Wnt-3a and Wnt-3 differently stimulate proliferation and neurogenesis of spinal neural precursors and promote neurite outgrowth by canonical signaling

Wnt factors regulate neural stem cell development and neuronal connectivity. Here we investigated whether Wnt-3a and Wnt-3, expressed in the developing spinal cord, regulate proliferation and the neuronal differentiation of spinal cord neural precursors (SCNP). Wnt-3a promoted a sustained increase of SCNP proliferation, whereas Wnt-3 enhanced SCNP proliferation transiently and increased neurogenesis through β-catenin signaling. Consistent with this, Wnt-3a and Wnt-3 differently regulate the expression of Cyclin-dependent kinase inhibitors. Furthermore, Wnt-3a and Wnt-3 stimulated neurite outgrowth in SCNP-derived neurons through ß-catenin and TCF4-dependent transcription. GSK-3ß inhibitors mimicked Wnt signaling and promoted neurite outgrowth in established cultures. We conclude that Wnt-3a and Wnt-3 signal through the canonical Wnt/β-catenin pathway to regulate different aspects of SCNP development. These findings may be of therapeutic interest for the treatment of neurodegenerative diseases and nerve injury.

Glypican-3 regulates migration, adhesion and actin cytoskeleton organization in mammary tumor cells through Wnt signaling modulation

Glypican-3 (GPC3) is a proteoglycan involved in migration, proliferation and cell survival modulation in several tissues. There are many reports demonstrating a downregulation of GPC3 expression in some human tumors, including mesothelioma, ovarian and breast cancer. Previously, we determined that GPC3 reexpression in the murine mammary adenocarcinoma LM3 cells induced an impairment of their in vivo invasive and metastatic capacities together with a higher susceptibility to in vitro apoptosis. Currently, the signaling mechanism of GPC3 is not clear. First, it was speculated that GPC3 regulates the insulin-like growth factor (IGF) signaling system. This hypothesis, however, has been strongly challenged. Recently, several reports indicated that at least in some cell types GPC3 serves as a selective regulator of Wnt signaling. Here we provide new data demonstrating that GPC3 regulates Wnt pathway in the metastatic adenocarcinoma mammary LM3 cell line. We found that GPC3 is able to inhibit canonical Wnt signals involved in cell proliferation and survival, as well as it is able to activate non canonical pathway, which directs cell morphology and migration. This is the first report indicating that breast tumor cell malignant properties can be reverted, at least in part, by GPC3 modulation of Wnt signaling. Our results are consistent with the potential role of GPC3 as a metastasis suppressor.

Understanding the roles of Non-homologous end joining and p53 after DNA damage

The inability to maintain genomic stability and control proliferation are hallmarks of many cancers, which become exacerbated in the presence of unrepaired DNA damage. Such genotoxic stresses trigger the p53 tumor suppressor network to activate transient cell cycle arrest allowing for DNA repair; if the damage is excessive or irreparable, apoptosis or cellular senescence is triggered. One of the major DNA repair pathway that mends DNA double strand breaks is non-homologous end joining (NHEJ). Abrogating the NHEJ pathway leads to an accumulation of DNA damage in the lymphoid system that triggers p53-mediated apoptosis; complete deletion of p53 in this system leads to aggressive lymphomagenesis. Therefore, to study the effect of p53-dependent cell cycle arrest, we utilized a hypomorphic, separation-of-function mutant, p53p/p, which completely abrogates apoptosis yet retains partial cell cycle arrest ability. We crossed DNA ligase IV deficiency, a downstream ligase crucial in mending breaks during NHEJ, into the p53p/p background (Lig4-/-p53p/p). The accumulation of DNA damage activated the p53/p21 axis to trigger cellular senescence in developing lymphoid cells, which absolutely suppressed tumorigenesis. Interestingly, these mice progressively succumb to severe diabetes. Mechanistic analysis revealed that spontaneous DNA damage accumulated in the pancreatic b-cells, a unique subset of endocrine cells solely responsible for insulin production to regulate glucose homeostasis. The genesis of adult b-cells predominantly occurs through self-replication, therefore modulating cellular proliferation is an essential component for renewal. The progressive accumulation of DNA damage, caused by Lig4-/-, activated p53/p21-dependent cellular senescence in mutant pancreatic b-cells that lead to islet involution. Insulin levels subsequently decreased, deregulating glucose homeostasis driving overt diabetes. Our Lig4-/-p53p/p model aptly depicts the dichotomous role of cellular senescence—in the lymphoid system prevents tumorigenesis yet in the endocrine system leads to the decrease of insulin-producing cells causing diabetes. To further delineate the function of NHEJ in pancreatic b-cells, we analyzed mice deficient in another component of the NHEJ pathway, Ku70. Although most notable for its role in DNA damage recognition and repair within the NHEJ pathway, Ku70 has NHEJ-independent functions in telomere maintenance, apoptosis, and transcriptional regulation/repression. To our surprise, Ku70-/-p53p/p mutant mice displayed a stark increase in b-cell proliferation, resulting in islet expansion, heightened insulin levels and hypoglycemia. Augmented b-cell proliferation was accompanied with the stabilization of the canonical Wnt pathway, responsible for this phenotype. Interestingly, the progressive onset of cellular senescence prevented islet tumorigenesis. This study highlights Ku70 as an important modulator in not only maintaining genomic stability through NHEJ-dependent functions, but also reveals a novel NHEJ-independent function through regulation of pancreatic b-cell proliferation. Taken in aggregate, these studies underscore the importance for NHEJ to maintain genomic stability in b-cells as well as introduces a novel regulator for pancreatic b-cell proliferation.

