Genetic removal of tri-unsaturated fatty acids suppresses developmental and molecular phenotypes of an Arabidopsis tocopherol-deficient mutant. Whole-body mapping of malondialdehyde pools in a complex eukaryote.

Malondialdehyde (MDA) is a small, ubiquitous, and potentially toxic aldehyde that is produced in vivo by lipid oxidation and that is able to affect gene expression. Tocopherol deficiency in the vitamin E2 mutant vte2-1 of Arabidopsis thaliana leads to massive lipid oxidation and MDA accumulation shortly after germination. MDA accumulation correlates with a strong visual phenotype (growth reduction, cotyledon bleaching) and aberrant GST1 (glutathione S-transferase 1) expression. We suppressed MDA accumulation in the vte2-1 background by genetically removing tri-unsaturated fatty acids. The resulting quadruple mutant, fad3-2 fad7-2 fad8 vte2-1, did not display the visual phenotype or the aberrant GST1 expression observed in vte2-1. Moreover, cotyledon bleaching in vte2-1 was chemically phenocopied by treatment of wild-type plants with MDA. These data suggest that products of tri-unsaturated fatty acid oxidation underlie the vte2-1 seedling phenotype, including cellular toxicity and gene regulation properties. Generation of the quadruple mutant facilitated the development of an in situ fluorescence assay based on the formation of adducts of MDA with 2-thiobarbituric acid at 37 degrees C. Specificity was verified by measuring pentafluorophenylhydrazine derivatives of MDA and by liquid chromatography analysis of MDA-2-thiobarbituric acid adducts. Potentially applicable to other organisms, this method allowed the localization of MDA pools throughout the body of Arabidopsis and revealed an undiscovered pool of the compound unlikely to be derived from trienoic fatty acids in the vicinity of the root tip quiescent center.

Inflammatory myofibroblastic tumor of the trachea with concomitant granulomatous lymph node lesions.

We report herein the case of a 57-year-old lady who had two concomittant lesions, an inflammatory myofibroblastic tumor in the trachea, and severe granulomatous lesions in the adjacent hilar lymph nodes. While these two lesions shared histological and some immunohistochemical features lesions. They differed in terms of ALK-1 expression, which was positive in the tracheal tumor and negative in the lymph nodes. The discussion of the case circles around putative pathophysiological links between the lesions. The authors favor the idea that the lymph nodes present a sarcoid-like granulomatous reaction to the inflammatory myofibroblastic tumor in the trachea over a coexistence of two independent entities. However, no conclusive evidence for this interpretation can be presented based on the existing literature.

Peptide vaccine induces enhanced tumor growth associated with apoptosis induction in CD8+ T cells.

CD8(+) CTLs play a critical role in antitumor immunity. However, vaccination with synthetic peptide containing CTL epitopes has not been generally effective in inducing protective antitumor immunity. In this study, we addressed the detailed mechanism(s) involved in this failure using a new tumor model of BALB/c transplanted tumors expressing NY-ESO-1, an extensively studied human cancer/testis Ag. Whereas peptide immunization with an H2-D(d)-restricted CTL epitope derived from NY-ESO-1 (NY-ESO-1 p81-88) induced NY-ESO-1(81-88)-specific CD8(+) T cells in draining lymph nodes and spleens, tumor growth was significantly enhanced. Single-cell analysis of specific CD8(+) T cells revealed that peptide immunization caused apoptosis of >80% of NY-ESO-1(81-88)-specific CD8(+) T cells at tumor sites and repetitive immunization further diminished the number of specific CD8(+) T cells. This phenomenon was associated with elevated surface expression of Fas and programmed death-1. When peptide vaccination was combined with an adjuvant, a TLR9 ligand CpG, the elevated Fas and programmed death-1 expression and apoptosis induction were not observed, and vaccine with peptide and CpG was associated with strong tumor growth inhibition. Selection of appropriate adjuvants is essential for development of effective cancer vaccines, with protection of effector T cells from peptide vaccine-induced apoptosis being a prime objective.

