Local DNA damage by proton microbeam irradiation induces poly(ADP-ribose) synthesis in mammalian cells

Cellular recovery from ionizing radiation (IR)-induced damage involves poly(ADP-ribose) polymerase (PARP-1 and PARP-2) activity, resulting in the induction of a signalling network responsible for the maintenance of genomic integrity. In the present work, a charged particle microbeam delivering 3.2 MeV protons from a Van de Graaff accelerator has been used to locally irradiate mammalian cells. We show the immediate response of PARPs to local irradiation, concomitant with the recruitment of ATM and Rad51 at sites of DNA damage, both proteins being involved in DNA strand break repair. We found a co-localization but no connection between two DNA damage-dependent post-translational modifications, namely poly(ADP-ribosyl)ation of nuclear proteins and phosphorylation of histone H2AX. Both of them, however, should be considered and used as bona fide immediate sensitive markers of IR damage in living cells. This technique thus provides a powerful approach aimed at understanding the interactions between the signals originating from sites of DNA damage and the subsequent activation of DNA strand break repair mechanisms.

Influence of a pore-forming agent on swelling, network parameters, and permeability of poly(ethylene glycol)-crosslinked poly(methyl vinyl ether-co-maleic acid) hydrogels:Application in transdermal delivery systems

We characterized hydrogels, prepared from aqueous blends of poly(methyl vinyl ether-co-maleic acid) (PMVE/MA) and poly(ethylene glycol) (PEG 10,000 Daltons) containing a pore-forming agent (sodium bicarbonate, NaHCO ). Increase in NaHCO content increased the equilibrium water content (EWC) and average molecular weight between crosslinks (M ) of hydrogels. For example, the %EWC was 731, 860, 1109, and 7536% and the M was 8.26, 31.64, 30.04, and 3010.00 × 10 g/mol for hydrogels prepared from aqueous blends containing 0, 1, 2, and 5% w/w of NaHCO , respectively. Increase in NaHCO content also resulted in increased permeation of insulin. After 24 h, percentage permeation was 0.94, 3.68, and 25.71% across hydrogel membranes prepared from aqueous blends containing 0, 2, and 5% w/w of NaHCO , respectively. Hydrogels containing the pore-forming agent were fabricated into microneedles (MNs) for transdermal drug delivery applications by integrating the MNs with insulin-loaded patches. It was observed that the mean amount of insulin permeating across neonatal porcine skin in vitro was 20.62% and 52.48% from hydrogel MNs prepared from aqueous blends containing 0 and 5% w/w of NaHCO . We believe that these pore-forming hydrogels are likely to prove extremely useful for applications in transdermal drug delivery of biomolecules. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Skin Dendritic Cell Targeting via Microneedle Arrays Laden with Antigen-Encapsulated Poly-D, L-lactide-co-Glycolide Nanoparticles Induces Efficient Antitumor and Antiviral Immune Responses

The efficacious delivery of antigens to antigen-presenting cells (APCs), in particular, to dendritic cells (DCs), and their subsequent activation remains a significant challenge in the development of effective vaccines. This study highlights the potential of dissolving microneedle (MN) arrays laden with nanoencapsulated antigen to increase vaccine immunogenicity by targeting antigen specifically to contiguous DC networks within the skin. Following in situ uptake, skin-resident DCs were able to deliver antigen-encapsulated poly-d,l-lactide-co-glycolide (PGLA) nanoparticles to cutaneous draining lymph nodes where they subsequently induced significant expansion of antigen-specific T cells. Moreover, we show that antigen-encapsulated nanoparticle vaccination via microneedles generated robust antigen-specific cellular immune responses in mice. This approach provided complete protection in vivo against both the development of antigen-expressing B16 melanoma tumors and a murine model of para-influenza, through the activation of antigen-specific cytotoxic CD8(+) T cells that resulted in efficient clearance of tumors and virus, respectively. In addition, we show promising findings that nanoencapsulation facilitates antigen retention into skin layers and provides antigen stability in microneedles. Therefore, the use of biodegradable polymeric nanoparticles for selective targeting of antigen to skin DC subsets through dissolvable MNs provides a promising technology for improved vaccination efficacy, compliance, and coverage.

