The role of Notch receptor signaling in T helper 17 cell differentiation

Antigenic recognition by naive CD4+ T cells induces their proliferation and differentiation into functionally distinct T helper (Th) cell. Each CD4+ Th cell subset expresses specific transcription factors and produces signature cytokines that coordinate immune responses against encountered pathogens. Among the factors influencing CD4+ Th cell differentiation, Notch signaling pathway has been reported to play a role in the differentiation and function of multiple CD4+Thcell subsets. Notch signaling is an evolutionarily conserved cell-to-cell signaling cascade involved in many cell fate decision processes. How Notch signaling modulates the differentiation of CD4+ Th cell subsets and whether Notch signaling alone is sufficient or not for the differentiation of CD4+ Th cells is still a matter of debate. Th17 cells are a distinct subset of CD4+ Th cells. They play a role in the control of extracellular bacterial and fungal infections and may lead to inflammatory and autoimmune diseases if not properly regulated. Th17 cells are defined by the expression of RAR-related orphan receptor (ROR)a and RORyT transcription factors and their secretion of IL-17A, IL-17F cytokines. The involvement of Notch signaling in Th17 cell differentiation has mostly been studied in vitro. However, neither the experimental conditions when Notch signaling might be involved in Th17 cell differentiation in vitro and in vivo nor the precise role of Notch in this process remain clear. To better define how Notch signaling impacts Th17 differentiation, we used mice with T cell specific ablation of Notchl and Notch2 (N1 N2ACD4Cre) or of Notch transcriptional repressor RBP- JK (RBP-J ACD4Cre). We show that impaired Notch signaling in T cells, when TCR activating signal were reduced, increased RORyT and IL-17 mRNA levels during in vitro Th17 cell differentiation. Following immunization with OVA in CFA, an adjuvant that induces mostly Th17 cell response, increased IL-17A mRNA and intracellular IL-17A levels were observed in draining lymph nodes of Notch-deficient CD4+T cells. Our data suggest that Notch limited Th17 cell differentiation. Despite high levels of IL-17 mRNA and intracellular IL-17 proteins observed in Notch-deficient T cells, their release of Th17 cytokines ex vivo was markedly decreased, indicating a role for Notch signaling. During the second part of this thesis, we observed that the impact of Notch on Th17 cell differentiation and effector functions was context-dependent using different in vivo experimental models, in which Th17 cells and IL-17A were reported to contribute in the disease development. Collectively, our data reveal that Notch signaling controls the fine-tuning of Th17 cell differentiation and effector functions by limiting their differentiation but promoting selectively cytokine release through Notch-dependent mechanisms that still need to be defined. -- Lors d'une réponse immunitaire et grâce à la reconnaissance antigénique, les lymphocytes CD4+ T naïfs prolifèrent, puis se différencient en CD4+ T auxiliaires ("T helper" ou Th) fonctionnellement distincts. Chaque sous-population de lymphocytes CD4+ T auxiliaires exprime des facteurs de transcription et des cytokines spécifiques qui coordonnent la réponse immunitaire contre les pathogènes rencontrés. Parmi les facteurs influençant la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires, la voie de signalisation Notch a été identifiée comme ayant un rôle dans la différenciation et la fonction des différents sous-types de cellules CD4+ T auxiliaires. La voie de signalisation Notch est une voie évolutivement conservée, qui est impliquée dans la signalisation entre les cellules et dans de nombreux processus de décisions cellulaires. La manière dont la