Characterization of BMP signaling in breast development and tumorigenesis

Résumé L'influence des hormones reproductives sur le développement du cancer du sein a été établie au travers de nombreuse études épidémiologiques. Nous avons précédemment démontré que le gène Wnt-4 est un médiateur essentiel de la progestérone dans le développement lobulo-alvéolaire de l'épithélium mammaire. De plus, le rôle de la voie de signalisation Wnt dans la tumorigénèse de la glande mammaire mutine est largement établi. Pour comprendre sa fonction dans le cancer du sein, nous avons activée cette voie en surexprimant le gène Wnt-1 dans des cellules épithéliales primaires de sein, au moyen d'un rétrovirus. Ceci a conduit à la transformation oncogénique de ces cellules et à l'obtention d'un modèle de carcinogénèse du sein dénommé Wnt-1 HMEC. L'analyse de l'expression des gènes induits par la surexpression de Wnt-1 dans ces cellules, a permis d'identifier les gènes BMP4 et 7. Alors que des analyses de RT-PCR ont montré leur forte expression dans les cellules Wnt-1-HMECs, la présence d'une grande quantité de la protéine BMP7 a été constatée dans les tumeurs dérivées de ces cellules. L'importante phosphorylation des Smad 1, 5, S dans les Wnt-1 HMECs indique l'activation de la voie BMP, possiblement due à la stimulation ce celle-ci par BMP7. L'activation de la voie Wnt par la ß-Caténine, conduit à la transcription de BMP7, identifiant ainsi ce gène comme un gène cible de la voie canonique. La pertinence de nos observations a par ailleurs été confirmée par le fait que BMP7 est surexprimé dans les tumeurs de seins humains. Afin d'élucider la fonction de la voie BMP dans le sein, nous avons utilisé le modèle mutin. L'expression du gène BMP7 dans les souris transgéniques MMTV Wnt-1 s'est avérée élevée, démontrant qu'il est aussi un gène cible de la voie Wnt in-vivo. L'expression de l'ARN messager .codant pour la protéine BMP7 est induite lors du développement lobulo-alvéolaire, qui se fait sous l'influence de la progestérone et de Wnt-4. Ensemble, ces observations corroborent le fait qu'une stimulation avec de la progestérone suffit à induire la transcription du gène dans les 24h. Nos résultats coïncident d'autre part avec le fait que BMP7 est exprimé dans la couche myoépithéliale de l'épithélium où la voie Wnt est activée. L'analyse de souris reportrices de l'activité de la voie BMP, suggère une activation dans la couche luminale de l'épithélium durant tout le développement de la glande mammaire. Curieusement, cette même voie est active dans le mésenchyme lors de la mammogénèse embryonnaire. Finalement, nos analyses d'immunofluorescence démontrent la capacité de prolifération des cellules ayant activé BMP, ainsi que leur nette ségrégation d'avec les cellules exprimant le récepteur à la progestérone. Nos résultats démontrent que le gène BMP7 est un gène cible de la voie Wnt canonique dans le sein. Son expression dans la couche myoépitheliale est induite par Wnt-4, lui-même sécrété par les cellules luminales sensibles à la progestérone. La sécrétion de la protéine BMP7 conduit finalement à l'activation de la voie BMP dans les cellules négatives pour le récepteur à la progestérone. Abstract Epidemiological studies highlight the repetitive exposure to circulating progesterone as a major risk in the development of breast cancer. Work in our laboratory showed that Wnt-4 is an essential mediator of progesterone-driven side-branch formation, while Wnt signaling has long been established as strongly oncogenic in the mouse mammary gland. To address the role of Wnt in breast tumorigenesis we activated the pathway in primary human breast epithelial cells by means of refroviral Wnt-1 expression. This resulted in a Wnt1-induced breast carcinogenesis model, being referred to as Wnt-1-HMECs. Gene expression profiling revealed the Bone Morphogenetic Protein 4 and 7 (BMP4 and 7) a mong the most upregulated gene by ectopic Wnt-1 expression in primary HMECs. RT-PCR analysis confirmed elevated BMP4 and 7 mRNA levels in Wnt-1-infected HMECs, as well as strong BMP7 expression in the tumors derived from these cells. Smad 1, 5, 8 phosphorylation was high in Wnt-1HMECs whereas below detection limit in primary HMECs suggesting that the increased expression of BMP-7 results in activation of downstream signaling. Ectopic expressíon of a stabilized form of ßcatenin in primary HMECs resulted in increased transcription of BMP-7 suggesting that it is a target of canonical Wnt signaling. The clinical relevance of our observations was confirmed by the finding of BMP7 being upregulated in human breast tumor samples. To elucidate the role of BMP ligands in the breast in-vivo, we made use of the mouse model. Expression of the BMP7 gene was found to be increased in MMTV-Wnt-1 transgenic animals, suggesting that BMP7 may also be a Wnt 1 target gene in vivo. Expression of BMP7 was upregulated in mid-pregnancy which coincides with progesterone/Wnt induced side branching. BMP7 was induced within 24 hours by progesterone. Consistent with it being a target of canonical Wnt signaling, we demonstrated preferential expression of this ligand in the myoepithelial cells, the target cells of Wnt signals. In-vivo analysis of BMP signaling using a reporter mouse revealed the activation of the pathway in the luminal layer of the epithelium throughout postnatal development. Interestingly, during embryonic mammogenesis the pathway was found to be active in the mesenchyme. Immunofluorescence studies demonstrated that cells with BMP activity can proliferate. They also revealed a clear segregation between progesterone receptor positive cells and cells with active BMP signaling. Together our observations suggest that BMP-7 is a canonical Wnt signaling target both in HMECs and in the mouse mammary gland in-vivo. It is expressed in the myoepithelium possibly in response to Wnt-4, which is secreted by steroid receptor positive cells in response to progesterone. BMP-7 in turn may impinge on lumina) epithelial cells and activate BMP signaling in PR negative cells.

