Notch signaling in the pigmented epithelium of the anterior eye segment promotes ciliary body development at the expense of iris formation.

The ciliary body and iris are pigmented epithelial structures in the anterior eye segment that function to maintain correct intra-ocular pressure and regulate exposure of the internal eye structures to light, respectively. The cellular and molecular factors that mediate the development of the ciliary body and iris from the ocular pigmented epithelium remain to be fully elucidated. Here, we have investigated the role of Notch signaling during the development of the anterior pigmented epithelium by using genetic loss- and gain-of-function approaches. Loss of canonical Notch signaling results in normal iris development but absence of the ciliary body. This causes progressive hypotony and over time leads to phthisis bulbi, a condition characterized by shrinkage of the eye and loss of structure/function. Conversely, Notch gain-of-function results in aniridia and profound ciliary body hyperplasia, which causes ocular hypertension and glaucoma-like disease. Collectively, these data indicate that Notch signaling promotes ciliary body development at the expense of iris formation and reveals novel animal models of human ocular pathologies.

Role of Notch signalling in intestinal epithelium

Résumé: Chez les mammifères, les intestins sont les organes ayant le plus haut taux de renouvellement cellulaire dans l'organisme. L'épithélium intestinal se renouvelle complètement en moins d'une semaine. Il se compose de projections (villosités) et d'invaginations (cryptes) qui ont toutes deux des fonctions bien distinctes. Les cellules de l'intestin sont constamment produites à partir de cellules souches, situées dans la crypte, qui se différencient en cellules proliférantes transitoires, puis en cellules caliciformes, de Paneth, entéroendocrine ou en entérocytes. Ces cellules migrent dans leurs lieux spécifiques pour accomplir leur fonction physiologique pour finalement mourir. A cours de mon travail de thèse, j'ai étudié le rôle de la voie de signalisation de Notch dans le renouvellement cellulaire et dans le processus de l'homéostase des cellules de l'intestin marin en utilisant le système Cre-loxP pour induire la délétion des gènes Notch1, Notch2, Jaggedl et RBP-Jk. Bien que l'inactivation de Notch1 avec ou sans Jagged1, ou celle de Notch2, n'aboutissent à aucun phénotype, une déficience pour RBP-Jk, ou pour Notch1 et Notch2 simultanément, conduit au développement d'un impressionnant phénotype. Au niveau de la crypte, une rapide et importante modification des cellules apparaît: les cellules proliférantes sont devenues des cellules caliciformes qui ont perdu la capacité de se renouveler. Ces résultats impliquent la voie Notch en tant que nouvelle clé de voûte dans le maintien des cellules qui s'auto-renouvellent dans l'épithélium intestinal. Un rôle similaire a été proposé pour la voie Wnt, laquelle n'est cependant, pas affectée dans nos souris. C'est pourquoi ces deux voies sont essentielles dans le maintien de la prolifération dans les cryptes intestinales. Ce travail a aussi proposé un mécanisme par lequel la voie Notch contrôlerait l'intégrité du cycle cellulaire dans les cellules de la crypte intestinale, ceci en inhibant la transcription d'un inhibiteur du cycle cellulaire, la protéine p27KIP1. De plus, l'inactivation de RBP-Jk dans les adénomes développés par les souris APCmin induisent la différenciation de cellules tumorales en cellules caliciformes. Comme autre effet, la localisation histologique des cellules de Paneth est également affectée par la délétion de RBP-Jk ou de Notch1/Notch2, suggérant un rôle pour la voie Notch dans le compartiment des cellules de Paneth. Finalement, ce travail démontre que les cellules progénitrices de l'intestin ont besoin d'une convergence fonctionnelle des voie Wnt et Notch. Ces résultats préliminaires peuvent être considérés comme un concept pour l'utilisation d'inhibiteurs de secrétase-γ (inhibiteurs de Notch) à des fins thérapeutiques pour les cancers colorectaux. Summary The mammalian intestine has one of the highest cellular turnover rates in the body. The complete intestinal epithelium is renewed in less than a week. It is divided into spatially distinct compartments in the form of finger-like projections (villi) and flask-shaped invaginations (crypts) that are dedicated to specific functions. Intestinal cells are constantly produced from a stem cell reservoir that gives rise to proliferating transient amplifying cells, which subsequently differentiate and home to their specific compartments before dying after having fulfilled their physiological function. In this thesis project, the physiological role of the Notch signalling cascade in the marine intestine was studied. Inducible tissue specific inactivation of Notch1, Notch2, Jagged1 and RBP-Jk genes was applied to assess their role in the maintenance of intestinal homeostasis and cell fate determination. The analysis unequivocally revealed that Notch1, Notch1 and Jagged1 combined as well as Notch2 are dispensable for intestinal homeostasis and lineage differentiation. However, deficiency of RBP-Jk as well as the simultaneous inactivation of both Notch1 and Notch2 receptors unveiled a striking phenotype. In these mice, a rapid and massive conversion of proliferative crypt cells into post-mitotic goblet cells was observed. These results identify the Notch pathway as a key player for the maintenance of the proliferative crypt compartment. A similar role was implicated for the Wnt cascade, which, however, was not affected in the different tissue specific Notch signalling deficient mice. Thus, the Wnt and Notch signalling pathways are essential for the self-renewal capacity of the intestinal epithelium. Furthermore, our results suggest a molecular mechanism for Notch signalling mediated control of cell cycle regulation within the crypt. The Notch cascade inhibits expression of the cyclin-dependent kinase inhibitor p27KIP1 and thereby maintains proliferation of the intestinal progenitor cells. In addition, the inactivation of RBP-Jk in adenomas developed by APCmin mice resulted in the differentiation of tumour cells into goblet cells. Finally, Notch deficiency affected differentiated Paneth cells, suggesting that Notch may play a role in the Paneth cell compartment. In summary, this work clearly demonstrates that undifferentiated, proliferative cells in intestinal crypts require the concerted activation of the RBP-Jk-mediated Notch signalling and the Wnt cascade. In addition, our preliminary results can be considered as a "proof-of-principle" for the use of γ-secretase inhibitors for therapeutic modalities for colorectal cancer.

