Enhanced engraftment and repairing ability of human adipose-derived stem cells, conveyed by pharmacologically active microcarriers continuously releasing HGF and IGF-1, in healing myocardial infarction in rats

International audience

Role of nuclear redox control, intra-population heterogeneity and oxygen tension in human amniotic fluid stem cells aging

Amniotic fluid stem cells (hAFSC) are emerging as a potential therapeutic approach for various disorders. The low number of available hAFSC requires their ex vivo expansion prior to clinical use, however, during their in vitro culture, hAFSC quickly reach replicative senescence. The principal aim of this study was to investigate the aging process occurring during in vitro expansion of hAFSC, focusing on the redox control that has been reported to be affected in premature and physiological aging. My results show that a strong heterogeneity is present among samples that reflects their different behaviour in culture. I identified three proteins, namely Nox4, prelamin A and PML, which expression increases during hAFSC aging process and could be used as new biomarkers to screen the samples. Furthermore, I found that Nox4 degradation is regulated by sumoylation via proteasome and involves interactions with PML bodies and prelamin A. Since various studies revealed that donor-dependent differences could be explained by cell-to-cell variation within each patient, I studied in deep this phenomenon. I showed that the heterogeneity among samples is also accompanied by a strong intra-population heterogeneity. Separation of hAFSC subpopulations from the same donor, using Celector® technology, showed that an enrichment in the last eluted fraction could improve hAFSC application in regenerative medicine. One of the other problems is that nowadays hAFSC are expanded under atmospheric O2 concentration, which is higher than the O2 tension in their natural niches. This higher O2 concentration might cause environmental stress to the in vitro cultured hAFSCs and accelerate their aging process. Here, I showed that prolonged low oxygen tension exposure preserves different hAFSC stemness properties. In conclusion, my study pointed different approaches to improve in vitro hAFSC expansion and manipulation with the purpose to land at stem cell therapy.

Nanomateriais manufaturados : avaliação de segurança através da caracterização dos seus efeitos genéticos

