Changes of beta-amyloid precursor protein splice patterns in brain cell aggregate cultures.

The splice pattern of beta-amyloid precursor protein (beta-APP) has been studied in a variety of neuronal and glial cells and in brain cell aggregate cultures by the polymerase chain reaction (PCR). The brain-typical pattern, in which beta-APP695 is the dominant form, has been found only in aggregate cultures but not in any of the other cell types including neuronal cell lines. Selective elimination of glial cells from aggregates resulted in increased quantities of beta-APP695, whereas removal of neurons led to a reduction of beta-APP695 and to an elevation of beta-APP751 and beta-APP770. This shift of splice pattern was not observed in cocultures of the neuronal cell line PC 12 with primary astrocytes combined in a variety of cellular ratios. Blood serum, which is an essential component of these cultures, tested on aggregates, did not reduce the amount of beta-APP695 or have any marked effects on splice patterns generally. From these results it is concluded that investigations on brain-typical splicing of beta-APP require primary neurons. Neuronal cell lines may be no suitable model systems. Splicing events favoring production of beta-APP695 may mark an important, very early step of amyloid formation in the brain.

Accelerated tumor invasion under non-isotropic cell dispersal in glioblastomas

Glioblastomas are highly diffuse, malignant tumors that have so far evaded clinical treatment. The strongly invasive behavior of cells in these tumors makes them very resistant to treatment, and for this reason both experimental and theoretical efforts have been directed toward understanding the spatiotemporal pattern of tumor spreading. Although usual models assume a standard diffusion behavior, recent experiments with cell cultures indicate that cells tend to move in directions close to that of glioblastoma invasion, thus indicating that a biasedrandom walk model may be much more appropriate. Here we show analytically that, for realistic parameter values, the speeds predicted by biased dispersal are consistent with experimentally measured data. We also find that models beyond reaction–diffusion–advection equations are necessary to capture this substantial effect of biased dispersal on glioblastoma spread

Prediction of 18-month survival in patients with primary myelodysplastic syndrome. A regression model and scoring system based on the combination of chromosome findings and the Bournemouth score.

The predictive potential of six selected factors was assessed in 72 patients with primary myelodysplastic syndrome using univariate and multivariate logistic regression analysis of survival at 18 months. Factors were age (above median of 69 years), dysplastic features in the three myeloid bone marrow cell lineages, presence of chromosome defects, all metaphases abnormal, double or complex chromosome defects (C23), and a Bournemouth score of 2, 3, or 4 (B234). In the multivariate approach, B234 and C23 proved to be significantly associated with a reduction in the survival probability. The similarity of the regression coefficients associated with these two factors means that they have about the same weight. Consequently, the model was simplified by counting the number of factors (0, 1, or 2) present in each patient, thus generating a scoring system called the Lausanne-Bournemouth score (LB score). The LB score combines the well-recognized and easy-to-use Bournemouth score (B score) with the chromosome defect complexity, C23 constituting an additional indicator of patient outcome. The predicted risk of death within 18 months calculated from the model is as follows: 7.1% (confidence interval: 1.7-24.8) for patients with an LB score of 0, 60.1% (44.7-73.8) for an LB score of 1, and 96.8% (84.5-99.4) for an LB score of 2. The scoring system presented here has several interesting features. The LB score may improve the predictive value of the B score, as it is able to recognize two prognostic groups in the intermediate risk category of patients with B scores of 2 or 3. It has also the ability to identify two distinct prognostic subclasses among RAEB and possibly CMML patients. In addition to its above-described usefulness in the prognostic evaluation, the LB score may bring new insights into the understanding of evolution patterns in MDS. We used the combination of the B score and chromosome complexity to define four classes which may be considered four possible states of myelodysplasia and which describe two distinct evolutional pathways.

In vivo imaging of T cell delivery to tumors after adoptive transfer therapy.

Adoptive transfer therapy of in vitro-expanded tumor-specific cytolytic T lymphocytes (CTLs) can mediate objective cancer regression in patients. Yet, technical limitations hamper precise monitoring of posttherapy T cell responses. Here we show in a mouse model that fused single photon emission computed tomography and x-ray computed tomography allows quantitative whole-body imaging of (111)In-oxine-labeled CTLs at tumor sites. Assessment of CTL localization is rapid, noninvasive, three-dimensional, and can be repeated for longitudinal analyses. We compared the effects of lymphodepletion before adoptive transfer on CTL recruitment and report that combined treatment increased intratumoral delivery of CTLs and improved antitumor efficacy. Because (111)In-oxine is a Food and Drug Administration-approved clinical agent, and human SPECT-CT systems are available, this approach should be clinically translatable, insofar as it may assess the efficacy of immunization procedures in individual patients and lead to development of more effective therapies.

