Bone marrow mesenchymal stem cells stabilize already-formed aortic aneurysms more efficiently than vascular smooth muscle cells in a rat model.

PURPOSE: Abdominal aortic aneurysms (AAAs) expand because of aortic wall destruction. Enrichment in Vascular Smooth Muscle Cells (VSMCs) stabilizes expanding AAAs in rats. Mesenchymal Stem Cells (MSCs) can differentiate into VSMCs. We have tested the hypothesis that bone marrow-derived MSCs (BM-MSCs) stabilizes AAAs in a rat model. MATERIAL AND METHODS: Rat Fischer 344 BM-MSCs were isolated by plastic adhesion and seeded endovascularly in experimental AAAs using xenograft obtained from guinea pig. Culture medium without cells was used as control group. The main criteria was the variation of the aortic diameter at one week and four weeks. We evaluated the impact of cells seeding on inflammatory response by immunohistochemistry combined with RT-PCR on MMP9 and TIMP1 at one week. We evaluated the healing process by immunohistochemistry at 4 weeks. RESULTS: The endovascular seeding of BM-MSCs decreased AAA diameter expansion more powerfully than VSMCs or culture medium infusion (6.5% ± 9.7, 25.5% ± 17.2 and 53.4% ± 14.4; p = .007, respectively). This result was sustained at 4 weeks. BM-MSCs decreased expression of MMP-9 and infiltration by macrophages (4.7 ± 2.3 vs. 14.6 ± 6.4 mm(2) respectively; p = .015), increased Tissue Inhibitor Metallo Proteinase-1 (TIMP-1), compared to culture medium infusion. BM-MSCs induced formation of a neo-aortic tissue rich in SM-alpha active positive cells (22.2 ± 2.7 vs. 115.6 ± 30.4 cells/surface units, p = .007) surrounded by a dense collagen and elastin network covered by luminal endothelial cells. CONCLUSIONS: We have shown in this rat model of AAA that BM-MSCs exert a specialized function in arterial regeneration that transcends that of mature mesenchymal cells. Our observation identifies a population of cells easy to isolate and to expand for therapeutic interventions based on catheter-driven cell therapy.

Histones from dying renal cells aggravate kidney injury via TLR2 and TLR4.

In AKI, dying renal cells release intracellular molecules that stimulate immune cells to secrete proinflammatory cytokines, which trigger leukocyte recruitment and renal inflammation. Whether the release of histones, specifically, from dying cells contributes to the inflammation of AKI is unknown. In this study, we found that dying tubular epithelial cells released histones into the extracellular space, which directly interacted with Toll-like receptor (TLR)-2 (TLR2) and TLR4 to induce MyD88, NF-κB, and mitogen activated protein kinase signaling. Extracellular histones also had directly toxic effects on renal endothelial cells and tubular epithelial cells in vitro. In addition, direct injection of histones into the renal arteries of mice demonstrated that histones induce leukocyte recruitment, microvascular vascular leakage, renal inflammation, and structural features of AKI in a TLR2/TLR4-dependent manner. Antihistone IgG, which neutralizes the immunostimulatory effects of histones, suppressed intrarenal inflammation, neutrophil infiltration, and tubular cell necrosis and improved excretory renal function. In summary, the release of histones from dying cells aggravates AKI via both its direct toxicity to renal cells and its proinflammatory effects. Because the induction of proinflammatory cytokines in dendritic cells requires TLR2 and TLR4, these results support the concept that renal damage triggers an innate immune response, which contributes to the pathogenesis of AKI.

Isolation of cardiovascular precursor cells from the human fetal heart.

Weakening of cardiac function in patients with heart failure results from a loss of cardiomyocytes in the damaged heart. Cell replacement therapies as a way to induce myocardial regeneration in humans could represent attractive alternatives to classical drug-based approaches. However, a suitable source of precursor cells, which could produce a functional myocardium after transplantation, remains to be identified. In the present study, we isolated cardiovascular precursor cells from ventricles of human fetal hearts at 12 weeks of gestation. These cells expressed Nkx2.5 but not late cardiac markers such as α-actinin and troponin I. In addition, proliferating cells expressed the mesenchymal stem cell markers CD73, CD90, and CD105. Evidence for functional cardiogenic differentiation in vitro was demonstrated by the upregulation of cardiac gene expression as well as the appearance of cells with organized sarcomeric structures. Importantly, differentiated cells presented spontaneous and triggered calcium signals. Differentiation into smooth muscle cells was also detected. In contrast, precursor cells did not produce endothelial cells. The engraftment and differentiation capacity of green fluorescent protein (GFP)-labeled cardiac precursor cells were then tested in vivo after transfer into the heart of immunodeficient severe combined immunodeficient mice. Engrafted human cells were readily detected in the mouse myocardium. These cells retained their cardiac commitment and differentiated into α-actinin-positive cardiomyocytes. Expression of connexin-43 at the interface between GFP-labeled and endogenous cardiomyocytes indicated that precursor-derived cells connected to the mouse myocardium. Together, these results suggest that human ventricular nonmyocyte cells isolated from fetal hearts represent a suitable source of precursors for cell replacement therapies.