Effect of different resistance-training regimens on the WNT-signaling pathway

The purpose of the present study was to evaluate the effects of 8 weeks of strength and power training on the expression of genes related to the canonical WNT pathway and beta-catenin protein levels in physically active men. Twenty-five subjects (27.4 +/- A 4.6 years) were balanced based on their relative maximum strength in the squat exercise (squat 1RM/body mass) and randomly assigned to strength training (ST) (n = 10), power training (PT) (n = 10), and control (C) (n = 5) groups. The ST and the PT groups performed high and low intensity squats, respectively, thrice a week, for 8 weeks. Muscle biopsies from the vastus lateralis muscle were collected before and after the training period. Relative strength and power increased similarly in both ST and PT groups (P < 0.001). Fiber cross-sectional area also increased similarly in both ST and PT groups. Gene expression and beta-catenin protein expression levels were assessed by real-time PCR and Western blot. Certain genes were up-regulated in the ST group (WNT1: 6.4-fold, P < 0.0001; SFRP1: 3.3-fold, P < 0.0001 and LEF1: 7.3-fold, P < 0.0001) and also in the PT group (WNT1: 24.9-fold, P < 0.0001; SFRP1: 2.7-fold, P < 0.0001; LEF1: 34.1-fold, P < 0.0001 and Cyclin D1: 7.7-fold, P < 0.001). In addition, the expression of key WNT pathway genes was substantially more responsive to PT than to ST (WNT1: P < 0.0001; LEF1: P < 0.0001 and Cyclin D1: P < 0.001). Finally, the total beta-catenin protein content increased only in the PT group (P < 0.05). Our data indicate that a PT regimen triggers greater responses in key elements of the WNT pathway.

Glypican-3 reexpression regulates apoptosis in murine adenocarcinoma mammary cells modulating PI3K/Akt and p38MAPK signaling pathways

Glypican-3 (GPC3) is a proteoglycan involved in proliferation and cell survival. Several reports demonstrated that GPC3 is downregulated in some tumors, such as breast cancer. Previously, we determined that GPC3 reexpression in the murine mammary adenocarcinoma LM3 cells induced an impairment of their invasive and metastatic capacities, associated with a decrease of their motility and an increase of their cell death. We demonstrated that GPC3 inhibits canonical Wnt signaling, as well as it activates non canonical pathway. Now, we identified signaling pathways responsible for the pro-apoptotic role of GPC3 in LM3 cells. We found for the first time that GPC3 inhibits the PI3K/Akt anti-apoptotic pathway while it stimulates the p38MAPK stress-activated one. We report a concomitant modulation of CDK inhibitors as well as of pro- and anti-apoptotic molecules. Our results provide new clues regarding the mechanism involved in the modulation induced by GPC3 of mammary tumor cell growth and survival.

Constitutive activation of Wnt signaling favors generation of memory CD8 T cells.

T cell factor-1 (TCF-1) and lymphoid enhancer-binding factor 1, the effector transcription factors of the canonical Wnt pathway, are known to be critical for normal thymocyte development. However, it is largely unknown if it has a role in regulating mature T cell activation and T cell-mediated immune responses. In this study, we demonstrate that, like IL-7Ralpha and CD62L, TCF-1 and lymphoid enhancer-binding factor 1 exhibit dynamic expression changes during T cell responses, being highly expressed in naive T cells, downregulated in effector T cells, and upregulated again in memory T cells. Enforced expression of a p45 TCF-1 isoform limited the expansion of Ag-specific CD8 T cells in response to Listeria monocytogenes infection. However, when the p45 transgene was coupled with ectopic expression of stabilized beta-catenin, more Ag-specific memory CD8 T cells were generated, with enhanced ability to produce IL-2. Moreover, these memory CD8 T cells expanded to a larger number of secondary effectors and cleared bacteria faster when the immunized mice were rechallenged with virulent L. monocytogenes. Furthermore, in response to vaccinia virus or lymphocytic choriomeningitis virus infection, more Ag-specific memory CD8 T cells were generated in the presence of p45 and stabilized beta-catenin transgenes. Although activated Wnt signaling also resulted in larger numbers of Ag-specific memory CD4 T cells, their functional attributes and expansion after the secondary infection were not improved. Thus, constitutive activation of the canonical Wnt pathway favors memory CD8 T cell formation during initial immunization, resulting in enhanced immunity upon second encounter with the same pathogen.

Bcl9/Bcl9l are critical for Wnt-mediated regulation of stem cell traits in colon epithelium and adenocarcinomas.