Role of MT1-MMP in cancer dissemination : insights from the real time imaging of tumors

Abstract : Matrix metalloproteinases (MMPs) are thought to play a major role in the tumor dissemination process as they degrade all components of the extracellular matrix. However, failure of clinical trials testing broad MMP inhibitors in cancer led to the consensus that a better understanding of the MMP biology was required. Using intravital multiphoton laser scanning microscopy, we developed an in vivo model to observe tumor dissemination and extracellular matrix remodeling in real time. We show that the matrix-modifying hormone relaxin increases tumor associated fibroblast interaction with collagen fibers by inducing integrin beta-1 expression. This causes changes in the collagen network that are mediated by MMP-8 and MT1-MMP. Also, we show that MMP-mediated collagen remodeling in vivo requires a direct contact between stationary tumor associated fibroblasts (TAFs) and collagen fibers. As MMPs are expressed in the tumor and stromal compartment of breast cancers we determined the importance of Membrane-type 1 MMP (MT1-MMP) from each compartment for cancer progression. We find that tumor-MT1-MMP promotes the invasion of the blood vasculature and blood-borne metastasis in vivo by enhancing tumor cell migration and endothelial basement membrane degradation. Interestingly, stromal-MT1-MMP cannot compensate for the lack of tumor-MT1-MMP but promotes peritumor collagen I remodeling. Thus, the function of MT1-MMP is context dependent and we identify the different but complementary roles of tumor and stromal MT1-MMP for tumor dissemination. Finally, we translate our preclinical findings in to human breast cancer samples. We show that tumor-MT1-MMP expression correlates with tumor invasion of the blood vasculature in ER-PR-HER2- breast cancers and that MT1-MMP expression increases with cancer progression. MT1-MMP could thus represent an interesting therapeutic target for the prevention of blood vasculature invasion in these tumors. Resumé : Les matrix metalloproteinases (MMPs) semblent jouer un rôle majeur pour la dissémination tumorale en raison de leur capacité à dégrader l'ensemble des composants de la matrice extracellulaire (MEC). Néanmoins, les résultats décevants des études cliniques testant les inhibiteurs des MMP ont conduit à la notion qu'une compréhension plus précise de la biologie des MMP était requise. Dans ce travail de thèse, nous avons développé un modèle murin qui permet d'observer simultanément la dissémination tumorale ainsi que les modifications de la MEC en temps réel. Nous démontrons que le traitement de tumeurs par l'hormone relaxin augmente l'interaction des fibroblastes tumoraux avec les fibres de collagène via l'intégrine beta-1. Nous montrons que cette interaction favorise et est nécessaire à la dégradation des fibres de collagène par MMP-8 et MT1-MMP. Ensuite, étant donné que les MMPs sont exprimées dans les cellules tumorales et stromales des cancers du sein, nous nous sommes intéressés au rôle de la MMP membranaire type 1 (MT1-MMP) exprimée dans chacun de ces compartiments. Nous démontrons que MT1-MMP dérivant des cellules tumorales favorise leur invasion dans les vaisseaux sanguins par la dégradation de la membrane basale vasculaire. De manière inattendue, nous montrons que l'expression de MT1-MMP par le compartiment stromal ne peut compenser le manque de MT1-MMP dans le compartiment tumoral. Néanmoins, nos résultats prouvent que MT1-MMP dérivant du compartiment stromal est impliqué dans la dégradation de collagène peritumorale. La fonction de la protéine MT1-MMP varie donc selon le compartiment tumoral d'origine. Finalement, nous avons testé nos résultats pré cliniques chez l'humain. Dans des biopsies de cancer du sein nous montrons une corrélation entre l'expression de MT1-MMP dans les cellules tumorales et l'invasion de vaisseaux sanguins par des tumeurs ER-PR-HER2-. MT1-MMP pourrait donc être une cible intéressante pour la prévention de dissémination vasculaire de ces tumeurs

Growth promoting signaling by tenascin-C [corrected].

Tenascin-C is an adhesion-modulating extracellular matrix molecule that is highly expressed in tumor stroma and stimulates tumor cell proliferation. Adhesion of T98G glioblastoma cells to a fibronectin substratum is inhibited by tenascin-C. To address the mechanism of action, we performed a RNA expression analysis of T89G cells grown in the presence or absence of tenascin-C and found that tenascin-C down-regulates tropomyosin-1. Upon overexpression of tropomyosin-1, cell spreading on a fibronectin/tenascin-C substratum was restored, indicating that tenascin-C destabilizes actin stress fibers through down-regulation of tropomyosin-1. Tenascin-C also increased the expression of the endothelin receptor type A and stimulated the corresponding mitogen-activated protein kinase signaling pathway, which triggers extracellular signal-regulated kinase 1/2 phosphorylation and c-Fos expression. Tenascin-C additionally caused down-regulation of the Wnt inhibitor Dickkopf 1. In consequence, Wnt signaling was enhanced through stabilization of beta-catenin and stimulated the expression of the beta-catenin target Id2. Finally, our in vivo data derived from astrocytoma tissue arrays link increased tenascin-C and Id2 expression with high malignancy. Because increased endothelin and Wnt signaling, as well as reduced tropomyosin-1 expression, are closely linked to transformation and tumorigenesis, we suggest that tenascin-C specifically modulates these signaling pathways to enhance proliferation of glioma cells.

Clear Cell Papillary Renal Cell Carcinoma and Renal Angiomyoadenomatous Tumor: Two Variants of a Morphologic, Immunohistochemical, and Genetic Distinct Entity of Renal Cell Carcinoma.

