Tolerogenic dendritic cells and their role in induction of immune tolerance

Les cellules dendritiques sont des cellules du système immunitaire qui permettent d'instruire les lymphocytes T, autres cellules de ce système, pour mettre en place une réponse immunitaire adaptée afin de combattre et vaincre une infection. Ces cellules dendritiques vont reconnaître des motifs spécifiquement exprimés par des pathogènes par l'intermédiaire de récepteurs exprimés à leur surface. En détectant ces molécules, elles vont s'activer et subir diverses modifications pour pouvoir activer les lymphocytes T. Elles vont alors interagir avec les lymphocytes Τ et transférer les informations nécessaires pour que ces cellules s'activent à leur tour et produisent différentes protéines de façon à éliminer le pathogène. En fonction du type de pathogène, les informations transférées entre les cellules dendritiques et les lymphocytes seront différentes de manière à produire la réponse immunitaire la mieux adaptée pour supprimer l'élément infectieux. Dans le corps, les cellules dendritiques circulent continuellement afin de détecter les éléments étrangers. Quand elles reconnaissent une protéine étrangère, elles la phagocytent, c'est-à-dire qu'elles la mangent afin de pouvoir la présenter aux lymphocytes T. Mais quand elles phagocytent un élément étranger, elles peuvent également prendre des éléments du soi, comme par exemple quand elles phagocytent une cellule infectée par un virus. Les cellules dendritiques doivent alors être capables de différentier les molécules du soi et du non-soi de façon à ne pas induire une réponse en présentant un antigène du soi aux lymphocytes T. D'autant plus que lors de leur développement, les lymphocytes Τ qui sont capables de reconnaître le soi sont éliminés mais ce système n'est pas parfait et donc certains lymphocytes Τ auto-reactifs peuvent se trouver dans le corps. Il existe ainsi d'autres mécanismes en périphérie du site de développement pour inhiber ces lymphocytes Τ auto-reactifs. Ce sont les mécanismes de tolérance. Quand les lymphocytes Τ induisent une réponse aux antigènes du soi, cela résulte à des maladies auto-immunes. Dans mon projet de recherche, nous avons travaillé avec des lignées de cellules dendritiques, c'est-à-dire des cellules dendritiques semblables à celles que l'on peut trouver in vivo mais qui sont immortalisées, elles peuvent donc être cultiver et manipuler in vitro. Nous avons génétiquement modifiées ces lignées cellulaires pour qu'elles expriment des molécules immunosuppressives afin d'étudier comment induire une tolérance immunitaire, c'est-à-dire si l'expression de ces molécules permet d'éviter de générer une réponse immunitaire. Pour cela, nous avons utilisé des modèles murins de tumeurs et de maladies auto-immunes. Nous avons démontré que ces lignées de cellules dendritiques peuvent être un grand outil de recherche pour étudier les bénéfices de différentes molécules immuno-modulatrices afin d'induire une tolérance immunitaire à différents antigènes. - Les cellules dendritiques sont responsables de l'induction des réponses immunitaires adaptatives. Suite à une infection microbienne, les cellules dendritiques s'activent, elles induisent l'expression de molécules de costimulation à leur surface, sécrètent des cytokines et induisent la différentiation des cellules Τ effectrices et mémoires. De plus, les cellules dendritiques ont un rôle important dans l'induction et la maintenance de la tolérance immunitaire au niveau du thymus et en périphérie, en induisant l'anergie, la délétion ou la conversion des cellules Τ naïves en cellules régulatrices. Dans notre groupe, une nouvelle lignée de cellules dendritiques appelée MuTu a été crée par la culture de cellules dendritiques tumorales isolées à partir d'une rate d'une souris transgénique, dans laquelle l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP sont sous le contrôle du promoteur CD1 le, et sont ainsi spécifiquement exprimés dans les cellules dendritiques. Ces nouvelles lignées appartiennent au sous-type des cellules dendritiques conventionnelles exprimant CD8a. Elles ont conservé leur capacité d'augmenter l'expression des marqueurs de costimulation à leur surface ainsi que le production de cytokines en réponse à des ligands des récepteurs Toll, ainsi que leur capacité à présenter des antigènes associés aux molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe I ou II pour activer la prolifération et la différentiation des lymphocytes T. En utilisant un système de transduction de lentivirus de seconde génération, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques ont été génétiquement modifiées pour sur-exprimer des molécules immunosuppressives (IL-10, TGFP latent, TGFp actif, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC et CTLA4). Ces lignées permettent d'étudier de manière reproductible le rôle de ces molécules potentiellement tolérogènes sur les réponses immunitaires in vitro et in vivo. Ces lignées potentiellement tolérogènes ont été testées, tout d'abord, in vitro, pour leur capacité à inhiber l'activation des cellules dendritiques, à bloquer la prolifération des cellules Τ ou à modifier leur polarisation. Nos résultats démontrent qu'en réponse à une stimulation, la sur-expression des molécules costimulatrices et la sécrétion de molécules pro- inflammatoires est réduite quand les cellules dendritiques sur-expriment l'IL-10. La sur¬expression de TGFp sous sa forme active induit le développement de cellules régulatrices CD4+ CD25+ Foxp3+ et bloque la réponse CD8 cytotoxique tandis que la sur-expression de CTLA4 à la surface des cellules dendritiques inhibe une réponse Thl et induit des lymphocytes Τ anergiques. Ces lignées ont également été utilisées pour étudier l'induction de tolérance in vivo. Tout d'abord, nous avons étudié l'induction de tolérance dans un modèle de développement de tumeurs. En effet, quand les lignées tumorales sont transférées dans les lignées de souris C57BL/6, elles sont reconnues comme du non-soi du à l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP et sont éliminées. Ce mécanisme d'élimination a été étudié en utilisant une lignée de cellules dendritiques modifiée pour exprimer la luciférase et qui a permis de suivre le développement des tumeurs par de l'imagerie in vivo dans des animaux