Tissue-specific bioscaffolds for adipose-derived stem/stromal cell expansion and delivery

Decellularized adipose tissue (DAT) is a promising biomaterial for soft tissue regeneration, and it provides a highly conducive microenvironment for human adipose-derived stem/stromal cell (ASC) attachment, proliferation, and adipogenesis. This thesis focused on developing techniques to fabricate 3-D bioscaffolds from enzymatically-digested DAT as platforms for ASC culture and delivery in adipose tissue engineering and large-scale ASC expansion. Initial work investigated chemically crosslinked microcarriers fabricated from pepsin-digested DAT as injectable adipo-inductive substrates for ASCs. DAT microcarriers highly supported ASC adipogenesis compared to gelatin microcarriers in a CELLSPIN system, as confirmed by glycerol-3-phosphate dehydrogenase (GPDH) enzyme activity, lipid accumulation, and endpoint RT-PCR. ASCs cultured on DAT microcarriers in proliferation medium also had elevated PPARγ, C/EBPα, and LPL expression which suggested adipo-inductive properties. In vivo testing of the DAT microcarriers exhibited stable volume retention and enhanced cellular infiltration, tissue remodeling, and angiogenesis. Building from this work, non-chemically crosslinked porous foams and bead foams were fabricated from α-amylase-digested DAT for soft tissue regeneration. Foams were stable and strongly supported ASC adipogenesis based on GPDH activity and endpoint RT-PCR. PPARγ, C/EBPα, and LPL expression in ASCs cultured on the foams in proliferation media indicated adipo-inductive properties. Foams with Young’s moduli similar to human fat also influenced ASC adipogenesis by enhanced GPDH activity. In vivo adipogenesis accompanied by a potent angiogenic response and rapid resorption showed their potential use in wound healing applications. Finally, non-chemically crosslinked porous microcarriers synthesized from α-amylase-digested DAT were investigated for ASC expansion. DAT microcarriers remained stable in culture and supported significantly higher ASC proliferation compared to Cultispher-S microcarriers in a CELLSPIN system. ASC immunophenotype was preserved for all expanded groups, with reduced adhesion marker expression under dynamic conditions. DAT microcarrier expansion upregulated ASC expression of early adipogenic (PPARγ, LPL) and chondrogenic (COMP) markers without inducing a mature phenotype. DAT microcarrier expanded ASCs also showed similar levels of adipogenesis and osteogenesis compared to Cultispher-S despite a significantly higher population fold-change, and had the highest level of chondrogenesis among all groups. This study demonstrates the promising use of DAT microcarriers as a clinically relevant strategy for ASC expansion while maintaining multilineage differentiation capacity.

Modest elevation in BNP in asymptomatic hypertensive patients reflects sub-clinical cardiac remodeling, inflammation and extracellular matrix changes

In asymptomatic subjects B-type natriuretic peptide (BNP) is associated with adverse cardiovascular outcomes even at levels well below contemporary thresholds used for the diagnosis of heart failure. The mechanisms behind these observations are unclear. We examined the hypothesis that in an asymptomatic hypertensive population BNP would be associated with sub-clinical evidence of cardiac remodeling, inflammation and extracellular matrix (ECM) alterations. We performed transthoracic echocardiography and sampled coronary sinus (CS) and peripheral serum from patients with low (n = 14) and high BNP (n = 27). Peripheral BNP was closely associated with CS levels (r = 0.92, p<0.001). CS BNP correlated significantly with CS levels of markers of collagen type I and III turnover including: PINP (r = 0.44, p = 0.008), CITP (r = 0.35, p = 0.03) and PIIINP (r = 0.35, p = 0.001), and with CS levels of inflammatory cytokines including: TNF-α (r = 0.49, p = 0.002), IL-6 (r = 0.35, p = 0.04), and IL-8 (r = 0.54, p<0.001). The high BNP group had greater CS expression of fibro-inflammatory biomarkers including: CITP (3.8±0.7 versus 5.1±1.9, p = 0.007), TNF-α (3.2±0.5 versus 3.7±1.1, p = 003), IL-6 (1.9±1.3 versus 3.4±2.7, p = 0.02) and hsCRP (1.2±1.1 versus 2.4±1.1, p = 0.04), and greater left ventricular mass index (97±20 versus 118±26 g/m(2), p = 0.03) and left atrial volume index (18±2 versus 21±4, p = 0.008). Our data provide insight into the mechanisms behind the observed negative prognostic impact of modest elevations in BNP and suggest that in an asymptomatic hypertensive cohort a peripheral BNP measurement may be a useful marker of an early, sub-clinical pathological process characterized by cardiac remodeling, inflammation and ECM alterations.