voie de signalisation Notch régule la différenciation des lymphocytes CD4+ T en sous-types de cellules CD4+ auxiliaires, mais également la question de savoir si la voie de signalisation Notch est capable ou non d'induire la différenciation des cellules CD4+T auxiliaires, restent à débattre. Les cellules T auxiliaires 17 (Th17) sont un sous-type distinct de cellules CD4+T. Elles jouent un rôle important dans la défense immunitaire contre des pathogènes tels que les bactéries extracellulaires et les champignons. Une dérégulation de la réponse des cellules Th17 peut conduire à des inflammations mais également à des maladies auto-immunes. Les cellules Th17 sont définies par l'expression de leurs facteurs de transcription RAR-related orphan receptor (ROR)a, RORyT et par la sécrétion de cytokines comme IL-17A, IL-17F. Le rôle de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des cellules Th17 a principalement été démontré in vitro. Malgré tout, ni les conditions expérimentales dans lesquelles cette voie pourrait être impliquée dans la différenciation des cellules Th17 in vitro et in vivo, mais également ni la fonction exacte de Notch dans ces processus, ne sont des questions résolues. Afin de mieux définir comment la voie de signalisation Notch est impliquée dans la différenciation des cellules Th17, nous avons utilisé des souris avec une déficience spécifique dans les cellules T des récepteurs Notchl et Notch2 (N1N2ACD4Cre) ou du répresseur transcriptionnel de Notch RBP-JK (RBP-J ACD4Cre). Nous avons montré que lorsque la voie de signalisation Notch est déficiente, les niveaux d'ARN messager (ARNm) de RORyT et de IL-17A sont augmentés dans les cellules Th17 pendant la différenciation in vitro, en présence de niveaux réduits des signaux activant les cellules T CD4+. Une augmentation dans les niveaux d'ARNm de IL-17A et de IL-17A intracellulaire au niveau protéinique a été observée dans les cellules T CD4+ Notch déficientes, au niveau des ganglions drainants après immunisation avec l'OVA dans le CFA, un adjuvant induisant une réponse des cellules Th17. Nos résultats suggèrent que Notch pourrait réguler négativement l'expression de IL-17A au niveau transcriptionnel mais également protéinique. Malgré une augmentation de IL-17A au niveau de l'ARNm et protéinique dans les cellules CD4+ T Notch déficientes, paradoxalement la sécrétion de IL-17A mais également de cytokines associées aux fonctions effectrices des cellules Th17 sont profondément diminuées 6X vivo, suggérant un rôle de la voie de signalisation Notch dans ce processus. Dans la deuxième partie de ce travail de thèse, nous avons observé que l'impact de Notch dans la différenciation des cellules Th17 et dans leurs fonctions effectrices était dépendant du contexte dans d'autres modèles expérimentaux in vivo, où les cellules Th17 et l'IL-17A ont été identifiées comme ar-.riCociêSM dans le développement ds la pathologie. En résumé, nous avons montré que la voie de la signalisation Notch contrôle la régulation précise de la différenciation des cellules Th17 en limitant leur différenciation, mais en promouvant sélectivement leur relâchement en cytokines associés aux cellules Th17 par l'intermédiaire de mécanismes dépendant de Notch, qui restent toujours à déterminer. -- Lors d'une réponse immunitaire et grâce à la reconnaissance antigénique, les lymphocytes CD4+ T naïfs prolifèrent, puis se différencient en CD4+ T auxiliaires ("T helper" ou Th) fonctionnellement distincts. Chaque sous-population de lymphocytes T auxiliaires exprime des facteurs de transcription et des cytokines spécifiques qui coordonnent une réponse immunitaire contre différents pathogènes. Les mécanismes liés à la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires sont complexes et régulés. Une mauvaise régulation de