vivants. Ces lignées de cellules dendritiques MuTu sont éliminées dans la souris C57BL/6 par les lymphocytes CD8 et l'action cytotoxique de la perforine. Après plusieurs injections, les cellules dendritiques sur-exprimant CTLA4 ou l'actif TGFp peuvent casser cette réponse immunitaire inhérente aux antigènes de la lignée et induire le développement de la tumeur dans la souris C57BL/6. Le développement tumoral a pu être suivi en mesurant la bioluminescence émise par des cellules dendritiques modifiées pour exprimer à la fois l'actif TGFp et la luciférase. Ces tumeurs ont pu se développer grâce à la mise en place d'un microenvironnement suppressif pour échapper à l'immunité en recrutant des cellules myéloïde suppressives, des lymphocytes CD4 régulateurs et en induisant l'expression d'une molécule inhibitrice PD-1 à la surface des lymphocytes CD8 infiltrant la tumeur. Dans un deuxième temps, ces lignées tolérogènes ont également été testées dans un modèle murin de maladies auto-immunes, appelé l'encéphalomyélite auto-immune expérimental (EAE), qui est un modèle pour la sclérose en plaques. L'EAE a été induite dans la souris par le transfert de cellules de ganglions prélevées d'une souris donneuse préalablement immunisée avec une protéine du système nerveux central, la glycoprotéine myéline oligodendrocyte (MOG) émulsifiée dans de l'adjuvant complet de Freund. La vaccination des souris donneuses et receveuses avec les cellules sur-exprimant l'actif TGFP préalablement chargées avec la protéine MOG bloque l'induction de l'EAE. Nous sommes actuellement en train de définir les mécanismes qui permettent de protéger la souris du développement de la maladie auto-immune. Dans cette étude, nous avons ainsi démontré la possibilité d'induire la tolérance in vivo et in vitro à différents antigènes en utilisant nos nouvelles lignées de cellules dendritiques et en les modifiant pour exprimer des molécules immunosuppressives. En conséquence, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques représentent un outil pour explorer les bénéfices de différentes molécules ayant des propriétés immuno-modulatrices pour manipuler le système immunitaire vers un phénotype tolérogène. - Dendritic cells (DC) are widely recognized as potent inducers of the adaptive immune responses. Importantly, after microbial infections, DC become activated, induce co- stimulation, secrete cytokines and induce effector and memory Τ cells. DC furthermore play an important role in inducing and maintaining central and peripheral tolerance by inducing anergy, deletion or commitment of antigen-specific naïve Τ cells into regulatory Τ cells. In our group, stable MuTu DC lines were generated by culture of splenic DC tumors from transgenic mice expressing the SV40 large Τ oncogene and the GFP under DC-specific CDllc promoter. These transformed DC belong to the CD8a+ conventional DC subtype and have fully conserved their capacity to upregulate co-stimulatory markers and produce cytokines after activation with Toll Like Receptors-ligands, and to present Major Histocompatibility class-I or MHCII-restricted antigens to activate Τ cell expansion and differentiation. Using a second- generation lentiviral transduction system, these newly developed MuTu DC lines were genetically modified to overexpress immunosuppressive molecules (IL-10, latent TGFp, active TGFp, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC and CTLA4). This allows to reproducibly investigate the role of these potentially tolerogenic molecules on in vitro and in vivo immune responses. These potentially tolerogenic DC were tested in vitro for their ability to inhibit DC activation, to prevent Τ cell proliferation and to modify Τ cell polarization. Our results show that the upregulation of costimulatory molecules and the secretion of pro-inflammatory cytokines were reduced upon stimulation of DC overexpressing IL-10. The overexpression of active TGFP induced the development of CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and inhibited the cytotoxic CD8 Τ cell response as shown by using the OT-II Τ cell system whereas the surface expression of CTLA-4 on DC prevented the Thl response and prompted an anergic antigen-specific Τ cell response. These MuTu DC lines were also used in vivo in order to study the induction of tolerance. First we addressed the induction of tolerance in a model of tumorogenesis. The adoptively transferred tumor cell lines were cleared in C57BL/6 mice due to the foreign expression of SV40 LargeT and GFP. The mechanism of clearance of MuTu DC line into C57BL/6 mice was investigated by using luciferase-expressing DC line. These DC line allowed to follow, by in vivo imaging, the tumor development in living animals and determined that MuTu DC lines were eliminated in a perforin-mediated CD8 Τ cell dependent and CD4 Τ cell independent response. After multiple injections, DC overexpressing CTLA4 or active TGFp could break the immune response to these inherent antigens and induced DC tumorogenesis in wild type mice. The tumor outgrowth in C57BL/6 mice was nicely observed by double-transduced DC lines to express both luciferase and active TGFp. actTGFp-DC tumor was shown to recruit myeloid-derived suppressor cells, induce CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and induce the expression of the inhibitory receptor PD-1 on tumor- infiltrating CD8+ Τ cells in order to escape tumor immunity. Tolerogenic DC lines were also tested for the induction of tolerance in a murine model of autoimmune disease, the experimental autoimmune encephalitis (EAE) model for human multiple sclerosis. EAE was induced in C57BL/6 mice by the adoptive transfer of lymph node cells isolated from donor mice previously immunized by a protein specific to the central nervous system, the myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) emulsified in the complete freund adjuvant. The vaccination of donor and recipient mice with MOG-pulsed actTGFP-DC line prevented EAE induction. We are still investigating how the active TGFP protect mice from EAE development. We generated tolerogenic DC lines inducing tolerance in vitro and in vivo. Thereby these MuTu DC lines represent a great tool to explore the benefits of various immuno-modulatory molecules to manipulate the immune system toward a tolerogenic phenotype.

