Transcriptional regulation of effector CD8+ T cell differentiation and molecular dysfunction during HIV-1 infection

Les cellules T CD8+ jouent un rôle primordial dans le contrôle des infections virales en limitant la dissémination des cellules infectées. Lors de l’infection chronique par le virus HIV, les cellules T CD8+ HIV-spécifiques ne se différencient pas en cellules effectrices fonctionnelles capables de tuer les cellules infectées par le virus ; ces cellules ne sont plus capables de proliférer ou de produire l’ IL-2. Ces cellules expriment PD-1 et l’engagement de PD-1, par son ligand, aboutit a plusieurs de ces déficits fonctionnels des cellules T . Le rôle de PD-1 dans la régulation d'évènements transcriptionnels contrôlant la différentiation et l'obtention des fonction effectrices des cellules T CD8+ reste à démontrer. Id2 joue un rôle central dans la différenciation des cellules T CD8+ effectrices. Nous avons émis l’hypothèse que le défaut de maturation observé chez les cellules T CD8+ PD-1 high HIV-spécifiques (CD8+PD-1hi) au cours de l’infection chronique par le virus HIV pouvait être lié à la diminution d’expression du régulateur Id2. Nous avons ainsi démontré que l'engagement de PD-1 contribuait à une diminution d'expression de Id2 et de ses cibles transcriptionnelles. La surexpression de Id2 de ces cellules a permis de restaurer l'expression de marqueurs tels que Granzyme B et Bcl-2 et diminuir l’expression du marqueur de maturation de CD27. La famille des cytokines à chaine gamma joue un rôle clef dans la survie et l’homéostasie des cellules T. Dans ce travail, nous avons démontré que l’IL-15 était unique grâce à ses capacités de stimulation de l’expression d’Id2 et ses propriétés favorisant la survie ainsi que la différenciation des cellules T CD8+ effectrices. l’IL-15 induit la prolifération de toutes les populations de cellules T mémoires provenant de donneurs sains. L’addition de cette cytokine aux sous-populations cellulaires Ttm et Tem a permis leur différenciation en cellules effectrices capables de produire Granzyme B alors que la stimulation par l’IL-15 des cellules Tcm ne favorise pas leur différenciation. Un test de cytotoxicitié par cytométrie en flux nous a permis de confirmer que la stimulation de cellules T CD8+ HIV spécifiques par l’IL-15 favorisait l’expression de Id2 et restaurait les fonctions cytotoxiques des cellules T CD8+ HIV spécifiques. En conclusion, nous avons pour la première fois dans cette thèse défini les mécanismes moléculaires impliqués dans la modulation de l’expression du régulateur transcriptionnel Id2 par l’IL-15. Nous avons également révélé comment l’engagement de PD-1 conduisait a une altération de l’expression et de la fonction d’Id2 et favorisait la diminution des fonctions effectrices des cellules T CD8-HIV spécifiques. Une perspective de traitement avec des agents tels que l’IL-15 ou le bloquage de PD-1, en combinaison avec les traitements conventionnels, pourrait contribuer à une meilleure stimulation des réponses immunes favorisant ainsi la réactivation des cellules T CD8+ et permettant la destruction de cellules T CD4+ infectées de manière latente.

On spermiogenesis, sperm cell morphology and accompanying secretions of Copidognathus (Acari: Halacaridae)

The genus Copidognathus includes one-third of the species of Halacaridae described to date. This article describes spermiogenesis, sperm cell morphology and accompanying secretions from three species of Copidognathus. Initial spermatids have electron-dense cytoplasm with scattered mitochondria, a well-developed Golgi body, and nuclei with patches of heterochromatin. The cytoplasm and nuclei of these cells undergo intense swelling. The second spermatids are large electron-translucent cells, with small mitochondria in row along the remains of the endoplasmatic reticulum. In the succeeding stage, most of the cytoplasmatic structures and mitochondria have disappeared or have undergone profound transformations. Nuclei and cells elongate and chromatin begins to condense near the nuclear envelope. An acrosomal complex appears at the tip of the nucleus. The acrosomal filament is thick and runs the entire length of the nucleus. Plasmalemmal invaginations at the cell surface give rise to tubules filled with an electron-dense material. Sperm cell maturation is completed in the ventral portion of the germinal part, near the testicular lumen. As a final step in spermiogenesis, cytoplasm of the last spermatid undergoes a moderate condensation and the cariotheca disappears. Mature sperm cells were found in a matrix of ""simple"" and ""complex"" corpuscles, the latter consisting of flattened, spindle-shaped secreted bodies. Rather than in individual sperm aggregates, spermatozoa were contained in a single droplet inside the vas deferens, on a large secretion mass, structured as rows of platelets sunk in a fine grained matrix. Each mature sperm cell is covered by a thick secreted coat. In contrast to the genera Rhombognathus and other Actinotrichida, Copidognathus displays a set of features that must be regarded as apomorphic. The absence of usual mitochondria, the presence of electro-dense tubules and secretions similar to those present in Thalassarachna and Halacarellus, and the pattern of nuclear condensation are possibly shared apomorphies with these latter genera. (C) 2010 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Bone morphogenetic protein 15 and fibroblast growth factor 10 enhance cumulus expansion, glucose uptake, and expression of genes in the ovulatory cascade during in vitro maturation of bovine cumulus-oocyte complexes