Altered expression of beta-galactosidase-1-like protein 3 (Glb1l3) in the retinal pigment epithelium (RPE)-specific 65-kDa protein knockout mouse model of Leber's congenital amaurosis

Purpose: In this study, we investigated the expression of the gene encoding beta-galactosidase (Glb)-1-like protein 3 (Glb1l3), a member of the glycosyl hydrolase 35 family, during retinal degeneration in the retinal pigment epithelium (RPE)-specific 65-kDa protein knockout (Rpe65(-/-)) mouse model of Leber congenital amaurosis (LCA). Additionally, we assessed the expression of the other members of this protein family, including beta-galactosidase-1 (Glb1), beta-galactosidase-1-like (Glb1l), and beta-galactosidase-1-like protein 2 (Glb1l2).Methods: The structural features of Glb1l3 were assessed using bioinformatic tools. mRNA expression of Glb-related genes was investigated by oligonucleotide microarray, real-time PCR, and reverse transcription (RT) -PCR. The localized expression of Glb1l3 was assessed by combined in situ hybridization and immunohistochemistry.Results: Glb1l3 was the only Glb-related member strongly downregulated in Rpe65(-/-) retinas before the onset and during progression of the disease. Glb1l3 mRNA was only expressed in the retinal layers and the RPE/choroid. The other Glb-related genes were ubiquitously expressed in different ocular tissues, including the cornea and lens. In the healthy retina, expression of Glb1l3 was strongly induced during postnatal retinal development; age-related increased expression persisted during adulthood and aging.Conclusions: These data highlight early-onset downregulation of Glb1l3 in Rpe65-related disease. They further indicate that impaired expression of Glb1l3 is mostly due to the absence of the chromophore 11-cis retinal, suggesting that Rpe65 deficiency may have many metabolic consequences in the underlying neuroretina.

Cells derived from the coelomic epithelium contribute to multiple gastrointestinal tissues in mouse embryos.

Gut mesodermal tissues originate from the splanchnopleural mesenchyme. However, the embryonic gastrointestinal coelomic epithelium gives rise to mesenchymal cells, whose significance and fate are little known. Our aim was to investigate the contribution of coelomic epithelium-derived cells to the intestinal development. We have used the transgenic mouse model mWt1/IRES/GFP-Cre (Wt1(cre)) crossed with the Rosa26R-EYFP reporter mouse. In the gastrointestinal duct Wt1, the Wilms' tumor suppressor gene, is specific and dynamically expressed in the coelomic epithelium. In the embryos obtained from the crossbreeding, the Wt1-expressing cell lineage produces the yellow fluorescent protein (YFP) allowing for colocalization with differentiation markers through confocal microscopy and flow cytometry. Wt1(cre-YFP) cells were very abundant throughout the intestine during midgestation, declining in neonates. Wt1(cre-YFP) cells were also transiently observed within the mucosa, being apparently released into the intestinal lumen. YFP was detected in cells contributing to intestinal vascularization (endothelium, pericytes and smooth muscle), visceral musculature (circular, longitudinal and submucosal) as well as in Cajal and Cajal-like interstitial cells. Wt1(cre-YFP) mesenchymal cells expressed FGF9, a critical growth factor for intestinal development, as well as PDGFRα, mainly within developing villi. Thus, a cell population derived from the coelomic epithelium incorporates to the gut mesenchyme and contribute to a variety of intestinal tissues, probably playing also a signaling role. Our results support the origin of interstitial cells of Cajal and visceral circular muscle from a common progenitor expressing anoctamin-1 and SMCα-actin. Coelomic-derived cells contribute to the differentiation of at least a part of the interstitial cells of Cajal.

Radial transport of nutrients: the plant root as a polarized epithelium.

In higher plants, roots acquire water and soil nutrients and transport them upward to their aerial parts. These functions are closely related to their anatomical structure; water and nutrients entering the root first move radially through several concentric layers of the epidermis, cortex, and endodermis before entering the central cylinder. The endodermis is the innermost cortical cell layer that features rings of hydrophobic cell wall material called the Casparian strips, which functionally resemble tight junctions in animal epithelia. Nutrient uptake from the soil can occur through three different routes that can be interconnected in various ways: the apoplastic route (through the cell wall), the symplastic route (through cellular connections), and a coupled trans-cellular route (involving polarized influx and efflux carriers). This Update presents recent advances in the radial transport of nutrients highlighting the coupled trans-cellular pathway and the roles played by the endodermis as a barrier.

Oxygen uptake of isolated toad skin epithelium: micromeasurement and effect of ionic acclimation.