In vitro negative selection of viral superantigen-reactive thymocytes by thymic dendritic cells.

Intrathymic expression of endogenous mouse mammary tumor virus (MMTV)-encoded superantigens (SAg) induces the clonal deletion of T cells bearing SAg-reactive T-cell receptor (TCR) Vbeta elements. However, the identity of the thymic antigen-presenting cells (APC) involved in the induction of SAg tolerance remains to be defined. We have analyzed the potential of dendritic cells (DC) to mediate the clonal deletion of Mtv-7-reactive TCR alphabeta P14 transgenic thymocytes in an in vitro assay. Our results show that both thymic and splenic DC induced the deletion of TCR transgenic double positive (DP) thymocytes. DC appear to be more efficient than splenic B cells as negatively selecting APC in this experimental system. Interestingly, thymic and splenic DC display a differential ability to induce CD4+ SP thymocyte proliferation. These observations suggest that thymic DC may have an important role in the induction of SAg tolerance in vivo.

Global DNA hypomethylation coupled to repressive chromatin domain formation and gene silencing in breast cancer.

While genetic mutation is a hallmark of cancer, many cancers also acquire epigenetic alterations during tumorigenesis including aberrant DNA hypermethylation of tumor suppressors, as well as changes in chromatin modifications as caused by genetic mutations of the chromatin-modifying machinery. However, the extent of epigenetic alterations in cancer cells has not been fully characterized. Here, we describe complete methylome maps at single nucleotide resolution of a low-passage breast cancer cell line and primary human mammary epithelial cells. We find widespread DNA hypomethylation in the cancer cell, primarily at partially methylated domains (PMDs) in normal breast cells. Unexpectedly, genes within these regions are largely silenced in cancer cells. The loss of DNA methylation in these regions is accompanied by formation of repressive chromatin, with a significant fraction displaying allelic DNA methylation where one allele is DNA methylated while the other allele is occupied by histone modifications H3K9me3 or H3K27me3. Our results show a mutually exclusive relationship between DNA methylation and H3K9me3 or H3K27me3. These results suggest that global DNA hypomethylation in breast cancer is tightly linked to the formation of repressive chromatin domains and gene silencing, thus identifying a potential epigenetic pathway for gene regulation in cancer cells.

MHC Class II Transactivator Is an In Vivo Regulator of Osteoclast Differentiation and Bone Homeostasis Co-opted From Adaptive Immunity.

The molecular networks controlling bone homeostasis are not fully understood. The common evolution of bone and adaptive immunity encourages the investigation of shared regulatory circuits. MHC Class II Transactivator (CIITA) is a master transcriptional co-activator believed to be exclusively dedicated for antigen presentation. CIITA is expressed in osteoclast precursors, and its expression is accentuated in osteoporotic mice. We thus asked whether CIITA plays a role in bone biology. To this aim, we fully characterized the bone phenotype of two mouse models of CIITA overexpression, respectively systemic and restricted to the monocyte-osteoclast lineage. Both CIITA-overexpressing mouse models revealed severe spontaneous osteoporosis, as assessed by micro-computed tomography and histomorphometry, associated with increased osteoclast numbers and enhanced in vivo bone resorption, whereas osteoblast numbers and in vivo bone-forming activity were unaffected. To understand the underlying cellular and molecular bases, we investigated ex vivo the differentiation of mutant bone marrow monocytes into osteoclasts and immune effectors, as well as osteoclastogenic signaling pathways. CIITA-overexpressing monocytes differentiated normally into effector macrophages or dendritic cells but showed enhanced osteoclastogenesis, whereas CIITA ablation suppressed osteoclast differentiation. Increased c-fms and receptor activator of NF-κB (RANK) signaling underlay enhanced osteoclast differentiation from CIITA-overexpressing precursors. Moreover, by extending selected phenotypic and cellular analyses to additional genetic mouse models, namely MHC Class II deficient mice and a transgenic mouse line lacking a specific CIITA promoter and re-expressing CIITA in the thymus, we excluded MHC Class II expression and T cells from contributing to the observed skeletal phenotype. Altogether, our study provides compelling genetic evidence that CIITA, the molecular switch of antigen presentation, plays a novel, unexpected function in skeletal homeostasis, independent of MHC Class II expression and T cells, by exerting a selective and intrinsic control of osteoclast differentiation and bone resorption in vivo. © 2014 American Society for Bone and Mineral Research.

The early IL-4 response to Leishmania major responsible for progressive disease in BALB/c mice is subject to the control of autocrine IL-2 production and regulatory CD4+C25+ T cells