RESUMO - Os nanomateriais manufaturados (NMs), isto é, fabricados deliberadamente para fins específicos, apresentam propriedades físico-químicas únicas como a dimensão, área superficial ou funcionalização, que lhes conferem caraterísticas mecânicas, óticas, elétricas e magnéticas muito vantajosas para aplicações industriais e biomédicas. Efetivamente, a tecnologia baseada nos NMs, ou nanotecnologia, foi identificada como uma key enabling technology, impulsionadora do crescimento económico dos países industrializados, devido ao seu potencial para melhorar a qualidade e desempenho de muitos tipos de produtos e de processos. Contudo, a expansão da utilização de NMs contrasta com a insuficiente avaliação de risco para a saúde humana e para o ambiente, sendo considerados como um risco emergente para a saúde pública. As incertezas sobre a segurança dos NMs para a saúde pública advêm sobretudo de estudos epidemiológicos em humanos expostos a nanomateriais produzidos como consequência dos processos e atividades humanas e da poluição. Uma das principais preocupações relativamente aos efeitos adversos dos NMs na saúde humana é o seu potencial efeito carcinogénico, que é sugerido por alguns estudos experimentais, como no caso dos nanomateriais de dióxido de titânio ou dos nanotubos de carbono. Para avaliar em curto termo as propriedades carcinogénicas de um composto, utilizam-se frequentemente ensaios de genotoxicidade em linhas celulares de mamífero ou ensaios em modelos animais, em que se analisa uma variedade de lesões genéticas potencialmente relacionados com o processo de carcinogénese. No entanto, a investigação sobre as propriedades genotóxicas dos NMs não foi, até hoje, conclusiva. O presente estudo tem por objectivo principal caracterizar os efeitos genotóxicos associados à exposição a nanomateriais manufaturados, de forma a contribuir para a avaliação da sua segurança. Constituíram objectivos específicos deste estudo: i) avaliar a genotoxicidade dos NMs em três tipos de células humanas expostas in vitro: linfócitos humanos primários, linha celular de epitélio brônquico humano (BEAS-2B) e linha celular de adenocarcinoma epitelial de pulmão humano (A549); ii) avaliar a sua genotoxicidade num modelo de ratinho transgénico; iii) investigar alguns mecanismos de acção que poderão contribuir para a genotoxicidade dos nanomateriais, como a contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade induzida pelos NMs in vitro, e a investigação da sua bioacumulação e localização celular in vivo. Foram analisados os efeitos genotóxicos associados à exposição a duas classes de NMs, dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla, bem como a um NM de óxido de zinco, candidato a ser utlilizado como controlo positivo de dimensão nanométrica. Os xx NMs utilizados foram previamente caracterizados com detalhe relativamente às suas características físico-químicas e também relativamente à sua dispersão em meio aquoso e no meio de cultura. A metodologia incluiu ensaios de citotoxicidade e de genotoxicidade in vitro, designadamente, ensaios de quebras no DNA (ensaio do cometa) e nos cromossomas (ensaio do micronúcleo) em células humanas expostas a várias concentrações de NMs, por comparação com células não expostas. Também foram realizados ensaios in vivo de quebras no DNA, quebras cromossómicas e ainda um ensaio de mutações em vários órgãos de grupos de ratinhos transgénicos LacZ, expostos por via intravenosa a duas doses de dióxido de titânio. Foi investigada a existência de uma relação dose-resposta após exposição das células humanas ou dos animais a NMs. A contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade após exposição das células aos NMs in vitro foi explorada através do ensaio do cometa modificado com enzima. Realizaram-se estudos histológicos e citológicos para deteção e localização celular dos NMs nos órgãos-alvo dos ratinhos expostos in vivo. Os resultados demonstraram efeitos genotóxicos em alguns dos NMs analisados em células humanas. No entanto, os efeitos genotóxicos, quando positivos, foram em níveis reduzidos, ainda que superiores aos valores dos controlos, e a sua reprodutibilidade era dependente do sistema experimental utilizado. Para outros NMs, a evidência de genotoxicidade revelou-se equívoca, conduzindo à necessidade de esclarecimento através de ensaios in vivo. Para esse fim, recorreu-se a uma análise integrada de múltiplos parâmetros num modelo animal, o ratinho transgénico baseado em plasmídeo contendo o gene LacZ exposto a um NM de dióxido de titânio, NM-102. Embora tenha sido demonstrada a exposição e a acumulação do NM no fígado, não se observaram efeitos genotóxicos nem no fígado, nem no baço nem no sangue dos ratinhos expostos a esse NM. Neste estudo concluiu-se que algumas formas de dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla produzem efeitos genotóxicos em células humanas, contribuindo para o conjunto de evidências sobre o efeito genotóxico desses NMs. As diferenças observadas relativamente à genotoxicidade entre NMs do mesmo tipo, mas distintos em algumas das suas características físico-quimicas, aparentemente não são negligenciáveis, pelo que os resultados obtidos para um NM não devem ser generalizados ao grupo correspondente. Para além disso, a genotoxicidade equívoca verificada para o NM-102 em células humanas expostas in vitro, não foi confirmada no modelo in vivo, pelo que o valor preditivo da utilização dos ensaios in vitro para a identificação de NMs com efeitos genotóxicos (e portanto potencialmente carcinogénicos) ainda tem de ser esclarecido antes de ser possível extrapolar as conclusões para a saúde humana. Por sua vez, como a informação aqui produzida pelas metodologias in vitro e in vivo não reflete os efeitos de exposição continua ou prolongada, que poderá conduzir a efeitos genotóxicos distintos, esta xxi deverá ser complementada com outras linhas de evidência relativamente à segurança dos NMs. Perante a incerteza dos níveis de exposição real do organismo humano e do ambiente, a segurança da utilização dos NMs não pode ser garantida a longo prazo e, tendo em conta a elevada produção e utilização destes NMs, são prementes futuros estudos de monitorização ambiental e humana.

Helicobacter pylori-abhängige Regulation der Expression von MMP-1 in humanen Magenepithelzellen

Helicobacter pylori, genexpression, MMP-1, human primary gastric epithelial cells

Nuclear phenotype changes after heat shock in Panstrongylus megistus (Burmeister)

The nuclear phenotypes of Malpighian tubule epithelial cells of male nymphs of the blood-sucking insect, Panstrongylus megistus, subjected to short- and long-duration heat shocks at 40ºC were analyzed immediately after the shock and 10 and 30 days later. Normal nuclei with a usual heterochromatic body as well as phenotypes indicative of survival (unravelled heterochromatin, giants) and death (apoptosis, necrosis) responses were observed in control and treated specimens. However, all nuclear phenotypes, except the normal ones, were more frequent in shocked specimens. Similarly altered phenotypes have also been reported in Triatoma infestans following heat shock, although at different frequencies. The frequency of the various nuclear phenotypes observed in this study suggests that the forms of cell survival observed were not sufficient or efficient enough to protect all of the Malpighian tubule cells from the deleterious effects of stress. In agreement with studies on P. megistus survival following heat shock, only long-duration shock produced strongly deleterious effects.