la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires peut conduire à des maladies auto-immunes, mais également à des processus inflammatoires. Parmi les facteurs influençant la différenciation des lymphocytes T auxiliaires, la voie de signalisation Notch a été identifiée comme ayant un rôle dans la différenciation et la fonction des différents sous-types de cellules CD4+ T auxiliaires. La voie de signalisation Notch est une voie évolutivement conservée, qui est impliquée dans la signalisation entre les cellules, mais également dans de nombreux processus de décisions cellulaires. Quelle est l'implication de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des lymphocytes CD4+ en sous-types de cellules CD4+T auxiliaires et comment cette voie agit dans ce processus, sont des questions débattues. Les cellules T auxiliaires 17 (Th17) sont une sous-population distincte de lymphocytes CD4+. Elles jouent un rôle important dans la défense immunitaire contre les bactéries extracellulaires et les champignons. Une dérégulation de la réponse des cellules Th17 a été associée à des maladies auto-immunes et à l'inflammation. Les cellules Th17 sont définies par l'expression du facteur de transcription RAR-related orphan receptor (ROR)yT et des cytokines comme IL-17A, IL-17F. Le rôle de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des cellules Th17 a été principalement démontré dans des études expérimentales in vitro. Malgré tout, les conditions expérimentales exactes dans lesquelles la voie de signalisation de Notch pourrait être impliquée dans la différenciation des cellules Th17, mais également le rôle de Notch dans ce processus ne sont pas encore clairement élucidés. Afin de mieux définir comment la voie de signalisation Notch est impliquée dans la différenciation des cellules Th17, nous avons utilisé des souris avec une déficience spécifique dans les cellules T des récepteurs Notchl et Notch2 (N1 N2ACD4Cre) ou du répresseur transcriptionnel de Notch RBP-JK (RBP-JACD4CRE). Nous avons montré que lorsque la voie de signalisation Notch est déficiente, les niveaux d'ARN messager (ARNm) de RORyT et de IL-17 sont augmentés dans les cellules Th17 pendant leur différenciation in vitro. Cet effet de Notch sur la transcription apparaît être facultatif lorsque les conditions environnementales sont en excès in vitro. Après immunisation avec un adjuvant qui induit principalement une réponse des cellules Th17, nous avons observé que les niveaux de ARNm de IL-17A et aussi de IL-17A intracellulaire au niveau protéinique étaient augmentés dans les ganglions drainants dans les cellules CD4+ Notch déficientes. Ces résultats suggèrent que Notch pourrait réguler négativement l'expression de IL- 17 au niveau transcriptionnel mais également protéinique. Malgré des niveaux plus élevés de IL- 17 ARNm et aussi IL-17A intracellulaire dans les cellules T Notch déficientes, le relâchement en cytokines Th17 est profondément diminué indiquant un rôle de la voie de signalisation Notch dans ces processus de sécrétion. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons observé que le rôle de Notch dans ia différenciation dss cellules Ti,17 et dans leurs fonctions effectrices était dépendant du contexte dans d'autres modèles expérimentaux, qui ont été rapportés comme une réponse induisant des cellules Th17. En résumé, nos données montrent que la voie de la signalisation Notch contrôle la régulation précise de la différenciation des cellules Th17 en limitant leur différenciation mais en promouvant sélectivement le relâchement en cytokines associées aux cellules Th17 par des mécanismes dépendant de Notch qui restent toujours à déterminer. Par conséquent, l'inhibition de la voie de signalisation Notch pourrait être utilisée dans des situations inflammatoires ou d'auto-immunité où la réponse des cellules Th17 est exacerbée.