The Emerging Church Movement: A Sociological Assessment

With so many voices, groups, and organizations participating in the Emerging Church Movement (ECM), few are willing to “define” it, though authors have offered various definitions. Emerging Christians themselves do not offer systematic or coherent definitions, which contributes to frustration in isolating it as a coherent group – especially for sociologists who strive to define and categorize. In presenting our understanding of this movement, we categorize Emerging Christianity as an orientation rather than an identity, and focus on the diverse practices within what we describe as “pluralist congregations” (often called “gatherings,” “collectives” or “communities” by Emerging Christians themselves). This leads us to define the ECM as a creative, entrepreneurial religious movement that strives to achieve social legitimacy and spiritual vitality by actively disassociating from its roots in conservative, evangelical Christianity. Our findings are extensively developed in The Deconstructed Church: Understanding Emerging Christianity (Marti and Ganiel 2014).

Vaisseau sanguin reconstruit par génie tissulaire : Développement d'une nouvelle approche pour la reconstruction de la media et interaction avec les microparticules

La media vasculaire est au coeur des processus physiopathologiques qui entraînent le développement de l’athérosclérose. L’utilisation d’une media reconstruite par génie tissulaire permet d’étudier les cellules musculaires lisses (CML) humaines dans un environnement plus physiologique que les cellules en culture monocouche. Les travaux présentés dans cette thèse sont orientés autour de la media vasculaire reconstruite par génie tissulaire comme modèle d’étude pharmacologique et prothèse vasculaire autologue. La première partie des travaux porte sur l’étude des interactions de cette tunique avec les microparticules (MP) circulantes. D’abord, nous avons montré que la présence de l’adventice modifie la réponse de la media aux MP produites in vitro à partir des lymphocytes T. Ensuite, l’étude de l’effet des MP isolées du sérum de patients en choc septique sur la media humaine a démontré que ces MP sont en mesure d’augmenter la contraction de la media par un mécanisme impliquant une diminution du NO et une augmentation de l’expression de l’ARN messager de l’interleukine-10. L’incubation de la media reconstruite avec cette cytokine anti-inflammatoire bloque l’hyporéactivité induite par les lipopolysaccharides. Le même phénomène a été reproduit in vivo, chez le rongeur. Ces résultats suggèrent que les SMP auraient un effet protecteur sur la fonction vasculaire, en potentialisant la contraction de la media. Ensuite, nous avons optimisé l’approche de reconstruction de prothèses vasculaires par auto-assemblage proposée initialement pour l’adapter au contexte particulier des CML. L’objectif principal était de permettre l’étude physiopathologique de la media à partir de toutes les lignées de CML; indépendamment de leur capacité de synthèse de matrice extracellulaire. Pour ce faire, nous avons développé un échafaudage de matrice extracellulaire produit par auto-assemblage à partir de fibroblastes humains. L’utilisation de cet échafaudage génère une media plus résistante et plus contractile que la technique initiale. Enfin, une anisotropie a été créée dans cet échafaudage pour permettre une orientation physiologique des CML. La media reconstruite devient ainsi plus résistante et plus contractile. Ces améliorations permettent de reconstruire des media à partir des cellules de plus de patients et mèneront à des études pharmacologiques plus représentatives de la population. Cet échafaudage facilitera la translation clinique de ce modèle de media reconstruite par génie tissulaire.