Cardiac repair with allogeneic mesenchymal stem cells after myocardial infarction.

Over the past decade, use of autologous bone marrow-derived mononuclear cells (BMCs) has proven to be safe in phase-I/II studies in patients with myocardial infarction (MI). Taken as a whole, results support a modest yet significant improvement in cardiac function in cell-treated patients. Skeletal myoblasts, adipose-derived stem cells, and bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) have also been tested in clinical studies. MSCs expand rapidly in vitro and have a potential for multilineage differentiation. However, their regenerative capacity decreases with aging, limiting efficacy in old patients. Allogeneic MSCs offer several advantages over autologous BMCs; however, immune rejection of allogeneic cells remains a key issue. As human MSCs do not express the human leukocyte antigen (HLA) class II under normal conditions, and because they modulate T-cell-mediated responses, it has been proposed that allogeneic MSCs may escape immunosurveillance. However, recent data suggest that allogeneic MSCs may switch immune states in vivo to express HLA class II, present alloantigen and induce immune rejection. Allogeneic MSCs, unlike syngeneic ones, were eliminated from rat hearts by 5 weeks, with a loss of functional benefit. Allogeneic MSCs have also been tested in initial clinical studies in cardiology patients. Intravenous allogeneic MSC infusion has proven to be safe in a phase-I trial in patients with acute MI. Endoventricular allogeneic MSC injection has been associated with reduced adverse cardiac events in a phase-II trial in patients with chronic heart failure. The long-term safety and efficacy of allogeneic MSCs for cardiac repair remain to be established. Ongoing phase-II trials are addressing these issues.

Extracellular vesicles from human cardiac progenitor cells inhibit cardiomyocyte apoptosis and improve cardiac function after myocardial infarction.

AIMS: Recent evidence suggests that cardiac progenitor cells (CPCs) may improve cardiac function after injury. The underlying mechanisms are indirect, but their mediators remain unidentified. Exosomes and other secreted membrane vesicles, hereafter collectively referred to as extracellular vesicles (EVs), act as paracrine signalling mediators. Here, we report that EVs secreted by human CPCs are crucial cardioprotective agents. METHODS AND RESULTS: CPCs were derived from atrial appendage explants from patients who underwent heart valve surgery. CPC-conditioned medium (CM) inhibited apoptosis in mouse HL-1 cardiomyocytic cells, while enhancing tube formation in human umbilical vein endothelial cells. These effects were abrogated by depleting CM of EVs. They were reproduced by EVs secreted by CPCs, but not by those secreted by human dermal fibroblasts. Transmission electron microscopy and nanoparticle tracking analysis showed most EVs to be 30-90 nm in diameter, the size of exosomes, although smaller and larger vesicles were also present. MicroRNAs most highly enriched in EVs secreted by CPCs compared with fibroblasts included miR-210, miR-132, and miR-146a-3p. miR-210 down-regulated its known targets, ephrin A3 and PTP1b, inhibiting apoptosis in cardiomyocytic cells. miR-132 down-regulated its target, RasGAP-p120, enhancing tube formation in endothelial cells. Infarcted hearts injected with EVs from CPCs, but not from fibroblasts, exhibited less cardiomyocyte apoptosis, enhanced angiogenesis, and improved LV ejection fraction (0.8 ± 6.8 vs. -21.3 ± 4.5%; P < 0.05) compared with those injected with control medium. CONCLUSION: EVs are the active component of the paracrine secretion by human CPCs. As a cell-free approach, EVs could circumvent many of the limitations of cell transplantation.

Between Immunology And Tolerance: Controlling Immune Responses Employing Tolerogenic Dendritic Cells