Clear cell papillary renal cell carcinoma (ccpRCC) and renal angiomyoadenomatous tumor (RAT) share morphologic similarities with clear cell (ccRCC) and papillary RCC (pRCC). It is a matter of controversy whether their morphologic, immunophenotypic, and molecular features allow the definition of a separate renal carcinoma entity. The aim of our project was to investigate specific renal immunohistochemical biomarkers involved in the hypoxia-inducible factor pathway and mutations in the VHL gene to clarify the relationship between ccpRCC and RAT. We investigated 28 ccpRCC and 9 RAT samples by immunohistochemistry using 25 markers. VHL gene mutations and allele losses were investigated by Sanger sequencing and fluorescence in situ hybridization. Clinical follow-up data were obtained for a subset of the patients. No tumor recurrence or tumor-related death was observed in any of the patients. Immunohistochemistry and molecular analyses led to the reclassification of 3 tumors as ccRCC and TFE3 translocation carcinomas. The immunohistochemical profile of ccpRCC and RAT samples was very similar but not identical, differing from both ccRCC and pRCC. Especially, the parafibromin and hKIM-1 expression exhibited differences in ccpRCC/RAT compared with ccRCC and pRCC. Genetic analysis revealed VHL mutations in 2/27 (7%) and 1/7 (14%) ccpRCC and RAT samples, respectively. Fluorescence in situ hybridization analysis disclosed a 3p loss in 2/20 (10%) ccpRCC samples. ccpRCC and RAT have a specific morphologic and immunohistochemical profile, but they share similarities with the more aggressive renal tumors. On the basis of our results, we regard ccpRCC/RAT as a distinct entity of RCCs.

Disruption of embryonic blood-CSF barrier in chick embryos reveals the actual importance of this barrier to control E-CSF composition and homeostasis in early brain development

In vertebrates, early brain development takes place at the expanded anterior end of the neural tube. After closure of the anterior neuropore, the brain wall forms a physiologically sealed cavity that encloses embryonic cerebrospinal fluid (E-CSF), a complex and protein-rich fluid that is initially composed of trapped amniotic fluid. E-CSF has several crucial roles in brain anlagen development. Recently, we reported the presence of transient blood-CSF barrier located in the brain stem lateral to the ventral midline, at the mesencephalon and prosencephalon level, in chick and rat embryos by transporting proteins, water, ions and glucose in a selective manner via transcellular routes. To test the actual relevance of the control of E-CSF composition and homeostasis on early brain development by this embryonic blood-CSF barrier, we block the activity of this barrier by treating the embryos with 6-aminonicotinamide gliotoxin (6-AN). We demonstrate that 6-AN treatment in chick embryos blocks protein transport across the embryonic blood-CSF barrier, and that the disruption of the barrier properties is due to the cease transcellular caveolae transport, as detected by CAV-1 expression cease. We also show that the lack of protein transport across the embryonic blood-CSF barrier influences neuroepithelial cell survival, proliferation and neurogenesis, as monitored by neurepithelial progenitor cells survival, proliferation and neurogenesis. The blockage of embryonic blood-CSF transport also disrupts water influx to the E-CSF, as revealed by an abnormal increase in brain anlagen volume. These experiments contribute to delineate the actual extent of this blood-CSF embryonic barrier controlling E-CSF composition and homeostasis and the actual important of this control for early brain development, as well as to elucidate the mechanism by which proteins and water are transported thought transcellular routes across the neuroectoderm, reinforcing the crucial role of E-CSF for brain development.

Early life host-microbe interactions : implications for the development of asthma