Mesure des comportements des mentors en contexte de mentorat scolaire et liens entre ces comportements, la qualité de la relation de mentorat et l’ajustement des protégés

Les résultats d’études récentes suggèrent que certains comportements de soutien des mentors pourraient augmenter les bénéfices du mentorat scolaire. Cependant, peu d’outils validés sont disponibles dans la littérature pour mesurer ces comportements. Il est aussi convenu que l’efficacité du mentorat scolaire dépend de la qualité de la relation tissée entre le mentor et son protégé, laquelle serait tributaire d’un ensemble de facteurs, dont les comportements du mentor. Néanmoins, encore une fois très peu d’études empiriques ont tenté d’identifier les patrons de comportements des mentors les plus susceptibles d’influencer la relation de mentorat et l’ajustement des protégés. La présente thèse poursuit deux objectifs, soit de construire et valider un outil de mesure des comportements de soutien des mentors oeuvrant en contexte de mentorat scolaire, puis d’explorer les liens entre des comportements de structure et de soutien des mentors, la relation de mentorat et l’ajustement des protégés. L’échelle de comportements des mentors (ECM) a été développée en s’inspirant des prémisses du modèle sociomotivationnel du mentorat (Larose & Tarabulsy, 2014). Deux cent cinquante-trois étudiants du collégial participant à un programme de mentorat scolaire d’une durée de huit mois ont complété une version expérimentale de l’ECM ainsi que différentes mesures de la qualité de la relation de mentorat à deux temps de leur participation au programme. Les résultats montrent que le questionnaire possède de bons coefficients de cohérence interne et une structure factorielle adéquate, à l’exception du facteur soutien à l’autonomie. De plus, trois des dimensions de l’ECM prédisent la qualité de la relation de mentorat et la perception d’utilité de l’intervention. Des recommandations pour l’utilisation et l’amélioration de l’ECM sont proposées. Sur la base des évaluations des protégés à l’ECM (Brodeur et al., 2015), quatre regroupements distincts de comportements de mentors ont été identifiés : Optimal, Suffisant, Contrôlant, et Inadéquat. Les résultats montrent que plus les mentors ont fait preuve de soutien et de structure, plus les protégés ont évalué positivement la relation et l’utilité du mentorat, sauf pour les profils Optimal et Contrôlant. Par ailleurs, uniquement l’ajustement social des protégés a différé du groupe contrôle, et ce proportionnellement à la quantité de soutien et de structure prodigués par les mentors. D’autre part, il est discuté de l’impact de l’ajustement initial des protégés sur les comportements des mentors. Des implications théoriques et pratiques des résultats des deux articles sont présentées. Mots-clés : mentorat scolaire, comportements des mentors, validation de questionnaire, qualité de la relation de mentorat, ajustement des protégés.

Étude de la guérison des plaies cornéennes grâce à la cornée reconstruite par génie tissulaire

La cornée est la couche la plus antérieure de l’oeil et sa transparence permet de laisser passer les ondes lumineuses vers la rétine. Cependant, la localisation de la cornée la prédispose à des blessures chimiques et mécaniques. La guérison des blessures cornéennes est un mécanisme complexe faisant intervenir la mort cellulaire, la migration, la prolifération, la différenciation et le remodelage de la matrice extracellulaire (MEC). Dans cette étude, nous avons utilisé la cornée humaine reconstruite par génie tissulaire composée d’un épithélium et d’un stroma afin d’étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires de la guérison des plaies, en particulier le remodelage de la MEC exercé par les métalloprotéinases matricielles (MMPs). Les analyses en profilage génique sur biopuces à ADN nous ont permis de démontrer que l’expression de plusieurs gènes était dérégulée lors de la guérison des plaies dans notre modèle. L’expression des gènes codant pour les MMPs, tel que confirmée en qPCR, est augmentée dans l’épithélium migrant afin de recouvrir la plaie. Les analyses en zymographie sur gel ont démontré que les MMPs étaient converties en leur forme enzymatiquement active au fur et à mesure que la lésion se referme. Par ailleurs, nous avons démontré que l’expression des MMPs par les cellules épithéliales est influencée par la présence des fibroblastes dans le stroma ainsi que par leur sécrétion d’une MEC enrichie en collagènes. De plus, les analyses en spectrométrie de masse ont confirmé que la présence d’un épithélium stratifié est requise pour la synthèse et l’organisation adéquate de la MEC. Enfin, les résultats de ces travaux améliorent nos connaissances des mécanismes cellulaires et moléculaires qui modulent la guérison des plaies cornéennes et pourront certainement mener à des progrès en clinique, notamment au niveau du développement de thérapies visant à traiter les troubles de la cornée.