Oxidative metabolism of isolated toad skin epithelium (Bufo viridis) was investigated in vitro under open-circuit conditions using the spectrophotometric oxyhemoglobin micromethod. This highly sensitive technique has been adapted for studying several epithelia in parallel and for detecting possible regional variations of oxygen uptake in individual epithelium. Changes in the proportion of mitochondria-rich cells (MRC) by ionic acclimation affected oxidative metabolism under nontransporting condition. After acclimation of animals to either NaNO3 or NaCl solutions (100 mmol/l, for greater than 2 wk), the number of MRC per square millimeter in epithelia from nonacclimated and NaNO3- and NaCl-acclimated animals was 350 +/- 113, 460 +/- 196, and 107 +/- 52, respectively. O2 uptake of nonacclimated and NaNO3-acclimated epithelia was significantly higher than that of NaCl-acclimated epithelia (i.e., 0.89 and 0.90 vs. 0.57 nmol O2.h-1.mm-2, respectively). The correlation established between O2 uptake and number of MRC allowed evaluation of the respiration rate of one single MRC, i.e., approximately 1 pmol O2/h. The lowest mitochondrial oxidative activity was found in the epithelia from NaCl-acclimated toads where the uncoupler 2,4-dinitrophenol (50 mumols/l) had the highest relative stimulatory effect (+114%). Acetazolamide (50 mumols/l), a potent inhibitor of carbonic anhydrase mainly present in the MRC, reduced selectively by 31% O2 uptake of the MRC-rich epithelia (NaNO3 acclimated). O2 uptake increased significantly by approximately 80% when basolateral pH increased from 5.8 to 7.8, but did not depend on apical pH. These findings indicate that under nontransporting (open-circuit) conditions, aerobic metabolism of the isolated toad skin epithelium is related to the density and/or characteristics of the MRC.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)

Novel markers of the human follicle-associated epithelium identified by genomic profiling and microdissection.

BACKGROUND & AIMS: Regulation of gene expression in the follicle-associated epithelium (FAE) over Peyer's patches is largely unknown. CCL20, a chemokine that recruits immature dendritic cells, is one of the few FAE-specific markers described so far. Lymphotoxin beta (LTalpha1beta2) expressed on the membrane of immune cells triggers CCL20 expression in enterocytes. In this study, we measured expression profiles of LTalpha1beta2-treated intestinal epithelial cells and selected CCL20 -coregulated genes to identify new FAE markers. METHODS: Genomic profiles of T84 and Caco-2 cell lines treated with either LTalpha1beta2, flagellin, or tumor necrosis factor alpha were measured using the Affymetrix GeneChip U133A. Clustering analysis was used to select CCL20 -coregulated genes, and laser dissection microscopy and real-time polymerase chain reaction on human biopsy specimens was used to assess the expression of the selected markers. RESULTS: Applying a 2-way analysis of variance, we identified regulated genes upon the different treatments. A subset of genes involved in inflammation and related to the nuclear factor kappaB pathway was coregulated with CCL20 . Among these genes, the antiapoptotic factor TNFAIP3 was highly expressed in the FAE. CCL23 , which was not coregulated in vitro with CCL20 , was also specifically expressed in the FAE. CONCLUSIONS: We have identified 2 novel human FAE specifically expressed genes. Most of the CCL20 -coregulated genes did not show FAE-specific expression, suggesting that other signaling pathways are critical to modulate FAE-specific gene expression.

Hedgehog signaling governs the development of otic sensory epithelium and its associated innervation in zebrafish

The inner ear is responsible for the perception of motion and sound in vertebrates. Its functional unit, the sensory patch, contains mechanosensory hair cells innervated by sensory neurons from the statoacoustic ganglion (SAG) that project to the corresponding nuclei in the brainstem. How hair cells develop at specific positions, and how otic neurons are sorted to specifically innervate each endorgan and to convey the extracted information to the hindbrain is not completely understood. In this work, we study the generation of macular sensory patches and investigate the role of Hedgehog (Hh) signaling in the production of their neurosensory elements. Using zebrafish transgenic lines to visualize the dynamics of hair cell and neuron production, we show that the development of the anterior and posterior maculae is asynchronic, suggesting they are independently regulated. Tracing experiments demonstrate the SAG is topologically organized in two different neuronal subpopulations, which are spatially segregated and innervate specifically each macula. Functional experiments identify the Hh pathway as crucial in coordinating the production of hair cells in the posterior macula, and the formation of its specific innervation. Finally, gene expression analyses suggest that Hh influences the balance between different SAG neuronal subpopulations. These results lead to a model in which Hh orients functionally the development of inner ear towards an auditory fate in all vertebrate species.