Résumé : La majorité des souches de souris de laboratoire sont résistantes à l'infection par le parasite Leishmania major (L. major). A l'opposé, les souris de la souche BALB développent une maladie évolutive. La résistance et la sensibilité sont corrélées avec l'apparition de lymphocytes T CD4+ spécifiques du parasite, Th1 (de l'anglais T helper) ou Th2 respectivement. La réponse aberrante Th2 chez les souris de la souche BALB/c dépend, au moins en partie, de façon critique de la production rapide d'IL-4 suite à l'infection. Ce pic précoce d'IL-4 est produit par une population de lymphocytes T CD4+ restreinte aux molécules du MHC de classe II, exprimant les chaînes du récepteur des cellules T Vß4-Va8. Ces lymphocytes sont spécifiques d'un épitope de l'homologue Leishmania de la molécule RACK1 des mammifères, appelée LACK. Il a été clairement démontré que l'IL-4 rapidement produite par ces cellules T CD4+ Vß4-Va8 induit la maturation Th2 responsable de la sensibilité vis-à-vis de L. major. Des expériences ont été entreprises pour étudier la régulation de cette réponse précoce d'IL-4. Dans ce travail, nous avons documenté, dans les cellules provenant des ganglions de souris sensibles infectées par L. major, une augmentation de la transcription de l'ARNm de l'IL-2 qui précède la réponse précoce d'IL-4. La neutralisation de l'IL-2 durant les premiers jours d'infection induit la maturation des cellules Thl et la résistance vis-à-vis de L. major. Ces effets de l'anticorps anti-IL-2 neutralisant sont liés à sa capacité d'interférer avec la transcription rapide d'IL-4 des cellules CD4+ réactives à l'antigène LACK. Une augmentation similaire d'IL-2 survient chez les souris résistantes C57BL/6 qui sont incapables de générer la réponse précoce d'IL-4. Cependant, la protéiné LACK induit une transcription précoce d'IL-2 uniquement chez les souris sensibles. Des expériences de reconstitution utilisant des souris C.B.-17 SCID et des cellules T CD4+ réactives à LACK provenant de souris BALB/c IL-2-~démontrent un mode d'action autocrine de l'IL-2 sur la régulation de la réponse précoce d'IL4. Par conséquent, chez les souris C57BL/6, l'absence du pic précoce d'ARNm de l'IL-4 important pour la progression de la maladie paraît liée à l'incapacité des cellules T CD4+ réactives à LACK de produire de l'IL-2. Un rôle dans le contrôle de la production précoce d'IL-4 par les cellules T régulatrices CD4+CD25+ a été investigué en déplétant in vivo cette population de cellules. La déplétion induit une élévation du pic précoce de l'ARNm de l'IL-4 dans les ganglions drainant de souris BALB/c, ainsi qu'une exacerbation du cours de la maladie avec des taux augmentés d'IL-4 dans les ganglions. La réponse rapide d'IL-2 vis-à-vis de L. major est aussi significativement augmentée chez les souris BALB/c déplétées en cellules CD4+CD25+. De plus, nous avons démontré que le transfert de 10puissance(7) cellules provenant de la rate de souris BALB/c déplétées en cellules T régulatrices CD4+CD25+ rend les souris SCID sensibles à l'infection et permet la différentiation Th2. Au contraire, les souris SCID reconstituées avec 10' cellules de la rate de souris BALB/c contrôle sont résistantes à infection par L. major et développent une réponse Thl. Chez les souris SCID reconstituées avec des cellules de rate déplétées en cellules exprimant le marqueur CD25, le traitement avec un anticorps neutralisant l'IL-4 au moment de l'infection par L. major prévient le développement de la réponse Th2 et rend ces souris résistantes à l'infection. Ces résultats démontrent que les cellules T régulatrices CD4+CD25+ jouent un rôle dans la régulation du pic précoce d'IL-4 responsable du développement cellulaire Th2 dans ce modèle d'infection. Summary Mice from most strains are resistant to infection with Leishmania major (L. major). In contrast, BALB mice develop progressive disease. Resistance and susceptibility result from parasite-specific CD4+ Thl or Th2 cells, respectively. The aberrant Th2 response in BALB/c mice depends, at least in part, upon the production of IL-4 early after infection. The CD4+ T cells responsible for this early IL-4 response to L. major express a restricted TCR repertoire (Vß4-Va8) and respond to an I-Ad-restricted epitope of the Leishmania homologue of mammalian RACK1, designated LACK. The role of these cells and the IL-4 they produce for subsequent Th2 cell development and disease progression in BALB/c mice was demonstrated. Experiments have been undertaken to study the regulation of the rapid IL-4 production to L. major. In this report, we document an IL-2 mRNA burst, preceding the reported early IL-4 response, in draining lymph nodes of susceptible mice infected with L. major. Neutralization of IL-2 during the first days of infection redirected Thl cell maturation and resistance to L. major, through interference with the rapid IL-4 transcription in LACKreactive CD4+ cells. A burst of IL-2 transcripts also occurred in infected C57BL/6 mice that do not mount an early IL-4 response. However, although the LACK protein induced IL-2 transcripts in susceptible mice, it failed to trigger this response in resistant C57BL/6 mice. Reconstitution experiments using C.B.-17 SCID mice and LACK-reactive CD4+ T cells from IL-2-/- BALB/c mice showed that triggering of the early IL-4 response required autocrine IL2. Thus, in C57BL/6 mice, the inability of LACK-reactive CD4+ T cells to express early IL-4 mRNA transcription, important for disease progression, appears due to an incapacity of these cells to produce IL-2. A role for CD4+CD25+ regulatory T cells in the control of this early IL-4 production was investigated by depleting in vivo this regulatory T cell population. Depletion induced an increase in the early burst of IL-4 mRNA in the draining lymph nodes of BALB/c mice, and exacerbated the course of disease with higher levels of IL-4 mRNA and protein in their lymph nodes. The rapid IL-2 response to L. major is also significantly enhanced in BALB/c mice depleted of CD4+CD25+ cells. We further showed that transfer of 10~ BALB/c spleen cells that were depleted of CD4+CD25+ regulatory T cells rendered SCID mice susceptible to infection and allowed Th2 differentiation while SCID mice reconstituted with 10 control BALB/c spleen cells were resistant to infection with L. major and developed a Thl response. Treatment with a mAb against IL-4 upon infection with L. major in SCID mice reconstituted with CD25-depleted spleen cells prevented the development of Th2 polarization and rendered them resistant to infection. These results demonstrate that CD4+CD25+ regulatory T cells play a role in regulating the early IL-4 mRNA and the subsequent development of a Th2 response in this model of infection.

Basal cell carcinoma - molecular biology and potential new therapies.