Canonical Wnt signaling plays a critical role in stem cell maintenance in epithelial homeostasis and carcinogenesis. Here, we show that in the mouse this role is critically mediated by Bcl9/Bcl9l, the mammalian homologues of Legless, which in Drosophila is required for Armadillo/beta-catenin signaling. Conditional ablation of Bcl9/Bcl9l in the intestinal epithelium, where the essential role of Wnt signaling in epithelial homeostasis and stem cell maintenance is well documented, resulted in decreased expression of intestinal stem cell markers and impaired regeneration of ulcerated colon epithelium. Adenocarcinomas with aberrant Wnt signaling arose with similar incidence in wild-type and mutant mice. However, transcriptional profiles were vastly different: Whereas wild-type tumors displayed characteristics of epithelial-mesenchymal transition (EMT) and stem cell-like properties, these properties were largely abrogated in mutant tumors. These findings reveal an essential role for Bcl9/Bcl9l in regulating a subset of Wnt target genes involved in controlling EMT and stem cell-related features and suggest that targeting the Bcl9/Bcl9l arm of Wnt signaling in Wnt-activated cancers might attenuate these traits, which are associated with tumor invasion, metastasis, and resistance to therapy.

The generation and analysis of combined legless 1 and 2 knock-out mice

Summary The Wnt signaling pathway plays an important role during development and also for maintaining tissue homeostasis due to its function in proliferation, differentiation and cell fate decisions. Wnt ligands bind to Frizzled receptors and activate a signaling cascade that results in the stabilization of β-Catenin, a key component of the pathway. β-Catenin translocates to the nucleus, where, together with a transcription factor of the Tcf/Lef family, it activates the expression of target genes. Legless and Pygopus are two recently discovered essential components of the Wnt pathway in Drosophila, which may mediate the nuclear import and retention of beta-Catenin and/or contribute directly to the activation of Wnt target genes. To address the function of Legless in the mouse, we have generated compound constitutive and conditional knockout alleles of the two homologues legless 'I (bc1-9) and 2. We have induced the deletion of legless in self-renewing tissues such as the gastrointestinal tract, the mammary gland and the skin during adulthood and constitutively in the embryo. The present thesis focused on the consequences of the inactivation of legless in epithelial homeostasis as well as in a regeneration model and its comparison to pygopus. Deletion of neither legless nor pygopus in the adult small intestine resulted in any apparent anomaly, contrasting expectations from the phenotype caused by over-expression of Dickkopf, a Wnt inhibitor (Pinto et al., 2003). These observations indicate that canonical Wnt signaling might not be indispensable for normal gastrointestinal epithelium homeostasis, or that, in this context, Legless and Pygopus are not essential components of the Wnt pathway. However, the regeneration of the colonic epithelium after DSS induced damage was markedly impaired in legless, but not in pygopus deficient mice. Thus, unlike in Drosophila, deletion of mammalian legless and pygopus resulted in different phenotypes, suggesting that Legless might interact with as yet unidentified partners in addition to Pygopus. Resumé La voie de signalisation Wnt joue un rôle important au cours du développement ainsi que pour le maintien de l' homéostase tissulaire due à sa fonction durant la prolifération, la différentiation et les décisions sur l'avenir des cellules. Les ligands de Wnt se lient aux récepteurs Frizzled et activent une cascade de signalisation résultant en la stabilisation de β-Catenin, un composant central de cette voie. β-Catenin est transloquée dans le noyau ou, avec l'aide des facteurs de transcription de la famille Tcf/lef, elle active la transcription des gènes cibles. Legless et Pygopus sont deux composants récemment découverts et essentiels de la voie de signalisation Wnt chez la Drosophile qui pourraient être des médiateurs de l'import et de la rétention nucléaire de bêta-catenin et/ou contribuer directement a l'activation des gènes cibles. Afin de comprendre la fonction de Legless chez la souris, nous avons généré simultanément les allèles « knock-out » constitutifs et conditionnels des deux homologues legless 1 (bc1-9) et 2. Nous avons induit la délétion de legless dans des tissus capables de s'auto renouveler comme le tract gastro-intestinal, la glande mammaire et la peau chez l'adulte et nous avons supprimé constitutivement legless chez l'embryon. La présente thèse est concentrée sur les conséquences de l'inactivation de legless au cours de l' homéostase épithéliale ainsi que dans un modèle de régénération et sur sa comparaison avec pygopus. Ni la délétion de legless ni celle de pygopus dans l'intestin adulte n'ont résulté en quelque anomalie, contrastant nos attentes provenant des phénotypes causes par la surexpression de Dickkpof, un inhibiteur de Wnt (Pinto et al., 2003). Ces observations indiquent que la voie de signalisation Wnt/β-Catenin pourrait ne pas être indispensable à l' homéostase normale du tract gastro-intestinal, ou que, dans ce contexte, Legless et Pygopus ne sont pas des composants essentiels de la vole Wnt. Cependant, la régénération de l'épithélium du colon après induction de son endommagement au DSS fut dramatiquement diminuée chez legless mais pas chez les souris mutantes pour pygopus. Ainsi, a la différence de chez la Drosophile, la délétion de legless et pygopus chez les mammifères a résulté en des phénotypes différents, suggérant que Legless pourrait interagir avec d'autres partenaires, encore non identifies, que Pygopus.

