Neuroprotection and regeneration of adult lesioned retinal ganglion cells by the modulation of fibroblast growth factor-2 and receptor tyrosine phosphatase-sigma

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Neuroprotection and regeneration of adult lesioned retinal ganglion cells by the modulation of fibroblast growth factor-2 and receptor tyrosine phosphatase-sigma

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Spectroscopic and structural analysis of somatic and N-domain angiotensin I-converting enzyme isoforms from mesangial cells from Wistar and spontaneously hypertensive rats

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

An Efficient Protocol For The Generation Of Monocyte Derived Dendritic Cells Using Serum-free Media For Clinical Applications In Post Remission Aml Patients.

Protocols for the generation of dendritic cells (DCs) using serum as a supplementation of culture media leads to reactions due to animal proteins and disease transmissions. Several types of serum-free media (SFM), based on good manufacture practices (GMP), have recently been used and seem to be a viable option. The aim of this study was to evaluate the results of the differentiation, maturation, and function of DCs from Acute Myeloid Leukemia patients (AML), generated in SFM and medium supplemented with autologous serum (AS). DCs were analyzed by phenotype characteristics, viability, and functionality. The results showed the possibility of generating viable DCs in all the conditions tested. In patients, the X-VIVO 15 medium was more efficient than the other media tested in the generation of DCs producing IL-12p70 (p=0.05). Moreover, the presence of AS led to a significant increase of IL-10 by DCs as compared with CellGro (p=0.05) and X-Vivo15 (p=0.05) media, both in patients and donors. We concluded that SFM was efficient in the production of DCs for immunotherapy in AML patients. However, the use of AS appears to interfere with the functional capacity of the generated DCs.

Exposure To Bisphenol-a During Pregnancy Partially Mimics The Effects Of A High-fat Diet Altering Glucose Homeostasis And Gene Expression In Adult Male Mice.

Bisphenol-A (BPA) is one of the most widespread EDCs used as a base compound in the manufacture of polycarbonate plastics. The aim of our research has been to study how the exposure to BPA during pregnancy affects weight, glucose homeostasis, pancreatic β-cell function and gene expression in the major peripheral organs that control energy flux: white adipose tissue (WAT), the liver and skeletal muscle, in male offspring 17 and 28 weeks old. Pregnant mice were treated with a subcutaneous injection of 10 µg/kg/day of BPA or a vehicle from day 9 to 16 of pregnancy. One month old offspring were divided into four different groups: vehicle treated mice that ate a normal chow diet (Control group); BPA treated mice that also ate a normal chow diet (BPA); vehicle treated animals that had a high fat diet (HFD) and BPA treated animals that were fed HFD (HFD-BPA). The BPA group started to gain weight at 18 weeks old and caught up to the HFD group before week 28. The BPA group as well as the HFD and HFD-BPA ones presented fasting hyperglycemia, glucose intolerance and high levels of non-esterified fatty acids (NEFA) in plasma compared with the Control one. Glucose stimulated insulin release was disrupted, particularly in the HFD-BPA group. In WAT, the mRNA expression of the genes involved in fatty acid metabolism, Srebpc1, Pparα and Cpt1β was decreased by BPA to the same extent as with the HFD treatment. BPA treatment upregulated Pparγ and Prkaa1 genes in the liver; yet it diminished the expression of Cd36. Hepatic triglyceride levels were increased in all groups compared to control. In conclusion, male offspring from BPA-treated mothers presented symptoms of diabesity. This term refers to a form of diabetes which typically develops in later life and is associated with obesity.

Mesenchymal Stem Cells Engrafted In A Fibrin Scaffold Stimulate Schwann Cell Reactivity And Axonal Regeneration Following Sciatic Nerve Tubulization.

The present study investigated the effectiveness of mesenchymal stem cells (MSCs) associated with a fibrin scaffold (FS) for the peripheral regenerative process after nerve tubulization. Adult female Lewis rats received a unilateral sciatic nerve transection followed by repair with a polycaprolactone (PCL)-based tubular prosthesis. Sixty days after injury, the regenerated nerves were studied by immunohistochemistry. Anti-p75NTR immunostaining was used to investigate the reactivity of the MSCs. Basal labeling, which was upregulated during the regenerative process, was detected in uninjured nerves and was significantly greater in the MSC-treated group. The presence of GFP-positive MSCs was detected in the nerves, indicating the long term survival of such cells. Moreover, there was co-localization between MSCs and BNDF immunoreactivity, showing a possible mechanism by which MSCs improve the reactivity of SCs. Myelinated axon counting and morphometric analyses showed that MSC engrafting led to a higher degree of fiber compaction combined with a trend of increased myelin sheath thickness, when compared with other groups. The functional result of MSC engrafting was that the animals showed higher motor function recovery at the seventh and eighth week after lesion. The findings herein show that MSC+FS therapy improves the nerve regeneration process by positively modulating the reactivity of SCs.