New insights into the role of microRNAs in pancreatic ß-cell maturation and plasticity

Le diabète est une maladie chronique caractérisée par une élévation du taux de sucre dans le sang aussi appelé « glycémie » reflétant un état pathologique. L'élévation de la glycémie au long cours a des répercussions délétères sur nombreux de nos tissus et organes d'où l'apparition de complications sévères chez les sujets diabétiques pouvant atteindre les yeux, les reins, le système nerveux, le système cardiovasculaire et les membres inférieurs. La carence en une hormone essentielle à notre organisme, l'insuline, est au coeur du développement de la maladie. L'insuline induit la captation du glucose circulant dans le sang en excès suite à une prise alimentaire riche en glucides et favorise son utilisation et éventuellement son stockage dans les tissus tels que le foie, le tissu adipeux et les muscles. Ainsi, l'insuline est vitale pour réguler et maintenir stable notre niveau de glycémie. Les cellules bêta du pancréas sont les seules entités de notre corps capables de produire de l'insuline et une perte de fonctionnalité associée à leur destruction ont été mises en cause dans le processus pathologique du diabète de type 2. Cependant la pleine fonctionnalité et la maturation des cellules bêta n'apparaissent qu'après la naissance lorsque le pancréas en développement a atteint sa masse adulte définitive. Enfin, une fois la masse des cellules bêta définitive établie, leur nombre et volume restent relativement constants au cours de la vie adulte chez un sujet sain. Néanmoins, au cours de périodes critiques les besoins en insuline sont augmentés tel qu'observé chez les femmes enceintes et les personnes obèses qui ont une perte de sensibilité à l'insuline qui se traduit par la nécessité de sécréter plus d'insuline afin de maintenir une glycémie normale. Dans l'hypothèse où la compensation n'a pas lieu ou n'est pas aboutie, le diabète se développe. Le processus de maturation postnatale ainsi que les événements compensatoires sont donc des étapes essentielles et de nombreuses questions sont encore non résolues concernant l'identification des mécanismes les régulant. Parmi les acteurs potentiels figurent de petites molécules d'ARN découvertes récemment appelées microARNs et qui ont été rapidement suggérées très prometteuses dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans le cadre du diabète et d'autres pathologies. Les microARNs vont réguler l'expression de notre génome sans en modifier la séquence, phénomène également appelé épigénétique, ce qui résulte en des différences de comportement et de fonction cellulaires. Les microARNs sont donc susceptibles de jouer un rôle clé dans l'ensemble des processus biologiques et notre environnement associé à nos prédispositions génétiques peuvent grandement modifier leur niveau et donc leur action, qui à son tour se répercutera sur notre état physiologique. En effet nous avons identifié des changements de microARNs dans les cellules d'îlots pancréatiques de modèles animaux (rats et souris) associés à un état de résistance à l'insuline (grossesse et obésité). Par le biais d'expériences in vitro sur des cellules bêta extraites de rats et conservées en culture, nous avons pu analyser de plus près l'implication des microARNs dans la capacité des cellules bêta à sécréter de l'insuline mais aussi à se multiplier et à survivre au sein d'un environnement toxique. Ainsi, nous avons identifié des microARNs qui participent positivement à la compensation des cellules bêta, sous la direction d'hormones telles les estrogènes ou d'une hormone libérée par l'intestin au cours de la digestion (l'inerétine GLP1) et qui est largement utilisée comme agent thérapeutique dans la médication contre le diabète. Dans un second temps nous avons utilisé une stratégie similaire afin de déterminer le rôle de microARNs préalablement détectés comme étant changés au cours du développement postnatal des cellules bêta chez le rat. Cette étude a également mené à l'identification de microARNs participant à la maturation et à l'expansion de la masse des cellules bêta sous l'influence de la composition du régime alimentaire et des besoins en insuline adéquats qui en dépendent. Ces études apportent la vision de nouveaux mécanismes moléculaires impliquant les microARNs et démontrant leur importance pour le bon fonctionnement des cellules bêta et leur capacité d'adaptation à l'environnement. -- Les cellules bêta sont une composante des îlots pancréatiques de Langerhans et sont des cellules hautement différenciées qui ont l'unique capacité de sécréter de l'insuline sous l'influence des nutriments suite à une prise alimentaire. L'insuline facilite l'incorporation de glucose dans ses tissus cibles tels le foie, le tissu adipeux et les muscles. Bien que les besoins en insuline soient relativement constants au cours de la vie d'un individu sain, certaines conditions associées à un état de résistance à l'insuline, telles la grossesse ou l'obésité, requièrent une libération d'insuline majorée. En cas de résistance à l'insuline, une dysfonction des cellules bêta plus ou moins associée à leur mort cellulaire, conduisent à une sécrétion d'insuline insuffisante et au développement d'une hyperglycémie chronique, caractéristique du diabète de type 2. Jusqu'à présent, les mécanismes moléculaires sous- jacents à la compensation des cellules bêta ou encore menant à leur dysfonction restent peu connus. Découverts récemment, les petits ARNs non-codant appelés microARNs (miARNs), suscitent un intérêt grandissant de par leur potentiel thérapeutique pour la prise en charge et le traitement du diabète. Les miARNs sont de puissants régulateurs de l'expression génique qui lient directement le 