Essential role of the Wnt pathway effector Tcf-1 for the establishment of functional CD8 T cell memory.

Immune protection from intracellular pathogens depends on the generation of terminally differentiated effector and of multipotent memory precursor CD8 T cells, which rapidly regenerate effector and memory cells during recurrent infection. The identification of factors and pathways involved in CD8 T cell differentiation is of obvious importance to improve vaccination strategies. Here, we show that mice lacking T cell factor 1 (Tcf-1), a nuclear effector of the canonical Wingless/Integration 1 (Wnt) signaling pathway, mount normal effector and effector memory CD8 T cell responses to infection with lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV). However, Tcf-1-deficient CD8 T cells are selectively impaired in their ability to expand upon secondary challenge and to protect from recurrent virus infection. Tcf-1-deficient mice essentially lack CD8 memory precursor T cells, which is evident already at the peak of the primary response, suggesting that Tcf-1 programs CD8 memory cell fate. The function of Tcf-1 to establish CD8 T cell memory is dependent on the catenin-binding domain in Tcf-1 and requires the Tcf-1 coactivators and Wnt signaling intermediates beta-catenin and gamma-catenin. These findings demonstrate that the canonical Wnt signaling pathway plays an essential role for CD8 central memory T cell differentiation under physiological conditions in vivo. They raise the possibility that modulation of Wnt signaling may be exploited to improve the generation of CD8 memory T cells during vaccination or for therapies designed to promote sustained cytotoxic CD8 T cell responses against tumors.

Stabilised beta-catenin in postnatal ventricular myocardium leads to dilated cardiomyopathy and premature death.

Beta-catenin is a component of the intercalated disc in cardiomyocytes, but can also be involved in signalling and activation of gene transcription. We wanted to determine how long-term changes in beta-catenin expression levels would affect mature cardiomyocytes. Conditional transgenic mice that either lacked beta-catenin or that expressed a non-degradable form of beta-catenin in the adult ventricle were created. While mice lacking beta-catenin in the ventricle do not have an overt phenotype, mice expressing a non-degradable form develop dilated cardiomyopathy and do not survive beyond 5 months. A detailed analysis could reveal that this phenotype is correlated with a distinct localisation of beta-catenin in adult cardiomyocytes, which cannot be detected in the nucleus, no matter how much protein is present. Our report is the first study that addresses long-term effects of either the absence of beta-catenin or its stabilisation on ventricular cardiomyocytes and it suggests that beta-catenin's role in the nucleus may be of little significance in the healthy adult heart.

Role of FGF and Wnt pathways in endoderm patterning and pancreas organogenesis

Summary Between gastrulation and gut tube formation, the endoderm becomes regionally specified along the anterior-posterior axis. An early sign of patterning is the expression of organ-specific genes in restricted endoderm domains. We studied the role of the fibroblast growth factor (FGF) and Wnt pathways in the establishment of the antero-posterior (A-P) axis domains. Here we report the first evidence that graded FGF4-mediated signaling establishes gut tube domains along the A-P axis in vivo from gastrulation to somitogenesis. At gastrulation, FGF4 may act cooperatively with Wnts, since both of them affect the gut tube patterning by promoting posterior and inhibiting anterior endoderm cell fate. The activity of the Wnt pathway is however time restricted, since. it does not affect patterning at somitogenesis. Our experiments point to a global mechanism that coordinates the A-P patterning of all three primary germ layers. Soon after regionalization of the gut tube, morphogenetic evidences of organogenesis appear. We focused our attention on one of these organs, the pancreas. We report a comprehensive investigation of the activity and the role of the Wnt pathway in pancreas organogenesis. We have used two mouse reporter lines to monitor canonical Wnt-pathway activity during development and after birth and demonstrate activity in early pancreatic bud, endocrine cells and in the mesenchyme. We have specifically deleted the ß-catenin .gene, a key component of the Wnt pathway, in the epithelium of the pancreas and duodenum using Pdxl -Cre mice. In agreement with Wnt pathway activity in pancreatic endocrine cells, we find a reduction in endocrine islet numbers. Our study reveals that ß-catenin deletion also affects cells in which Wnt pathway activity is not detected. Indeed, ß-catenin mutant cells have a competitive disadvantage during development that also' affects the exocrine compartment. Moreover, the conditional KO mice develop acute edematous pancreatitis perinatally due to the disruption of the epithelial structure of acini. These effects are likely to be due to the function of ß-catenin at the membrane. Résumé Entre la gastrulation et la formation du tube digestif, l'endoderme est progressivement régionalisé le long de l'axe antéropostérieur (A-P). Un des premiers signes de cette régionalisation est l'expression de gènes spécifiques à certains organes dans une région restreinte. Nous avons étudié l'implication des voies de signalisation FGF et Wnt dans l'établissement de la régionalisation A-P. Nous rapportons les premières preuves que FGF4 établit la ségrégation des domaines de l'endoderme le long de l'axe A-P in vivo de la gastrulation à la somitogenèse. Cette activité peut être menée en collaboration avec les Wnts, puisque ceux-ci influencent aussi l'endoderme en inhibant le destin antérieur et en induisant le destin postérieur des cellules. Cette activité des Wnts est perdue à la somitogenèse. Nos expériences démontrent une régionalisation coordonnée des trois feuillets germinaux le long de l'axe A-P. Peu après la régionalisation, les premiers signes morphologiques de l'organogenèse apparaissent. Nous nous sommes intéressés au rôle des Wnts dans un des dérivés de l'endoderme : le pancréas. Nous avons utilisés deux lignés de souris rapportrices de l'activité de la voie canonique des Wnts, qui montrent une activité dans le bourgeon précoce du pancréas avant la différentiation, puis plus tard dans les cellules endocrines et le mésenchyme. Nous avons utilisé la souris transgénique Pdxl -Cre pour inactiver spécifiquement le gène de la ß-caténine, un intermédiaire de la voie des Wnts, dans la région pancréatique. En accord avec l'activité de la voie de signalisation Wnt, la perte de la ßcaténine conduit à une réduction du nombre de cellules endocrines. De plus certaines cellules qui ne montrent aucune activité de la voie Wnt sont aussi affectées. En effet, les cellules ayant perdu la ß-caténine ont un désavantage compétitif face aux cellules sauvages dans un environnement mosaïque. Cette compétition résulte en l'absence de cellules déplétées en ßcaténine chez l'adulte. De plus, vers la naissance, les animaux déficients pour la ß-caténine développent une pancréatite aiguë due à la destruction de l'architecture des acini. Ceci est probablement aux fonctions d'adhésion de la ß-caténine à la membrane.