JNK Inhibition Reduced Retinal Ganglion Cell Death after Ischemia/Reperfusion In Vivo and after Hypoxia In Vitro.

Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) are key regulators that have been linked to cell survival and death. Among the main classes of MAPKs, c-jun N-terminal kinase (JNK) has been shown to mediate cell stress responses associated with apoptosis. In Vitro, hypoxia induced a significant increase in 661W cell death that paralleled increased activity of JNK and c-jun. 661W cells cultured in presence of the inhibitor of JNK (D-JNKi) were less sensitive to hypoxia-induced cell death. In vivo, elevation in intraocular pressure (IOP) in the rat promoted cell death that correlated with modulation of JNK activation. In vivo inhibition of JNK activation with D-JNKi resulted in a significant and sustained decrease in apoptosis in the ganglion cell layer, the inner nuclear layer and the photoreceptor layer. These results highlight the protective effect of D-JNKi in ischemia/reperfusion induced cell death of the retina.

The 16p11.2 rearrangments genetic paradigms for obesity and neurodevelopmental disorders.

Recent discoveries of recurrent and reciprocal Copy Number Variants (CNVs) using genome- wide studies have led to a new understanding of the etiology of neuropsychiatric disorders. CNVs represent loss (deletion) or gain (duplication) of genomic material. This thesis work is focused on CNVs at the 16p11.2 BP4-BP5 locus, which are among the most frequent etiologies of neurodevelopmental disorders and have been associated with Autism Spectrum Disorders (ASD), schizophrenia, cognitive impairment, alterations of brain size as well as obesity and underweight. Because deletion and duplication of the 16p11.2 locus occur frequently and recurrently (with the same breakpoints), CNVs at this locus represent a powerful paradigm to understand how a genomic region may modulate cognitive and behavioral traits as well as the relationship and shared mechanisms between distinct psychiatric diagnoses such as ASD and schizophrenia. The present dissertation includes three studies: 1) The first project aims at identifying structural brain-imaging endophenotypes in 16p11.2 CNVs carriers at risk for ASD and schizophrenia. The results show that gene dosage at the 16p11.2 locus modulates global brain volumes and neural circuitry, including the reward system, language and social cognition circuits. 2) The second investigates the neuropsychological profile in 16p11.2 deletion and duplication carriers. While deletion carriers show specific deficits in language and inhibition, the profile of duplication carriers is devoid of specific weaknesses and presents enhanced performance in a verbal memory task. 3) The third study on food-related behaviors in 16p11.2 deletion and duplication carriers shows that alterations of the reponse to satiety are present in CNV carriers before the onset of obesity, pointing toward a potential mechanism driving the Body Mass Index increase in deletion carriers. Dysfunctions in the reward system and dopaminergic circuitries could represent a common mechanism playing a role in the phenotype and could be investigated in future studies. Our data strongly suggest that complex cognitive traits correlate to gene dosage in humans. Larger studies including expression data would allow elucidating the contribution of specific genes to these different gene dosage effects. In conclusion, a systematic and careful investigation of cognitive, behavioral and intermediate phenotypes using a gene dosage paradigm has allowed us to advance our understanding of the 16p11.2 BP4-BP5 locus and its effects on neurodevelopment. -- La récente découverte de variations du nombre de copies (CNVs pour 'copy number variants') dans le génome humain a amélioré nos connaissances sur l'étiologie des troubles neuropsychiatriques. Un CNV représente une perte (délétion) ou un gain (duplication) de matériel génétique sur un segment chromosomique. Ce travail de thèse est focalisé sur les CNVs réciproques (délétion et duplication) dans la région 16p11.2 BP4-BP5. Ces CNVs sont une cause fréquente de troubles neurodéveloppementaux et ont été associés à des phénotypes « en miroir » tels que obésité/sous-poids ou macro/microcéphalie mais aussi aux troubles du spectre autistique (TSA), à la schizophrénie et au retard de développement/déficience intellectuelle. La fréquence et la récurrence de la délétion et de la duplication aux mêmes points de cassure font de ces CNVs un paradigme unique pour étudier la relation entre dosage génique et les traits cognitifs et comportementaux, ainsi que les mécanismes partagés par des troubles psychiatriques apparemment distincts tels que les TSA et la schizophrénie. Ce travail de thèse comporte trois études distinctes : 1) l'étude en neuroimagerie structurelle identifie les endophénotypes chez les porteurs de la délétion ou de la duplication. Les résultats montrent une influence du dosage génique sur le volume cérébral total et certaines structures dans les systèmes de récompense, du langage et de la cognition sociale. 2) L'étude des profils neuropsychologiques chez les porteurs de la délétion ou de la duplication montre que la délétion est associée à des troubles spécifiques du langage et de l'inhibition alors que les porteurs de la duplication ne montrent pas de faiblesse spécifique mais des performances mnésiques verbales supérieures à leur niveau cognitif global. 3) L'étude sur les comportements alimentaires met en évidence une altération de la réponse à la satiété qui est présente avant l'apparition de l'obésité. Un dysfonctionnement dans le système de récompense et les circuits dopaminergiques pourrait représenter un mécanisme commun aux différents phénotypes observés chez ces individus porteurs de CNVs au locus 16p11.2. En conclusion, l'utilisation du dosage génique comme outil d'investigation des phénotypes cliniques et endophénotypes nous a permis de mieux comprendre le rôle de la région 16p11.2 BP4-BP5 dans le neurodéveloppement.

