avec des souches commensales telles que des Lactobacillus ou des Bifodobacteria, seules ou complexées avec des SlgA non-spécifiques, nous permettant de décrypter l'influence des SlgA sur la détection des bactéries par les IEC, favorisant l'adhésion bactérienne et la cohésion cellulaire, augmentant l'activation de la voie NF-κΒ ainsi que la sécrétion de la cytokine thymic stromal lymphopoietin contrairement à celle de médiateurs pro-inflammatoires qui reste inchangée. Par ailleurs, une interaction Fab-indépendante est suggérée dans l'interaction SlgA/bactéries. Comme une interaction de faible affinité a été décrite comme prenant naturellement place au niveau de l'intestin, nous avons donc disséqué les mécanismes sous- jacents en utilisant un large spectre de bactérie associés à des protéines soit recombinantes soit isolées à partir de colostrum, mettant en évidence un rôle crucial des N-glycanes présents sur la pièce sécrétoire et soulignant une nouvelle propriété des SlgA dans l'homéostase intestinale.Intrinsèquement liés aux caractéristiques des SlgA, nous nous sommes également focalisés sur leur rôle protecteur lors d'infection par l'enteropathogène Shigella flexneri reproduites in vitro sur des monocouches polarisées. Nous avons tout d'abord démontré une nouvelle porte d'entrée pour ce pathogène directement via les IEC. L'agrégation des bactéries par les SlgA confère aux cellules une meilleure résistance à l'infection, retardant croissance bactérienne et entrée cellulaire, affectant par ailleurs leur capacité à cibler le cytosquelette et les jonctions serrées. La formation de tels cargos détectés de façon biaisée par les IEC apparaît comme une explication plausible au maintien de la cohésion cellulaire médiée par les SlgA.Enfin, le retrotransport des SlgA à travers les IEC a été abordé soulignant une participation active de ces cellules dans la détection de l'environnement extérieur, les impliquant possiblement dans l'activation d'un état muqueux stable.Conjointement, ces résultats indiquent que les SlgA représentent l'un des éléments-clés à la surface de la muqueuse et soulignent la complexité du dialogue établi avec l'épithélium en vue du maintien d'un fragile équilibre intestinal.ABSTRACTThe intestinal mucosa is endowed with a complex protective network melting physiochemical, mechanical and immunological features. Beyond the ubiquitous intestinal immune system, intestinal epithelial cells (IEC) lying the mucosal surfaces have also the dual task to protect the sterile core against invasion and dissemination of pathogens, and maintain a peaceful relationship with commensal microorganisms, aims also achieved by the presence of high amounts of secretory immunoglobulins A (SlgA), the most abundant immunoglobulin present at mucosal surfaces. Both IEC and SlgA are thus described to converge toward the same goal but how their interplay is orchestrated is largely unknown.To address this question, in vitro reconstituted IEC monolayers were first apically incubated with commensal bacteria such as Lactobacillus or Bifodobacteria strains either alone or in complexes with non-specific SlgA. Favoring the bacterial adhesion and cellular cohesion, SlgA impacts on the cellular sensing of bacteria, increasing NF-κΒ activation, and leading to cytokine releases restricted to the thymic stromal lymphopoietin and unaffected expression of pro-inflammatory mediators. Of main interest, bacterial recognition by SlgA suggested a Fab-independent interaction. As this low affinity, called natural coating occurs in the intestine, we further dissected the underlying mechanisms using a larger spectrum of commensal strains associated with recombinant as well as colostrum-derived proteins and pinpointed a crucial role of N-glycans of the secretory component, emphasizing an underestimated role of carbohydrates and another properties of SlgA in mediating intestinal homeostasis.As mucosal protection is also anchored in SlgA and IEC features, we focused on the cellular role of SlgA. Using IEC apical infection by the enteropathogen Shigella flexneri, we have first demonstrated a new gate of entry for this pathogen directly via IEC. Specific SlgA bacterial aggregation conferred to the cells a better resistance to infection, delaying bacterial growth and cellular entry, affecting their ability to damage both the cytoskeleton and the tight junctions. Formation of such big cargos differentially detected by IEC appears as a plausible explanation sustaining at the cellular level the antibody-mediated mucosal protection.Finally, SlgA retrotransport across IEC has been tackled stressing an active IEC sensing of the external environment possibly involved in the steady-state mucosal activation.All together, these results indicate that SlgA represents one of the pivotal elements at mucosal surfaces highlighting the complexity of the dialogue established with the epithelium sustaining the fragile intestinal balance.The Intestinal mucosa is endowed with a complex protective network melting physiochemical, mechanical and immunological features. Beyond the ubiquitous intestinal immune system, intestinal epithelial cells (IEC) lying the mucosal surfaces have also the dual task to protect the sterile core against invasion and dissemination of pathogens, and maintain a peaceful relationship with commensal microorganisms, aims also achieved by the presence of high amounts of secretory immunoglobulins A (SlgA), the most abundant immunoglobulin present at mucosal surfaces. Both IEC and SlgA are thus described to converge toward the same goal but how their interplay is orchestrated is largely unknown.To address this question, in vitro reconstituted IEC monolayers were first apically incubated with commensal bacteria such as Lactobacillus or Bifodobacteria strains either alone or in complexes with non-specific SlgA. Favoring the bacterial adhesion and cellular cohesion, SlgA impacts on the cellular sensing of bacteria, increasing NF-κΒ activation, and leading to cytokine releases restricted to the thymic stromal lymphopoietin and unaffected expression of pro-inflammatory mediators. Of main interest, bacterial recognition by SlgA suggested a Fab-independent interaction. As this low affinity, called natural coating occurs in the intestine, we further dissected the underlying mechanisms using a larger spectrum of commensal strains associated with recombinant as well as colostrum-derived proteins and pinpointed a crucial role of N-glycans of the secretory component, emphasizing an underestimated role of carbohydrates and another properties of SlgA in mediating intestinal homeostasis.As mucosal protection is also anchored in SlgA and IEC features, we focused on the cellular role of SlgA. Using IEC apical infection by the enteropathogen Shigella flexneri, we have first demonstrated a new gate of entry for this pathogen directly via IEC. Specific SlgA bacterial aggregation conferred to the cells a better resistance to infection, delaying bacterial growth and cellular entry, affecting their ability to damage both the cytoskeleton and the tight junctions. Formation of such big cargos differentially detected by IEC appears as a plausible explanation sustaining at the cellular level the antibody-mediated mucosal protection.Finally, SlgA retrotransport across IEC has been tackled stressing an active IEC sensing of the external environment possibly involved in the steady-state mucosal activation.All together, these results indicate that SlgA represents one of the pivotal elements at mucosal surfaces highlighting the complexity of the dialogue established with the epithelium sustaining the fragile intestinal balance.