Ectodysplasin A (EDA) - EDA receptor signalling and its pharmacological modulation.

The TNF family ligand ectodysplasin A (EDA) regulates the induction, morphogenesis and/or maintenance of skin-derived structures such as teeth, hair, sweat glands and several other glands. Deficiencies in the EDA - EDA receptor (EDAR) signalling pathway cause hypohidrotic ectodermal dysplasia (HED). This syndrome is characterized by the absence or malformation of several skin-derived appendages resulting in hypotrychosis, hypodontia, heat-intolerance, dry skin and dry eyes, susceptibility to airways infections and crusting of various secretions. The EDA-EDAR system is an important effector of canonical Wnt signalling in developing skin appendages. It functions by stimulating NF-κB-mediated transcription of effectors or inhibitors of the Wnt, Sonic hedgehog (SHH), fibroblast growth factor (FGF) and transforming growth factor beta (TGFβ) pathways that regulate interactions within or between epithelial and mesenchymal cells and tissues. In animal models of Eda-deficiency, soluble EDAR agonists can precisely correct clinically relevant symptoms with low side effects even at high agonist doses, indicating that efficient negative feedback signals occur in treated tissues. Hijacking of the placental antibody transport system can help deliver active molecules to developing foetuses in a timely manner. EDAR agonists may serve to treat certain forms of ectodermal dysplasia.