3'UTR de leurs ARN messagers cibles afin d'inhiber leur traduction ou d'induire leur dégradation, ce qui leur permet de contrôler des fonctions biologiques multiples. Ainsi, nous avons pris pour hypothèse que les miARNs pourraient jouer un rôle essentiel en maintenant la fonction des cellules bêta et des processus compensatoires afin de prévenir le développement du diabète. Lors d'une première étude, une analyse transcriptomique a permis l'identification de miARNs différemment exprimés au sein d'îlots pancréatiques de rattes gestantes. Parmi eux, le miR-338-3p a démontré la capacité de promouvoir la prolifération et la survie des cellules bêta exposées à des acides gras saturés et des cytokines pro-inflammatoires, sans altérer leur propriété sécrétrice d'insuline. Nous avons également identifié deux hormones reconnues pour leurs propriétés bénéfiques pour la physiologie de la cellule bêta, l'estradiol et l'incrétine GLP1, qui régulent les niveaux du miR-338-3p. Ce miARN intègre parfaitement les voies de signalisation de ces deux hormones dépendantes de l'AMP cyclique, afin de contrôler l'expression de nombreux gènes conduisant à son action biologique. Dans un projet ultérieur, notre objectif était de déterminer la contribution de miARNs dans l'acquisition de l'identité fonctionnelle des cellules bêta en période postnatale. En effet, directement après la naissance les cellules bêta sont reconnues pour être encore immatures et incapables de sécréter de l'insuline spécifiquement en réponse à l'élévation de la glycémie. Au contraire, la réponse insulinique induite par les acides aminés ainsi que la biosynthèse d'insuline sont déjà fonctionnelles. Nos recherches ont permis de montrer que les changements de miARNs corrélés avec l'apparition du phénotype sécrétoire en réponse au glucose, sont régis par la composition nutritionnelle du régime alimentaire et des besoins en insuline qui en découlent. En parallèle, le taux de prolifération des cellules bêta est considérablement réduit. Les miARNs que nous avons étudiés coordonnent des changements d'expression de gènes clés impliqués dans l'acquisition de propriétés vitales de la cellule bêta et dans la maintenancé de son identité propre. Enfin, ces études ont permis de clairement démontrer l'importance des miARNs dans la régulation de la fonction des cellules bêta pancréatiques. -- Beta-cells are highly differentiated cells localized in the pancreatic islets and are characterized by the unique property of secreting insulin in response to nutrient stimulation after meal intake. Insulin is then in charge of facilitating glucose uptake by insulin target tissues such as liver, adipose tissue and muscles. Despite insulin needs stay more or less constant throughout life of healthy individuals, there are circumstances such as during pregnancy or obesity which are associated to insulin resistance, where insulin needs are increased. In this context, defects in beta-cell function, sometimes associated with beta-cell loss, may result in the release of inappropriate amounts of insulin leading to chronic hyperglycemia, properly defined as type 2 diabetes mellitus. So far, the mechanisms underlying beta- cell compensation as well as beta-cell failure remain to be established. The recently discovered small non-coding RNAs called microRNAs (miRNAs) are emerging as interesting therapeutic targets and are bringing new hope for the treatment of diabetes. miRNAs display a massive potential in regulating gene expression by directly binding to the 3'UTR of messenger RNAs and by inhibiting their translation and/or stability, enabling them to modify a wide range of biological functions. In view of this, we hypothesized that miRNAs may play an essential role in preserving the functional beta-cell mass and permitting to fight against beta-cell exhaustion and decompensation that can lead to diabetes development. In a first study, global profiling in pancreatic islets of pregnant rats, a model of insulin resistance, led to the identification of a set of differentially expressed miRNAs. Among them, miR-338- 3p was found to promote beta-cell proliferation and survival upon exposure of islet cells to pro- apoptotic stimuli such as saturated fatty acids or pro-inflammatory cytokines, without impairment in their capacity to release insulin. We also discovered that miR-338-3p changes are driven by two hormones, the estradiol and the incretin GLP1, both well known for their beneficial impact on beta- cell physiology. Consistently, we found that miR-338-3p integrates the cAMP-dependent signaling pathways regulated by these two hormones in order to control the expression of numerous genes and execute its biological functions. In a second project, we aimed at determining whether miRNAs contribute to the acquisition of beta-cell identity. Indeed, we confirmed that right after birth beta-cells are still immature and are unable to secrete insulin specifically in response to elevated concentrations of glucose. In contrast, amino acid-stimulated insulin release as well as insulin biosynthesis are already fully functional. In parallel, newborn beta-cells are proliferating intensively within the expanding pancreas. Interestingly, we demonstrated that the miRNA changes and the subsequent acquisition of glucose responsiveness is influenced by the diet composition and the resulting insulin needs. At the same time, beta-cell proliferation declines. The miRNAs that we have identified orchestrate expression changes of essential genes involved in the acquisition of specific beta-cell properties and in the maintenance of a mature beta-cell identity. Altogether, these studies clearly demonstrate that miRNAs play important roles in the regulation of beta-cell function.