Changes in nuclear phenotypes following cold shock in Panstrongylus megistus (Burmeister)

The nuclear phenotypes of Malpighian tubule epithelial cells of 5th instar male nymphs of the blood-sucking insect Panstrongylus megistus were studied immediately after a short (1 h) cold shock at 0ºC, and 10 and 30 days later. The objective was to compare the responses to a cold shock with those known to occur after hyperthermia in order to provide insight into the cellular effect of cold in this species. Nuclei which usually exhibited a conspicuous Y chromosome chromocenter were the most frequent phenotype in control and treated specimens. Phenotypes in which the heterochromatin was unravelled, or in which there was nuclear fusion or cell death were more abundant in the shocked specimens. Most of the changes detected have also been found in heat-shocked nymphs, except for nuclear fusion which generates giant nuclei and which appeared to be less effective or necessary than that elicited after heat shock. Since other studies showed that a short cold shock does not affect the survival of more than 14% of 5th instar nymphs of P. megistus with domestic habit and can induce tolerance to a prolonged cold shock, heat shock proteins proteins are probably the best candidates for effective protection of the cells and the insects from drastic damage caused by low temperature shocks.

Proteinuria Increases Plasma Phosphate by Altering Its Tubular Handling.

Proteinuria and hyperphosphatemia are cardiovascular risk factors independent of GFR. We hypothesized that proteinuria induces relative phosphate retention via increased proximal tubule phosphate reabsorption. To test the clinical relevance of this hypothesis, we studied phosphate handling in nephrotic children and patients with CKD. Plasma fibroblast growth factor 23 (FGF-23) concentration, plasma phosphate concentration, and tubular reabsorption of phosphate increased during the proteinuric phase compared with the remission phase in nephrotic children. Cross-sectional analysis of a cohort of 1738 patients with CKD showed that albuminuria≥300 mg/24 hours is predictive of higher phosphate levels, independent of GFR and other confounding factors. Albuminuric patients also displayed higher plasma FGF-23 and parathyroid hormone levels. To understand the molecular mechanisms underlying these observations, we induced glomerular proteinuria in two animal models. Rats with puromycin-aminonucleoside-induced nephrotic proteinuria displayed higher renal protein expression of the sodium-phosphate co-transporter NaPi-IIa, lower renal Klotho protein expression, and decreased phosphorylation of FGF receptor substrate 2α, a major FGF-23 receptor substrate. These findings were confirmed in transgenic mice that develop nephrotic-range proteinuria resulting from podocyte depletion. In vitro, albumin did not directly alter phosphate uptake in cultured proximal tubule OK cells. In conclusion, we show that proteinuria increases plasma phosphate concentration independent of GFR. This effect relies on increased proximal tubule NaPi-IIa expression secondary to decreased FGF-23 biologic activity. Proteinuria induces elevation of both plasma phosphate and FGF-23 concentrations, potentially contributing to cardiovascular disease.

Correlation between in vitro cytotoxicity and in vivo lethal activity in mice of epsilon toxin mutants from Clostridium perfringens

Epsilon toxin (Etx) from Clostridium perfringens is a pore-forming protein with a lethal effect on livestock, producing severe enterotoxemia characterized by general edema and neurological alterations. Site-specific mutations of the toxin are valuable tools to study the cellular and molecular mechanism of the toxin activity. In particular, mutants with paired cysteine substitutions that affect the membrane insertion domain behaved as dominant-negative inhibitors of toxin activity in MDCK cells. We produced similar mutants, together with a well-known non-toxic mutant (Etx-H106P), as green fluorescent protein (GFP) fusion proteins to perform in vivo studies in an acutely intoxicated mouse model. The mutant (GFP-Etx-I51C/A114C) had a lethal effect with generalized edema, and accumulated in the brain parenchyma due to its ability to cross the blood-brain barrier (BBB). In the renal system, this mutant had a cytotoxic effect on distal tubule epithelial cells. The other mutants studied (GFP-Etx-V56C/F118C and GFP-Etx-H106P) did not have a lethal effect or cross the BBB, and failed to induce a cytotoxic effect on renal epithelial cells. These data suggest a direct correlation between the lethal effect of the toxin, with its cytotoxic effect on the kidney distal tubule cells, and the ability to cross the BBB.