Connexin43 Inhibition Prevents Human Vein Grafts Intimal Hyperplasia.

Venous bypass grafts often fail following arterial implantation due to excessive smooth muscle cells (VSMC) proliferation and consequent intimal hyperplasia (IH). Intercellular communication mediated by Connexins (Cx) regulates differentiation, growth and proliferation in various cell types. Microarray analysis of vein grafts in a model of bilateral rabbit jugular vein graft revealed Cx43 as an early upregulated gene. Additional experiments conducted using an ex-vivo human saphenous veins perfusion system (EVPS) confirmed that Cx43 was rapidly increased in human veins subjected ex-vivo to arterial hemodynamics. Cx43 knock-down by RNA interference, or adenoviral-mediated overexpression, respectively inhibited or stimulated the proliferation of primary human VSMC in vitro. Furthermore, Cx blockade with carbenoxolone or the specific Cx43 inhibitory peptide 43gap26 prevented the burst in myointimal proliferation and IH formation in human saphenous veins. Our data demonstrated that Cx43 controls proliferation and the formation of IH after arterial engraftment.

Jagged1 intracellular domain-mediated inhibition of Notch1 signalling regulates cardiac homeostasis in the postnatal heart.

AIMS: Notch1 signalling in the heart is mainly activated via expression of Jagged1 on the surface of cardiomyocytes. Notch controls cardiomyocyte proliferation and differentiation in the developing heart and regulates cardiac remodelling in the stressed adult heart. Besides canonical Notch receptor activation in signal-receiving cells, Notch ligands can also activate Notch receptor-independent responses in signal-sending cells via release of their intracellular domain. We evaluated therefore the importance of Jagged1 (J1) intracellular domain (ICD)-mediated pathways in the postnatal heart. METHODS AND RESULTS: In cardiomyocytes, Jagged1 releases J1ICD, which then translocates into the nucleus and down-regulates Notch transcriptional activity. To study the importance of J1ICD in cardiac homeostasis, we generated transgenic mice expressing a tamoxifen-inducible form of J1ICD, specifically in cardiomyocytes. Using this model, we demonstrate that J1ICD-mediated Notch inhibition diminishes proliferation in the neonatal cardiomyocyte population and promotes maturation. In the neonatal heart, a response via Wnt and Akt pathway activation is elicited as an attempt to compensate for the deficit in cardiomyocyte number resulting from J1ICD activation. In the stressed adult heart, J1ICD activation results in a dramatic reduction of the number of Notch signalling cardiomyocytes, blunts the hypertrophic response, and reduces the number of apoptotic cardiomyocytes. Consistently, this occurs concomitantly with a significant down-regulation of the phosphorylation of the Akt effectors ribosomal S6 protein (S6) and eukaryotic initiation factor 4E binding protein1 (4EBP1) controlling protein synthesis. CONCLUSIONS: Altogether, these data demonstrate the importance of J1ICD in the modulation of physiological and pathological hypertrophy, and reveal the existence of a novel pathway regulating cardiac homeostasis.

Hsp70 and the Cochaperone StiA (Hop) Orchestrate Hsp90-Mediated Caspofungin Tolerance in Aspergillus fumigatus.