Local and systemic immune responses in mice to intranasal delivery of peptides representing bovine respiratory syncytial virus epitopes encapsulated in poly (dl-lactide-co-glycolide) microparticles

The potential of a microparticulate vaccine delivery system in eliciting a specific mucosal antibody response in the respiratory tract of mice was evaluated. Two vaccine candidate peptides representing epitopes from the G attachment and F fusion antigens from bovine respiratory syncytial virus (BRSV) were encapsulated into poly(dl- lactide co-glycolide) biodegradable microparticles. The encapsulation process did not denature the entrapped peptides as verified by detection of peptide-specific antibodies in mucosal secretions by ELISA using peptide as antigen. Following intranasal immunisation, the encapsulated peptides induced stronger upper and lower respiratory tract specific-IgA responses, respectively, than the soluble peptide forms. Moreover, a strong peptide-specific cell-mediated immune response was measured in splenocytes in vitro from the mice inoculated with the encapsulated peptides compared to their soluble form alone indicating that migration of primed T cells had taken place from the site of mucosal stimulation in the upper respiratory tract to the spleen. These results act as a foundation for vaccine efficacy studies in large animal BRSV challenge models.

Small RNA-mediated chromatin silencing directed to the 3' region of the Arabidopsis gene encoding the developmental regulator, FLC.

Small RNA-mediated chromatin silencing is well characterized for repeated sequences and transposons, but its role in regulating single-copy endogenous genes is unclear. We have identified two small RNAs (30 and 24 nucleotides) corresponding to the reverse strand 3' to the canonical poly(A) site of FLOWERING LOCUS C (FLC), an Arabidopsis gene encoding a repressor of flowering. Genome searches suggest that these RNAs originate from the FLC locus in a genomic region lacking repeats. The 24-nt small RNA, which is most abundant in developing fruits, is absent in mutants defective in RNA polymerase IVa, RNA-DEPENDENT RNA POLYMERASE 2, and DICER-LIKE 3, components required for RNAi-mediated chromatin silencing. The corresponding genomic region shows histone 3 lysine 9 dimethylation, which was reduced in a dcl2,3,4 triple mutant. Investigations into the origins of the small RNAs revealed a polymerase IVa-dependent spliced, antisense transcript covering the 3' FLC region. Mutation of this genomic region by T-DNA insertion led to FLC misexpression and delayed flowering, suggesting that RNAi-mediated chromatin modification is an important component of endogenous pathways that function to suppress FLC expression.

Doxorubicin induces the cleavage of Poly (ADP-ribose) polymerase, a marker of programmed cell death (apoptosis) in mouse cardiomyocytes

Cancer is one of the leading causes of death in the world. Despite this, a growing number of people are surviving the disease due to medical advancements and the development of numerous new therapies. Doxorubicin, a chemotherapeutic agent, is a widely-used and successful first-line anti-tumour treatment. However, the established toxic and deleterious effects of the drug on the cardiovascular system confer increased risk of congestive heart failure, thereby necessitating the use of reduced doxorubicin doses. In order to investigate how these events are initiated, mouse cardiomyocytes (HL-1) were treated in vitro with varying concentrations of doxorubicin (0.5-4.0 µmol/L). Following treatment (24h), a marked level of cell death was observed in comparison to untreated cardiomyocytes; the level of death appeared to correlate with the concentration of the drug used. Western blotting revealed the cleavage of full length Poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) into 89 and 24kDa fragments, a process which is instrumental in triggering programmed cell death/apoptosis. Importantly, results suggested that this event may be independent of caspase 3 cleavage and thus activation. A number of previous studies have reported a functional role for both Mitofusin-2 (Mfn2) and NADPH oxidase 2 (Nox2) in the cardiotoxic response. Given that PARP cleavage is a validated indicator of cellular apoptosis, these results clearly indicate that this marker could be used in future studies when determining if depletion of the above proteins would cause a reduction in or eradicate the pro-apoptotic action of this agent on cardiomyocytes. Such investigations may lead to significant developments in ensuring that doxorubicin can achieve its full therapeutic anti-tumour potential without causing the subsequent deleterious effects on the cardiovascular system.

Malaria vaccine candidate: design of a multivalent subunit α-helical coiled coil poly-epitope.

A new strategy for the rapid identification of new malaria antigens based on protein structural motifs was previously described. We identified and evaluated the malaria vaccine potential of fragments of several malaria antigens containing α-helical coiled coil protein motifs. By taking advantage of the relatively short size of these structural fragments, we constructed different poly-epitopes in which 3 or 4 of these segments were joined together via a non-immunogenic linker. Only peptides that are targets of human antibodies with anti-parasite in vitro biological activities were incorporated. One of the constructs, P181, was well recognized by sera and peripheral blood mononuclear cells (PBMC) of adults living in malaria-endemic areas. Affinity purified antigen-specific human antibodies and sera from P181-immunized mice recognised native proteins on malaria-infected erythrocytes in both immunofluorescence and western blot assays. In addition, specific antibodies inhibited parasite development in an antibody dependent cellular inhibition (ADCI) assay. Naturally induced antigen-specific human antibodies were at high titers and associated with clinical protection from malaria in longitudinal follow-up studies in Senegal.