Oocyte-secreted factors (OSFs) regulate differentiation of cumulus cells and are of pivotal relevance for fertility. Bone morphogenetic protein 15 (BMP15) and fibroblast growth factor 10 (FGF10) are OSFs and enhance oocyte competence by unknown mechanisms. We tested the hypothesis that BMP15 and FGF10, alone or combined in the maturation medium, enhance cumulus expansion and expression of genes in the preovulatory cascade and regulate glucose metabolism favouring hyaluronic acid production in bovine cumulus-oocyte complexes (COCs). BMP15 or FGF10 increased the percentage of fully expanded COCs, but the combination did not further stimulate it. BMP15 increased cumulus cell levels of mRNA encoding a disintegrin and metalloprotease 10 (ADAM10), ADAM17, amphiregulin (AREG), and epiregulin (EREG) at 12 h of culture and of prostaglandin (PG)-endoperoxide synthase 2 (PTGS2), pentraxin 3 (PTX3) and tumor necrosis factor alpha-induced protein 6 (TNFAIP6 (TSG6)) at 22 h of culture. FGF10 did not alter the expression of epidermal growth factor-like factors but enhanced the mRNA expression of PTGS2 at 4 h, PTX3 at 12 h, and TNFAIP6 at 22 h. FGF10 and BMP15 stimulated glucose consumption by cumulus cells but did not affect lactate production or levels of mRNA encoding glycolytic enzymes phosphofructokinase and lactate dehydrogenase A. Each growth factor increased mRNA encoding glucosamine:fructose-6-PO4 transaminases, key enzymes in the hexosamine pathway leading to hyaluronic acid production, and BMP15 also stimulated hyaluronan synthase 2 (HAS2) mRNA expression. This study provides evidence that BMP15 and FGF10 stimulate expansion of in vitro-matured bovine COCs by driving glucose metabolism toward hyaluronic acid production and controlling the expression of genes in the ovulatory cascade, the first acting upon ADAM10, ADAM17, AREG, and EREG and the second on downstream genes, particularly PTGS2. © 2013 Society for Reproduction and Fertility.

Effects of FSH on the expression of receptors for oocyte-secreted factors and members of the EGF-like family during in vitro maturation in cattle

FSH induces expansion of bovine cumulus-oocyte complexes (COCs) in cattle, which can be enhanced by oocyte-secreted factors (OSFs). In this study it was hypothesised that FSH stimulates COC expansion in part from direct stimulation of the epidermal growth factor (EGF)-like ligands amphiregulin (AREG), epiregulin (EREG) and betacellulin (BTC), but also in part through regulation of OSFs or their receptors in cumulus cells. Bovine COCs were cultured in defined medium with graded doses of FSH. In the absence of FSH, COCs did not expand. FSH caused cumulus expansion, and increased the abundance of AREG and EREG mRNA in a time- and dose-dependent manner, but decreased BTC mRNA levels. FSH had modest stimulatory effects on the levels of mRNA encoding the bone morphogenetic protein 15 (BMP15) receptor, BMPR1B, in cumulus cells, but did not alter mRNA expression of the growth and differentiation factor 9 (GDF9) receptor, TGFBR1. More interestingly, FSH dramatically stimulated levels of mRNA encoding two receptors for fibroblast growth factors (FGF), FGFR2C and FGFR3C, in cumulus cells. FSH also stimulated mRNA expression of FGFR1B, but not of FGFR2B in cumulus cells. Based on dose-response studies, FGFR3C was the receptor most sensitive to the influence of FSH. This study demonstrates that FSH stimulates the expression of EGF-like factors in bovine cumulus cells, and provides evidence that FSH differently regulates the expression of distinct receptors for OSFs in cumulus cells. © CSIRO 2013.