Aspergillus fumigatus is the primary etiologic agent of invasive aspergillosis (IA), a major cause of death among immunosuppressed patients. Echinocandins (e.g., caspofungin) are increasingly used as second-line therapy for IA, but their activity is only fungistatic. Heat shock protein 90 (Hsp90) was previously shown to trigger tolerance to caspofungin and the paradoxical effect (i.e., decreased efficacy of caspofungin at higher concentrations). Here, we demonstrate the key role of another molecular chaperone, Hsp70, in governing the stress response to caspofungin via Hsp90 and their cochaperone Hop/Sti1 (StiA in A. fumigatus). Mutation of the StiA-interacting domain of Hsp70 (C-terminal EELD motif) impaired thermal adaptation and caspofungin tolerance with loss of the caspofungin paradoxical effect. Impaired Hsp90 function and increased susceptibility to caspofungin were also observed following pharmacologic inhibition of the C-terminal domain of Hsp70 by pifithrin-μ or after stiA deletion, further supporting the links among Hsp70, StiA, and Hsp90 in governing caspofungin tolerance. StiA was not required for the physical interaction between Hsp70 and Hsp90 but had distinct roles in the regulation of their function in caspofungin and heat stress responses. In conclusion, this study deciphering the physical and functional interactions of the Hsp70-StiA-Hsp90 complex provided new insights into the mechanisms of tolerance to caspofungin in A. fumigatus and revealed a key C-terminal motif of Hsp70, which can be targeted by specific inhibitors, such as pifithrin-μ, to enhance the antifungal activity of caspofungin against A. fumigatus.

Proteasome inhibition reduces proliferation, collagen expression, and inflammatory cytokine production in nasal mucosa and polyp fibroblasts

Proteasome inhibitors, used in cancer treatment for their proapoptotic effects, have anti-inflammatory and antifibrotic effects on animal models of various inflammatory and fibrotic diseases. Their effects in cells from patients affected by either inflammatory or fibrotic diseases have been poorly investigated. Nasal polyposis is a chronic inflammatory disease of the sinus mucosa characterized by tissue inflammation and remodeling. We tested the hypothesis that proteasome inhibition of nasal polyp fibroblasts might reduce their proliferation and inflammatory and fibrotic response. Accordingly, we investigated the effect of the proteasome inhibitor Z-Leu-Leu-Leu-B(OH)2 (MG262) on cell viability and proliferation and on the production of collagen and inflammatory cytokines in nasal polyp and nasal mucosa fibroblasts obtained from surgery specimens. MG262 reduced the viability of nasal mucosa and polyp fibroblasts concentration- and time-dependently, with marked effects after 48 h of treatment. The proteasome inhibitor bortezomib provoked a similar effect. MG262-induced cell death involved loss of mitochondrial membrane potential, caspase-3 and poly(ADP-ribose) polymerase activation, induction of c-Jun phosphorylation, and mitogen-activated protein kinase phosphatase-1 expression. Low concentrations of MG262 provoked growth arrest, inhibited DNA replication and retinoblastoma phosphorylation, and increased expression of the cell cycle inhibitors p21 and p27. MG262 concentration-dependently inhibited basal and transforming growth factor-β-induced collagen mRNA expression and interleukin (IL)-1β-induced production of IL-6, IL-8, monocyte chemoattractant protein-1, regulated on activation normal T cell expressed and secreted, and granulocyte/macrophage colony-stimulating factor in both fibroblast types. MG262 inhibited IL-1β/tumor necrosis factor-α-induced activation of nuclear factor-κB. We conclude that noncytotoxic treatment with MG262 reduces the proliferative, fibrotic, and inflammatory response of nasal fibroblasts, whereas high MG262 concentrations induce apoptosis.

Proteasome inhibition reduces proliferation, collagen expression, and inflammatory cytokine production in nasal mucosa and polyp fibroblasts