RasGAP Shields Akt from Deactivating Phosphatases in Fibroblast Growth Factor Signaling but Loses This Ability Once Cleaved by Caspase-3.

Fibroblast growth factor receptors (FGFRs) are involved in proliferative and differentiation physiological responses. Deregulation of FGFR-mediated signaling involving the Ras/PI3K/Akt and the Ras/Raf/ERK MAPK pathways is causally involved in the development of several cancers. The caspase-3/p120 RasGAP module is a stress sensor switch. Under mild stress conditions, RasGAP is cleaved by caspase-3 at position 455. The resulting N-terminal fragment, called fragment N, stimulates anti-death signaling. When caspase-3 activity further increases, fragment N is cleaved at position 157. This generates a fragment, called N2, that no longer protects cells. Here, we investigated in Xenopus oocytes the impact of RasGAP and its fragments on FGF1-mediated signaling during G2/M cell cycle transition. RasGAP used its N-terminal Src homology 2 domain to bind FGFR once stimulated by FGF1, and this was necessary for the recruitment of Akt to the FGFR complex. Fragment N, which did not associate with the FGFR complex, favored FGF1-induced ERK stimulation, leading to accelerated G2/M transition. In contrast, fragment N2 bound the FGFR, and this inhibited mTORC2-dependent Akt Ser-473 phosphorylation and ERK2 phosphorylation but not phosphorylation of Akt on Thr-308. This also blocked cell cycle progression. Inhibition of Akt Ser-473 phosphorylation and entry into G2/M was relieved by PHLPP phosphatase inhibition. Hence, full-length RasGAP favors Akt activity by shielding it from deactivating phosphatases. This shielding was abrogated by fragment N2. These results highlight the role played by RasGAP in FGFR signaling and how graded stress intensities, by generating different RasGAP fragments, can positively or negatively impact this signaling.

Caractérisation de l’ADNc et de l’ADN génomique codant l’intégrine plaquettaire αIIb‐β3 chez un cheval atteint de Thrombasthénie de Glanzmann

La thrombasthénie de Glanzmann (TG) est une maladie caractérisée par un défaut d’agrégation plaquettaire. C’est une maladie génétique autosomale récessive causée par une anomalie du récepteur plaquettaire pour le fibrinogène. Ce récepteur est une intégrine localisée à la surface plasmatique qui est formée par un complexe composé des sous‐unités αIIb et β3. Nous avons identifié un cheval démontrant les caractéristiques clinicopathologiques de la TG. Des études par cytométrie de flux ont révélé une déficience au niveau de la portion αIIb du récepteur. Ces résultats suggèrent une ou plusieurs mutations au niveau du gène codant pour cette portion αIIb du récepteur. L’objectif de notre étude était de caractériser l’ADNc et l’ADN génomique codant pour les gènes ITGA2B et ITGB3 codant respectivement pour les deux sous‐unités αIIb et β3 chez un cheval atteint de la TG. L’ADNc a été synthétisé par RT‐PCR en utilisant l’ARN total récolté à partir des plaquettes. L’ADN génomique a été extrait à partir des globules blancs. Des amorces spécifiques ont été utilisées pour l’amplification par PCR d’ITGA2B et d’ITGB3. Les séquences d’ADNc et d’ADN génomique de notre patient ont été caractérisées par séquençage et comparées par l’analyse BLAST (GenBank). Une substitution d’une guanine par une cytosine a été mise en évidence au niveau de l’exon 2 d’ITGA2B amenant à la substitution d’une arginine (Arg72) par une proline (Pro72). Ce changement d’acide aminé pourrait résulter en une conformation structurelle anormale qui amènerait à une sous‐unité αIIb inactive. L’analyse de l’ADN génomique a démontré que ce cheval était homozygote pour cette mutation. Le séquençage de l’ADN génomique des parents et de la grand‐mère du patient a démontré que ces individus étaient hétérozygotes pour cette mutation. Le séquençage d’ITGB3 n’a démontré aucune anomalie.