The urokinase plasminogen activating system in thyroid cancer: clinical implications

The urokinase plasminogen activator (uPA) system (uPAS) comprises the uPA, its cell membrane receptor (uPAR) and two specific inhibitors, the plasminogen activator inhibitor 1 (PAI-1) and 2 (PAI-2). The uPA converts the plasminogen in the serine protease plasmin, involved in a number of physiopathological processes requiring basement membrane (BM) or extracellular matrix (ECM) remodelling, including tumor progression and metastasis. The tumor-promoting role of PAS is not limited to the degradation of ECM and BM required for local diffusion and spread to distant sites of malignant cells, but widens to tumor cell proliferation, adhesion and migration, intravasation, growth at the metastatic site and neoangiogenesis. The relevance of uPAS in cancer progression has been confirmed by several studies which documented an increased expression of uPA, uPAR and PAI-1 in different human malignancies, and a positive correlation between the levels of one or more of them and a poor prognosis. For these reasons, the uPAS components have aroused considerable interest as suitable targets for anticancer therapy, and several pharmacological approaches aimed at inhibiting the uPA and/or uPAR expression or function in preclinical and clinical settings have been described. In the present manuscript, we will first glance at uPAS biological functions in human cancer progression and its clinical significance in terms of prognosis and therapy. We will then review the main findings regarding expression and function of uPAS components in thyroid cancer tissues along with the experimental and clinical evidence suggesting its potential value as molecular prognostic marker and therapeutic target in thyroid cancer patients.

Développement à visée clinique d’une prothèse vasculaire décellularisée de faible diamètre produite par génie tissulaire

Il existe un besoin clinique pour les prothèses vasculaires de faible diamètre (< 6 mm), notamment pour effectuer des pontages vasculaires. Les prothèses synthétiques de faible diamètre, n’ayant pas d’endothélium, sont sujettes à la thrombose. Ainsi les chirurgiens préfèrent utiliser les vaisseaux autologues des patients. Pour cela, la veine saphène est de loin la plus utilisée. Cependant, de nombreux patients n’ont pas de vaisseaux adéquats, soit parce qu’ils ont déjà été utilisés, soit parce qu’ils sont malades. Pour pallier ce manque, le LOEX a développé un substitut vasculaire reconstruit en laboratoire par la méthode d’auto-assemblage du génie tissulaire. Ces substituts, faits à partir de cellules humaines, ont une longue période de production et ne peuvent être faits à l’avance ni préservés. L’objectif principal de cette thèse est le développement d’une prothèse vasculaire de faible diamètre facilitant le transfert du laboratoire vers la clinique. S’inspirant de travaux antérieurs, les travaux focalisent sur des prothèses obtenues à partir de fibroblastes dermiques humains puis décellularisés. Comme la réponse immunitaire se fait principalement contre les cellules et non pas contre la matrice extracellulaire, la décellularisation permet de gagner une compatibilité immunitaire inter-individu, voire inter-espèce. Ainsi, des prothèses ont été implantées dans six rats pendant six mois sans immunosuppression avec un taux de succès de 83%. Les explants présentaient une infiltration cellulaire suggérant la formation d’une nouvelle media recouverte d’un endothélium. Par ailleurs, nous avons démontré qu’il était également possible de produire des prothèses de grandeur et diamètre adéquats pour une utilisation clinique. Ces prothèses ont été préservées durant trois mois sans altérer leurs propriétés mécaniques. Nous avons également endothélialisé des vaisseaux qui ont ensuite été conditionnés en bioréacteur durant une semaine. Le processus entraînait une compaction de la matrice extracellulaire et un gain dans la résistance à la traction du matériau. En conclusion, les prothèses vasculaires décellularisées offrent deux avantages majeurs facilitant ainsi les essais précliniques et accélérant leur transfert du laboratoire vers les patients.