Dendritic cells (DCs) are the most efficient antigen presenting cells, they provide co-stimulation, are able to secrete various proinflammatory cytokines and therefore play a pivotal role in shaping adaptive immune responses. Moreover, they are important for the promotion and maintenance of central and peripheral tolerance through several mechanisms like the induction of anergy or apoptosis in effector T cells or by promoting regulatory T cells. The murine CD8α+ (MuTu) dendritic cell line was previously derived and described in our laboratory. The MuTu cell line has been shown to maintain phenotypical and functional characteristics of endogenous CD8α+ DCs. They are able to cross-present exogenous antigens to CD8+ T cells and produce interleukin (IL-) 12 upon engagement of Toll like receptors. The cell line constitutes an infinite source of homogenous, phenotypically well-defined dendritic cells. This allows us to investigate the role and potential of specific molecules in the induction as well as regulation of immune responses by DCs in a rational and standardized way. In a first project the MuTu dendritic cell line was transduced in order to stably express the immunosuppressive molecules IL-10, IL-35 or the active form of TGF-β (termed IL-10+DC, IL-35+DC or actTGFβ+DC). We investigated the capability of these potentially suppressive or tolerogenic dendritic cell lines to induce immune tolerance and explore the mechanisms behind tolerance induction. The expression of TGF-β by the DC line did not affect the phenotype of the DCs itself. In contrast, IL-10+ and IL-35+DCs were found to exhibit lower expression of co-stimulatory molecules and MHC class I and II, as well as reduced secretion of pro-inflammatory cytokines upon activation. In vitro co-culture with IL-35+, IL10+ or active TGFβ+ DCs interfered with function and proliferation of CD4+ and CD8+ T cells. Furthermore, IL-35 and active TGF-β expressing DC lines induced regulatory phenotype on CD4+ T cells in vitro without or with expression of Foxp3, respectively. In different murine cancer models, vaccination with IL-35 or active TGF-β expressing DCs resulted in faster tumor growth. Interestingly, accelerated tumor growth could be observed when IL-35-expressing DCs were injected into T cell-deficient RAG-/- mice. IL-10expressing DCs however, were found to rather delay tumor growth. Besides the mentioned autocrine effects of IL-35 expression on the DC line itself, we surprisingly observed that the expression of IL-35 or the addition of IL-35 containing medium enhances neutrophil survival and induces proliferation of endothelial cells. Our findings indicate that the cytokine IL-35 might not only be a potent regulator of adaptive immune responses, but it also implies IL-35 to mediate diverse effects on an array of cellular targets. This abilities make IL-35 a promising target molecule not only for the treatment of auto-inflammatory disease but also to improve anti-cancer immunotherapies. Indeed, by applying active TGFβ+ in murine autoimmune encephalitis we were able to completely inhibit the development of the disease, whereas IL-35+DCs reduced disease incidence and severity. Furthermore, the preventive transfer of IL-35+DCs delayed rejection of transplanted skin to the same extend as the combination of IL-10/actTGF-β expressing DCs. Thus, the expression of a single tolerogenic molecule can be sufficient to interfere with the adequate activation and function of dendritic cells and of co-cultured T lymphocytes. The respective mechanisms of tolerance induction seem to be different for each of the investigated molecule. The application of a combination of multiple tolerogenic molecules might therefore evoke synergistic effects in order to overcome (auto-) immunity. In a second project we tried to improve the immunogenicity of dendritic cell-based cancer vaccines using two different approaches. First, the C57BL/6 derived MuTu dendritic cell line was genetically modified in order to express the MHC class I molecule H-2Kd. We hypothesized that the expression of BALB/c specific MHC class I haplotype (H-2Kd) should allow the priming of tumor-specific CD8+ T cells by the otherwise allogeneic dendritic cells. At the same time, the transfer of these H-2Kd+ DCs into BALB/c mice was thought to evoke a strong inflammatory environment that might act as an "adjuvant", helping to overcome tumor induced immune suppression. Using this so called "semi-allogeneic" vaccination approach, we could demonstrate that the delivery of tumor lysate pulsed H-2Kd+ DCs significantly delayed tumor growth when compared to autologous or allogeneic vaccination. However, we were not able to coherently elucidate the cellular mechanisms underlying the observed effect. Second, we generated MuTu DC lines which stably express the pro-inflammatory cytokines IL-2, IL-12 or IL-15. We investigated whether the combination of DC vaccination and local delivery of pro-inflammatory cytokines might enhance tumor specific T cell responses. Indeed, we observed an enhanced T cell proliferation and activation when they were cocultured in vitro with IL-12 or IL-2-expressing DCs. But unfortunately we could not observe a beneficial or even synergistic impact on tumor development when cytokine delivery was combined with semi-allogeneic DC vaccination.

Suitability of human and mammalian cells of different origin for the assessment of genotoxicity of metal and polymeric engineered nanoparticles.