Generation of reconstituted human plasma-derived secretory-like IgA and IgM and their protective effect on intestinal epithelium

Les muqueuses sont les membranes tapissant les cavités du corps, tel que le tube digestif, et sont en contact direct avec l'environnement extérieur. Ces surfaces subissent de nombreuses agressions pouvant être provoquées par des agents pathogènes (bactéries, toxines ou virus). Cela étant, les muqueuses sont munies de divers mécanismes de protection dont notamment deux protéines-clés permettant de neutraliser les agents pathogènes : les anticorps ou immunoglobulines sécrétoires A (SIgA) et M (SIgM). Ces anticorps sont, d'une part, fabriqués au niveau de la muqueuse sous forme d'IgA et IgM. Lorsqu'ils sont sécrétés dans l'intestin, ils se lient à une protéine appelée pièce sécrétoire et deviennent ainsi SIgA et SïgM. La présence de la pièce sécrétoire est essentielle pour que les anticorps puissent fonctionner au niveau de la muqueuse. D'autre part, ces anticorps sont également fabriqués dans d'autres parties du corps en général et se retrouvent dans le sang sous forme d'IgA et IgM Chez l'homme, des thérapies basées sur l'injection d'anticorps donnent de bons résultats depuis de nombreuses années notamment dans le traitement des infections. Bien qu'un certain nombre d'études ont montré le rôle protecteur des anticorps de type IgA et IgM, ceux-ci ne sont que rarement utilisés dans les thérapies actuelles. La principale raison de cette faible utilisation réside dans la production ou la purification des IgA/IgM ou SIgA/SIgM (la forme active au niveau des muqueuses) qui est difficile à réaliser à large échelle. Ainsi, le but de la thèse était (1) d'étudier la possibilité d'employer des IgA et des IgM provenant du sang humain pour générer des SIgA et SIgM et (2) de voir si ces anticorps reconstitués pouvaient neutraliser certains agents pathogènes au niveau des muqueuses. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et des IgM issues du sang a été effectuée. Nous avons observé que ces anticorps avaient des caractéristiques similaires aux anticorps naturellement présents au niveau des muqueuses. De plus, nous avons confirmé que ces anticorps pouvaient être associés à une pièce sécrétoire produite en laboratoire pour ainsi donner des SIgA et SIgM reconstituées. Ensuite, la fonctionnalité des anticorps reconstitués a été testée grâce à un modèle de couche unique de cellules intestinales différenciées (monocouches) en laboratoire imitant la paroi de l'intestin. Ces monocouches ont été infectées par une bactérie pathogène, Shigella flexneri, responsable de la shigellose, une maladie qui provoque des diarrhées sanglantes chez l'homme. L'infection des monocouches par les bactéries seules ou combinées aux SIgA et SIgM reconstituées a été analysée. Nous avons observé que les dommages des cellules étaient moins importants lorsque les SIgA étaient présentes. Il apparaît que les SIgA neutralisent les bactéries en se fixant dessus, ce qui provoque leur agrégation, et diminuent l'inflammation des cellules. La protection s'est montrée encore plus efficace avec les SIgM. De plus, nous avons vu que les SIgA et SIgM pouvaient diminuer la sécrétion de facteurs nocifs produits par les bactéries. Utilisant le même modèle des monocouches, la fonctionnalité des IgA issues du sang humain a aussi été testée contre une toxine sécrétée par une bactérie appelée Clostridium diffìcile. Cette bactérie peut être présente naturellement dans l'intestin de personnes saines, cependant elle peut devenir pathogène dans certaines conditions et être à l'origine de diarrhées et d'inflammations de l'intestin via la sécrétion de toxines. Des préparations d'anticorps contenant une certaine proportion de SIgA reconstituées ont amené à une diminution des dommages et de l'inflammation des monocouches causés par la toxine. L'ensemble de ces résultats prometteurs, montrant que des SIgA et SIgM reconstituées peuvent protéger la paroi de l'intestin des infections bactériennes, nous conduisent à approfondir la recherche sur ces anticorps dans des modèles animaux. L'aboutissement de ce type de recherche permettrait de tester, par la suite, l'efficacité sur l'homme de traitements des infections des muqueuses par injection d'anticorps de type SIgA et SIgM reconstituées. Les muqueuses, telle que la muqueuse gastrointestinale, sont des surfaces constamment exposées à l'environnement et leur protection est garantie par une combinaison de barrières mécaniques, physicochimiques et immunologiques. Parmi les divers mécanismes de protection immunologiques, la réponse humorale spécifique joue un rôle prépondérant et est assurée par les immunoglobulines sécrétoires de type A (SIgA) et M (SIgM). Les thérapies basées sur l'administration d'IgG apportent d'importants bénéfices dans le domaine de la santé. Bien que des études sur les animaux aient montré que l'administration par voie muqueuse d'IgA polymérique (plgA) ou SIgA pouvaient protéger des infections, des IgA/SIgA n'ont été utilisées qu'occasionnellement dans les thérapies. De plus, des études précliniques et cliniques ont démontré que l'administration par voie systémique de préparations enrichies en IgM pouvait aussi protéger des infections. Cependant, l'administration par voie muqueuse d'IgM/SIgM purifiées n'a pas été examinée jusqu'à présent. La principale raison est que la purification ou là production des IgA/SIgA et IgM/SIgM est difficile à réaliser à large échelle. Le but de ce travail de thèse était d'examiner la possibilité d'associer des IgA et IgM polyclonals purifiées à partir du plasma humain avec une pièce sécrétoire recombinante humaine afin de générer des SIgA et SIgM reconstituées fonctionnelles. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et IgM issues du plasma humain a été effectuée par buvardage de western et Chromatographie. Ces molécules avaient des caractéristiques biochimiques similaires à celles des immunoglobulines issues de la muqueuse. L'association entre plgA ou IgM issues du plasma humain et la pièce sécrétoire recombinante humaine a été confirmée, ainsi que la stoechiométrie 1:1 de l'association. Comme dans les conditions physiologiques, cette association permettait de retarder la dégradation des SIgA et SIgM reconstituées exposées à des protéases intestinales. Ensuite, la fonctionnalité et le mode d'action des IgA et IgM issues du plasma humain, ainsi que des SIgA et SIgM reconstituées, ont été explorés grâce à un modèle in vitro de monocouches de cellules intestinales épithéliales polarisées de type Caco-2, qui imite l'épithélium intestinal. Les monocouches ont été infectées par un pathogène entérique, Shigella flexneri, seul ou combiné aux immunoglobulines issues du plasma humain ou aux immunoglobulines sécrétoires reconstituées. Bien que les dommages des monocouches aient été retardés par les plgA et SIgA reconstituées, les IgM et SIgM reconstituées se sont montrées supérieures dans le maintien de l'intégrité des cellules. Une agrégation bactérienne et une diminution de l'inflammation des monocouches ont été observées avec les plgA et SIgA reconstituées. Ces effets étaient augmentés avec les IgM et SIgM reconstituées. De plus, il s'est révélé que les deux types d'immunoglobulines de type sécrétoire reconstituées agissaient directement sur la virulence des bactéries en réduisant leur sécrétion de facteurs de virulence. La fonctionnalité des IgA issues du plasma humain a aussi été testée contre la toxine A de Clostridium difficile grâce au même modèle de monocouches de cellules épithéliales. Nous avons démontré que des préparations enrichies en IgA provenant du plasma humain pouvaient diminuer les dommages et l'inflammation des monocouches induits par la toxine. L'ensemble de ces résultats démontrent que des IgA et IgM de type sécrétoire peuvent être générées à partir d'IgA et IgM issues du plasma humain en les associant à la pièce sécrétoire et que ces molécules protègent l'épithélium intestinal contre des bactéries pathogènes. Ces molécules pourraient dès lors être testées dans des modèles in vivo. Le but final serait de les utiliser chez l'homme à des fins d'immunisation passive dans le traitement de pathologies associées à la muqueuse telles que les infections. - Mucosal surfaces, such as gastrointestinal mucosa, are constantly exposed to the external environment and their protection is ensured by a combination of mechanical, physicochemical and immunological barriers. Among the various immunological defense mechanisms, specific humoral mucosal response plays a crucial role and is mediated by secretory immunoglobulins A (SIgA) and M (SIgM). Immunoglobulin therapy based on the administration of IgG molecules leads important health benefits. Even though animal studies have shown that mucosal application of polymeric IgA (plgA) or SIgA provided protection against infections, IgA/SIgA have been only used occasionally for therapeutic application. Moreover, preclinical and clinical studies have demonstrated that systemic administration of IgM-enriched preparations could also afford protection against infections. Nevertheless, mucosal application of purified IgM/SIgM has not been examined. The main reason is that the purification or production of IgA/SIgA and IgM/SIgM at large scale is difficult to achieve. The aim of this PhD project was to examine the possibility to associate polyclonal human plasma-derived IgA and IgM with recombinant human secretory component (SC) to generate functional secretoiy-like IgA and IgM. First, biochemical analysis of human plasma IgA and IgM was performed by western blotting and chromatography. These molecules exhibited the same biochemical features as mucosa-derived antibodies (Abs). The association between human plasma plgA or IgM and recombinant human SC was confirmed, as well as the 1:1 stoichiometry of association. Similarly to physiological conditions, this association delayed the degradation of secretory-like IgA or IgM by intestinal proteases. Secondly, the function activity and the mode of action of human plasma IgA and IgM, as well as secretory-like IgA and IgM were explored using an in vitro model of polarized intestinal epithelial Caco-2 cell monolayers mimicking intestinal epithelium. Cell monolayers were infected with an enteropathogen, Shigella flexneri, alone or in combination to plasma Abs or secretory-like Abs. Even though plasma plgA and secretoiy-like IgA resulted in a delay of bacteria-induced damages of cell monolayers, plasma IgM and secretory-like IgM were shown to be superior in maintenance of cell integrity. Polymeric IgA and secretory-like IgA induced bacterial aggregation and decreased cell monolayer inflammation, effects further amplified with IgM and secretory-like IgM. In addition, both secretory-like Abs directly impacted on bacterial virulence leading to a reduction in secretion of virulence factors by bacteria. The functionality of human plasma IgA was also tested against Clostridium difficile toxin A using Caco-2 cell monolayers. Human plasma IgA- enriched preparations led to a diminution of cell monolayer damages and a decrease of cellular inflammation induced by the toxin. The sum of these results demonstrates that secretory-like IgA and IgM can be generated from purified human plasma IgA and IgM associated to SC and that these molecules are functional to protect intestinal epithelium from bacterial infections. These molecules could be now tested using in vivo models. The final goal would be to use them by passive immunization in the treatment of mucosa-associated pathologies like infections in humans.