Effets du stress oxydatif induit par les rayons UVA et endogène sur la cornée humaine : étude des délétions de l’ADN mitochondrial, des modifications dans la matrice extracellulaire cornéenne et de la dystrophie cornéenne endothéliale de Fuchs

Le stress oxydatif peut provenir de sources exogènes comme les UVA ou de sources endogènes comme la chaîne respiratoire (OXPHOS). L’oxydation des composants cellulaires a été associée avec la dégénération, des phénotypes de vieillissement et des pertes de fonctionnalités des tissus. Les UVA sont les plus efficaces des rayons UV à induire de l’oxydation, tel que démontré par la formation de dommages oxydatifs à l’ADN et par l’apparition de délétions mitochondriales qui en résultent. La délétion mitochondriale de 4977 pb (ADNmtCD4977), la plus commune, et celle de 3895 pb (ADNmt3895) sont deux délétions reliées au photovieillissement cutané et à l’exposition au stress oxydant. Le phénomène de vieillissement dans la peau est bien documenté et se traduit par une dégradation de la matrice extracellulaire, une perte d’élasticité et la formation de rides. Toutefois, peu d’études portent sur la cornée humaine alors qu’elle est un tissu exposé directement aux rayonnements UV au même titre que la peau. Nous avons donc tenté mieux comprendre l’effet de l’oxydation exogène et endogène sur cette structure. L’analyse de la localisation des délétions ADNmtCD4977 et ADNmtCD4977 dans l’oeil humain a permis de révéler qu’elles se concentrent principalement dans le stroma cornéen et s’accumule avec l’âge. Le stroma cornéen est la couche cellulaire qui confère la transparence et la rigidité à la cornée humaine. Ces résultats nous ont suggéré une implication des UVA dans le photovieillissement de la cornée. Nous avons donc entrepris de vérifier les changements liés à l’exposition aux UVA dans le stroma cornéen puisque les UVA sont connus pour causer des altérations à la matrice extracellulaire (ECM) au niveau cutané. Nous avons donc créé un modèle de photovieillisement par une exposition chronique aux UVA sur des kératocytes avec lesquels nous avons fait sécréter une ECM. Nos résultats nous ont démontré qu’une exposition chronique aux UVA cause des altérations à l’ECM cornéen semblable à des phénotypes de photvieillissement. En effet, nous avons dénoté des changements transcriptomiques et protéomiques pour certains collagènes et protéoglycans. Une atteinte aux collagènes par le vieillissement cornéen se traduit entre autres par une rigidification, une opacification et un changement dans son pouvoir réfractif qui mène à une perte de la vision. Par ailleurs, notre avons également investigué l’implication du stress oxydatif dans la dystrophie cornéenne endothéliale de Fuchs (FECD), une maladie dégénérative de l’endothélium cornéen, qui mène à une perte de vision et est une cause principale de greffe cornéenne. L’étiologie de la maladie est encore inconnue, mais le stress oxydatif est soupçonné de jouer un rôle important dans la pathogenèse. Nos résultats ont amené de nouvelles évidences de l’implication de l’oxydation dans la maladie par l’augmentation de la quantité d’ADN mitochondrial et un raccourcissement des télomères dans des explants de cornées pathologiques. Nos résultats nous ont également démontré que la mise en culture de cellules FECD permettait la sélection de cellules fonctionnelles et comparables à des cellules saines en termes de quantité d’ADN mitochondrial et de son intégrité, de sensibilité à l’oxydation et de longueur télomérique. Les résultats obtenus soutiennent ainsi la possibilité d’employer les cellules FECD fonctionnelles sélectionnées pour utilisation en génie tissulaire afin de créer des cornées autologues pour pallier aux manques de greffes cornéennes. Enfin, nos résultats apportent de nouvelles évidences quant à l’implication du stress oxydatif dans le photovieillissement cornéen et dans l’étiologie de la FECD.