Composition, functional properties and sensory characteristics of Mozzarella cheese manufactured from different somatic cell counts in milk

In the present study, composition, functional properties and sensory characteristics of Mozzarella cheese produced from milk with somatic cell counts (SCC) at low (<200,000 cells/mL), intermediate (≈400,000 cells/mL) and high (>800,000 cells/mL) levels were investigated. Three batches of cheese were produced for each SCC category. The cheeses were vacuum packed in plastic bags and analysed after 2, 9, 16, 23 and 30 days of storage at 4ºC. SCC level did not affect the moisture, fat, total protein and ash content, mesophilic and psychrotrophic bacteria, and sensory parameters of Mozzarella cheese. However, meltability increased in cheese manufactured from high SCC milk. Results indicated that raw milk used to produce Mozzarella cheese should not contain high SCC (>800,000 cells/mL) in order to avoid changes in the functional properties of the Mozzarella cheese.

Survival and Neuronal Differentiation of Mesenchymal Stem Cells Transplanted into the Rodent Brain Are Dependent upon Microenvironment

Introduction: The successful integration of stem cells in adult brain has become a central issue in modern neuroscience. In this study we sought to test the hypothesis that survival and neurodifferentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) may be dependent upon microenvironmental conditions according to the site of implant in the brain. Methods: MSCs were isolated from adult rats and labeled with enhanced-green fluorescent protein (eGFP) lentivirus. A cell suspension was implanted stereotactically into the brain of 50 young rats, into one neurogenic area (hippocampus), and into another nonneurogenic area (striatum). Animals were sacrificed 6 or 12 weeks after surgery, and brains were stained for mature neuronal markers. Cells coexpressing NeuN (neuronal specific nuclear protein) and GFP (green fluorescent protein) were counted stereologically at both targets. Results: The isolated cell population was able to generate neurons positive for microtubule-associated protein 2 (MAP2), neuronal-specific nuclear protein (NeuN), and neurofilament 200 (NF200) in vitro. Electrophysiology confirmed expression of voltage-gated ionic channels. Once implanted into the hippocampus, cells survived for up to 12 weeks, migrated away from the graft, and gave rise to mature neurons able to synthesize neurotransmitters. By contrast, massive cell degeneration was seen in the striatum, with no significant migration. Induction of neuronal differentiation with increased cyclic adenosine monophosphate in the culture medium before implantation favored differentiation in vivo. Conclusions: Our data demonstrated that survival and differentiation of MSCs is strongly dependent upon a permissive microenvironment. Identification of the pro-neurogenic factors present in the hippocampus could subsequently allow for the integration of stem cells into nonpermissive areas of the central nervous system.

Adipose Tissue-Derived Stem Cells from Humans and Mice Differ in Proliferative Capacity and Genome Stability in Long-Term Cultures

Adipose tissue-derived stem cells (ASCs) are among the more attractive adult stem cell options for potential therapeutic applications. Here, we studied and compared the basic biological characteristics of ASCs isolated from humans (hASCs) and mice (mASCs) and maintained in identical culture conditions, which must be examined prior to considering further potential clinical applications. hASCs and mASCs were compared for immunophenotype, differentiation potential, cell growth characteristics, senescence, nuclear morphology, and DNA content. Although both strains of ASCs displayed a similar immunophenotype, the percentage of CD73(+) cells was markedly lower and CD31(+) was higher in mASC than in hASC cultures. The mean population doubling time was 98.08 +/- 6.15 h for hASCs and 52.58 +/- 3.74 h for mASCs. The frequency of nuclear aberrations was noticeably lower in hASCs than in mASCs regardless of the passage number. Moreover, as the cells went through several in vitro passages, mASCs showed changes in DNA content and cell cycle kinetics (frequency of hypodiploid, G0/G1, G2/M, and hyperdiploid cells), whereas all of these parameters remained constant in hASCs. Collectively, these results suggest that mASCs display higher proliferative capacity and are more unstable than hASCs in long-term cultures. These results underscore the need to consider specificities among model systems that may influence outcomes when designing potential human applications.