Primate adult brain cell autotransplantation, a pilot study in asymptomatic MPTP-treated monkeys.

Autologous brain cell transplantation might be useful for repairing lesions and restoring function of the central nervous system. We have demonstrated that adult monkey brain cells, obtained from cortical biopsy and kept in culture for a few weeks, exhibit neural progenitor characteristics that make them useful for brain repair. Following MPTP treatment, primates were dopamine depleted but asymptomatic. Autologous cultured cells were reimplanted into the right caudate nucleus of the donor monkey. Four months after reimplantation, histological analysis by stereology and TH immunolabeling showed that the reimplanted cells successfully survived, bilaterally migrated in the whole striatum, and seemed to have a neuroprotection effect over time. These results may add a new strategy to the field of brain neuroprotection or regeneration and could possibly lead to future clinical applications.

Positive and negative regulation of T cell responses by fibroblastic reticular cells within paracortical regions of lymph nodes.

Fibroblastic reticular cells (FRC) form the structural backbone of the T cell rich zones in secondary lymphoid organs (SLO), but also actively influence the adaptive immune response. They provide a guidance path for immigrating T lymphocytes and dendritic cells (DC) and are the main local source of the cytokines CCL19, CCL21, and IL-7, all of which are thought to positively regulate T cell homeostasis and T cell interactions with DC. Recently, FRC in lymph nodes (LN) were also described to negatively regulate T cell responses in two distinct ways. During homeostasis they express and present a range of peripheral tissue antigens, thereby participating in peripheral tolerance induction of self-reactive CD8(+) T cells. During acute inflammation T cells responding to foreign antigens presented on DC very quickly release pro-inflammatory cytokines such as interferon γ. These cytokines are sensed by FRC which transiently produce nitric oxide (NO) gas dampening the proliferation of neighboring T cells in a non-cognate fashion. In summary, we propose a model in which FRC engage in a bidirectional crosstalk with both DC and T cells to increase the efficiency of the T cell response. However, during an acute response, FRC limit excessive expansion and inflammatory activity of antigen-specific T cells. This negative feedback loop may help to maintain tissue integrity and function during rapid organ growth.

Clonal, self-renewing and differentiating human and porcine urothelial cells, a novel stem cell population.

Although urothelial progenitor-like cells have been described in the human urinary tract, the existence of stem cells remains to be proven. Using a culture system that favors clonogenic epithelial cell growth, we evaluated and characterized clonal human urothelial cells. We isolated human urothelial cells that were clonogenic, capable of self-renewal and could develop into fully differentiated urothelium once re-implanted into the subcapsular space of nude mice. In addition to final urothelial cell differentiation, spontaneous formation of bladder-like microstructures was observed. By examining an epithelial stem cell signature marker, we found p63 to correlate with the self-renewal capacity of the isolated human urothelial clonal populations. Since a clinically relevant, long-term model for functional reconstitution of human cells does not exist, we sought to establish a culture method for porcine urothelial cells in a clinically relevant porcine model. We isolated cells from porcine ureter, urethra and bladder that were clonogenic and capable of self-renewal and differentiation into fully mature urothelium. In conclusion, we could isolate human and porcine cell populations, behaving as urothelial stem cells and showing clonogenicity, self-renewal and, once re-implanted, morphological differentiation.

A cell therapy approach for erythropoietin delivery using encapsulated human primary fibroblasts