Histochemical studies of chondrogenesis

The formation of the cartilage tissue depends on the coordination of cell to cell or cell to ECM interaction that cause to the cell polarity, migration and differentiation of precursor mesenchymal cells during chondrogenesis Many of these events are mediated by ECM components such as glycocojugates which with their suger residues such as galactose or aminosuger have a ligand role for regulatory molecules. The aim of this study was to identify the presence and distribution of some different glycoconjugates and their suger residues in the chondrogenesis by histochemistry and lectin-histochemistry techniques. For this purpose, embryos from pregnant wistar rats from E12-E20 were collected and fixed. Some of them were stained with alizarin red Salcin blue staining to demonstrate cartilage and bone formation in whole mount embryos. Other embryos with serial sections (5-7micm thikness) were stained by: 1-alcian blue (pH: l) for S-GAG,2-alcin blue (pH:2.5)for C-GAG, S-PAS alcian blue fora neutral and acidic sugers,4- tuloidin blue for metachromatic substances. Stained sections were graded according to the staining intensity (0-5 grading s method). Statistical analysis showed significant difference for those substances among experimental groups. Lectin histochemistry with MPA, VVA, SBA, OFA demonstrated differences between organs for suger residues during chondrogensis. It seems that synthesis and secretion of glycocojugates and change of their suger residues follows a spatiotemporal pattern and developmentaly regulated.

Analysis of the role of the transcription factor C/EBPβ in controlling uterine functions during early pregnancy

Embryo implantation into the endometrium is a complex biological process involving the integration of steroid hormone signaling, endometrial tissue remodeling and maternal- fetal communications. A successful pregnancy is the outcome of the timely integration of these events during the early stages of implantation. The involvement of ovarian steroid hormones, estrogen (E) and progesterone (P), acting through their cognate receptors, is essential for uterine functions during pregnancy. The molecular mechanisms that control the process of implantation are undergoing active exploration. Through our recent efforts, we identified the transcription factor, CCAAT Enhancer Binding Protein Beta (C/EBPb) as a prominent target of estrogen and progesterone signaling in the uterus. The development of a C/EBPb-null mouse model, which is infertile, presented us with an opportunity to analyze the role of this molecule in uterine function. We discovered that C/EBPb functions in two distinct manners: (i) by acting as a mediator of E-induced proliferation of the uterine epithelium and (ii) by controlling uterine stromal cell differentiation, a process known as decidualization, during pregnancy. My studies have delineated important mechanisms by which E regulates C/EBPb expression to induce DNA replication and prevent apoptosis of uterine epithelial cells during E-induced epithelial growth. In subsequent studies, I analyzed the role of C/EBPb in decidualization and uncovered a unique mechanism by which C/EBPb regulates the synthesis of a unique laminin-containing extracellular matrix (ECM) that supports stromal cell differentiation and embryo invasion. In order to better define the role of laminin in implantation, we developed a laminin gamma 1-conditional knockout mouse model. This is currently an area of ongoing investigation. The information gained from our analysis of C/EBPb function in the uterus provides new insights into the mechanisms of steroid hormone action during early pregnancy. Ultimately, our findings may aid in the understanding of dysregulation of hormone-controlled pathways that underlie early pregnancy loss and infertility in women.

Improving interfaces for nerve repair

Autologous nerve grafts are the current gold standard for the repair of peripheral nerve injuries. However, there is a need to develop an alternative to this technique, as donor-site morbidities such as neuroma formation and permanent loss of function are a few of the limitations concerned with this technique. Artificial nerve conduits have therefore emerged as an alternative for the repair of short peripheral nerve defects of less than 30 mm, however they do not surpass autologous nerve grafts clinically. To develop a nerve conduit that supports regeneration over long nerve gaps and in large diameter nerves, researchers have focused on functionalizing of the conduits by studying the components that enhance nerve regeneration such as micro/nano-topography, growth factor delivery systems, supportive cells and extracellular matrix (ECM) proteins as well as understanding the complex biological reactions that take place during peripheral nerve regeneration. This thesis presents strategies to improve peripheral nerve interfaces to better the regenerative potential by using dorsal root ganglions (DRGs) isolated from neonatal rats as an in vitro model of nerve regeneration. The work started off by investigating the usefulness of a frog foam protein Ranaspumin-2 (Rsn2) to coat biomaterials for compatibility, this lead to the discovery of temporary cell adhesion on polydimethylsiloxane (PDMS), which was investigated as a suitable tool to derive cell-sheets for nerve repair. The influence of Rsn2 anchored to specific adhesion peptide sequences, such as isoleucine-lysine-valine-alanine-valine (IKVAV), a sequence derived from laminin proven to promote cell adhesion and neurite outgrowth, was tested as a useful means to influence nerve regeneration. This approach improves the axonal outgrowth and maintains outgrowth long term. Based on the hypothesis that combinational modulation of substrate topography, stiffness and neurotrophic support, affects axonal outgrowth in whole DRGs, dissociated DRGs were used to assess if these factors similarly act at the single cell level. Rho associated protein kinase (ROCK) and myosin II inhibitors, which affect cytoskeletal contractility, were used to influence growth cone traction forces and have shown that these factors work in combination by interfering with growth cone dynamic creating a different response in axonal outgrowth at the single cell level.