Plus de 300 millions de personnes dans le monde souffrent de l'asthme. L'asthme est une maladie inflammatoire chronique des voies respiratoires caractérisée par des symptômes variables et récurrents, une obstruction bronchique réversible et des bronchospasmes. Les symptômes communs incluent une respiration sifflante, de la toux, une oppression thoracique et de la dyspnée. Normalement, la maladie commence à se manifester pendant l'enfance. Pourtant, facteurs génétiques héréditaires et événements environnementaux survenant au cours de la petite enfance sont responsables de sa manifestation, indiquant que le développement de la maladie est lié à des événements qui se produisent bien avant son déclenchement. L'infection respiratoire virale aiguë constitue un de ces facteurs environnementaux jouant un rôle prépondérant. Un des virus les plus communs est le virus respiratoire syncytial (VRS), qui infecte presque tous les enfants avant l'âge de 2 ans. Ce virus, s'il infecte des tout-petits, peut en effet provoquer une bronchiolite aiguë, un phénomène qui a été épidémiologiquement lié à l'apparition d'asthme plus tard dans la vie. Dans le premier chapitre de cette thèse, nous avons étudié, chez la souris, comment une infection avec le VRS influe sur l'asthme allergique. Nous avons constaté que seule l'infection des souris à l'état de nouveau-né prédispose à un asthme allergique plus sévère chez l'adulte. En effet, si des souris adultes étaient infectées, elles étaient protégées contre l'apparition des symptômes asthmatiques. Cela nous a mené à investiguer les mécanismes immunitaires spécifiques durant cette courte période du début de la vie. Deux événements se produisent en parallèle au cours de la petite enfance: (1) Le système immunitaire, qui est encore immature immédiatement après la naissance, commence à se développer pour être en mesure de jouer son rôle protecteur contre les agents infectieux. (2) Le corps, y compris les poumons, est colonisé par des bactéries commensales, qui vivent en symbiose avec leur hôte humain. Chez l'adulte, ces bactéries sont connues pour influencer notre système immunitaire, l'éduquant à générer des réponses immunitaires adéquates et efficaces. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons voulu déterminer si ces bactéries symbiotiques étaient impliquées dans l'éducation du système immunitaire du nouveau-né et quelles conséquences cela pourrait avoir sur les réponses immunitaires engendrées par ce dernier. Pour étudier l'effet de ces bactéries symbiotiques, nous avons utilisé des souris stériles, en d'autres termes des souris qui n'hébergent pas ces bactéries symbiotiques. En comparant ces souris stériles à des souris qui abritent une flore microbienne normale, nous avons constaté que les bactéries symbiotiques sont vitales pour la bonne éducation du système immunitaire du nouveau-né. Nous avons démontré que le contact direct des cellules immunitaires avec la flore microbienne dans les poumons modifie le phénotype de ces cellules immunitaires, ce qui change probablement leur réaction au cours de réponses immunitaires. Nous avons donc vérifié si l'éducation immunitaire induite par cette microflore est importante pour prévenir les maladies pulmonaires telles que l'asthme allergique, affections qui sont causées par une réaction excessive du système immunitaire envers des agents inoffensifs. En effet, nous avons observé que le processus de maturation du système immunitaire néonatal, lequel a été déclenché et façonné par la flore microbienne, est important pour éviter une réaction asthmatique exagérée chez la souris adulte. Ce phénomène est dû aux lymphocytes T régulateurs. Ces cellules, dont la présence est induite dans les poumons, ont des capacités immunosuppressives et atténuent donc les réponses immunitaires pour prévenir une inflammation excessive. En conclusion, nous avons montré dans cette thèse que la colonisation par des bactéries symbiotiques tôt dans la vie est un événement décisif pour la maturation du système immunitaire et pour prévenir le développement de l'asthme. Dans l'avenir, il serait intéressant de découvrir quelles bactéries sont présentes dans les poumons du nouveau-né et lesquelles sont directement impliquées dans ce processus de maturation immunitaire. Une prochaine étape serait alors de favoriser la présence de ces bactéries au début de la vie au moyen d'un traitement avec des agents pré- ou probiotiques, ce qui pourrait éventuellement contribuer à une prévention précoce du développement de l'asthme. -- L'asthme est une maladie chronique inflammatoire des voies respiratoires affectant près de 300 millions d'individus dans le monde. Bien que les traits caractéristiques du phénotype asthmatique s'établissent généralement pendant l'enfance, la prédisposition au développement de la maladie est intimement liée à des événements survenant durant la petite enfance, comme le sont par exemple les infections virales respiratoires aiguës. Les mécanismes par lesquels ces événements provoquent un dysfonctionnement immunitaire et, par conséquent, conduisent au développement de l'asthme n'ont pas encore été entièrement décelés. La dysbiose du microbiote des voies respiratoires a été récemment associes au phénotype asthmatique, touisTcis, la cuûoboiatioî! d un lien cause à effet entre la dysbiose microbienne et l'apparition des symptômes asthmatiques reste à être démontrée. Dans cette thèse, nous avons étudié le rôle que joue la colonisation microbienne des voies respiratoires au cours de la petite enfance dans la maturation du système immunitaire ainsi que dans la protection contre l'inflammation pulmonaire de type allergique. Nous avons de surcroît développé un modèle expérimental pour comprendre comment les infections virales respiratoires interfèrent avec ce processus. Dans la première partie de cette thèse, nous avons évalué l'effet d'infections causées par le virus respiratoire syncytial (VRS) sur le développement de l'asthme. En accord avec des études épidémiologiques, nous avons constaté qu'une infection au VRS lors de la période néonatale exacerbait les réponses pulmonaires allergiques ultérieures. Par contraste, une infection à l'âge adulte avait un effet protecteur. Nous avons ainsi démontré que l'influence d'une infection à VRS sur l'issue et la sévérité de l'asthme respiratoire était strictement dépendante de l'âge. Ces résultats nous ont conduit à émettre l'hypothèse que des différences dans le phénotype homéostatique des cellules immunitaires pourraient être responsables de ces disparités liées à l'âge. Par conséquent, dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons suivi et caractérisé le processus de maturation des cellules immunitaires dans les poumons du nouveau-né en condition d'homéostasie. Nous avons découvert que leur phénotype change de façon dynamique pendant le développement néonatal et que la colonisation par des microbes était déterminante pour la maturation des cellules immunitaires dans les poumons. Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons démontré comment le microbiote pulmonaire éduque le développement immunitaire durant la période néonatale l'orientant de manière à induire une tolérance face aux aéroallergènes. Nous avons découvert que la colonisation microbienne des voies respiratoires provoque une expression transitoire de PD-L1 sur les cellules dendritiques (CD) pulmonaires du type CD11b+ dans les deux premières semaines de la vie. Cet événement engendre par la suite la génération de lymphocytes T régulateurs (TREG) dans les poumons, lesquels sont responsables de la protection contre une réponse inflammatoire allergique exagérée chez la souris adulte. Par conséquent, nous proposons un rôle pivot de la maturation immunitaire induite par le microbiote pulmonaire dans l'établissement de la tolérance aux aéroallergènes. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse fournissent de nouveaux indices révélant comment des événements se produisant lors de la petite enfance peuvent façonner les réponses du système immunitaire dirigées contre les allergènes et soulignent le rôle central joué par le microbiote pulmonaire dans l'édification d'une réponse immunitaire équilibrée. En résumé, notre travail met en évidence le microbiote pulmonaire comme étant une cible potentielle pour la prévention de certaines maladies respiratoires. -- Asthma is a chronic inflammatory disorder of the respiratory tract and affects approximately 300 million individuals world-wide. Although the asthmatic phenotype commonly establishes during childhood, predisposition towards disease development has been linked to events in early infancy, such as severe respiratory viral infections. However, the mechanisms by which these events cause immune dysfunction and, therefore, lead to the development of asthma have yet to be fully deciphered. Dysbiosis of the airway microbiota has recently been associated with the asthmatic phenotype; however, conclusive evidence for a causal link between microbial dysbiosis in the ail ways and asthma development is still missing. In this thesis we investigated the role of early-life microbial airway colonization in immune maturation and the protection against allergic airway inflammation and established an experimental model to address how respiratory viral infections interfere in this process. In the first part of this thesis we evaluated the effect of Respiratory syncytial virus (RSV) infections on the development of asthma. In concurrence with epidemiological studies, we found that neonatal infection exacerbated subsequent allergic airway inflammation. In contrast, adult infection was protective in the same context. Thus, we could demonstrate that the influence of RSV infection on subsequent allergic airway responses was strictly age-dependent. These findings led us to the hypothesis that differences in the homeostatic phenotype of immune cells could be responsible for the age-related disparities seen within the context of RSV. Therefore, in a second part of this thesis, we followed the process of homeostatic immune cell maturation in the neonatal lung. Immune cell phenotypes changed dynamically during neonatal development. We discovered that the colonization with microbes was central to the maturation of immune cells in the lung. In the last part of this thesis, we demonstrated how microbiota-driven immune development during the neonatal period induces tolerance against aeroallergens. We discovered that microbial colonization led to a transient programmed death-ligand (PD-L) 1 expression on CD11b+ pulmonary dendritic cells (DCs) during the first two weeks of life. This in turn induced regulatory T (TREG) cells in the lung, which were responsible for the protection against exaggerated allergic airway inflammation in adult mice. Thus, we propose a key role for microbiota-driven immune maturation in the establishment of tolerance towards aeroallergens. In conclusion, the results presented in this thesis provide new insights into how early-life events shape pulmonary immune responses towards allergens and suggest the airway microbiota as a key player in establishing a balanced immune response. Overall, our work highlights the airway microbiota as potential target for disease prevention.