Signalling pathways in skin homeostasis

SUMMARY The results presented here contribute to a better understanding of the crucial molecular relationships and signalling cues exchanged by several fundamental cell types (epidermal keratinocytes, dermal fibroblasts, immune and endothelial cells) of the skin. Importantly we provide evidence to directly implicate Wnt/ß-catenin signalling as a putative player in different cell types (keratinocytes and neutrophils) in mediation of the cutaneous inflammatory response (Fart A). Finally we highlight the importance of several molecules, specifically expressed in the hair follicle stem cell niche to the morphogenesis and homeostasis of the hair follicle (Part B). PART A Currently the body of work pertaining to Wnt signalling and immune cells largely focuses on Wnt signalling in the development of these cells. The data presented here suggests a novel mechanism in which Wnt signalling appears to modulate immune cell recruitment to the skin. Keratinocytes are major contributors to early inflammatory responses by the release of chemokines which recruit immune cells. The resultant inflammatory response is a dynamic process of sequentially infiltrating immune cells governed by a network of growth factors, chemokines and cytokines. In wild type mice the response is typified by a rapid and substantial infiltration of neutrophils followed at later time points by macrophages and Tcells. The expression of the canonical Wnt pathway activating ligand, Wnt3a, is able to induce a strong neutrophil infiltration in the dermis. This response originates in keratinocytes, as it is abrogated upon keratinocyte-specific ablation of ß-catenin. Notably, this suggests that the crucial cross talk between these resident cells and recruited immune cells is, in part, mediated by Wnt signalling. In corroboration of this role of Wnt-mediated recruitment of neutrophils, expression of the Wnt inhibitory ligand sFRPI during acute inflammation results in a dramatic 'dampening' of immune cell infiltration in particular of neutrophil chemoattraction. Importantly, an intrinsic Wnt signalling pathway is essential for neutrophil chemoattraction in response to inflammatory stimuli. There is a marked reduction of neutrophil infiltration in mice grafted with a ß-catenin deficient bone marrow upon TPA induced cutaneous inflammation. Additionally, neutrophils lacking Wnt/ß-catenin fail to respond to IFNγ, an early inflammatory cue, in vitro. In combination, these data indicate a potent function of Wnt signalling in immune cell recruitment and the modulation of the inflammatory response. PART B Tissue specific stem cells form the cellular base on which tissue homeostasis and repair of adult tissue relies. The maintenance of this stem cell pool is highly dependent on the immediate environment or niche. We have identified three genes, the fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1), serpin protease inhibitor (serpin F1) and the haematopoietic cell phosphatase (Hcph) to be specifically expressed in a small population of stromal cells which are in close contact to bulge stem cells. These specialized stromal cells might represent an essential mesenchymal component of the skin stem cell niche and may regulate stem cell proliferation and differentiation. Multiple FGFR1 isoforms are generated through alternate transcript splicing and are able to interact with both FGFs and cell adhesion molecules. Two predominant forms of the receptor are FGFR1-α and FGFR1-ß. Expression of a dominant negative form of the alpha isoform prevents hair follicle morphogenesis altogether. Given that FGFR1-ß signals principally through the FGF ligands, this data indicates that FGF signalling is dispensable for follicle morphogenesis. Moreover the loss of follicular morphogenesis upon suggests a requirement for signalling via cell adhesion molecule association with the receptor as FGFR1 α has a greater affinity for these molecules. The expression of the second candidate niche gene serpin f1, lead to the complete ablation of hair follicle morphogenesis. The serpin f1 product, pigment-epithelial derived factor (PEDF) has potent anti-angiogenic effects. Immunohistochemical analysis using CD31, a endothelial cell marker, revealed that although these cells are present, they have are disorganised and do not form vessels. Interestingly, endothelial cells have been found to contribute to the neuronal stem cell niche and our results suggest a similar mechanism in the skin. SHP1, the Hcph gene product, is a phosphatase which acts in the haematopoetic system. Motheaten mice carrying spontaneous mutations in the Hcph gene have patchy alopecia in their skin and severe defects in their haematopoietic system. However the haematopoietic rescue of the mouse does not result in normal follicular homeostasis. Additionally, ablation of Hcph in either the dermal or keratinocyte compartments of the skin produces hair follicles with abberant morphologies. This data indicates that although SHP1 is not essential for hair follicle morphogenesis it is required in both epidermal and dermal compartments to maintain follicular morphology. RÉSUMÉ PARTIE A Jusqu'à présent, les travaux dédiés à l'étude de la voie de signalisation Wnt dans le système immunitaire se sont essentiellement concentrés sur son rôle dans le développement des cellules immunitaires. Les données présentées ici suggèrent fortement et de manière nouvelle, l'existence d'un mécanisme par lequel la voie de signalisation Wnt/ß-caténine module le recrutement de cellules immunitaires dans un tissu périphérique, la peau, et ainsi la réponse inflammatoire cutanée. La réponse inflammatoire cutanée est un processus dynamique d'infiltration séquentielle de diverses cellules immunitaires, orchestré par un réseau de facteurs de croissance, chémokines et cytokines. Les kératinocytes sont des contributeurs majeurs à la réponse inflammatoire précoce par la libération de chémokines qui permettent ensuite de recruter les cellules immunitaires. Dans des souris sauvages, la réponse est d'abord caractérisée par une infiltration rapide et substantielle de neutrophiles, suivie par celle des macrophages et des lymphocytes T. L'expression d'un ligand activateur de le voie canonique de signalisation Wnt (après injection infra-dermique de fibroblastes sur-exprimant Wnt-3a) induit une infiltration dermique très