Requirement for CARMA1 in antigen receptor-induced NF-kappa B activation and lymphocyte proliferation.

Ligation of antigen receptors (TCR, BCR) on T and B lymphocytes leads to the activation of new transcriptional programs and cell cycle progression. Antigen receptor-mediated activation of NF-kappa B, required for proliferation of B and T cells, is disrupted in T cells lacking PKC theta and in B and T cells lacking Bcl10, a caspase recruitment domain (CARD)-containing adaptor protein. CARMA1 (also called CARD11 and Bimp3), the only lymphocyte-specific member in a family of membrane-associated guanylate kinase (MAGUK) scaffolding proteins that interact with Bcl10 by way of CARD-CARD interactions, is required for TCR-induced NF-kappa B activation in Jurkat T lymphoma cells. Here we show that T cells from mice lacking CARMA1 expression were defective in recruitment of Bcl10 to clustered TCR complexes and lipid rafts, in activation of NF-kappa B, and in induction of IL-2 production. Development of CD5(+) peritoneal B cells was disrupted in these mice, as was B cell proliferation in response to both BCR and CD40 ligation. Serum immunoglobulin levels were also markedly reduced in the mutant mice. Together, these results show that CARMA1 has a central role in antigen receptor signaling that results in activation and proliferation of both B and T lymphocytes.

The integrin antagonist cilengitide activates alphaVbeta3, disrupts VE-cadherin localization at cell junctions and enhances permeability in endothelial cells.

Cilengitide is a high-affinity cyclic pentapeptdic alphaV integrin antagonist previously reported to suppress angiogenesis by inducing anoikis of endothelial cells adhering through alphaVbeta3/alphaVbeta5 integrins. Angiogenic endothelial cells express multiple integrins, in particular those of the beta1 family, and little is known on the effect of cilengitide on endothelial cells expressing alphaVbeta3 but adhering through beta1 integrins. Through morphological, biochemical, pharmacological and functional approaches we investigated the effect of cilengitide on alphaVbeta3-expressing human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) cultured on the beta1 ligands fibronectin and collagen I. We show that cilengitide activated cell surface alphaVbeta3, stimulated phosphorylation of FAK (Y(397) and Y(576/577)), Src (S(418)) and VE-cadherin (Y(658) and Y(731)), redistributed alphaVbeta3 at the cell periphery, caused disappearance of VE-cadherin from cellular junctions, increased the permeability of HUVEC monolayers and detached HUVEC adhering on low-density beta1 integrin ligands. Pharmacological inhibition of Src kinase activity fully prevented cilengitide-induced phosphorylation of Src, FAK and VE-cadherin, and redistribution of alphaVbeta3 and VE-cadherin and partially prevented increased permeability, but did not prevent HUVEC detachment from low-density matrices. Taken together, these observations reveal a previously unreported effect of cilengitide on endothelial cells namely its ability to elicit signaling events disrupting VE-cadherin localization at cellular contacts and to increase endothelial monolayer permeability. These effects are potentially relevant to the clinical use of cilengitide as anticancer agent.

Activation/division of lymphocytes results in increased levels of cytoplasmic activation/proliferation-associated protein-1: prototype of a new family of proteins.

We purified from activated T lymphocytes a novel, highly conserved, 116-kDa, intracellular protein that occurred at high levels in the large, dividing cells of the thymus, was up-regulated when resting T or B lymphocytes or hemopoietic progenitors were activated, and was down-regulated when a monocytic leukemia, M1, was induced to differentiate. Expression of the protein was highest in the thymus and spleen and lowest in tissues with a low proportion of dividing cells such as kidney or muscle, although expression was high in the brain. The protein was localized to the cytosol and was phosphorylated, which is consistent with a previous report that the Xenopus laevis ortholog was phosphorylated by a mitotically activated kinase (1 ). The cDNA was previously mischaracterized as encoding p137, a 137-kDa GPI-linked membrane protein (2 ). We propose that the authentic protein encoded by this cDNA be called cytoplasmic activation/proliferation-associated protein-1 (caprin-1), and show that it is the prototype of a novel family of proteins characterized by two novel protein domains, termed homology regions-1 and -2 (HR-1, HR-2). Although we have found evidence for caprins only in urochordates and vertebrates, two insect proteins exhibit well-conserved HR-1 domains. The HR-1 and HR-2 domains have no known function, although the HR-1 of caprin-1 appeared necessary for formation of multimeric complexes of caprin-1. Overexpression of a fusion protein of enhanced green fluorescent protein and caprin-1 induced a specific, dose-dependent suppression of the proliferation of NIH-3T3 cells, consistent with the notion that caprin-1 plays a role in cellular activation or proliferation.