Summary Cell therapy has emerged as a strategy for the treatment of various human diseases. Cells can be transplanted considering their morphological and functional properties to restore a tissue damage, as represented by blood transfusion, bone marrow or pancreatic islet cells transplantation. With the advent of the gene therapy, cells also were used as biological supports for the production of therapeutic molecules that can act either locally or at distance. This strategy represents the basis of ex vivo gene therapy characterized by the removal of cells from an organism, their genetic modification and their implantation into the same or another individual in a physiologically suitable location. The tissue or biological function damage dictates the type of cells chosen for implantation and the required function of the implanted cells. The general aim of this work was to develop an ex vivo gene therapy approach for the secretion of erythropoietin (Epo) in patients suffering from Epo-responsive anemia, thus extending to humans, studies previously performed with mouse cells transplanted in mice and rats. Considering the potential clinical application, allogeneic primary human cells were chosen for practical and safety reasons. In contrast to autologous cells, the use of allogeneic cells allows to characterize a cell lineage that can be further transplanted in many individuals. Furthermore allogeneic cells avoid the potential risk of zoonosis encountered with xenogeneic cells. Accordingly, the immune reaction against this allogeneic source was prevented by cell macro- encapsulation that prevents cell-to-cell contact with the host immune system and allows to easy retrieve the implanted device. The first step consisted in testing the survival of various human primary cells that were encapsulated and implanted for one month in the subcutaneous tissue of immunocompetent and naturally or therapeutically immunodepressed mice, assuming that xenogeneic applications constitute a stringent and representative screening before human transplantation. A fibroblast lineage from the foreskin of a young donor, DARC 3.1 cells, showed the highest mean survival score. We have then performed studies to optimize the manufacturing procedures of the encapsulation device for successful engraftment. The development of calcifications on the polyvinyl alcohol (PVA) matrix serving as a scaffold for enclosed cells into the hollow fiber devices was reported after one month in vivo. Various parameters, including matrix rinsing solutions, batches of PVA and cell lineages were assessed for their respective role in the development of the phenomenon. We observed that the calcifications could be totally prevented by using ultra-pure sterile water instead of phosphate buffer saline solution in the rinsing procedure of the PVA matrix. Moreover, a higher lactate dehydrogenase activity of the cells was found to decrease calcium depositions due to more acidic microenvironment, inhibiting the calcium precipitation. After the selection of the appropriate cell lineage and the optimization of encapsulation conditions, a retroviral-based approach was applied to DARC 3.1 fibroblasts for the transduction of the human Epo cDNA. Various modifications of the retroviral vector and the infection conditions were performed to obtain clinically relevant levels of human Epo. The insertion of a post-transcriptional regulatory element from the woodchuck hepatitis virus as well as of a Kozak consensus sequence led to a 7.5-fold increase in transgene expression. Human Epo production was further optimized by increasing the multiplicity of infection and by selecting high producer cells allowing to reach 200 IU hEpo/10E6 cells /day. These modified cells were encapsulated and implanted in vivo in the same conditions as previously described. All the mouse strains showed a sustained increase in their hematocrit and a high proportion of viable cells were observed after retrieval of the capsules. Finally, in the perspective of human application, a syngeneic model using encapsulated murine myoblasts transplanted in mice was realized to investigate the roles of both the host immune response and the cells metabolic requirements. Various loading densities and anti-inflammatory as well as immunosuppressive drugs were studied. The results showed that an immune process is responsible of cell death in capsules loaded at high cell density. A supporting matrix of PVA was shown to limit the cell density and to avoid early metabolic cell death, preventing therefore the immune reaction. This study has led to the development of encapsulated cells of human origin producing clinically relevant amounts of human EPO. This work resulted also to the optimization of cell encapsulation technical parameters allowing to begin a clinical application in end-stage renal failure patients. Résumé La thérapie cellulaire s'est imposée comme une stratégie de traitement potentiel pour diverses maladies. Si l'on considère leur morphologie et leur fonction, les cellules peuvent être transplantées dans le but de remplacer une perte tissulaire comme c'est le cas pour les transfusions sanguines ou les greffes de moelle osseuse ou de cellules pancréatiques. Avec le développement de la thérapie génique, les cellules sont également devenues des supports biologiques pour la production de molécules thérapeutiques. Cette stratégie représente le fondement de la thérapie génique ex vivo, caractérisée par le prélèvement de cellules d'un organisme, leur modification génétique et leur implantation dans le même individu ou dans un autre organisme. Le choix du type de cellule et la fonction qu'elle doit remplir pour un traitement spécifique dépend du tissu ou de la fonction biologique atteintes. Le but général de ce travail est de développer .une approche par thérapie génique ex vivo de sécrétion d'érythropoïétine (Epo) chez des patients souffrant d'anémie, prolongeant ainsi des travaux réalisés avec des cellules murines implantées chez des souris et des rats. Dans cette perpective, notre choix s'est porté sur des cellules humaines primaires allogéniques. En effet, contrairement aux cellules autologues, une caractérisation unique de cellules allogéniques peut déboucher sur de nombreuses applications. Par ailleurs, l'emploi de cellules allogéniques permet d'éviter les riques de zoonose que l'on peut rencontrer avec des cellules xénogéniques. Afin de protéger les cellules allogéniques soumises à une réaction immunitaire, leur confinement dans des macro-capsules cylindriques avant leur implantation permet d'éviter leur contact avec les cellules immunitaires de l'hôte, et de les retrouver sans difficulté en cas d'intolérance ou d'effet secondaire. Dans un premier temps, nous avons évalué la survie de différentes lignées cellulaires humaines primaires, une fois encapsulées et implantées dans le tissu sous-cutané de souris, soit immunocompétentes, soit immunodéprimées naturellement ou par l'intermédiaire d'un immunosuppresseur. Ce modèle in vivo correspond à des conditions xénogéniques et représente par conséquent un environnement de loin plus hostile pour les cellules qu'une transplantation allogénique. Une lignée fibroblastique issue du prépuce d'un jeune enfant, nommée DARC 3 .1, a montré une remarquable résistance avec un score de survie moyen le plus élevé parmi les lignées testées. Par la suite, nous nous sommes intéressés aux paramètres intervenant dans la réalisation du système d'implantation afin d'optimaliser les conditions pour une meilleure adaptation des cellules à ce nouvel environnement. En effet, en raison de l'apparition, après un mois in vivo, de calcifications au niveau de la matrice de polyvinyl alcohol (PVA) servant de support aux cellules encapsulées, différents paramètres ont été étudiés, tels que les procédures de fabrication, les lots de PVA ou encore les lignées cellulaires encapsulées, afin de mettre en évidence leur rôle respectif dans la survenue de ce processus. Nous avons montré que l'apparition des calcifications peut être totalement prévenue par l'utilisation d'eau pure au lieu de tampon phosphaté lors du rinçage des matrices de PVA. De plus, nous avons observe qu'un taux de lactate déshydrogénase cellulaire élevé était corrélé avec une diminution des dépôts de calcium au sein de la matrice en raison d'un micro-environnement plus acide inhibant la précipitation du calcium. Après sélection de la lignée cellulaire appropriée et de l'optimisation des conditions d'encapsulation, une modification génétique des fibroblastes DARC 3.1 a été réalisée par une approche rétrovirale, permettant l'insertion de l'ADN du gène de l'Epo dans le génome cellulaire. Diverses modifications, tant au niveau génétique qu'au niveau des conditions d'infection, ont été entreprises afin d'obtenir des taux de sécrétion d'Epo cliniquement appropriés. L'insertion dans la séquence d'ADN d'un élément de régulation post¬transcriptionnelle dérivé du virus de l'hépatite du rongeur (« woodchuck ») ainsi que d'une séquence consensus appelée « Kozak » ont abouti à une augmentation de sécrétion d'Epo 7.5 fois plus importante. De même, l'optimisation de la multiplicité d'infection et la sélection plus drastique des cellules hautement productrices ont permis finalement d'obtenir une sécrétion correspondant à 200 IU d'Epo/10E6 cells/jour. Ces cellules génétiquement modifiées ont été encapsulées et implantées in vivo dans les mêmes conditions que celles décrites plus haut. Toutes les souris transplantées ont montré une augmentation significative de leur hématocrite et une proportion importante de cellules présentait une survie conservée au moment de l'explantation des capsules. Finalement, dans la perspective d'une application humaine, un modèle syngénique a été proposé, basé sur l'implantation de myoblastes murins encapsulés dans des souris, afin d'investiguer les rôles respectifs de la réponse immunitaire du receveur et des besoins métaboliques cellulaires sur leur survie à long terme. Les cellules ont été encapsulées à différentes densités et les animaux transplantés se sont vus administrer des injections de molécules anti-inflammatoires ou immunosuppressives. Les résultats ont démontré qu'une réaction immunologique péri-capsulaire était à la base du rejet cellulaire dans le cas de capsules à haute densité cellulaire. Une matrice de PVA peut limiter cette densité et éviter une mort cellulaire précoce due à une insuffisance métabolique et par conséquent prévenir la réaction immunitaire. Ce travail a permis le développement de cellules encapsulées d'origine humaine sécrétant des taux d'Epo humaine adaptés à des traitements cliniques. De pair avec l'optimalisation des paramètres d'encapsulation, ces résultats ont abouti à l'initiation d'une application clinique destinée à des patients en insuffisance rénale terminale.