Nanogenotoxicity is a crucial endpoint in safety testing of nanomaterials as it addresses potential mutagenicity, which has implications for risks of both genetic disease and carcinogenesis. Within the NanoTEST project, we investigated the genotoxic potential of well-characterised nanoparticles (NPs): titanium dioxide (TiO2) NPs of nominal size 20 nm, iron oxide (8 nm) both uncoated (U-Fe3O4) and oleic acid coated (OC-Fe3O4), rhodamine-labelled amorphous silica 25 (Fl-25 SiO2) and 50 nm (Fl-50 SiO) and polylactic glycolic acid polyethylene oxide polymeric NPs - as well as Endorem® as a negative control for detection of strand breaks and oxidised DNA lesions with the alkaline comet assay. Using primary cells and cell lines derived from blood (human lymphocytes and lymphoblastoid TK6 cells), vascular/central nervous system (human endothelial human cerebral endothelial cells), liver (rat hepatocytes and Kupffer cells), kidney (monkey Cos-1 and human HEK293 cells), lung (human bronchial 16HBE14o cells) and placenta (human BeWo b30), we were interested in which in vitro cell model is sufficient to detect positive (genotoxic) and negative (non-genotoxic) responses. All in vitro studies were harmonized, i.e. NPs from the same batch, and identical dispersion protocols (for TiO2 NPs, two dispersions were used), exposure time, concentration range, culture conditions and time-courses were used. The results from the statistical evaluation show that OC-Fe3O4 and TiO2 NPs are genotoxic in the experimental conditions used. When all NPs were included in the analysis, no differences were seen among cell lines - demonstrating the usefulness of the assay in all cells to identify genotoxic and non-genotoxic NPs. The TK6 cells, human lymphocytes, BeWo b30 and kidney cells seem to be the most reliable for detecting a dose-response.

Bone marrow mesenchymal stem cells overexpressing human basic fibroblast growth factor increase vasculogenesis in ischemic rats

Administration or expression of growth factors, as well as implantation of autologous bone marrow cells, promote in vivo angiogenesis. This study investigated the angiogenic potential of combining both approaches through the allogenic transplantation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) expressing human basic fibroblast growth factor (hbFGF). After establishing a hind limb ischemia model in Sprague Dawley rats, the animals were randomly divided into four treatment groups: MSCs expressing green fluorescent protein (GFP-MSC), MSCs expressing hbFGF (hbFGF-MSC), MSC controls, and phosphate-buffered saline (PBS) controls. After 2 weeks, MSC survival and differentiation, hbFGF and vascular endothelial growth factor (VEGF) expression, and microvessel density of ischemic muscles were determined. Stable hbFGF expression was observed in the hbFGF-MSC group after 2 weeks. More hbFGF-MSCs than GFP-MSCs survived and differentiated into vascular endothelial cells (P<0.001); however, their differentiation rates were similar. Moreover, allogenic transplantation of hbFGF-MSCs increased VEGF expression (P=0.008) and microvessel density (P<0.001). Transplantation of hbFGF-expressing MSCs promoted angiogenesis in an in vivo hind limb ischemia model by increasing the survival of transplanted cells that subsequently differentiated into vascular endothelial cells. This study showed the therapeutic potential of combining cell-based therapy with gene therapy to treat ischemic disease.

L’implication du Stromal Cell-derived Factor-1 alpha dans le remodelage cardiaque une semaine après un infarctus du myocarde

L’injection de cellules souches provenant de la moelle osseuse est reconnue pour améliorer la fonction ventriculaire ainsi que le remodelage cicatriciel après un infarctus du myocarde (IM). Le Stromal Cell-derived factor-1 alpha (SDF-1 alpha), une chimiokine induite par l’ischémie cardiaque, représente une grande importance en raison de son rôle dans le recrutement de cellules inflammatoires et de cellules souches de la moelle osseuse vers les sites endommagés. Quoique les recherches sur le rôle de la chimiokine SDF-1 alpha dans le remodelage ventriculaire se multiplient, son implication dans la phase aiguë du remodelage reste inexplorée. Le but de la présente étude est de déterminer l’effet du SDF-1 alpha sur la taille de la cicatrice, l’hypertrophie cardiaque ainsi que la fonction ventriculaire chez des rats et des souris une semaine après un IM. La stratégie utilisée implique l’administration de l’AMD3100 (1 mg/kg, 24 heures après l’IM, pendant 6 jours), l’antagoniste sélectif du récepteur du SDF-1 alpha, le CXCR4. Ce récepteur est couplé à une protéine G alpha i et induit la migration et la prolifération cellulaire. Chez les rats du groupe IM, l’expression de la chimiokine a été détectée surtout dans les cellules musculaires lisses et les cellules endothéliales des vaisseaux cicatriciels. Le profil d’expression de la chimiokine dans le cœur infarci indique un gradient de concentration vers la cicatrice. Une semaine après l’IM, le traitement avec l’AMD3100 a diminué la taille de la cicatrice, résultant en une amélioration de la fonction ventriculaire et une diminution de l’élévation de l’expression de l’ARNm de l’ANP dans le ventricule gauche non infarci (VGNI). Chez les souris, le traitement avec l’AMD3100 a engendré les mêmes effets, soit une diminution de la taille de la cicatrice ainsi qu’une amélioration de la fonction ventriculaire. La réduction de la taille de la région infarcie chez les souris traitées avec l’AMD3100 est associée avec une atténuation de l’infiltration des neutrophiles dans la région ischémique. Ces résultats suggèrent que le blocage pharmacologique de l’axe SDF-1 alpha/CXCR4 lors de la phase aiguë du remodelage ventriculaire après un IM diminue la taille de la cicatrice et améliore la fonction ventriculaire, en partie, par la diminution de la réaction inflammatoire.