Development and characterization of polymeric nanoparticles(NPs) made from functionalized poly (D,L- lactide) (PLA)polymers

Les nanoparticules polymériques biodégradable (NPs) sont apparues ces dernières années comme des systèmes prometteurs pour le ciblage et la libération contrôlée de médicaments. La première partie de cette étude visait à développer des NPs biodégradables préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de l’acide lactique (poly (D,L)lactide ou PLA). Les polymères ont été étudiés comme systèmes de libération de médicaments dans le but d'améliorer les performances des NPs de PLA conventionnelles. L'effet de la fonctionnalisation du PLA par insertion de groupements chimiques dans la chaîne du polymère sur les propriétés physico-chimiques des NPs a été étudié. En outre, l'effet de l'architecture du polymère (mode d'organisation des chaînes de polymère dans le copolymère obtenu) sur divers aspects de l’administration de médicament a également été étudié. Pour atteindre ces objectifs, divers copolymères à base de PLA ont été synthétisés. Plus précisément il s’agit de 1) copolymères du poly (éthylène glycol) (PEG) greffées sur la chaîne de PLA à 2.5% et 7% mol. / mol. de monomères d'acide lactique (PEG2.5%-g-PLA et PEG7%-g-PLA, respectivement), 2) des groupements d’acide palmitique greffés sur le squelette de PLA à une densité de greffage de 2,5% (palmitique acid2.5%-g-PLA), 3) de copolymère « multibloc » de PLA et de PEG, (PLA-PEG-PLA)n. Dans la deuxième partie, l'effet des différentes densités de greffage sur les propriétés des NPs de PEG-g-PLA (propriétés physico-chimiques et biologiques) a été étudié pour déterminer la densité optimale de greffage PEG nécessaire pour développer la furtivité (« long circulating NPs »). Enfin, les copolymères de PLA fonctionnalisé avec du PEG ayant montré les résultats les plus satisfaisants en regard des divers aspects d’administration de médicaments, (tels que taille et de distribution de taille, charge de surface, chargement de drogue, libération contrôlée de médicaments) ont été sélectionnés pour l'encapsulation de l'itraconazole (ITZ). Le but est dans ce cas d’améliorer sa solubilité dans l'eau, sa biodisponibilité et donc son activité antifongique. Les NPs ont d'abord été préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de PLA, puis ensuite analysés pour leurs paramètres physico-chimiques majeurs tels que l'efficacité d'encapsulation, la taille et distribution de taille, la charge de surface, les propriétés thermiques, la chimie de surface, le pourcentage de poly (alcool vinylique) (PVA) adsorbé à la surface, et le profil de libération de médicament. L'analyse de la chimie de surface par la spectroscopie de photoélectrons rayon X (XPS) et la microscopie à force atomique (AFM) ont été utilisés pour étudier l'organisation des chaînes de copolymère dans la formulation des NPs. De manière générale, les copolymères de PLA fonctionnalisés avec le PEG ont montré une amélioration du comportement de libération de médicaments en termes de taille et distribution de taille étroite, d’amélioration de l'efficacité de chargement, de diminution de l'adsorption des protéines plasmatiques sur leurs surfaces, de diminution de l’internalisation par les cellules de type macrophages, et enfin une meilleure activité antifongique des NPs chargées avec ITZ. En ce qui concerne l'analyse de la chimie de surface, l'imagerie de phase en AFM et les résultats de l’XPS ont montré la possibilité de la présence de davantage de chaînes de PEG à la surface des NPs faites de PEG-g-PLA que de NPS faites à partie de (PLA-PEG-PLA)n. Nos résultats démontrent que les propriétés des NPs peuvent être modifiées à la fois par le choix approprié de la composition en polymère mais aussi par l'architecture de ceux-ci. Les résultats suggèrent également que les copolymères de PEG-g-PLA pourraient être utilisés efficacement pour préparer des transporteurs nanométriques améliorant les propriétés de certains médicaments,notamment la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité.

Le CpG et le poly(I:C) agissent en synergie avec le trastuzumab contre le cancer du sein HER2+