Mesenchymal progenitor cells from canine fetal tissues: yolk sac, liver, and bone marrow

During fetal development, mesenchymal progenitor (MP) cells are co-localized in major hematopoietic territories, such as yolk sac (YS), bone marrow (BM), liver (LV), and others. Studies using mouse and human MP cells isolated from fetus have shown that these cells are very similar but not identical to adult mesenchymal stem cells (MSC). Their differentiation potential is usually restricted to production of highly committed osteogenic and chondrogenic precursors. Such properties of fetal MP cells can be very useful for tissue regeneration, when a great number of committed precursors are required. The objectives of this study were to isolate and characterize MP cells from canine YS, BM, and LV in early and late stages of fetal development. Gestational stage was identified, and cell culture conditions were evaluated for efficient isolation of canine MP cells. All canine fetal MP cells expressed vimentin, nestin, and CD44 proteins. Cytokeratin 18 expression was observed in BM-and LV-MP cells, and vascular endothelial (VE)-cadherin expression was observed only in YS-MP cells. A small number of MP cells (5%) from LV and YS expressed Oct3/4 protein. The differentiation potential of canine fetal MP cells varied significantly: YS- and BM-MP cells differentiated into bone and cartilage, whereas LV-MP cells differentiation was limited to osteogenic fate. None of the canine fetal MP cells were able to differentiate into adipose cells. Our data suggest that canine fetal MP cells are an appropriate in vitro model to study MP biology from hematopoietic territories and they are a source of committed osteogenic and chondrogenic precursors for regenerative medicine.

Human Dental Pulp Cells: A New Source of Cell Therapy in a Mouse Model of Compressive Spinal Cord Injury

Strategies aimed at improving spinal cord regeneration after trauma are still challenging neurologists and neuroscientists throughout the world. Many cell-based therapies have been tested, with limited success in terms of functional outcome. In this study, we investigated the effects of human dental pulp cells (HDPCs) in a mouse model of compressive spinal cord injury (SCI). These cells present some advantages, such as the ease of the extraction process, and expression of trophic factors and embryonic markers from both ecto-mesenchymal and mesenchymal components. Young adult female C57/BL6 mice were subjected to laminectomy at T9 and compression of the spinal cord with a vascular clip for 1 min. The cells were transplanted 7 days or 28 days after the lesion, in order to compare the recovery when treatment is applied in a subacute or chronic phase. We performed quantitative analyses of white-matter preservation, trophic-factor expression and quantification, and ultrastructural and functional analysis. Our results for the HDPC-transplanted animals showed better white-matter preservation than the DMEM groups, higher levels of trophic-factor expression in the tissue, better tissue organization, and the presence of many axons being myelinated by either Schwann cells or oligodendrocytes, in addition to the presence of some healthy-appearing intact neurons with synapse contacts on their cell bodies. We also demonstrated that HDPCs were able to express some glial markers such as GFAP and S-100. The functional analysis also showed locomotor improvement in these animals. Based on these findings, we propose that HDPCs may be feasible candidates for therapeutic intervention after SCI and central nervous system disorders in humans.

In situ delivery of bone marrow cells and mesenchymal stem cells improves cardiovascular function in hypertensive rats submitted to myocardial infarction

This work aimed to evaluate cardiac morphology/function and histological changes induced by bone marrow cells (BMCs) and cultured mesenchymal stem cells (MSCs) injected at the myocardium of spontaneously hypertensive rats (SHR) submitted to surgical coronary occlusion. Female syngeneic adult SHR, submitted (MI) or not (C) to coronary occlusion, were treated 24 h later with in situ injections of normal medium (NM), or with MSCs (MSC) or BMCs (BM) from male rats. The animals were evaluated after 1 and 30 days by echocardiography, histology of heart sections and PCR for the Y chromosome. Improved ejection fraction and reduced left ventricle infarcted area were observed in MSC rats as compared to the other experimental groups. Treated groups had significantly reduced lesion tissue score, increased capillary density and normal (not-atrophied) myocytes, as compared to NM and C groups. The survival rate was higher in C, NM and MSC groups as compared to MI and BM groups. In situ injection of both MSCs and BMCs resulted in improved cardiac morphology, in a more physiological model of myocardial infarction represented by surgical coronary occlusion of spontaneously hypertensive rats. Only treatment with MSCs, however, ameliorated left ventricle dysfunction, suggesting a positive role of these cells in heart remodeling in infarcted hypertensive subjects.