Altérations métaboliques et nature des acides gras : implication dans la différenciation des cellules régénératives du tissu adipeux

Par la sécrétion d’adipokines, le tissu adipeux blanc viscéral présent chez des patients souffrant d’obésité promeut l’installation d’altérations métaboliques telles que l’intolérance au glucose, la résistance à l’insuline et le diabète de type 2. Les complications cardiovasculaires, en particulier l’athérosclérose, sont les principales causes de mortalité chez les patients atteints de diabète de type 2. Il a été démontré que la fraction vasculaire stromale du tissu adipeux est composée de cellules régénératives dérivées du tissu adipeux (CRTA) et que ces cellules possèdent des caractéristiques des cellules progénitrices stromales (CPS). L’impact de l’intolérance au glucose et du diabète de type 2 sur les adipocytes sont assez bien documentés. Par contre, les conséquences de ces pathologies sur le comportement des CRTA n’ont pas été mesurées d’une façon approfondie. Plus particulièrement, l’impact de ces altérations métaboliques sur le potentiel de différenciation des CRTA en adipocytes et en cellules endothéliales n’a pas été étudié. Ce projet a pour but d’évaluer, dans un modèle murin, l’effet de ces altérations métaboliques sur l’équilibre de la différenciation in vitro des CRTA en adipocytes ou en cellules endothéliales. L’intolérance au glucose et le diabète de type 2 ont été induit chez les souris par la prise de deux diètes riches en acides gras de provenance végétale (DV) ou animale (DA). L’impact de l’origine des acides gras sur la différenciation des CRTA a également été étudié. Pour ce faire, une mise au point de la culture cellulaire des CRTA s’est avérée nécessaire et compte pour une partie de ces travaux de maîtrise. Nos travaux ont démontré en premier lieu, que le DMSO est un agent qui conserve la viabilité et les propriétés progénitrices des CRTA suite à leur congélation. De plus, parmi les matrices testées, le collagène s’est avéré être celle qui conserve le mieux les caractéristiques des progéniteurs et même, qui enrichie la population cellulaire ensemencée en cellules progénitrices. La densité cellulaire des cellules non-adipeuses du tissu adipeux s’avère être significativement plus élevée chez les souris du groupe de la DV comparativement aux souris contrôles. De plus, l’évaluation in vitro de la différenciation adipogénique démontre un potentiel de différenciation plus important pour les CRTA provenant des souris de la DV par rapport au groupe contrôle et à la DA. Cependant, la différenciation en cellules endothéliales est inhibée chez les CRTA de la DV, comparativement à un retard de ce processus pour la DA. Nos travaux suggèrent que le potentiel de différenciation adipogénique et endothéliale des CRTA est affecté par le statut métabolique des souris ainsi que par la nature de la diète. Ces résultats mettent en lumière pour la première fois l’importance d’évaluer le comportement des CRTA en fonction du statut métabolique du donneur, un paramètre pouvant avoir un impact majeur dans l’utilisation des CRTA autologues en thérapie cellulaire pour la réparation de tissus vasculaires chez des patients diabétiques.

Modulation de la néovascularisation post-ischémique en présence de facteurs de risque cardiovasculaire