Basal cell carcinoma (BCC) of the skin, the most common malignancy in individuals of mixed European descent, is increasing in incidence due to an aging population and sun exposure habits. The realization that aberrant activation of Hedgehog signaling is a pathognomonic feature of BCC development has opened the way for exciting progress toward understanding BCC biology and translation of this knowledge to the clinic. Genetic mouse models closely mimicking human BCCs have provided answers about the tumor cell of origin, and inhibition of Hedgehog signaling is emerging as a potentially useful targeted therapy for patients with advanced or multiple BCCs that have hitherto lacked effective treatment.

Altered thymic selection by overexpressing cellular FLICE inhibitory protein in T cells causes lupus-like syndrome in a BALB/c but not C57BL/6 strain.

The cellular FLICE inhibitory protein (c-FLIP) is an endogenous inhibitor of the caspase-8 proapoptotic signaling pathway downstream of death receptors. Recent evidence indicates that the long form of c-FLIP (c-FLIP(L)) is required for proliferation and effector T-cell development. However, the role of c-FLIP(L) in triggering autoimmunity has not been carefully analyzed. We now report that c-FLIP(L) transgenic (Tg) mice develop splenomegaly, lymphadenopathy, multiorgan infiltration, high titers of auto-antibodies, and proliferative glomerulonephritis with immune complex deposition in a strain-dependent manner. The development of autoimmunity requires CD4(+) T cells and may result from impaired thymic selection. At the molecular level, c-FLIP(L) overexpression inhibits the zeta chain-associated protein tyrosine kinase of 70 kDa (ZAP-70) activation, thus impairing the signaling pathway derived from ZAP-70 required for thymic selection. Therefore, we have identified c-FLIP(L) as a susceptibility factor under the influence of epistatic modifiers for the development of autoimmunity.

Functional plasticity of the LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells normally producing the early IL-4 instructing Th2 cell development and susceptibility to Leishmania major in BALB / c mice.

Early production of IL-4 by LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells instructs aberrant Th2 cell development and susceptibility to Leishmania major in BALB / c mice. This was demonstrated using Vbeta4(+)-deficient BALB / c mice as a result of chronic infection with MMTV (SIM), a mouse mammary tumor virus expressing a Vbeta4-specific superantigen. The early IL-4 response was absent in these mice which develop a Th1 response to L. major. Here, we studied the functional plasticity of LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells using BALB/ c mice inoculated with L. major shortly after infection with MMTV (SIM), i. e. before deletion of Vbeta4(+) cells. These mice fail to produce the early IL-4 response to L. major and instead exhibit an IFN-gamma response that occurs within LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells. Neutralization of IFN-gamma restores the production of IL-4 by these cells. These data suggest that the functional properties of LACK-reactive Vbeta4-Valpha8 CD4(+) T cells are not irreversibly fixed.

Methylation signature of lymph node metastases in breast cancer patients.

BACKGROUND: Invasion and metastasis are two important hallmarks of malignant tumors caused by complex genetic and epigenetic alterations. The present study investigated the contribution of aberrant methylation profiles of cancer related genes, APC, BIN1, BMP6, BRCA1, CST6, ESR-b, GSTP1, P14 (ARF), P16 (CDKN2A), P21 (CDKN1A), PTEN, and TIMP3, in the matched axillary lymph node metastasis in comparison to the primary tumor tissue and the adjacent normal tissue from the same breast cancer patients to identify the potential of candidate genes methylation as metastatic markers. METHODS: The quantitative methylation analysis was performed using the SEQUENOM's EpiTYPER? assay which relies on matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). RESULTS: The quantitative DNA methylation analysis of the candidate genes showed higher methylation proportion in the primary tumor tissue than that of the matched normal tissue and the differences were significant for the APC, BIN1, BMP6, BRCA1, CST6, ESR-b, P16, PTEN and TIMP3 promoter regions (P<0.05). Among those candidate methylated genes, APC, BMP6, BRCA1 and P16 displayed higher methylation proportion in the matched lymph node metastasis than that found in the normal tissue (P<0.05). The pathway analysis revealed that BMP6, BRCA1 and P16 have a role in prevention of neoplasm metastasis. CONCLUSIONS: The results of the present study showed methylation heterogeneity between primary tumors and metastatic lesion. The contribution of aberrant methylation alterations of BMP6, BRCA1 and P16 genes in lymph node metastasis might provide a further clue to establish useful biomarkers for screening metastasis.

Hes1 is a critical but context-dependent mediator of canonical Notch signaling in lymphocyte development and transformation.

Although canonical Notch signaling regulates multiple hematopoietic lineage decisions including T cell and marginal zone B cell fate specification, the downstream molecular mediators of Notch function are largely unknown. We showed here that conditional inactivation of Hes1, a well-characterized Notch target gene, in adult murine bone marrow (BM) cells severely impaired T cell development without affecting other Notch-dependent hematopoietic lineages such as marginal zone B cells. Competitive mixed BM chimeras, intrathymic transfer experiments, and in vitro culture of BM progenitors on Delta-like-expressing stromal cells further demonstrated that Hes1 is required for T cell lineage commitment, but dispensable for Notch-dependent thymocyte maturation through and beyond the beta selection checkpoint. Furthermore, our data strongly suggest that Hes1 is essential for the development and maintenance of Notch-induced T cell acute lymphoblastic leukemia. Collectively, our studies identify Hes1 as a critical but context-dependent mediator of canonical Notch signaling in the hematopoietic system.