Fate of TLR-1/TLR-2 agonist functionalised pDNA nanoparticles upon deposition at the human bronchial epithelium in vitro.

BACKGROUND: Plasmid DNA vaccination is a promising approach, but studies in non-human primates and humans failed to achieve protective immunity. To optimise this technology further with focus on pulmonary administration, we developed and evaluated an adjuvant-equipped DNA carrier system based on the biopolymer chitosan. In more detail, the uptake and accompanying immune response of adjuvant Pam3Cys (Toll-like receptor-1/2 agonist) decorated chitosan DNA nanoparticles (NP) were explored by using a three-dimensional (3D) cell culture model of the human epithelial barrier. Pam3Cys functionalised and non-functionalised chitosan DNA NP were sprayed by a microsprayer onto the surface of 3D cell cultures and uptake of NP by epithelial and immune cells (blood monocyte-derived dendritic cells (MDDC) and macrophages (MDM)) was visualised by confocal laser scanning microscopy. In addition, immune activation by TLR pathway was monitored by analysis of interleukin-8 and tumor necrosis factor-α secretions (ELISA). RESULTS: At first, a high uptake rate into antigen-presenting cells (MDDC: 16-17%; MDM: 68-75%) was obtained. Although no significant difference in uptake patterns was observed for Pam3Cys adjuvant functionalised and non-functionalised DNA NP, ELISA of interleukin-8 and tumor necrosis factor-α demonstrated clearly that Pam3Cys functionalisation elicited an overall higher immune response with the ranking of Pam3Cys chitosan DNA NPâeuro0/00>âeuro0/00chitosan DNA NPâeuro0/00=âeuro0/00DNA unloaded chitosan NPâeuro0/00>âeuro0/00control (culture medium). CONCLUSIONS: Chitosan-based DNA delivery enables uptake into abluminal MDDC, which are the most immune competent cells in the human lung for the induction of antigen-specific immunity. In addition, Pam3Cys adjuvant functionalisation of chitosan DNA NP enhances significantly an environment favoring recruitment of immune cells together with a Th1 associated (cellular) immune response due to elevated IL-8 and TNF-α levels. The latter renders this DNA delivery approach attractive for potential DNA vaccination against intracellular pathogens in the lung (e.g., Mycobacterium tuberculosis or influenza virus).

Ocular drug delivery targeting the retina and retinal pigment epithelium using polylactide nanoparticles.

PURPOSE: To study the kinetics of polylactide (PLA) nanoparticle (NP) localization within the intraocular tissues and to evaluate their potential to release encapsulated material. METHODS: A single intravitreous injection (5 micro L) of an NP suspension (2.2 mg/mL) encapsulating either Rh-6G (Rh) or Nile red (Nr) was performed. Animals were killed at various times, and the NPs localization within the intraocular tissues was studied by environmental scanning electron microscopy (ESEM), confocal microscopy, light microscopy histology, fluorescence microscopy, and immunohistochemistry. Eyes injected with blank NPs, free Rh, or PBS solution were used as the control. RESULTS: ESEM showed the flow of the NPs from the site of injection into the vitreous cavity and their rapid settling on the internal limiting membrane. Histology demonstrated the anatomic integrity of the injected eyes and showed no toxic effects. A mild inflammatory cell infiltrate was observed in the ciliary body 6 hours after the injection and in the posterior vitreous and retina at 18 to 24 hours. The intensity of inflammation decreased markedly by 48 hours. Confocal and fluorescence microscopy and immunohistochemistry showed that a transretinal movement of the NPs was gradually taking place with a later localization in the RPE cells. Rh encapsulated within the injected NPs diffused and stained the retina and RPE cells. PLA NPs were still present within the RPE cells 4 months after a single intravitreous injection. CONCLUSIONS: Intravitreous injection of PLA NPs appears to result in transretinal movement, with a preferential localization in the RPE cells. Encapsulated Rh diffuses from the NPs and stains the neuroretina and the RPE cells. The findings support the idea that specific targeting of these tissues is feasible. Furthermore, the presence of the NPs within the RPE cells 4 months after a single injection shows that a steady and continuous delivery of drugs can be achieved.

Gene transfer into the airway epithelium of animals by targeting the polymeric immunoglobulin receptor.

Genes of interest can be targeted specifically to respiratory epithelial cells in intact animals with high efficiency by exploiting the receptor-mediated endocytosis of the polymeric immunoglobulin receptor. A DNA carrier, consisting of the Fab portion of polyclonal antibodies raised against rat secretory component covalently linked to poly-L-lysine, was used to introduce plasmids containing different reporter genes into airway epithelial cells in vivo. We observed significant levels of luciferase enzyme activity in protein extracts from the liver and lung, achieving maximum values of 13,795 +/- 4,431 and 346,954 +/- 199,120 integrated light units (ILU) per milligram of protein extract, respectively. No luciferase activity was detected in spleen or heart, which do not express the receptor. Transfections using complexes consisting of an irrelevant plasmid (pCMV lacZ) bound to the bona fide carrier or the expression plasmid (pGEMluc) bound to a carrier based on an irrelevant Fab fragment resulted in background levels of luciferase activity in all tissues examined. Thus, only tissues that contain cells bearing the polymeric immunoglobulin receptor are transfected, and transfection cannot be attributed to the nonspecific uptake of an irrelevant carrier-DNA complex. Specific mRNA from the luciferase gene was also detected in the lungs of transfected animals. To determine which cells in the lungs are transfected by this method, DNA complexes were prepared containing expression plasmids with genes encoding the bacterial beta-galactosidase or the human interleukin 2 receptor. Expression of these genes was localized to the surface epithelium of the airways and the submucosal glands, and not the bronchioles and alveoli. Receptor-mediated endocytosis can be used to introduce functional genes into the respiratory epithelium of rats, and may be a useful technique for gene therapy targeting the lung.