L’athérosclérose est la principale cause d’infarctus du myocarde, de mort subite d’origine cardiaque, d’accidents vasculaires cérébraux et d’ischémie des membres inférieurs. Celle-ci cause près de la moitié des décès dans les pays industrialisés. Lorsque les obstructions artérielles athérosclérotiques sont tellement importantes que les techniques de revascularisation directe ne peuvent être effectuées avec succès, la sévérité de l’ischémie tissulaire résiduelle dépendra de l’habilité de l’organisme à développer spontanément de nouveaux vaisseaux sanguins (néovascularisation). La néovascularisation postnatale est le résultat de deux phénomènes : la formation de nouveaux vaisseaux à partir de la vasculature existante (angiogenèse) et la formation de vaisseaux à partir de cellules souches progénitrices (vasculogenèse). Notre laboratoire a démontré que plusieurs facteurs de risque associés aux maladies cardiovasculaires (tabagisme, vieillissement, hypercholestérolémie) diminuaient également la réponse angiogénique suite à une ischémie. Cependant, les mécanismes précis impliqués dans cette physiopathologie sont encore inconnus. Un point commun à tous ces facteurs de risque cardiovasculaire est l’augmentation du stress oxydant. Ainsi, le présent ouvrage visait à élucider l’influence de différents facteurs de risque cardiovasculaire et du stress oxydant sur la néovascularisation. Nos résultats démontrent que l’exposition à la fumée de cigarette et le vieillissement sont associés à une diminution de la néovascularisation en réponse à l’ischémie, et que ceci est au moins en partie causé par une augmentation du stress oxydant. De plus, nous démontrons que les acides gras dérivés de la diète peuvent affecter la réponse à l’ischémie tissulaire. La première étude du projet de recherche visait à évaluer l’impact de l’exposition à la fumée de cigarette sur la néovascularisation post-ischémique, et l’effet d’une thérapie antioxydante. L’exposition à la fumée de cigarette a été associée à une réduction significative de la récupération du flot sanguin et de la densité des vaisseaux dans les muscles ischémiques. Cependant, une récupération complète de la néovascularisation a été démontrée chez les souris exposées à la fumée de cigarette et traitées au probucol ou aux vitamines antioxydantes. Nous avons démontré qu’une thérapie antioxydante administrée aux souris exposées à la fumée de cigarette était associée à une réduction significative des niveaux de stress oxydant dans le plasma et dans les muscles ischémiques. De plus, les cellules endothéliales progénitrices (EPCs) exposées à de l’extrait de fumée de cigarette in vitro présentent une diminution significative de leur activité angiogénique (migration, adhésion et incorporation dans les tissus ischémiques) qui a été complètement récupérée par le probucol et les vitamines antioxydantes. La deuxième étude avait pour but d’investiguer le rôle potentiel de la NADPH oxydase (Nox2) pour la modulation de la néovascularisation post-ischémique dans le contexte du vieillissement. Nous avons trouvé que l’expression de la Nox2 est augmentée par le vieillissement dans les muscles ischémiques des souris contrôles. Ceci est associé à une réduction significative de la récupération du flot sanguin après l’ischémie chez les vieilles souris contrôles comparées aux jeunes. Nous avons aussi démontré que la densité des capillaires et des artérioles est significativement réduite dans les muscles ischémiques des animaux vieillissants alors que les niveaux de stress oxydant sont augmentés. La déficience en Nox2 réduit les niveaux de stress oxydant dans les tissus ischémiques et améliore la récupération du flot sanguin et la densité vasculaire chez les animaux vieillissants. Nous avons aussi démontré que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et adhésion à des cellules endothéliales matures) est significativement diminuée chez les souris vieillissantes comparée aux jeunes. Cependant, la déficience en Nox2 est associée à une récupération de l’activité fonctionnelle des EPCs chez les animaux vieillissants. Nous avons également démontré une augmentation pathologique du stress oxydant dans les EPCs isolées d’animaux vieillissants. Cette augmentation de stress oxydant dans les EPCs n’est pas présente chez les animaux déficients en Nox2. La troisième étude du projet de recherche a investigué l’effet des acides gras dérivés de la diète sur la néovascularisation postnatale. Pour ce faire, les souris ont reçu une diète comprenant 20% d’huile de maïs (riche en oméga-6) ou 20% d’huile de poisson (riche en oméga-3). Nos résultats démontrent qu’une diète riche en oméga-3 améliore la néovascularisation post-ischémique au niveau macro-vasculaire, micro-vasculaire et clinique comparée à une diète riche en oméga-6. Cette augmentation de la néovascularisation postnatale est associée à une réduction du ratio cholestérol total/cholestérol HDL dans le sérum et à une amélioration de la voie VEGF/NO dans les tissus ischémiques. De plus, une diète riche en acides gras oméga-3 est associée à une augmentation du nombre d’EPCs au niveau central (moelle osseuse) et périphérique (rate). Nous démontrons aussi que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et incorporation dans des tubules de cellules endothéliales matures) est améliorée et que le niveau de stress oxydant dans les EPCs est réduit par la diète riche en oméga-3. En conclusion, nos études ont permis de déterminer l’impact de différents facteurs de risque cardiovasculaire (tabagisme et vieillissement) et des acides gras dérivés de la diète (oméga-3) sur la néovascularisation post-ischémique. Nous avons aussi identifié plusieurs mécanismes qui sont impliqués dans cette physiopathologie. Globalement, nos études devraient contribuer à mieux comprendre l’effet du tabagisme, du vieillissement, des oméga-3, et du stress oxydant sur l’évolution des maladies vasculaires ischémiques.