marquée de neutrophiles. De plus, la réponse est éliminée en l'absence de ß-caténine spécifiquement dans les kératinocytes, indiquant que ces cellules sont à l'origine de la réponse. De manière remarquable, ceci suggère qu'une signalisation cruciale entre ces cellules résidentes de la peau et les cellules immunitaires recrutées est, au moins en partie, médiée par la voie Wnt. Corroborant ce rôle de la voie Wnt/ß-caténine dans le recrutement des neutrophiles, l'expression d'un ligand inhibiteur de la voie (sFRP1) résulte au cours d'une inflammation aigüe en une réduction spectaculaire de l'infiltration des cellules immunitaires en général, et des neutrophiles en particulier. De manière importante, la voie de signalisation Wnt est intrinsèquement requise pour la chémoattraction des neutrophiles en réponse à un stimulus inflammatoire. En effet, suite à une inflammation cutanée induite par un ester de phorbol (TPA), une réduction notable de l'infiltration des neutrophiles est observée dans des souris préalablement greffées avec de la moelle osseuse constituée de cellules déficientes en ß-caténine. De plus, in vitro, les neutrophiles sans ß-caténine ne répondent pas à une stimulation par l'interféron γ, qui est pourtant un signal inflammatoire établi in vivo. En conclusion, nos données indiquent que la voie de signalisation Wnt/ß-caténine joue une fonction active dans le recrutement des cellules immunitaires vers un organe périphérique, la peau, ainsi que dans la modulation, à plusieurs niveaux, de la réponse inflammatoire cutanée. PARTIE B Les cellules souches tissu-spécifiques forment la base cellulaire sur laquelle repose l'homéostase et la réparation tissulaires chez l'adulte. La maintenance de ce réservoir de cellules souches est hautement dépendante de leur environnement cellulaire immédiat, encore appelé «niche des cellules souches». Dans la peau, ces cellules stromales spécialisées représentent un compartiment mésenchymateux essentiel de la niche des cellules souches en régulant leurs prolifération et différentiation. Nous avons identifié trois gènes, le «récepteur 1 àux facteurs de croissance des fibroblastes » (Fgfr1 ), l' «inhibiteur de protéase à sérine » (serpinf1 ou pedf) et la « phosphatase des cellules hématopoiétiques » (Hcph ou Ptpn6), comme spécifiquement exprimés par une petite population de cellules stromales qui sont étroitement associées aux cellules souches de la peau (localisées au niveau du bombement du follicule pileux). Pour analyser leur fonction dans ce contexte, nous avons utilisé un test de reconstitution complète de peau murine en combinaison à des. transductions géniques basées sur l'utilisation de lentivirus. Ce test repose sur le mélange de deux compartiments cellulaires, épidermique (kératinocytes) et dermique (fibroblastes), greffés sur une zone ouverte de peau du dos d'une souris pour ensemble reconstituer la peau. Des isoformes multiples de FGFR1 sont générées par épissage alternatif de transcrits et sont capables d'interagir à la fois avec les FGFs (facteurs de croissance des fibroblastes) et les molécules d'adhésion cellulaires. Les deux formes prédominantes du récepteur, FGFR1-α et FGFR1-ß, ne différent que par le «domaine ressemblant aux immunoglobulines 1 » (immunoglobulin-like 1 domain), absent de FGFR1-ß. De plus, FGFR1-ß a une affinité plus grande pour les FGFs et plus faible pour les molécules d'adhésion cellulaires telles que la Ncadhérine (connue pour activer FGFR). La sur-expression de l'une ou l'autre des formes n'empêche pas la morphogenèse folliculaire mais conduit à la formation de follicules aberrants. Toutefois, une différence phénotypique majeure est observée lorsqu'une forme «Dominant-Négatif » (DN) est exprimée dans le compartiment dermique. La sur-expression de FGFR1-ß DN conduit en effet à la formation de follicules petits et tronqués, avec des gaines épithéliales et un bulbe élargis ainsi qu'une petite papille dermique. Par contre, l'expression de FGFR1-α DN abolit complètement la morphogenèse folliculaire. Etant donné que la signalisation par FGFR1-ß est principalement dépendante des ligands FGFs, ces données indiquent que la signalisation par ceux-cì est non-nécessaire à la morphogenèse folliculaire. De plus, l'abolition du processus par la sur-expression de FGFR1-a DN suggëre une signalisation nécessaire entre le récepteur FGFR1 et une ou des molécules d'adhésion cellulaire. L'expression de notre second candidat comme gène spécifique de la niche des cellules souches de la peau, serpinf1, prévient la morphogenèse folliculaire. Seules de petites structures ressemblant à des cystes sont observées après reconstitution de la peau. De plus, dans ces transplants, aucune cellule CD34-positive (marqueur des cellules souches) n'est retrouvée associé à ces cystes. Le produit du gène serpin f1, le «facteur dérivé d'épithélium pigmentaire » (PEDF) est un puissant facteur anti-angiogénique. Nous avons donc analysé la vascularisation des transplants par immunohistochirnies utilisant CD31, un marqueur des cellules endothéliales. Nos résultats révèlent que les cellules endothéliales sont bien présentes, mais de manière désorganisée et ne formant pas de vaisseaux. De manière intéressante, les cellules endothéliales contribuent activement à la niche des cellules souches neuronales, et nos résultats suggèrent donc l'existence possible d'un mécanisme similaire dans la peau. SHP1, le produit du gène Hcph, est une phosphatase quì agit dans le système hématopoiétique. Les souris « motheaten »qui portent des mutations spontanées du gène ont une alopécie inégale au niveau de la peau et de sévères troubles du système hématopoiétique. Pour s'assurer que le phénotype observé au niveau de la peau n'est pas une conséquence d'un défaut du système hématopoiétique, nous avons transplanté des souris Hcph -/- avec de la moelle osseuse sauvage afin de restaurer la fonction de SHP 1 dans le système hématopoiétique. Toutefois, le défaut de morphologie folliculaire est maintenu. De plus, l'ablation d'Hcph dans le compartiment dermique ou épidermique d'essais de reconstitution de peau conduit à la production de follicules pileux avec des morphologies aberrantes. Ces données indiquent que SHP1 n'est pas essentiel à la morphogenèse folliculaire mais est toutefois requis à la fois dans les compartiments épidermiques et dermiques pour la maintenance de la forme du follicule.