De novo T cell generation and cell cycle analysis of CD4 and CD8 T cells during HIV-disease

RESUME POUR UN LARGE PUBLIC Parmi les globules blancs, les lymphocytes T 004 jouent un rôle primordial dans la coordination de la réponse immunitaire contre les pathogènes et les lymphocytes T CD8 dans leur élimination. Lors d'une infection par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH-1), non seulement les cellules T CD4 sont les principales cibles d'infections, mais aussi elles disparaissent progressivement tout au long de la maladie. Ce phénomène, appelé aussi épuisement des lymphocytes T CD4, est la principale cause provoquant le Syndrome d'Immunodéficience Acquise (SIDA). Malgré de grands efforts de recherche, nous ne sommes toujours pas en mesure de dire si ce phénomène est dû à un défaut dans la production de nouvelles cellules ou à une destruction massive de cellules en circulation. Dans cette étude, nous nous proposions, dans un premier temps, de comparer la production de nouvelles cellules T CD4 et CD8 chez des individus VIH-négatifs et positifs. Les cellules nouvellement produites portent un marqueur commun que l'on appelle TREC et qui est facilement mesurable. En considérant des paramètres cliniques, nous étions en mesure de déterminer le niveau de TRECs de cellules T CD4 et CD8 dans différentes phases de la maladie. De là, nous avons pu déterminer que le niveau de TREC est toujours plus bas dans les cellules T CD8 de patients VIH-positifs comparativement à notre groupe contrôle. Nous avons pu déterminer par une analyse ultérieure que cette différence est due à une forte prolifération de ces cellules chez les patients VIH-positifs, ce qui a pour effet de diluer ce marqueur. En revanche, la production de nouvelles cellules T CD4 chez des patients VIH-positifs est accentuée lors de la phase précoce de la maladie et largement réprimée lors de la phase tardive. Dans un second temps, nous avons effectué une analyse à grande échelle de l'expression de gènes associés à la division cellulaire sur des lymphocytes T CD4 et CD8 d'individus VIH-¬positifs et négatifs, avec comme contrôle des cellules proliférant in vitro. De cette étude, nous avons pu conclure que les cellules T CD8 de patients VIH-positifs étaient en état de prolifération, alors que les lymphocytes T CD4 présentaient des défauts majeurs conduisant à un arrêt de la division cellulaire. Nos résultats montrent que la capacité à produire de nouvelles cellules chez des patients VIH¬positifs reste active longtemps pendant la maladie, mais que l'incapacité des cellules T CD4 à proliférer peut enrayer la reconstitution immunitaire chez ces individus. ABSTRACT The hallmark of HIV-1 infection is the depletion of CD4 T cells. Despite extensive investigation, the mechanisms responsible for the loss of CD4 T cells have been elucidated only partially. In particular, it remains controversial whether CD4 T cell depletion results from a defect in T cell production or from a massive peripheral destruction. In this study, de novo T cell generation has been investigated by measuring T cell receptor rearrangement excision circles (TRECs) on large cohorts of HIV-negative (N=120) and HIV-1 infected (N=298) individuals. Analysis of TREC levels was performed in HIV-infected subjects stratified by the stage of HIV disease based on CD4 T cell counts (early: >500 CD4 T cells/µl; intermediate: <500>200; late: <200) and by age (20 to 60 years, n = 259). Our data show that TREC levels in CD8 T cells were significantly lower in HIV-infected subjects at any stage of disease compared to the control group. In contrast, TREC levels in CD4 T cells were significantly higher in HIV-infected subjects at early stages disease while no significant differences were observed at intermediate stages of the disease and were severely reduced only at late stages of disease. To investigate further the status of cell cycle in peripheral CD4 and CD8 T cells in HIV-1 infections, we determined the pattern of gene expression with the microarray technology. In particular, CD4 and CD8 T cells of HIV-1 infected and HIV-negative subjects were analysed by Cell Cycle cDNA expression array. The patterns of gene expression were compared to in vitro stimulated CD4 and CD8 T cells and this analysis showed that CD8 T cells of HIV-1 infected subjects had a pattern of gene expression very similar to that of in vitro stimulated CD8 T cells thus indicating ongoing cell cycling. In contrast, CD4 T cells of HIV-1 infected subjects displayed a complex pattern of gene expression. In fact, CD4 T cells expressed high levels of genes typically associated with cell activation, but low levels of cell cycle genes. Therefore, these results indicated that activated CD4 T cells of HIV-1 infected subjects were in cell cycle arrest. Taking together these results indicate that thymus function is preserved for long time during HIV- 1 infection and the increase observed in early stage disease may represent a compensatory mechanism to the depletion of CD4 T cells. However, we provide evidence for a cell cycle arrest of peripheral CD4 T cells that may prevent potentially the replenishment of CD4 T cells. RESUME Les mécanismes responsables de la perte des lymphocytes T CD4 lors de l'infection pas VIH n'ont été élucidés que partiellement. Nous ne savons toujours pas si l'épuisement des lymphocytes T CD4 résulte d'un défaut dans la production de cellules ou d'une destruction périphérique massive. Dans cette étude, la production de cellules T a été étudiée en mesurant les cercles d'excision générés lors du réarrangement du récepteur au cellules T (TRECs) chez des individus VIH-négatifs (N=120) et VIH-1 positifs (N=298). L'analyse des niveaux de TREC a été faite chez sujets HIV-infectés en considérant les phases de la maladie sur la base des comptes CD4 (phase précoce: > 500 cellules CD4/µl; intermédiaire: < 500>200; tardive: < 200) et par âge. Nos données démontrent que les niveaux de TRECs des cellules T CD8 étaient significativement plus bas chez les sujets VIH-1 infectés, à tous les stades de la maladie comparativement au groupe contrôle. En revanche, les niveaux de TRECs des cellules T CD4 étaient significativement plus élevés chez les sujets VIH-1 infectés durant la phase précoce de la maladie, tandis qu'aucune différence significative n'était observée durant la phase intermédiaire et étaient très réduits dans la phase tardive. Dans une deuxième partie, nous avons utilisé la technique des biopuces à d'ADN complémentaire pour analyser la régulation du cycle cellulaire chez les lymphocytes T CD4 et CD8 périphériques lors d'une infection au VIH-1. Des profils d'expression ont été déterminés et comparés à ceux de cellules T CD4 et CD8 stimulées in vitro, démontrant que les cellules T CD8 des sujets VIH-positifs avaient un profil d'expression très semblable à celui des cellules stimulées in vitro en prolifération. En revanche, les lymphocytes T CD4 des sujets VIH-1 positifs avaient un profil d'expression de gène plus complexe. En fait, leur profil montrait une sur- expression de gènes associés à une activation cellulaire, mais une sous-expression de ceux induisant une division. Ainsi, ces résultats indiquent que les lymphocytes T CD4 d'individus VIH-positifs présentent des dérégulations qui conduisent à un arrêt du cycle cellulaire. Ces résultats montrent que la fonction thymique est préservée longtemps pendant l'infection au VIH-1 et que l'augmentation de la quantité de TRECs dans la phase précoce de la maladie peut représenter un mécanisme compensatoire à l'épuisement des cellules T CD4. Cependant, nous démontrons aussi un clair dysfonctionnement du cycle cellulaire chez les cellules T CD4 d'individus infectés par VIH-1 ce qui peut enrayer la reconstitution du système immunitaire.