Role of the protein tyrosine phosphatase DEP-1 in Src activation and the mediation of biological cell functions of endothelial and breast cancer cells

L’implication des protéines tyrosines phosphatases (PTPs) dans la régulation de la signalisation et la médiation des fonctions cellulaires a été bien établie dans les dernières années. Cependant, les mécanismes moléculaires par lesquels les PTPs régulent les processus fondamentaux tels que l’angiogenèse demeurent méconnus. Il a été rapporté que l’expression de la PTP DEP-1 (Density-enhanced phosphatase 1) augmente avec la densité cellulaire et corrèle avec la déphosphorylation du récepteur VEGFR2. Cette déphosphorylation contribue à l’inhibition de contact dans les cellules endothéliales à confluence et diminue l’activité du VEGFR2 en déphosphorylant spécifiquement ses résidus catalytiques Y1054/1059. De plus, la plupart des voies de signalisation en aval du VEGFR2 sont diminuées sauf la voie Src-Gab1-AKT. DEP-1 déphosphoryle la Y529 de Src et contribue à la promotion de la survie dans les cellules endothéliales. L’objectif de cette thèse est de mieux définir le rôle de DEP-1 dans la régulation de l’activité de Src et les réponses biologiques dans les cellules endothéliales. Nous avons identifié les résidus Y1311 et Y1320 dans la queue C-terminale de DEP-1 comme sites majeurs de phosphorylation en réponse au VEGF. La phosphorylation de ces résidus est requise pour l’activation de Src et médie le remodelage des jonctions cellules-cellules dépendantes de Src. Ce remodelage induit la perméabilité, l’invasion et la formation de capillaires en réponse au VEGF. Nos résultats démontrent que la phosphorylation de DEP-1 sur résidu tyrosine est requise pour diriger la spécificité de DEP-1 vers son substrat Src. Les travaux révèlent pour la première fois un rôle positif de DEP-1 sur l’induction du programme angiogénique des cellules endothéliales. En plus de la phosphorylation sur tyrosine, DEP-1 est constitutivement phosphorylé sur la thréonine 1318 situé à proximité de la Y1320 en C-terminal. Cette localisation de la T1318 suggère que ce résidu pourrait être impliqué dans la régulation de la Y1320. En effet, nous avons observé que la T1318 de DEP-1 est phosphorylée potentiellement par CK2, et que cette phosphorylation régule la phosphorylation de DEP-1 sur tyrosine et sa capacité de lier et d’activer Src. En accord avec ces résultats, nos travaux révèlent que la surexpression du mutant DEP-1 T1318A diminue le remodelage des jonctions cellules-cellules et par conséquent la perméabilité. Nos résultats suggèrent donc que la T1318 de DEP-1 constitue un nouveau mécanisme de contrôle de la phosphorylation sur tyrosine et que ceci résulte en l’activation de Src et l’induction des fonctions biologiques des cellules endothéliales en réponse au VEGF. Suite à ces travaux dans les cellules endothéliales qui démontrent un rôle positif de DEP-1 dans la médiation des réponses angiogéniques, nous avons voulu approfondir nos connaissances sur l’implication potentielle de DEP-1 dans les cellules cancéreuses où l’activité de Src est requise pour la progression tumorale. Malgré le rôle connu de DEP-1 comme suppresseur tumoral dans différents types de cancer, nous avons émis l’hypothèse que DEP-1 pourrait promouvoir les fonctions biologiques dépendantes de Src telles que la migration et l’invasion dans les cellules cancéreuses. Ainsi, nous avons observé que l’expression de DEP-1 est plus élevée dans les lignées basales de cancer du sein qui sont plus invasives comparativement aux lignées luminales peu invasives. Dans les lignées basales, DEP-1 active Src, médie la motilité cellulaire dépendante de Src et régule la localisation des protéines impliquées dans l’organisation du cytosquelette. L’analyse d’un micro-étalage de tissu a révélé que l’expression de DEP-1 est associée avec une réduction tendencielle de survie des patients. Nos résultats proposent donc, un rôle de promoteur tumoral pour DEP-1 dans la progression du cancer du sein. Les travaux présentés dans cette thèse démontrent pour la première fois que DEP-1 peut agir comme promoteur des réponses angiogéniques et du phénotype pro-invasif des lignées basales du cancer du sein probablement du à sa capacité d’activer Src. Nos résultats suggèrent ainsi que l’expression de DEP-1 pourrait contribuer à la progression tumorale et la formation de métastases. Ces découvertes laissent donc entrevoir que DEP-1 représente une nouvelle cible thérapeutique potentielle pour contrer l’angiogenèse et le développement du cancer.