Identification of novel HIV restriction factors

To efficiently replicate within mammalian cells, viruses have to manoeuvre through complex host mechanisms, hijacking a network of host proteins to achieve successful propagation. To prevent this invasion, cells have evolved over time to efficiently block the incursing pathogen by direct or indirect targeting. Human immunodeficiency virus (HIV) is a retrovirus of major global public health issue. In the last decade, extensive focus on innate immune proteins has been given, and particularly restriction factors, proteins inhibiting HIV replication by affecting various stages of the viral cycle. Because of the importance of developing new HIV therapies that are associated with reduced side effects and resistances, there is an urge to understand the antiviral response against HIV. Using common features of known restriction factors as a signature to identify new anti-HIV factors, candidates were identified. Particularly multiple members of the apolipoproteins L (APOL) family were found. Cotransfection experiments confirmed very potent inhibitory effects on HIV-1 expression. Further characterization of APOL6, the best candidate, was carried out. APOL6 was not able to inhibit HIV specifically but rather inhibited any gene-encoded DNA that was cotransfected and therefore APOL6 does not classify as a bona fide restriction factor. In addition, we were able to map the activity of APOL6 to the MAD domain and mainly to residue 174. We also found that other members of the family identified in the screen, APOL1 and 3, could have similar mechanism of action as APOL6. Finally, although the complete mechanism of action of APOL6 has yet to be elucidated, it might be blocked during transfections, potentially improving transfection of primary cells. -- Pour se répliquer efficacement dans les cellules de mammifères, les virus doivent manoeuvrer à travers des mécanismes cellulaires complexes et détourner un réseau de protéines de l'hôte. Pour empêcher cette invasion, les gènes de l'hôte ont évolué dans le temps pour cibler efficacement, directement ou indirectement, l'agent pathogène. Le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) est un rétrovirus de problème majeur de santé publique mondiale, mais le faible risque de transmission du virus pourrait être expliqué par la présence d'un système antiviral de l'hôte qui, en cas d'échec, conduit à une infection productive. Durant la dernière décennie, il y a eu un intérêt spécial porté sur les protéines immunitaires innées appelé facteurs de restriction présentant des effets inhibiteurs puissants sur la réplication du VIH en affectant différentes étapes du cycle viral. En raison de l'importance de la recherche de nouvelles thérapies anti-VIH associées à des effets secondaires et des résistances réduites comparé aux traitements actuels, il existe un besoin de comprendre la réponse antivirale innée contre le VIH. Basé sur des caractéristiques communes des facteurs de restriction connus, nous avons proposé d'identifier de nouveaux facteurs anti-VIH. Nous avons trouvé une famille de protéines, les apolipoprotéines L (APOL) montrant les effets inhibiteurs très puissants contre l'expression du VIH-1 dans des expériences de co-transfection. Nous avons décidé d'approfondir le rôle de ces protéines dans l'immunité innée et de se concentrer sur le meilleur candidat APOL6. Nous avons en outre établi qu'APOL6 n'a pas d'activité anti-virale spécifique et donc pas classé comme un facteur de bonne foi de restriction. Par ailleurs, APOL6 est capable d'inhiber fortement l'expression de tout Plasmide cotransfecté. En outre, nous avons été en mesure de cartographier l'activité d'APOL6 au domaine MAD et principalement au résidu 174. Nous avons également constaté que d'autres membres de la famille identifiés dans l'étude, APOL1 et 3, pourraient avoir le même mécanisme d'action qu'APOL6. Enfin, bien que le mécanisme d'action complet d'APOL6 reste à être élucidé, il pourrait être d'une importance biotechnologique car il pourrait potentiellement faciliter la transfection de cellules primaires après l'inhibition d'APOL6.