Étude des voies d’internalisation de l’entérotoxine STb d’Escherichia coli dans des lignées cellulaires

L’entérotoxine stable à la chaleur STb est produite par les Escherichia coli entérotoxinogènes (ETEC). Son rôle dans la diarrhée post-sevrage porcine est établi. L’internalisation de STb a été observée dans des cellules épithéliales intestinales humaines et de rat. Cependant, le mécanisme d’internalisation n’est pas totalement compris, particulièrement dans le jéjunum porcin, la cible in vivo de STb. Par la cytométrie en flux, nous avons examiné l’internalisation de STb couplée à un marqueur fluorescent dans les cellules épithéliales intestinales porcines IPEC-J2 et les fibroblastes murins NIH3T3. Nos résultats révèlent que l’internalisation de STb est températureindépendante dans les IPEC-J2 tandis qu’elle est température-dépendante dans les NIH3T3, où la réorganisation de l’actine est aussi nécessaire. Toutefois, les niveaux de sulfatide, le récepteur de STb, sont semblables à la surface des deux lignées. Le sulfatide est internalisé à 37°C de façon similaire entre les deux types cellulaires. La rupture des lipid rafts, les microdomaines membranaires contenant le sulfatide, par la méthyl-βcyclodextrine ou la génistéine, n’affecte pas l’internalisation de STb dans les deux lignées. Notre étude indique que le mécanisme d’internalisation de STb est dépendant du type cellulaire. L’activité de la cellule hôte peut être requise ou non. Le récepteur de STb, le sulfatide, n’est pas directement impliqué dans ces mécanismes. L’internalisation activité cellulaire-dépendante suggère une endocytose, nécessitant la réorganisation de l’actine mais pas les lipid rafts. L’internalisation de STb est donc un processus complexe dépendant du type cellulaire, qu’il apparait plus relevant d’étudier dans des modèles cellulaires représentatifs des conditions in vivo.

L’entérotoxine STb d’Escherichia coli affecte les jonctions serrées des cellules intestinales épithéliales

La toxine thermostable d’E.coli (STb) est une cause de diarrhée chez l’homme et l’animal. STb se lie au sulfatide, son récepteur, puis s’internalise. Dans le cytoplasme, par une cascade d’événements, STb déclenche l’ouverture des canaux ioniques permettant la sécrétion des ions et la perte d’eau menant à la diarrhée. Les jonctions serrées forment une barrière physique intercellulaire dans les cellules épithéliales intestinales, contrôlant ainsi le flux paracellulaire des ions et de l’eau. Les jonctions serrées sont affectées par divers pathogènes et par leurs toxines. À ce jour, l’effet de STb sur les jonctions serrées n’a pas été étudié. L’étude entreprise visait à explorer l’effet de STb sur les jonctions serrées et la barrière épithéliale des cellules intestinales. Des cellules épithéliales intestinales du colon humain (T84) ont été traitées pendant 24h soit avec la toxine STb purifiée soit avec une souche d’E.coli exprimant STb. La résistance transépithéliale (TER), le flux de marqueurs paracellulaires et la microscopie confocale ont été utilisés pour analyser les effets de STb sur les jonctions serrées. Les monocouches traitées par la souche E.coli exprimant STb et la toxine STb purifiée ont manifesté une forte réduction de TER (p<0.0001) parallèlement à une augmentation significative de la perméabilité paracellulaire à l’Albumine de Sérum Bovin marqué avec l’IsoThioCyanate Fluoroscéine, BSA-FITC (p<0.0001) comparativement aux cellules non traitées et aux cellules traitées par une souche d’E.coli commensale non-toxinogène. L’augmentation de la perméabilité paracellulaire induite par STb a été associée à une dissolution générale et une condensation des fibres de stress centrales des filaments d’actine. Le réarrangement des filaments d’actine a été accompagné par une redistribution et une fragmentation des protéines des jonctions serrées dont l’occludine, la claudine-1 et la Zonula Occludens-1. Les mêmes modifications on été observées après l’intoxication des cellules T84 avec un octapeptide synthétique retrouvé dans la séquence de STb correspondant à une séquence consensus de la toxine ZOT de Vibrio cholerae, impliquée dans la réorganisation des jonctions serrées. Cet effet n’a pas été observé lorsque les cellules ont été traitées avec un octapeptide synthétique comportant les mêmes acides aminés mais distribués de façon aléatoire ou avec la toxine mutée (D30V). Nos résultats montrent pour la première fois que STb induit le dysfonctionnement de la barrière épithéliale intestinale en modifiant la distribution des protéines des jonctions serrées. Ces résultats ouvrent une nouvelle voie pour la compréhension de la pathogenèse de diarrhée causée par la toxine STb.

Expressão gênica diferencial em resposta aos efeitos da proteína anti-inflamatória Anexina A1 nas células epiteliais pigmentadas da retina humana

Pós-graduação em Genética - IBILCE

Avaliação do efeito inflamatório da proteína galectina-1 nas células epiteliais pigmentadas da retina humana (ARPE-19) após ativação por endotoxina

Pós-graduação em Genética - IBILCE

Análise de cDNA diferencialmente expressos durante o processo de infecção de Paracoccidioides brasiliensis a queratinócitos e pneumócitos

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