VEGF is a mediator of retinal pigment epithelium permeability leading to photoreceptor cell death in light-induced retinal degeneration : gene therapy strategy to prevent AMD-disorders

ABSTRACTIn normal tissues, a balance between pro- and anti-angiogenic factors tightly controls angiogenesis. Alterations of this balance may have pathological consequences. For instance, concerning the retina, the vascular endothelial growth factor (VEGF) is a potent pro-angiogenic factor, and has been identified has a key player during ocular neovascularization implicated in a variety of retinal diseases. In the exudative form (wet-form) of age-related macular degeneration (AMD), neovascularizations occurring from the choroidal vessels are responsible for a quick and dramatic loss of visual acuity. In diabetic retinopathy and retinopathy of prematurity, sprouting from the retinal vessels leads to vision loss. Furthermore, the aging of the population, the increased- prevalence of diabetes and the better survival rate of premature infants will lead to an increasing rate of these conditions. In this way, anti-VEGF strategy represents an important therapeutic target to treat ocular neovascular disorders.In addition, the administration of Pigmented Epithelial growth factor, a neurotrophic and an anti- angiogenic factor, prevents photoreceptor cell death in a model of retinal degeneration induced by light. Previous results analyzing end point morphology reveal that the light damage (LD) model is used to mimic retinal degenerations arising from environmental insult, as well as aging and genetic disease such as advanced atrophic AMD. Moreover, light has been identified as a co-factor in a number of retinal diseases, speeding up the degeneration process. This protecting effect of PEDF in the LD retina raises the possibility of involvement of the balance between pro- and anti-angiogenic factors not only for angiogenesis, but also in cell survival and maintenance.The aim of the work presented here was to evaluate the importance of this balance in neurodegenerative processes. To this aim, a model of light-induced retinal degeneration was used and characterized, mainly focusing on factors simultaneously controlling neuron survival and angiogenesis, such as PEDF and VEGF.In most species, prolonged intense light exposure can lead to photoreceptor cell damage that can progress to cell death and vision loss. A protocol previously described to induce retinal degeneration in Balb/c mice was used. Retinas were characterized at different time points after light injury through several methods at the functional and molecular levels. Data obtained confirmed that toxic level of light induce PR cell death. Variations were observed in VEGF pathway players in both the neural retina and the eye-cup containing the retinal pigment epithelium (RPE), suggesting a flux of VEGF from the RPE towards the neuroretina. Concomitantly, the integrity of the outer blood-retinal-barrier (BRB) was altered, leading to extravascular albumin leakage from the choroid throughout the photoreceptor layer.To evaluate the importance of VEGF during light-induced retinal degeneration process, a lentiviral vector encoding the cDNA of a single chain antibody directed against all VEGF-A isoforms was developed (LV-V65). The bioactivity of this vector to block VEGF was validated in a mouse model of laser-induced choroidal neovascularization mediated by VEGF upregulation. The vector was then used in the LD model. The administration of the LV-V65 contributed to the maintenance of functional photoreceptors, which was assessed by ERG recording, visual acuity measurement and histological analyses. At the RPE level, the BRB integrity was preserved as shown by the absence of albumin leakage and the maintenance of RPE cell cohesion.These results taken together indicate that the VEGF is a mediator of light induced PR degeneration process and confirm the crucial role of the balance between pro- and anti-angiogenic factors in the PR cell survival. This work also highlights the prime importance of BRB integrity and functional coupling between RPE and PR cells to maintain the PR survival. VEGF dysregulation was already shown to be involved in wet AMD forms and our study suggests that VEGF dysregulation may also occur at early stages of AMD and could thus be a potential therapeutic target for several RPE related diseases.RESUMEDans les différents tissues de l'organisme, l'angiogenèse est strictement contrôlée par une balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques. Des modifications survenant dans cette balance peuvent engendrer des conséquences pathologiques. Par exemple, concernant la rétine, le facteur de croissance de l'endothélium vasculaire (VEGF) est un facteur pro-angiogénique important. Ce facteur a été identifié comme un acteur majeur dans les néovascularisations oculaires et les processus pathologiques angiogéniques survenant dans l'oeil et responsables d'une grande variété de maladies rétiniennes. Dans la forme humide de la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA), la néovascularisation choroïdienne est responsable de la perte rapide et brutale de l'acuité visuelle chez les patients affectés. Dans la rétinopathie diabétique et celle lié à la prématurité, l'émergence de néovaisseaux rétiniens est la cause de la perte de la vision. Les néovascularisations oculaires représentent la principale cause de cécité dans les pays développés. De plus, l'âge croissant de la population, la progression de la prévalence du diabète et la meilleure survie des enfants prématurés mèneront sans doute à l'augmentation de ces pathologies dans les années futures. Dans ces conditions, les thérapies anti- angiogéniques visant à inhiber le VEGF représentent une importante cible thérapeutique pour le traitement de ces pathologies.Plusieurs facteurs anti-angiogéniques ont été identifiés. Parmi eux, le facteur de l'épithélium pigmentaire (PEDF) est à la fois un facteur neuro-trophique et anti-angiogénique, et l'administration de ce facteur au niveau de la rétine dans un modèle de dégénérescence rétinienne induite par la lumière protège les photorécepteurs de la mort cellulaire. Des études antérieures basées sur l'analyse morphologique ont révélé que les modifications survenant lors de la dégénération induite suite à l'exposition à des doses toxiques de lumière représente un remarquable modèle pour l'étude des dégénérations rétiniennes suite à des lésions environnementales, à l'âge ou encore aux maladies génétiques telle que la forme atrophique avancée de la DMLA. De plus, la lumière a été identifiée comme un co-facteur impliqué dans un grand nombre de maladies rétiniennes, accélérant le processus de dégénération. L'effet protecteur du PEDF dans les rétines lésées suite à l'exposition de des doses toxiques de lumière suscite la possibilité que la balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques soit impliquée non seulement dans les processus angiogéniques, mais également dans le maintient et la survie des cellules.Le but de ce projet consiste donc à évaluer l'implication de cette balance lors des processus neurodégénératifs. Pour cela, un modèle de dégénération induite par la lumière à été utilisé et caractérisé, avec un intérêt particulier pour les facteurs comme le PEDF et le VEGF contrôlant simultanément la survie des neurones et l'angiogenèse.Dans la plupart des espèces, l'exposition prolongée à une lumière intense peut provoquer des dommages au niveau des cellules photoréceptrices de l'oeil, qui peut mener à leur mort, et par conséquent à la perte de la vision. Un protocole préalablement décrit a été utilisé pour induire la dégénération rétinienne dans les souris albinos Balb/c. Les rétines ont été analysées à différents moments après la lésion par différentes techniques, aussi bien au niveau moléculaire que fonctionnel. Les résultats obtenus ont confirmé que des doses toxiques de lumière induisent la mort des photorécepteurs, mais altèrent également la voie de signalisation du VEGF, aussi bien dans la neuro-rétine que dans le reste de l'oeil, contenant l'épithélium pigmentaire (EP), et suggérant un flux de VEGF provenant de ΙΈΡ en direction de la neuro-rétine. Simultanément, il se produit une altération de l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne externe, menant à la fuite de protéine telle que l'albumine, provenant de la choroïde et retrouvée dans les compartiments extravasculaires de la rétine, telle que dans la couche des photorécepteurs.Pour déterminer l'importance et le rôle du VEGF, un vecteur lentiviral codant pour un anticorps neutralisant dirigée contre tous les isoformes du VEGF a été développé (LV-V65). La bio-activité de ce vecteur a été testé et validée dans un modèle de laser, connu pour induire des néovascularisations choroïdiennes chez la souris suite à l'augmentation du VEGF. Ce vecteur a ensuite été utilisé dans le modèle de dégénération induite par la lumière. Les résultats des électrorétinogrammes, les mesures de l'acuité visuelle et les analyses histologiques ont montré que l'injection du LV-V65 contribue à la maintenance de photorécepteurs fonctionnels. Au niveau de l'EP, l'absence d'albumine et la maintenance des jonctions cellulaires des cellules de l'EP ont démontré que l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne externe est préservée suite au traitement.Par conséquent, tous les résultats obtenus indiquent que le VEGF est un médiateur important impliquée dans le processus de dégénération induit par la lumière et confirme le rôle cruciale de la balance entre les facteurs pro- et anti-angiogéniques dans la survie des photorécepteurs. Cette étude révèle également l'importance de l'intégrité de la barrière hémato-rétinienne et l'importance du lien fonctionnel et structurel entre l'EP et les photorécepteurs, essentiel pour la survie de ces derniers. Par ailleurs, Cette étude suggère que des dérèglements au niveau de l'équilibre du VEGF ne sont pas seulement impliqués dans la forme humide de la DMLA, comme déjà démontré dans des études antérieures, mais pourraient également contribuer et survenir dans des formes précoces de la DMLA, et par conséquent le VEGF représente une cible thérapeutique potentielle pour les maladies associées à des anomalies au niveau de l'EP.