Transformed and nontransformed human T lymphocytes migrate to skin in a chimeric human skin/SCID mouse model.

To study human T cell migration to human skin in vivo, we grafted severe combined immunodeficient mice with 500-microm thick human skin. Two weeks after grafting, epidermal and dermal structures in the grafts were of human origin. When we intraperitoneally injected grafted mice with clones of the human HUT-78 T cell line derived from a patient with cutaneous T cell lymphoma and Sézary syndrome, we detected in the grafts the rare Vbeta23-Jbeta1.2 T cell receptor transcripts characteristic for the HUT-78 clones. These signals were found 2-6 d after cell injection in about 40% of the grafted and HUT-78 cell injected mice but not in grafts from mice that received no exogenous T cells. In contrast to HUT-78 cells, which only accumulate in low number, grafts topically challenged with nickel sufate in vaseline from mice that were injected with autologous nickel-reactive T cell lines led to massive accumulation of T cells within 3 d. Only scattered T cells accumulated in the skin when grafted mice received vaseline plus T cells, nickel sulfate alone, T cells alone, or nickel sulfate plus an allogeneic nickel-nonreactive T cell clone. When the T cell lines were labeled with the fluorochrome PKH-26 before cell injection, spots of fluorescent label in the size and shape of cells were found in the grafts challenged with nickel. Together, these results clearly demonstrate that human T cells can migrate to human skin in this chimeric human/mouse model.

Defining new criteria for selection of cell-based intestinal models using publicly available databases.

BACKGROUND: The criteria for choosing relevant cell lines among a vast panel of available intestinal-derived lines exhibiting a wide range of functional properties are still ill-defined. The objective of this study was, therefore, to establish objective criteria for choosing relevant cell lines to assess their appropriateness as tumor models as well as for drug absorption studies. RESULTS: We made use of publicly available expression signatures and cell based functional assays to delineate differences between various intestinal colon carcinoma cell lines and normal intestinal epithelium. We have compared a panel of intestinal cell lines with patient-derived normal and tumor epithelium and classified them according to traits relating to oncogenic pathway activity, epithelial-mesenchymal transition (EMT) and stemness, migratory properties, proliferative activity, transporter expression profiles and chemosensitivity. For example, SW480 represent an EMT-high, migratory phenotype and scored highest in terms of signatures associated to worse overall survival and higher risk of recurrence based on patient derived databases. On the other hand, differentiated HT29 and T84 cells showed gene expression patterns closest to tumor bulk derived cells. Regarding drug absorption, we confirmed that differentiated Caco-2 cells are the model of choice for active uptake studies in the small intestine. Regarding chemosensitivity we were unable to confirm a recently proposed association of chemo-resistance with EMT traits. However, a novel signature was identified through mining of NCI60 GI50 values that allowed to rank the panel of intestinal cell lines according to their drug responsiveness to commonly used chemotherapeutics. CONCLUSIONS: This study presents a straightforward strategy to exploit publicly available gene expression data to guide the choice of cell-based models. While this approach does not overcome the major limitations of such models, introducing a rank order of selected features may allow selecting model cell lines that are more adapted and pertinent to the addressed biological question.