Proteasome inhibitors, used in cancer treatment for their proapoptotic effects, have anti-inflammatory and antifibrotic effects on animal models of various inflammatory and fibrotic diseases. Their effects in cells from patients affected by either inflammatory or fibrotic diseases have been poorly investigated. Nasal polyposis is a chronic inflammatory disease of the sinus mucosa characterized by tissue inflammation and remodeling. We tested the hypothesis that proteasome inhibition of nasal polyp fibroblasts might reduce their proliferation and inflammatory and fibrotic response. Accordingly, we investigated the effect of the proteasome inhibitor Z-Leu-Leu-Leu-B(OH)2 (MG262) on cell viability and proliferation and on the production of collagen and inflammatory cytokines in nasal polyp and nasal mucosa fibroblasts obtained from surgery specimens. MG262 reduced the viability of nasal mucosa and polyp fibroblasts concentration- and time-dependently, with marked effects after 48 h of treatment. The proteasome inhibitor bortezomib provoked a similar effect. MG262-induced cell death involved loss of mitochondrial membrane potential, caspase-3 and poly(ADP-ribose) polymerase activation, induction of c-Jun phosphorylation, and mitogen-activated protein kinase phosphatase-1 expression. Low concentrations of MG262 provoked growth arrest, inhibited DNA replication and retinoblastoma phosphorylation, and increased expression of the cell cycle inhibitors p21 and p27. MG262 concentration-dependently inhibited basal and transforming growth factor-β-induced collagen mRNA expression and interleukin (IL)-1β-induced production of IL-6, IL-8, monocyte chemoattractant protein-1, regulated on activation normal T cell expressed and secreted, and granulocyte/macrophage colony-stimulating factor in both fibroblast types. MG262 inhibited IL-1β/tumor necrosis factor-α-induced activation of nuclear factor-κB. We conclude that noncytotoxic treatment with MG262 reduces the proliferative, fibrotic, and inflammatory response of nasal fibroblasts, whereas high MG262 concentrations induce apoptosis.

Targeted γ-Secretase Inhibition To Control the Notch Pathway in Renal Diseases.

Notch is a membrane inserted protein activated by the membrane-inserted γ-secretase proteolytic complex. The Notch pathway is a potential therapeutic target for the treatment of renal diseases but also controls the function of other cells, requiring cell-targeting of Notch antagonists. Toward selective targeting, we have developed the γ-secretase inhibitor-based prodrugs 13a and 15a as substrates for γ-glutamyltranspeptidase (γ-GT) and/or γ-glutamylcyclotransferase (γ-GCT) as well as aminopeptidase A (APA), which are overexpressed in renal diseases, and have evaluated them in experimental in vitro and in vivo models. In nondiseased mice, the cleavage product from Ac-γ-Glu-γ-secretase inhibitor prodrug 13a (γ-GT-targeting and γ-GCT-targeting) but not from Ac-α-Glu-γ-secretase inhibitor prodrug 15a (APA-targeting) accumulated in kidneys when compared to blood and liver. Potential nephroprotective effects of the γ-secretase inhibitor targeted prodrugs were investigated in vivo in a mouse model of acute kidney injury, demonstrating that the expression of Notch1 and cleaved Notch1 could be selectively down-regulated upon treatment with the Ac-γ-Glu-γ-secretase-inhibitor 13a.

Direct tumor recognition by a human CD4(+) T-cell subset potently mediates tumor growth inhibition and orchestrates anti-tumor immune responses.

Tumor antigen-specific CD4(+) T cells generally orchestrate and regulate immune cells to provide immune surveillance against malignancy. However, activation of antigen-specific CD4(+) T cells is restricted at local tumor sites where antigen-presenting cells (APCs) are frequently dysfunctional, which can cause rapid exhaustion of anti-tumor immune responses. Herein, we characterize anti-tumor effects of a unique human CD4(+) helper T-cell subset that directly recognizes the cytoplasmic tumor antigen, NY-ESO-1, presented by MHC class II on cancer cells. Upon direct recognition of cancer cells, tumor-recognizing CD4(+) T cells (TR-CD4) potently induced IFN-γ-dependent growth arrest in cancer cells. In addition, direct recognition of cancer cells triggers TR-CD4 to provide help to NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells by enhancing cytotoxic activity, and improving viability and proliferation in the absence of APCs. Notably, the TR-CD4 either alone or in collaboration with CD8(+) T cells significantly inhibited tumor growth in vivo in a xenograft model. Finally, retroviral gene-engineering with T cell receptor (TCR) derived from TR-CD4 produced large numbers of functional TR-CD4. These observations provide mechanistic insights into the role of TR-CD4 in tumor immunity, and suggest that approaches to utilize TR-CD4 will augment anti-tumor immune responses for durable therapeutic efficacy in cancer patients.