Retinal pigment epithelium protein of 65 kDA gene-linked retinal degeneration is not modulated by chicken acidic leucine-rich epidermal growth factor-like domain containing brain protein/Neuroglycan C/ chondroitin sulfate proteoglycan 5.

PURPOSE: To analyze in vivo the function of chicken acidic leucine-rich epidermal growth factor-like domain containing brain protein/Neuroglycan C (gene symbol: Cspg5) during retinal degeneration in the Rpe65⁻/⁻ mouse model of Leber congenital amaurosis. METHODS: We resorted to mice with targeted deletions in the Cspg5 and retinal pigment epithelium protein of 65 kDa (Rpe65) genes (Cspg5⁻/⁻/Rpe65⁻/⁻). Cone degeneration was assessed with cone-specific peanut agglutinin staining. Transcriptional expression of rhodopsin (Rho), S-opsin (Opn1sw), M-opsin (Opn1mw), rod transducin α subunit (Gnat1), and cone transducin α subunit (Gnat2) genes was assessed with quantitative PCR from 2 weeks to 12 months. The retinal pigment epithelium (RPE) was analyzed at P14 with immunodetection of the retinol-binding protein membrane receptor Stra6. RESULTS: No differences in the progression of retinal degeneration were observed between the Rpe65⁻/⁻ and Cspg5⁻/⁻/Rpe65⁻/⁻ mice. No retinal phenotype was detected in the late postnatal and adult Cspg5⁻/⁻ mice, when compared to the wild-type mice. CONCLUSIONS: Despite the previously reported upregulation of Cspg5 during retinal degeneration in Rpe65⁻/⁻ mice, no protective effect or any involvement of Cspg5 in disease progression was identified.