Pretherapeutic gamma-glutamyltransferase is an independent prognostic factor for patients with renal cell carcinoma.

BACKGROUND: Gamma-glutamyltransferase (GGT) regulates apoptotic balance and promotes cancer progression and invasion. Higher pretherapeutic GGT serum levels have been associated with worse outcomes in various malignancies, but there are no data for renal cell carcinoma (RCC). METHODS: Pretherapeutic GGT serum levels and clinicopathological parameters were retrospectively evaluated in 921 consecutive RCC patients treated with nephrectomy at a single institution between 1998 and 2013. Gamma-glutamyltransferase was analysed as continuous and categorical variable. Associations with RCC-specific survival were assessed with Cox proportional hazards models. Discrimination was measured with the C-index. Decision-curve analysis was used to evaluate the clinical net benefit. The median postoperative follow-up was 45 months. RESULTS: Median pretherapeutic serum GGT level was 25 U l(-1). Gamma-glutamyltransferase levels increased with advancing T (P<0.001), N (P=0.006) and M stages (P<0.001), higher grades (P<0.001), and presence of tumour necrosis (P<0.001). An increase of GGT by 10 U l(-1) was associated with an increase in the risk of death from RCC by 4% (HR 1.04, P<0.001). Based on recursive partitioning-based survival tree analysis, we defined four prognostic categories of GGT: normal low (<17.5 U l(-1)), normal high (17.5 to <34.5 U l(-1)), elevated (34.5 to <181.5 U l(-1)), and highly elevated (⩾181.5 U l(-1)). In multivariable analyses that adjusted for the effect of standard features, both continuously and categorically coded GGT were independent prognostic factors. Adding GGT to a model that included standard features increased the discrimination by 0.9% to 1.8% and improved the clinical net benefit. CONCLUSIONS: Pretherapeutic serum GGT is a novel and independent prognostic factor for patients with RCC. Stratifying patients into prognostic subgroups according to GGT may be used for patient counselling, tailoring surveillance, individualised treatment planning, and clinical trial design.

Discordant increases in CD4+ T cells in human immunodeficiency virus-infected patients experiencing virologic treatment failure: role of changes in thymic output and T cell death.

Some patients infected with human immunodeficiency virus (HIV) who are experiencing antiretroviral treatment failure have persistent improvement in CD4+ T cell counts despite high plasma viremia. To explore the mechanisms responsible for this phenomenon, 2 parameters influencing the dynamics of CD4+ T cells were evaluated: death of mature CD4+ T cells and replenishment of the CD4+ T cell pool by the thymus. The improvement in CD4+ T cells observed in patients with treatment failure was not correlated with spontaneous, Fas ligand-induced, or activation-induced T cell death. In contrast, a significant correlation between the improvement in CD4+ T cell counts and thymic output, as assessed by measurement of T cell receptor excision circles, was observed. These observations suggest that increased thymic output contributes to the dissociation between CD4+ T cell counts and viremia in patients failing antiretroviral therapy and support a model in which drug-resistant HIV strains may have reduced replication rates and pathogenicity in the thymus.

Activation mechanisms of the protease MALT1 and cleavage of one of its targets - the ribonuclease Regnase-1- in lymphocytes and lymphoma cell lines