Dynamics of cell and tissue genesis in the male reproductive system of ticks (Acari: Ixodidae) Amblyomma cajennese (Fabricius, 1787) and Amblyomma aureolatum (Pallas, 1772): a comparative analysis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

In Vitro Effects of Bevacizumab Treatment on Newborn Rat Retinal Cell Proliferation, Death, and Differentiation

PURPOSE. Vascular endothelial growth factor (VEGF) is an important signal protein in vertebrate nervous development, promoting neurogenesis, neuronal patterning, and glial cell growth. Bevacizumab, an anti-VEGF agent, has been extensively used for controlling pathological retinal neovascularization in adult and newborn patients, although its effect on the developing retina remains largely unknown. The purpose of this study was to investigate the effect of bevacizumab on cell death, proliferation, and differentiation in newborn rat retina. METHODS. Retinal explants of sixty 2-day-old Lister hooded rats were obtained after eye enucleation and maintained in culture media with or without bevacizumab for 2 days. Immunohistochemical staining was assessed against proliferating cell nuclear antigen (PCNA, to detect cell proliferation); caspase-3 and beclin-1 (to investigate cell death); and vimentin and glial fibrillary acidic protein (GFAP, markers of glial cells). Gene expressions were quantified by real-time reverse-transcription polymerase chain reaction. Results from treatment and control groups were compared. RESULTS. No significant difference in the staining intensity (on immunohistochemistry) of PCNA, caspase-3, beclin-1, and GFAP, or in the levels of PCNA, caspase-3, beclin-1, and vimentin mRNA was observed between the groups. However, a significant increase in vimentin levels and a significant decrease in GFAP mRNA expression were observed in bevacizumab-treated retinal explants compared with controls. CONCLUSIONS. Bevacizumab did not affect cell death or proliferation in early developing rat retina but appeared to interfere with glial cell maturation by increasing vimentin levels and downregulating GFAP gene expression. Thus, we suggest anti-VEGF agents be used with caution in developing retinal tissue. (Invest Ophthalmol Vis Sci. 2012;53:7904-7911) DOI:10.1167/iovs.12-10283

Dynamics of cell and tissue genesis in the male reproductive system of ticks (Acari: Ixodidae) Amblyomma cajennense (Fabricius, 1787) and Amblyomma aureolatum (Pallas, 1772): a comparative analysis

Ticks are classified into three families: Argasidae, Ixodidae, and Nutalliellidae. The taxonomy and phylogeny within Ixodidae are still discussed by the specialists, thus requiring further studies. Amblyomma cajennese and Amblyomma aureolatum (Brazil) belong to two species complexes known as “cajennese” and “ovale”, respectively, and are directly related to the transmission of the Brazilian spotted fever. This confirms the medical and veterinary significance of these species, as well as the need for further morphological studies that will bring a better understanding of their taxonomy, phylogeny, and control. In this context, the present study aimed to characterize the morphology of the male reproductive system of A. cajennese and A. aureolatum when unfed and after 4 days of feeding, thereby seeking to: (a) distinguish the two species or “complexes”, and (b) study an internal system which has the potential to be targeted by acaricides. Therefore, males from both species (unfed and after 4 days of feeding) were cold-anesthetized, dissected, and had their reproductive systems removed for histological analysis. The results showed that the morphology of the male reproductive system is generally similar between both species, like in other Ixodidae ticks, exhibiting a multilobed accessory gland complex related to seminal fluid secretion, a pair of vasa deferentia and a pair of testes housing germ cells (spermatocytes) in different stages. The main differences were found in the development of the accessory gland complex cells and germ cells, showing that the maturation of the male reproductive system starts later in A. aureolatum, when compared to A. cajennese. However, during the blood meal, A. aureolatum development is increased, thus making germ cell maturation and gland complex activity higher than in A. cajennese. This study shows the differences in the development of the male reproductive systems of both species, while providing information that can assist in the establishment of new control methods.