Neural stem cells adopt tumorigenic properties by constitutively activated NF-kappaB and subsequent VEGF up-regulation

One of the challenges in stem cell research is to avoid transformation during cultivation. We studied high passage subventricular zone derived neural stem cells (NSCs) cultures of adult rats in the absence of growth factors epidermal growth factor (EGF) and basic fibroblast growth factor (bFGF). We termed this culture exogenous growth factor independent neural stem cells (GiNSCs). GiNSCs expressed stemness markers, displayed a high constitutive NF-kappaB activity and an increased, aberrant, polyploid DNA content. GiNSCs showed a tumorigenic phenotype and formed colonies in a soft agar assay. Microarray analysis showed the up-regulation of the NF-kappaB target gene vascular endothelial growth factor (VEGF). In contrast, proneuronal genes were down-regulated. Under neuronal differentiation conditions GiNSCs adopted a glioma-like phenotype, with nuclear p53, preserving high amounts of Nestin positive cells and prolonged proliferation. Neutralization of VEGF strongly inhibited proliferation and induced differentiation. In a gain of function approach, the transfection of NSCs with constitutively active upstream kinase IKK-2 led to constitutively activated NF-kappaB, proliferation in absence of growth factors and augmented VEGF secretion. In a rescue experiment a reduction of NF-kappaB activity by overexpression of IkappaB-AA1 was able to shift the morphology toward an elongated cell form, increased cell death, and decreased proliferation. Thus GiNSCs may provide a potent tool in cancer research, as their exogenous cytokine independent proliferation and their constitutively high NF-kappaB expression presumes cancerous properties observed in gliomas. In addition, this study might add a novel mechanism for detecting oncogenic transformation in therapeutic stem cell cultures.

Stromal-derived factor-1 alpha (CXCL12) levels increase in periodontal disease

Background: The CXC chemokine receptor 4 (CXCR4) and its ligand, stromal cell-derived factor-1 (SDF-1 alpha or CXC chemokine ligand 12) are involved in the trafficking of leukocytes into and out of extravascular tissues. The purpose of this study was to determine whether SDF-1 alpha secreted by host cells plays a role in recruiting inflammatory cells into the periodontia during local inflammation. Methods: SDF-1 alpha levels were determined by enzyme-linked immunosorbent assay in gingival crevicular fluid (GCF) of 24 individuals with periodontitis versus healthy individuals in tissue biopsies and in a preclinical rat model of Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide-induced experimental bone loss. Neutrophil chemotaxis assays were also used to evaluate whether SDF-1 alpha plays a role in the recruitment of host cells at periodontal lesions. Results: Subjects with periodontal disease had higher levels of SDF-1 alpha in their GCF compared to healthy subjects. Subjects with periodontal disease who underwent mechanical therapy demonstrated decreased levels of SDF-1 alpha. Immunohistologic staining showed that SDF-1 alpha and CXCR4 levels were elevated in samples obtained from periodontally compromised individuals. Similar results were observed in the rodent model. Neutrophil migration was enhanced in the presence of SDF-1 alpha, mimicking immune cell migration in periodontal lesions. Conclusions: SDF-1 alpha may be involved in the immune defense pathway activated during periodontal disease. Upon the development of diseased tissues, SDF-1 alpha levels increase and may recruit host defensive cells into sites of inflammation. These studies suggest that SDF-1 alpha may be a useful biomarker for the identification of periodontal disease progression.

Human Multipotent Mesenchymal Stromal Cells from Distinct Sources Show Different In Vivo Potential to Differentiate into Muscle Cells When Injected in Dystrophic Mice

Limb-girdle muscular dystrophies are a heterogeneous group of disorders characterized by progressive degeneration of skeletal muscle caused by the absence or deficiency of muscle proteins. The murine model of Limb-Girdle Muscular Dystrophy 2B, the SJL mice, carries a deletion in the dysferlin gene. Functionally, this mouse model shows discrete muscle weakness, starting at the age of 4-6 weeks. The possibility to restore the expression of the defective protein and improve muscular performance by cell therapy is a promising approach for the future treatment of progressive muscular dystrophies (PMD). We and others have recently shown that human adipose multipotent mesenchymal stromal cells (hASCs) can differentiate into skeletal muscle when in contact with dystrophic muscle cells in vitro and in vivo. Umbilical cord tissue and adipose tissue are known rich sources of multipotent mesenchymal stromal cells (MSCs), widely used for cell-based therapy studies. The main objective of the present study is to evaluate if MSCs from these two different sources have the same potential to reach and differentiate in muscle cells in vivo or if this capability is influenced by the niche from where they were obtained. In order to address this question we injected human derived umbilical cord tissue MSCs (hUCT MSCs) into the caudal vein of SJL mice with the same protocol previously used for hASCs; we evaluated the ability of these cells to engraft into recipient dystrophic muscle after systemic delivery, to express human muscle proteins in the dystrophic host and their effect in functional performance. These results are of great interest for future therapeutic application.