Synergy of Radiotherapy and a Cancer Vaccine for the Treatment of HPV-Associated Head and Neck Cancer.

There is growing interest in the association of radiotherapy and immunotherapy for the treatment of solid tumors. Here, we report an extremely effective combination of local irradiation (IR) and Shiga Toxin B (STxB)-based human papillomavirus (HPV) vaccination for the treatment of HPV-associated head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC). The efficacy of the irradiation and vaccine association was tested using a model of HNSCC obtained by grafting TC-1/luciferase cells at a submucosal site of the inner lip of immunocompetent mice. Irradiation and the STxB-E7 vaccine acted synergistically with both single and fractionated irradiation schemes, resulting in complete tumor clearance in the majority of the treated mice. A dose threshold of 7.5 Gy was required to elicit the dramatic antitumor response. The combined treatment induced high levels of tumor-infiltrating, antigen-specific CD8(+) T cells, which were required to trigger the antitumor activity. Treatment with STxB-E7 and irradiation induced CD8(+) T-cell memory, which was sufficient to exert complete antitumor responses in both local recurrences and distant metastases. We also report for the first time that a combination therapy based on local irradiation and vaccination induces an increased pericyte coverage (as shown by αSMA and NG2 staining) and ICAM-1 expression on vessels. This was associated with enhanced intratumor vascular permeability that correlated with the antitumor response, suggesting that the combination therapy could also act through an increased accessibility for immune cells. The combination strategy proposed here offers a promising approach that could potentially be transferred into early-phase clinical trials.

Hypoxia-associated biomarkers in rectal cancer treated by preoperative radiotherapy or chemoradiotherapy

Hypoksiaan liittyvät biologiset merkkiaineet leikkausta edeltävällä sädehoidolla tai kemosädehoidolla hoidetussa peräsuolisyövässä Peräsuolensyöpä on yleinen pahanlaatuinen kasvain. Leikkausta edeltävä sädehoito annetaan yleensä T3-T4-kasvaimille. Tutkimuksella pyrittiin selvittämään, voidaanko kasvaimen hapenpuutteeseen liittyvillä biologisilla merkkiaineilla arvioida peräsuolisyövän ennustetta leikkausta edeltävän sädehoidon tai kemosädehoidon jälkeen. Tällaisia merkkiaineita ovat hapenpuutteen vaikutuksesta aktivoituva HIF-1alfa hiilihappoanhydraasi IX (CA IX), sokerin kuljetukseen solussa osallistuva GLUT-1 sekä solun tukirankaproteiini ezrin. Tutkimukseen otettiin 178 potilasta, jotka olivat saaneet ennen leikkausta lyhyen (n=77) tai pitkän sädehoidon (n=10), pitkän sädehoidon ja solunsalpaajahoidon (n=37) tai ei mitään hoitoa (n=54). Lisäksi osalta leikkausta edeltävää sädehoitoa saaneelta potilaalta tutkittiin hoitoja edeltävät, diagnostiset näytteet (n=80). Tutkimuksessa käytettiin immunehistokemiallisia värjäysmenetelmiä. Kasvaimen regressiota (TRG) arvioitiin pitkän sädehoidon jälkeisistä näytteistä. Leikkausnäytteissä negatiivinen/heikko CA IX intensiteetti liittyi sekä pidempään tautispesifiseen (p=0.034) että tautivapaaseen elinaikaan (p=0.003) ja pitkän sädehoidon jälkeen HIF-1alfa-negatiivisuus pidempään tautispesifiseen (p=0.001) sekä negatiivinen/heikko GLUT-1 pidempään tautivapaaseen elinaikaan (p=0.066). Voimakas ezrin-ilmentymä diagnostisissa näytteissä liittyi lyhyempään tautivapaaseen ja tautispesifiseen (p=0.027 ja p=0.002) ennusteeseen. Monimuuttuja-analyysissä vahva CA IX intensiteetti leikkausnäytteissä ennusti itsenäisesti huonompaa tautivapaata ja tautispesifistä selviytymistä. Erinomainen TRG liittyi negatiiviseen/heikkoon CA IX- (p=0.057), ezrin- (p=0.012) ja GLUT-1 -ilmentymään (p=0.013) leikkausnäytteissä. Kun kaikki neljä merkkiainetta analysoitiin yhdessä monimuuttuja-analyysissä, CA IX intensiteetti leikkausnäytteissä ennusti itsenäisesti tautispesifistä elinaikaa. Voimakas CA IX-ilmentymä leikkausnäytteissä ja positiivinen HIF-1alfa- ja vahva GLUT-1-ilmentymä pitkän sädehoidon jälkeisissä leikkausnäytteissä sekä vahva ezrin-ilmentymä diagnostisissa näytteissä liittyivät epäsuotuisaan ennusteeseen. Monimuuttujaanalyysissä kohtalainen/voimakas CA IX intensiteetti leikkausnäytteissä ennusti itsenäisesti huonompaa tautivapaata ja tautispesifistä elinaikaa. CA IX on vahva biologinen merkkiaine peräsuolisyövässä.