Comparative expression profiling of E. coli and S. aureus inoculated primary mammary gland cells sampled from cows with different genetic predispositions for somatic cell score

BACKGROUND: During the past ten years many quantitative trait loci (QTL) affecting mastitis incidence and mastitis related traits like somatic cell score (SCS) were identified in cattle. However, little is known about the molecular architecture of QTL affecting mastitis susceptibility and the underlying physiological mechanisms and genes causing mastitis susceptibility. Here, a genome-wide expression analysis was conducted to analyze molecular mechanisms of mastitis susceptibility that are affected by a specific QTL for SCS on Bos taurus autosome 18 (BTA18). Thereby, some first insights were sought into the genetically determined mechanisms of mammary gland epithelial cells influencing the course of infection. METHODS: Primary bovine mammary gland epithelial cells (pbMEC) were sampled from the udder parenchyma of cows selected for high and low mastitis susceptibility by applying a marker-assisted selection strategy considering QTL and molecular marker information of a confirmed QTL for SCS in the telomeric region of BTA18. The cells were cultured and subsequently inoculated with heat-inactivated mastitis pathogens Escherichia coli and Staphylococcus aureus, respectively. After 1, 6 and 24 h, the cells were harvested and analyzed using the microarray expression chip technology to identify differences in mRNA expression profiles attributed to genetic predisposition, inoculation and cell culture. RESULTS: Comparative analysis of co-expression profiles clearly showed a faster and stronger response after pathogen challenge in pbMEC from less susceptible animals that inherited the favorable QTL allele 'Q' than in pbMEC from more susceptible animals that inherited the unfavorable QTL allele 'q'. Furthermore, the results highlighted RELB as a functional and positional candidate gene and related non-canonical Nf-kappaB signaling as a functional mechanism affected by the QTL. However, in both groups, inoculation resulted in up-regulation of genes associated with the Ingenuity pathways 'dendritic cell maturation' and 'acute phase response signaling', whereas cell culture affected biological processes involved in 'cellular development'. CONCLUSIONS: The results indicate that the complex expression profiling of pathogen challenged pbMEC sampled from cows inheriting alternative QTL alleles is suitable to study genetically determined molecular mechanisms of mastitis susceptibility in mammary epithelial cells in vitro and to highlight the most likely functional pathways and candidate genes underlying the QTL effect.

Caenorhabditis elegans germinal center kinase (Gck-1) is a p-body component that inhibits precocious ectopic MAP kinase dependent meiotic maturation

The Caenorhabditis elegans germline is an excellent model system for studying meiosis, as the gonad contains germ cells in all stages of meiosis I prophase in a linear temporal and spatial pattern. To form healthy gametes, many events must be coordinated. Failure of any step in the process can reduce fertility. Here, we describe a C. elegans Germinal Center Kinase, GCK-1, that is essential for the accurate progression of germ cells through meiosis I prophase. In the absence of GCK-1, germ cells undergo precocious maturation due to the activation of a specific MAP kinase isoform. Furthermore, GCK-1 localizes to P-bodies, RNP particles that have been implicated in RNA degradation and translational control. Like two other components of C. elegans germline P-bodies, GCK-1 functions to limit physiological germ cell apoptosis. This is the first study to identify a role for a GCK-III kinase in metazoan germ cell development and to link P-body function with MAP kinase activation and germ cell maturation. ^

Thymocyte-targeted overexpression of xiap transgene disrupts T lymphoid apoptosis and maturation

The X-linked inhibitor of apoptosis (XIAP) and other members of the inhibitor of apoptosis (IAP) family can suppress apoptosis induced by a diverse variety of triggers. Functional studies done to date have focused on tissue culture models and adenovirus overexpression of XIAP and other IAP proteins. Here we report the phenotype of an engineered transgenic mouse overexpressing a human IAP, as well as assessing the long-term consequence of IAP overexpression. We document the relative protein expression levels of the endogenous mouse homologue to XIAP, mouse inhibitor of apoptosis (MIAP 3), within thymocyte and T cell subpopulations. The consequence of lymphoid-targeted overexpression of XIAP in transgenic mice suggests a physiological role for the endogenous protein, MIAP3. Xiap-transgenic mice accumulated thymocytes and/or T cells in primary and secondary lymphoid tissue, T cell maturation was perturbed, and transgenic thymocytes resisted a variety of apoptotic triggers both in vitro and in vivo. These observations imply a possible key function for the intrinsic cellular inhibitor XIAP in maintaining the homeostasis of the immune system.