Ectodysplasin/NF-κB Promotes Mammary Cell Fate via Wnt/β-catenin Pathway.

Mammary gland development commences during embryogenesis with the establishment of a species typical number of mammary primordia on each flank of the embryo. It is thought that mammary cell fate can only be induced along the mammary line, a narrow region of the ventro-lateral skin running from the axilla to the groin. Ectodysplasin (Eda) is a tumor necrosis factor family ligand that regulates morphogenesis of several ectodermal appendages. We have previously shown that transgenic overexpression of Eda (K14-Eda mice) induces formation of supernumerary mammary placodes along the mammary line. Here, we investigate in more detail the role of Eda and its downstream mediator transcription factor NF-κB in mammary cell fate specification. We report that K14-Eda mice harbor accessory mammary glands also in the neck region indicating wider epidermal cell plasticity that previously appreciated. We show that even though NF-κB is not required for formation of endogenous mammary placodes, it is indispensable for the ability of Eda to induce supernumerary placodes. A genome-wide profiling of Eda-induced genes in mammary buds identified several Wnt pathway components as potential transcriptional targets of Eda. Using an ex vivo culture system, we show that suppression of canonical Wnt signalling leads to a dose-dependent inhibition of supernumerary placodes in K14-Eda tissue explants.

Le rôle de la signalisation Wnt dans le phénotype anormal des ostéoblastes ostéoarthrosiques

L’ostéoarthrose (OA) est une pathologie de forte incidence affectant les articulations. Elle est caractérisée principalement par une dégradation du cartilage articulaire, un déséquilibre au niveau du remodelage osseux et une sclérose de l’os sous-chondral. L’étiologie de cette pathologie reste encore méconnue, cependant il semble de plus en plus que tous les tissus composant l’articulation soient affectés dans cette pathologie. L’importance du rôle de l’os dans le développement de l’OA est incontestable et représente donc une cible thérapeuthique intéressante. Des études effectuées par tomodensitométrie ont démontré une structure et une organisation anormales du tissu osseux des patients OA. Parallèlement, les cultures primaires d’ostéoblastes (Ob) humains OA issus de l’os sous-chondral démontrent un phénotype altéré et une faible minéralisation in vitro. La signalisation Wnt, essentielle dans l’embryogenèse, a montré avoir un rôle clé dans la régulation de l’ostéogenèse en régulant notamment la différenciation terminale des Ob. Le facteur de croissance transformant-β1 (TGF-β1), un facteur agissant notamment sur la prolifération et sur le début de la différenciation des Ob, est surexprimé par les Ob OA et pourrait moduler cette signalisation. Aussi, deux populations de patients OA peuvent être différenciées in vitro par la production de prostaglandines E2 (PGE2) par leurs Ob et les PGE2, dans une étude sur le cancer colorectal, ont montré moduler la signalisation Wnt. Notre hypothèse de travail est que l’activation de la voie de signalisation Wnt/β-caténine est diminuée dans les Ob OA. Cette diminution est responsable de la sous-minéralisation et de l’altération du phénotype des Ob humains OA. Par ailleurs, DKK2, dont l’expression est contrôlée par TGF-β1, est responsable de la diminution de l’activité Wnt/β-caténine et les PGE2 peuvent en partie corriger cette situation. L’objectif général de cette étude est d’une part, de démontrer le rôle de TGF-β1, DKK2 et de PGE2 sur l’altération de la signalisation Wnt/β-caténine et d’autre part, de démontrer le lien entre TGF-β1 et DKK2 et l’effet de ces derniers sur le phénotype des Ob. Dans cette étude on a montré que la signalisation canonique Wnt est altérée dans les Ob OA et que cela était responsable de l’altération du phénotype des Ob OA. On a montré, parmi les acteurs de la signalisation Wnt, que l’expression de l’antagoniste Dickkopf-1 (DKK1) était relativement similaire entre les Ob OA et normaux contrairement à celle de l’antagoniste DKK2 qui était augmentée et à celle de l’agoniste Wnt7B qui était diminuée dans les Ob OA. On a également montré que les PGE2 pouvaient potentialiser l’activité de la signalisation Wnt dans les Ob OA. L’inhibition de DKK2 a permis d’augmenter l’activité de la signalisation Wnt et de corriger le phénotype anormal ainsi que d’augmenter la minéralisation des Ob OA. L’inhibition de TGF-β1, un facteur aussi surexprimé dans les Ob OA, a également permis la correction du phénotype et l’augmentation de la minéralisation dans les Ob OA. L’inhibition de TGF-β1 a aussi menée à l’inhibition de DKK2. Le contraire ne fût pas observé démontrant ainsi la régulation de DKK2 par TGF-β1. En conclusion, la signalisation canonique Wnt est diminuée dans les Ob OA et cela est dû au niveau élevé de DKK2 dans ces Ob. TGF-β1 régule positivement DKK2 et donc la surexpression de TGF-β1 entraîne celle de DKK2 ce qui a pour conséquences d’altérer le phénotype des Ob. Les PGE2 ont aussi montré pouvoir potentialiser l’activité de la signalisation Wnt et auraient donc un rôle positif. Ensemble, ces données suggèrent que ces altérations au niveau des Ob OA pourraient être responsables de la structure osseuse anormale observée chez les patients OA.