Interferon gamma is a key cytokine in lung phase immunity to schistosomes but what is its precise role?

Vaccination of mice with radiation-attenuated cercariae of Schistosoma mansoni induces a high level of protection against challenge with normal larvae. The immune effector mechanism, which operates in the lungs, is a cell-mediated delayed-type hypersensitivity response and involves the formation of a tight focus of mononuclear cells around embolised larvae. CD4+ T cells with Th1 characteristics are a major component of the infiltrate. They secrete abundant interferon gamma (IFNg) upon antigen stimulation in vitro, whilst in vivo neutralisation of the cytokine results in 90% abrogation of immunity. IFNg can induce a large number of genes and an attempt has been made to identify the ones which are essential components of the effector mechanism. Inducible nitric oxide synthase (iNOS) is such a candidate and nitric oxide (NO) is produced by cultures of airway leucocytes from the lungs of vaccinated mice post-challenge. However, the continued resistance of mice with a disrupted iNOS gene indicates that NO has only a minor role in the protective response. Mice with a disrupted IFNg receptor gene have been used to dissect the role of the cytokine. After vaccination and challenge, CD4+ T cells from the pulmonary interstitium have reduced levels of ICAM-1 and LFA-1 expression, compared to wild-type animals, which coincides with a reduced cohesiveness of foci. However, immunity is not significantly impaired in mice with a disrupted ICAM-1 gene, and focus formation is normal. Similarly, a role has not been found for CD2/CD48 interactions in cell aggregation. Possible IFNg-inducible molecules yet to be fully investigated include other ligand-receptor pairs, chemokines, and tumour necrosis factor a.

Genetic potential for an acute inflammatory response in IgA glomerulonephritis in mice

Mice selected on the basis of an acute inflammatory response (AIR) can provide information about the immunopathological mechanisms of glomerulonephritis. We studied the differences between mice selected for a maximal AIR (AIRmax that attract more polymorphonuclear cells to the site of injury) or a minimal AIR (AIRmin that attract more mononuclear cells) in an experimental model of IgA nephropathy in order to investigate the effect of genetic background on glomerular disease progression and the participation of the monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) chemokine. IgA nephropathy was induced by intraperitoneal ovalbumin injection and bile duct ligation in AIRmax and AIRmin mice. Histological changes, urinary protein/creatinine ratio, serum IgA levels, immunofluorescence for IgA, IgG and complement C3 fraction, immunohistochemistry for macrophages and MCP-1, and MCP-1 levels in macerated kidney were determined. Mesangial IgA deposition was seen only in AIRmin mice, which presented more renal lesions. Increased serum IgA levels (1.5 ± 0.4 vs 0.3 ± 0.1 mg/mL, P < 0.001), high glomerular MCP-1 expression and decreased monocyte/macrophage infiltration in the interstitial area (0.3 ± 0.3 vs 1.1 ± 0.9 macrophages/field, P < 0.05) were detected in AIRmin mice compared to AIRmax mice. No glomerular monocyte/macrophage infiltration was detected in either strain. In spite of the absence of IgA deposition, AIRmax mice presented discrete or absent mesangial proliferation. The study showed that there are differences between mice selected for AIRmax and AIRmin with respect to serum IgA levels, histological damage and MCP-1 chemokine production after ovalbumin injection in combination with bile duct ligation.

Vascular dysfunction by myofibroblast activation in patients with idiopathic pulmonary fibrosis and prognostic significance

In this study, we demonstrated the importance of telomerase protein expression and determined the relationships among telomerase, endothelin-1 (ET-1) and myofibroblasts during early and late remodeling of parenchymal and vascular areas in usual interstitial pneumonia (UIP) using 27 surgical lung biopsies from patients with idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). Telomerase+, myofibroblasts α-SMA+, smooth muscle cells caldesmon+, endothelium ET-1+ cellularity, and fibrosis severity were evaluated in 30 fields covering normal lung parenchyma, minimal fibrosis (fibroblastic foci), severe (mural) fibrosis, and vascular areas of UIP by the point-counting technique and a semiquantitative score. The impact of these markers was determined in pulmonary functional tests and follow-up until death from IPF. Telomerase and ET-1 expression was significantly increased in normal and vascular areas compared to areas of fibroblast foci. Telomerase and ET-1 expression was inversely correlated with minimal fibrosis in areas of fibroblast foci and directly associated with severe fibrosis in vascular areas. Telomerase activity in minimal fibrosis areas was directly associated with diffusing capacity of the lung for oxygen/alveolar volume and ET-1 expression and indirectly associated with diffusing capacity of the lungs for carbon monoxide and severe fibrosis in vascular areas. Cox proportional hazards regression revealed a low risk of death for females with minimal fibrosis displaying high telomerase and ET-1 expression in normal areas. Vascular dysfunction by telomerase/ET-1 expression was found earlier than vascular remodeling by myofibroblast activation in UIP with impact on IPF evolution, suggesting that strategies aimed at preventing the effect of these mediators may have a greater impact on patient outcome.