Persistent infection induces an adaptive immune response that is mediated by T and B lymphocytes. Upon triggering with an antigen, these cells become activated and turn into fast expanding cells able to efficiently defend the host. Lymphocyte activation is controlled by a complex composed of CARMA1, BCL10 and MALT1 which regulates the NF-KB signaling pathway upon antigen triggering. Abnormally high expression or activity of either one of these three proteins can favor the development of lymphomas, while genetic defects in the pathway are associated with immunodeficiency. MALT1 was identified as a paracaspase sharing homology with other cysteine proteases, namely caspases and metacaspases. In order to be active, caspases need to dimerize. Based on their sequence similarity with MALT1, we hypothesized that dimerization might also be a mechanism of activation employed by MALT1. To address this assumption, we performed a bioinformatics modelling based on the crystal structures of several caspases. Our model suggested that the MALT1 caspase-like domain can indeed form dimers. This finding was later confirmed by several published crystal structures of MALT1. In the dimer interface of our model, we noticed the presence of charged amino acids that could potentially form salt bridges and thereby hold both monomers together. Mutation of one of these residues, E549, into alanine completely blocked the catalytic activity of MALT1. Additionally, we provided evidence for a role of E549 in promoting the MALTl-dependent growth of cells derived from diffuse large B cell lymphoma (DLBCL) of the aggressive B cell-like type (ABC). To our initial surprise, the E549A mutation showed only a partial defect in dimerization, indicating that additional residues are essential to form a stable dimer. The MALT1 crystal structures revealed a key function for E549 in stabilizing the catalytic site of the protease via its interaction with an arginine which is located next to the catalytic active cysteine. In an additional study, we discovered that MALT1 monoubiquitination is required for the catalytic activity of the protease. Interestingly, we found that the MALT1 dimer interface mutant E549A could not be monoubiquitinated. Based on these findings, we suggest that correct formation of the dimer interface is a prerequisite for monoubiquitination. In a second project, we discovered a novel target of the protease MALT1, the ribonuclease Regnase¬la It was described that the RNase activity of Regnase-1 negatively regulates immune responses. We could show that in ABC DLBCL cell lines, Regnase-1 is not only cleaved by MALT1 but also phosphorylated, at least in part, by the inhibitor of KB kinase (IKK). Both regulations appear to restrain the RNase function of Regnase-1 and thereby allow the production of pro-survival proteins. In conclusion, our studies further highlight and explain the importance of the catalytic activity of MALT1 for the activation of lymphocytes and provide additional knowledge for the development of specific drugs targeting the catalytic activity of MALT1 for immunomodulation and treatment of lymphomas.  SUMMARY IN FRENCH PhD Thesis Katrin Cabalzar 2 SUMMARY IN FRENCH Une infection persistante induit une réponse immunitaire adaptative par l'intermédiaire des lymphocytes T et B. Quand elles reconnaissent l'antigène, ces cellules sont activées et se multiplient très rapidement pour défendre efficacement l'hôte. L'activation des lymphocytes est transmise par un complexe composé de trois protéines, CARMA1, BCL10 et MALT1, qui régule la voie de signalisation NF-KB lorsque l'antigène est reconnu. L'expression ou l'activité anormalement élevée de l'une de ces trois protéines peut favoriser le développement de lymphomes, tandis que des défauts génétiques de cette voie de signalisation sont associés à l'immunodéficience. MALT1 a été identifiée comme étant une paracaspase qui partage des séquences homologues avec d'autres protéases à cystéine, comme les caspases et les métacaspases. Pour être actives, les caspases ont besoin de dimériser. Etant donné leur similarité de séquence avec MALT1, nous avons supposé que la dimérisation pouvait aussi être un mécanisme d'activation utilisé par MALT1. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons conçu un modèle bioinformatique à partir des structures cristallographiques de plusieurs caspases. Et notre modèle a suggéré que le domaine catalytique de MALT1 était effectivement capable de former des dimères. Cette découverte a été confirmée plus tard par des publications qui montrent des structures cristallographiques dimériques de MALT1. Dans l'interface du dimère de notre modèle, nous avons remarqué la présence d'acides aminés chargés qui pouvaient former des liaisons ioniques et ainsi réunir les deux monomères. La mutation de l'un de ces résidus, E549, pour une alanine, a complètement inhibé l'activité catalytique de MALT1. De plus, nous avons mis en évidence un rôle d'E549 dans la croissance dépendante de MALT1, des cellules dérivées de lymphomes B diffus à grandes cellules (DLBCL) de sous-type cellules B actives (ABC). Dans un premier temps nous avons été surpris de constater que cette mutation révélait seulement un défaut partiel de dimérisation, ce qui indique que des acides aminés supplémentaires sont indispensables pour former un dimère stable. Les structures cristallographiques de MALT1 ont révélé un rôle primordial d'E549 dans la stabilisation du site catalytique de la protéase via son interaction avec une arginine qui se trouve à côté de la cystéine du site actif. Dans une autre étude, nous avons découvert que la monoubiquitination de MALT1 est requise pour l'activité catalytique de la protéase. A remarquer que nous avons trouvé que le mutant E549A de l'interface dimère de MALT1 n'a pas pu être monoubiquitiné. Sur la base de ces résultats, nous suggérons que la formation correcte de l'interface du dimère est une condition préalable pour la monoubiquitination. Dans un second projet, nous avons découvert une nouvelle cible de la protéase MALT1, la ribonucléase Regnase-1. Il a été décrit que l'activité RNase de Regnase-1 régulait négativement les réponses immunitaires. Nous avons pu montrer que dans les lignées cellulaires ABC DLBCL, la Regnase-1 n'était pas seulement clivée par MALT1 mais également phosphorylée, au moins en partie, par la kinase de l'inhibiteur de KB (IKK). Les deux régulations semblent supprimer la fonction RNase de Regnase-1 et permettre ainsi la stabilisation de certains ARN messagers et la production de protéines favorisant la survie. En conclusion, nos études mettent en évidence le rôle-clé de la dimérisation de MALT1 et expliquent l'importance de l'activité catalytique de MALT1 pour l'activation des lymphocytes. Ainsi, nos résultats apportent des connaissances supplémentaires pour le développement de médicaments spécifiques ciblant l'activité catalytique de MALT1, qui pourraient être utiles pour modifier les réponses immunitaires et traiter des lymphomes.

On some numerical aspects of an active strain model in cardiac mechanics

We are interested in the development, implementation and testing of an orthotropic model for cardiac contraction based on an active strain decomposition. Our model addresses the coupling of a transversely isotropic mechanical description at the cell level, with an orthotropic constitutive law for incompressible tissue at the macroscopic level. The main differences with the active stress model are addressed in detail, and a finite element discretization using Taylor-Hood and MINI elements is proposed and illustrated with numerical examples.