The regulation of cancer cell invasive behaviour by Chloride Interacellular Channel 3 (CLIC3) and Transglutaminasae 2

A study into the role of secreted CLIC3 in tumour cell invasion. The initiation and progression of cancers is thought to be linked to their relationship with a population of activated fibroblasts, which are associated with tumours. I have used an organotypic approach, in which plugs of collagen I are preconditioned with fibroblastic cells, to characterise the mechanisms through which carcinoma-associated fibroblasts (CAFs) influence the invasive behaviour of tumour cells. I have found that immortalised cancer-associated fibroblasts (iCAFs) support increased invasiveness of cancer cells, and that this is associated with the ability of CAFs to increase the fibrillar collagen content of the extracellular matrix (ECM). To gain mechanistic insight into this phenomenon, an in-depth SILAC-based mass proteomic analysis was conducted, which allowed quantitative comparison of the proteomes of iCAFs and immortalised normal fibroblast (iNFs) controls. Chloride Intracellular Channel Protein 3 (CLIC3) was one of the most significantly upregulated components of the iCAF proteome. Knockdown of CLIC3 in iCAFs reduced the ability of these cells to remodel the ECM and to support tumour cell invasion through organotypic plugs. A series of experiments, including proteomic analysis of cell culture medium that had been preconditioned by iCAFs, indicated that CLIC3 itself was a component of the iCAF secretome that was responsible for the ability of iCAFs to drive tumour cell invasiveness. Moreover, addition of soluble recombinant CLIC3 (rCLIC3) was sufficient to drive the extension of invasive pseudopods in cancer cell lines, and to promote disruption of the basement membrane in a 3D in vitro model of the ductal carcinoma in situ (DCIS) to invasive ductal carcinoma (IDC) transition. My investigation into the mechanism through which extracellular CLIC3 drives tumour cell invasiveness led me to focus on the relationship between CLIC3 and the ECM modifying enzyme, transglutaminase-2 (TG2). Through this, I have found that TG2 physically associates with CLIC3 and that TG2 is necessary for CLIC3 to drive tumour cell invasiveness. These data identifying CLIC3 as a key pro-invasive factor, which is secreted by CAFs, provides an unprecedented mechanism through which the stroma may drive cancer progression.

Integrin traffic and signalling – from plasma membrane to endosomes

Integrins are the main cell surface receptors by which cells adhere to the surrounding extracellular matrix (ECM). Cells regulate integrin-mediated adhesions by integrin endo/exocytic trafficking or by altering the integrin activation status. Integrin binding to ECM-components induces several intracellular signalling cascades, which regulate almost every aspect of cell behaviour from cell motility to survival, and dysregulation of integrin traffic or signalling is associated with cancer progression. Upon detachment, normal cells undergo a specialised form of programmed cell death namely anoikis and the ECM-integrin -mediated activation of focal adhesion kinase (FAK) signalling at the cell surface has been considered critical for anoikis suppression. Integrins are also constantly endocytosed and recycled back to the plasma membrane, and so far the role of integrin traffic in cancer has been linked to increased adhesion site turnover and cell migration. However, different growth factor receptors are known to signal also from endosomes, but the ability of integrins to signal from endosomes has not been previously studied. In this thesis, I demonstrate for the first time that integrins are signalling also from endosomes. In contrast to previous believes, integrin-induced focal adhesion kinase (FAK) signalling occurs also on endosomes, and the endosomal FAK signalling is critical for anoikis suppression and for cancer related processes such as anchorage-independent growth and metastasis. Moreover, we have set up a new integrin trafficking assay and demonstrate for the first time in a comprehensive manner that active and inactive integrins undergo distinct trafficking routes. Together these results open up new horizons in our understanding of integrins and highlight the fundamental connection between integrin traffic and signalling.