Retinoids down-regulate telomerase and telomere length in a pathway distinct from leukemia cell differentiation

Human telomerase, a cellular reverse transcriptase (hTERT), is a nuclear ribonucleoprotein enzyme complex that catalyzes the synthesis and extension of telomeric DNA. This enzyme is specifically activated in most malignant tumors but is usually inactive in normal somatic cells, suggesting that telomerase plays an important role in cellular immortalization and tumorigenesis. Terminal maturation of tumor cells has been associated with the repression of telomerase activity. Using maturation-sensitive and -resistant NB4 cell lines, we analyzed the pattern of telomerase expression during the therapeutic treatment of acute promyelocytic leukemia (APL) by retinoids. Two pathways leading to the down-regulation of hTERT and telomerase activity were identified. The first pathway results in a rapid down-regulation of telomerase that is associated with retinoic acid receptor (RAR)-dependent maturation of NB4 cells. Furthermore, during NB4 cell maturation, obtained independently of RAR by retinoic X receptor (RXR)-specific agonists (rexinoids), no change in telomerase activity was observed, suggesting that hTERT regulation requires a specific signaling and occurs autonomously. A second pathway of hTERT regulation, identified in the RAR-responsive, maturation-resistant NB4-R1 cell line, results in a down-regulation of telomerase that develops slowly during two weeks of all-trans retinoic acid (ATRA) treatment. This pathway leads to telomere shortening, growth arrest, and cell death, all events that are overcome by ectopic expression of hTERT. These findings demonstrate a clear and full dissociation between the process of tumor cell maturation and the regulation of hTERT mRNA expression and telomerase activity by retinoids. We propose telomerase expression as an efficient and selective target of retinoids in the therapy of tumors.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

THE IMPORTANCE OF MHC-INDEPENDENT NATURAL KILLER CELL RECEPTORS IN THE IMMUNOREGULATION OF MURINE PREGNANCY

Numerous leukocyte populations are essential for pregnancy success. Uterine natural killer (uNK) cells are chief amongst these leukocytes and represent a unique lineage with limited cytotoxicity but abundant angiokine production. They possess a distinct phenotype of activating and inhibitory receptors that recognize major histocompatibility complex (MHC) molecules, such as the killer immunoglobulin like receptors (KIRs; mouse Ly49), and MHC-independent activating receptors, including the aryl hydrocarbon receptor (AHR) and natural cytotoxicity receptor 1 (NCR1). While the roles of MHC-dependent receptors are widely addressed in pregnancy, MHC-independent receptors are relatively unstudied. This thesis investigated the roles of MHC-independent receptors in promotion of mouse pregnancy and characterized early leukocyte interactions in the presence and absence of NCR1. It was hypothesized that loss of MHC-independent receptors impairs uNK cell development resulting in aberrations in leukocyte function and decidual vasculature. Implantation sites from Ahr-/- and Ncr1Gfp/Gfp mice were assessed using whole mount in situ immunohistochemistry (WM-IHC) and histochemical techniques. Leukocyte interactions identified during preliminary WM-IHC studies were confirmed as immune synapses. The novel identification of immune synapses in early mouse pregnancy compelled further examination of leukocyte conjugates in wildtype C57BL/6 and Ncr1Gfp/Gfp mice. In Ahr-/- and Ncr1Gfp/Gfp mice, receptor loss resulted in reduced uNK cell diameters, impaired decidual vasculature, and failures in spiral artery remodeling. Ahr-/- mice had severe fertility deficits whereas Ncr1Gfp/Gfp mice had increased fetal resorption indicating differing receptor requirements in pregnancy success. NCR1 loss primarily affected uNK cell maturation and function as identified by alterations in granule ultrastructure, lytic protein expression, and angiokine production. Leukocyte conjugates were frequent in early C57BL/6 decidua basalis and included uNK cells conjugating first with antigen presenting cells and then with T cells. Overall conjugate formation was reduced in the absence of NCR1, but specific uNK cell conjugations were unaffected by receptor loss. While KIR-MHC interactions are associated with numerous pregnancy complications in humans, the role of other uNK cell receptors are not well characterized. These results illustrate the importance of MHC-independent receptors in uNK cell activation during early pregnancy in mice and encourage further studies of pregnancy complications that may occur independently of maternal KIR-MHC contributions.

'Cooperative Automated worm Response and Detection ImmuNe ALgorithm (CARDINAL) inspired by T-cell Immunity and Tolerance'

The role of T-cells within the immune system is to confirm and assess anomalous situations and then either respond to or tolerate the source of the effect. To illustrate how these mechanisms can be harnessed to solve real-world problems, we present the blueprint of a T-cell inspired algorithm for computer security worm detection. We show how the three central T-cell processes, namely T-cell maturation, differentiation and proliferation, naturally map into this domain and further illustrate how such an algorithm fits into a complete immune inspired computer security system and framework.