Chez la souris, la thérapie anti-HER2 est dépendante de la présence de cellules T CD8+IFN-γ+ et des réponses IFN de type I. Ces IFN sont induits par les TLRs suite à la reconnaissance de signaux de danger, appelés PAMPs et DAMPs. Les TLR-3 et TLR-9 sont tous deux de bons inducteurs d’IFN de type I et sont également capable d’agir en synergie afin d’augmenter les niveaux d’IFN-γ, de TNF-α et d’IL-12. Notre hypothèse fut que la stimulation de ces deux TLRs mènerait à l’amélioration de l’activité anti-tumorale du trastuzumab via le recrutement et l’activation des cellules immunitaires. Nos buts furent de confirmer le potentiel thérapeutique de la combinaison de l’anticorps anti-HER2, de l’agoniste de TLR-3, le poly(I:C), et de l’agoniste de TLR-9, le CpG ODN. Des études in vivo et in vitro nous ont permis de découvrir une synergie entre ces agents qui résulte en une cytotoxicité ciblée plus efficace. De plus, cette thérapie s’avéra efficace chez des modèles CD8-dépendants et CD8-indépendents. Les souris purent rejeter leur tumeur et demeurer sains plusieurs semaines après l’arrêt des injections. Ces souris étaient également protégées lors d’un challenge, soulignant ainsi la présence d’une immunité mémoire. Nous avons aussi découvert que l’administration combine de trastuzumab des deux agonistes de TLRs mène à des réponses systémiques. Des études de déplétion confirmèrent que les cellules T CD8+ sont cruciales pour la protection à long terme des animaux, mais que les pDC sont moins impliquées que ce que l’on pourrait croire. Leur absence n’a que modestement affecté les effets de notre thérapie. À l’opposé, les cellules NK sont d’importants médiateurs des effets thérapeutiques. Des expériences d’ADCC ont révélé que le CpG ODN et poly(I:C) ont tous deux la capacité d’améliorer les fonctions des cellules NK, mais que la stimulation simultanée des TLR-3 et TLR-9 permet de maximiser les effets bénéfiques du trastuzumab. De la même manière, l’addition de CpG ODN et de poly(I:C) aux anticorps anti-HER2 a permis d’augmenter les réponses pro-inflammatoires, plus spécifiquement l’IFN-γ, le TNF-α, l’IP-10 et l’IL-12.

Architectures radiales hétéro-poly-métalliques pour la photosynthèse artificielle et le stockage de l'information

Par une approche supramoléculaire, des architectures radiales hétéro-poly-métalliques ont été réalisées pour des applications en photosynthèse artificielle et en magnétisme moléculaire. Dans une première partie, la synthèse et la caractérisation (spectroscopie UV-vis, émission, électrochimique, DRX) de complexes de ruthénium(II), possédant une gamme de ligands polypyridines, ont été réalisées. Les calculs théoriques ont été effectués afin de soutenir l’interprétation des propriétés photophysiques. Ces complexes, présentant un certain nombre de pyridines externes, ont servi de cœur à des architectures à base de rhénium tris-carbonyles (pour les effets d’antenne), et de cobaloximes (pour les propriétés catalytiques). Les nucléarités obtenues varient de 2 à 7 selon le cœur utilisé. Ces systèmes ont été engagés dans des cycles de photo-production de dihydrogène, démontrant une meilleure efficacité que la référence du domaine, le [Ru(bpy)3]2+. La seconde partie concerne l’étude de couples de métaux de transition, construits à partir de briques polycyanométallates, ou de lanthanides pontés par des ligands oxamides. Ces approches « complexes comme ligand » puis « assemblages comme ligand » permettent d’obtenir des systèmes de haute nucléarité, présentant des propriétés de molécule-aimant ou des effets magnéto-caloriques (à base de CrNi, GdCu, DyCu). Des propriétés photomagnétiques ont été observées sur les couples RuCu et MoCu, pouvant servir de commutateurs moléculaires dans des systèmes complexes. Enfin, une structure hétéro-tétra-métallique trifonctionnelle a été obtenue contenant à la fois un commutateur MoCu, une entité molécule-aimant CuTb et un complexe de ruthénium.

Copper Doped Methylene Blue Sensitized Poly(vinyl alcohol)–Acrylamide Films for Stable Diffraction Efficiency

Copper doped methylene blue sensitized poly(vinyl alcohol) (MBPVA)–acrylamide films were fabricated to improve the storage life of recorded gratings. The films were fabricated using gravity settling method and the copper chloride concentration was optimized as 3:18 10 3 mol/l for a dye concentration of 6:2 10 4 mol/l. The gratings recorded on the optimized film constitution could be stored for months with stable diffraction efficiency (24%) without any chemical or thermal fixing techniques. The resolution of the material is found to be unaffected with the addition of copper chloride.

Copper Doped Methylene Blue Sensitized Poly(vinyl alcohol)–Acrylamide Films for Stable Diffraction Efficiency

Copper doped methylene blue sensitized poly(vinyl alcohol) (MBPVA)–acrylamide films were fabricated to improve the storage life of recorded gratings. The films were fabricated using gravity settling method and the copper chloride concentration was optimized as 3:18 10 3 mol/l for a dye concentration of 6:2 10 4 mol/l. The gratings recorded on the optimized film constitution could be stored for months with stable diffraction efficiency (24%) without any chemical or thermal fixing techniques. The resolution of the material is found to be unaffected with the addition of copper chloride.