Monoclonal antibody against a "Pan-T-cell" antigen expressed by thymocytes, peripheral T-lymphocytes and T-cell leukemias.

A monoclonal antibody, LAU-A1, which selectively reacts with all cells of the T-lineage, was derived from a fusion between spleen cells of a mouse immunized with paediatric thymocytes and mouse myeloma P X 63/Ag8 cells. As shown by an antibody-binding radioimmunoassay and analysis by flow microfluorometry of cells labelled by indirect immunofluorescence, the LAU-A1 antibody reacted with all six T-cell lines but not with any of the B-cell lines or myeloid cell lines tested from a panel of 17 human hematopoietic cell lines. The LAU-A1 antibody was also shown to react with the majority of thymocytes and E-rosette-enriched peripheral blood lymphocytes. Among the malignant cell populations tested, the blasts from all 20 patients with acute T-cell lymphoblastic leukemia (T-ALL) were found to react with the LAU-A1 antibody, whereas blasts from 85 patients with common ALL and 63 patients with acute myeloid leukemias were entirely negative. Examination of frozen tissue sections from fetal and adult thymuses stained by an indirect immunoperoxidase method revealed that cells expressing the LAU-A1 antigen were localized in both the cortex and the medulla. From the very broad reactivity spectrum of LAU-A1 antibody, we conclude that this antibody is directed against a T-cell antigen expressed throughout the T-cell differentiation lineage. SDS-PAGE analysis of immunoprecipitates formed by LAU-A1 antibody with detergent lysates of radiolabeled T-cells showed that the LAU-A1 antigen had an apparent mol. wt of 76,000 under non-reducing conditions. Under reducing conditions a single band with an apparent mol. wt of 40,000 was observed. Two-dimensional SDS-PAGE analysis confirmed that the 76,000 mol. wt component consisted of an S-S-linked dimeric complex. The surface membrane expression of LAU-A1 antigen on HSB-2 T-cells was modulated when these cells were cultured in the presence of LAU-A1 antibody. Re-expression of LAU-A1 antigen occurred within 24 hr after transfer of the modulated cells into antibody-free medium.

Neurobiology of addiction: the role of transcription factors CREB and C/EBP as well as that of their coactivators

Résumé Le présent travail de thèse a fait face au défi de lier les changements transcriptionnels dans les neurones du système nerveux central au développement de l'addiction aux drogues. I1 est connu que l'apprentissage induit des modifications au niveau de la structure du cerveau, principalement en changeant la manière dont les neurones sont interconnectés par des synapses. De plus en plus d'évidences soutiennent un scénario selon lequel l'activité neuronale déclenche des cascades de signalisation intracellulaire qui ciblent des facteurs de transcription. Ces derniers peuvent activer la transcription de gènes spécifiques qui codent pour des protéines nécessaires au renforcement des synapses mémorisant ainsi la nouvelle information. Puisque l'addiction peut être considérée comme une forme aberrante d'apprentissage, et que les modifications synaptiques sont connues pour être impliquées dans le processus d'addiction, nous essayons de décrire des mécanismes transcriptionels étant à la base des changements synaptiques induits par les drogues. Comme modèle nous utilisons des cultures primaires des neurones de striatum, d'hippocampe et de cortex de souris ainsi que des tranches de cerveau de rat. Une des caractéristiques communes de quasiment toutes les substances addictives est de pouvoir activer le système mésolimbique dopaminergique provoquant la libération de dopamine sur les neurones du striatum (du noyau accumbens). Dans ce travail de thèse nous démontrons que dans des cultures du striatum, la dopamine induit le facteur de transcription C/EBPβ qui, à son tour, provoque l'expression du gène codant pour la substance P. Ce mécanisme pourrait potentiellement contribuer à la tolérance envers les drogues puisqu'il fait partie d'une rétroaction (feed-back) sur les cellules produisant la dopamine. Etant donné que ces résultats montrent l'importance de C/EBPβ dans la psychopathologie de l'addiction, nous avons également décidé d'étudier les mécanismes fondamentaux de l'activation de la transcription par C/EBPβ. Nos expériences démontrent que trois isoformes activatrices de la famille C/EBP recrutent le coactivateur CBP et provoquent en même temps sa phosphorylation. Enfin, nous montrons que les coactivateurs nommés TORC, nouvellement découverts et clonés, sont capables de détecter la coïncidence d'un signal cAMP et d'une entrée de calcium dans des neurones. Par conséquent les TORCs pourraient contribuer à détecter la coïncidence d'un signal glutamate et d'un signal dopamine dans les neurones de striatum, ce qui pourrait être important pour associer les effets hédonistes de la drogue à l'information contextuelle (par exemple à l'environnement où la drogue a été consommée). Nous sommes les premiers à observer que les TORCs sont nécessaires pour la potentiation à long terme dans l'hippocampe. Summary The present thesis work faced the challenge to link the development of drug addiction to transcriptional changes in the neurons of the central nervous system. Experience and learning are known to induce structural modifications in the brain, and these changes are thought to occur mainly in the way neurons are interconnected by synapses. More and more evidences point to a scenario in which neuronal activity would activate signalization cascades that impinge on transcription factors, which, in turn, would activate genes necessary for the reinforcement of synapses coding for new informations. Given that drug addiction can be considered as an aberrant form of learning and is thought to involve synaptic modifications, we try to elucidate some of the transcriptional mechanisms that could underlie drug-induced synaptic changes. As a model system, we use primary cultures of striatal, cortical and hippocampal neurons dissected from mouse embryos as well as brain slices from rats. One of the common features of virtually all drugs of abuse is to activate the mesocorticolimbic dopaminergic system that results in the release of dopamine onto the neurons of the striatum (nucleus accumbens). In this thesis work we show that in striatal cultures, dopamine induces the transcription factor C/EBPβ that in turn drives the expression of the gene coding for substance P. This mechanism is likely to be important for the drug-induced tolerance in the brain since it might be a part of a feedback acting on dopaminergic neurons. Given the suspected importance of C/EBPβ in drug addiction, we also try to elucidate some aspects of the basic mechanisms by which the C/EBP family activates transcription. We show that three activating members of the C/EBP family recruit the coactivator CBP and trigger its phosphorylation. Finally, we demonstrate that the newly discovered and cloned transcriptional coactivators, named TORCs (transducers of regulated CREB activity) are able to detect the coincidence of a calcium and a cAMP signal in the central nervous system. This way, TORCs could contribute to the detection of a coincidence between a glutamate and a dopamine signal in striatal neurons - a process that is suggested to be important for an association between the rewarding effect of a drug and contextual information (such as the environment where the drug had been taken). We demonstrate that TORCs are required for hippocampal LTP.

Analysis of meiotic recombination in 22q11.2, a region that frequently undergoes deletions and duplications

Background: The 22q11.2 deletion syndrome is the most frequent genomic disorder with an estimated frequency of 1/4000 live births. The majority of patients (90%) have the same deletion of 3 Mb (Typically Deleted Region, TDR) that results from aberrant recombination at meiosis between region specific low-copy repeats (LCRs). Methods: As a first step towards the characterization of recombination rates and breakpoints within the 22q11.2 region we have constructed a high resolution recombination breakpoint map based on pedigree analysis and a population-based historical recombination map based on LD analysis. Results: Our pedigree map allows the location of recombination breakpoints with a high resolution (potential recombination hotspots), and this approach has led to the identification of 5 breakpoint segments of 50 kb or less (8.6 kb the smallest), that coincide with historical hotspots. It has been suggested that aberrant recombination leading to deletion (and duplication) is caused by low rates of Allelic Homologous Recombination (AHR) within the affected region. However, recombination rate estimates for 22q11.2 region show that neither average recombination rates in the 22q11.2 region or within LCR22-2 (the LCR implicated in most deletions and duplications), are significantly below chromosome 22 averages. Furthermore, LCR22-2, the repeat most frequently implicated in rearrangements, is also the LCR22 with the highest levels of AHR. In addition, we find recombination events in the 22q11.2 region to cluster within families. Within this context, the same chromosome recombines twice in one family; first by AHR and in the next generation by NAHR resulting in an individual affected with the del22q11.2 syndrome. Conclusion: We show in the context of a first high resolution pedigree map of the 22q11.2 region that NAHR within LCR22 leading to duplications and deletions cannot be explained exclusively under a hypothesis of low AHR rates. In addition, we find that AHR recombination events cluster within families. If normal and aberrant recombination are mechanistically related, the fact that LCR22s undergo frequent AHR and that we find familial differences in recombination rates within the 22q11.2 region would have obvious health-related implications.

Chromosome 7 gain and DNA hypermethylation at the HOXA10 locus are associated with expression of a stem cell related HOX-signature in glioblastoma.

BACKGROUND: HOX genes are a family of developmental genes that are expressed neither in the developing forebrain nor in the normal brain. Aberrant expression of a HOX-gene dominated stem-cell signature in glioblastoma has been linked with increased resistance to chemo-radiotherapy and sustained proliferation of glioma initiating cells. Here we describe the epigenetic and genetic alterations and their interactions associated with the expression of this signature in glioblastoma. RESULTS: We observe prominent hypermethylation of the HOXA locus 7p15.2 in glioblastoma in contrast to non-tumoral brain. Hypermethylation is associated with a gain of chromosome 7, a hallmark of glioblastoma, and may compensate for tumor-driven enhanced gene dosage as a rescue mechanism by preventing undue gene expression. We identify the CpG island of the HOXA10 alternative promoter that appears to escape hypermethylation in the HOX-high glioblastoma. An additive effect of gene copy gain at 7p15.2 and DNA methylation at key regulatory CpGs in HOXA10 is significantly associated with HOX-signature expression. Additionally, we show concordance between methylation status and presence of active or inactive chromatin marks in glioblastoma-derived spheres that are HOX-high or HOX-low, respectively. CONCLUSIONS: Based on these findings, we propose co-evolution and interaction between gene copy gain, associated with a gain of chromosome 7, and additional epigenetic alterations as key mechanisms triggering a coordinated, but inappropriate, HOX transcriptional program in glioblastoma.