Development of a retroviral strategy that efficiently creates nested chromosomal deletions in mouse embryonic stem cells and its exploitation for functional genomics

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Epigenetic reprogramming of imprinted genes in embryonic stem cells, fertilized and cloned embryos

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Development of a retroviral strategy that efficiently creates nested chromosomal deletions in mouse embryonic stem cells and its exploitation for functional genomics

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Targeting treatment resistant breast cancer stem cells with FKBPL and its peptide derivative, AD-01

FKBPL and its peptide derivative, AD-01, have already demonstrated well-established inhibitory effects on breast cancer growth and CD44 dependent anti-angiogenic activity1, 2, 3. Since breast cancer stem cells (BCSCs) are CD44 positive, we wanted to explore if AD-01 could specifically target BCSCs. FKBPL stable overexpression or AD-01 treatment were highly effective at reducing the BCSC population measured by inhibiting mammosphere forming efficiency (MFE) in cell lines and primary breast cancer samples from both solid breast tumours and pleural effusions. Flow cytometry, to assess the ESA+/CD44+/CD24- subpopulation, validated these results. The ability of AD-01 to inhibit the self-renewal capacity of BCSCs was confirmed across three generations of mammospheres, where mammospheres were completely eradicated by the third generation (p<0.001). Clonogenic assays suggested that AD-01 mediated BCSC differentiation, with a significant decrease in the number of holoclones and an associated increase in meroclones/paraclones. In support of this, the stem cell markers, Nanog and Oct4 were significantly reduced following AD-01 treatment, whilst transfection of FKBPL-targeted siRNAs led to an increase in these markers and in mammosphere forming potential, highlighting the endogenous role of FKBPL in stem cell signalling. The clinical relevance of this was confirmed using a publically available microarray data set (GSE7390), where, high FKBPL and low Nanog expression were independently associated with improved overall survival in breast cancer patients (log rank test p=0.03; hazard ratio=3.01). When AD-01 was combined with other agents, we observed synergistic activity with the Notch inhibitor, DAPT and AD-01 was also able to abrogate a chemo- and radiotherapy induced enrichment in BCSCs. Importantly, using ‘gold standard’ in vivo limiting dilution assays we demonstrated a delay in tumour initiation and reoccurrence in AD-01 treated xenografts. In summary, AD-01 appears to have dual anti-angiogenic and anti-BCSC activity which will be advantageous as this agent enters clinical trial.

Targeting treatment resistant cancer stem cells with FKBPL and its peptide therapeutics

FKBPL and its peptide derivatives have already demonstrated well-established inhibitory effects on cancer growth and CD44-dependent anti-angiogenic activity. Since cancer stem cells (CSCs) are CD44 positive, we wanted to explore if these therapeutics could specifically target CSCs in breast and ovarian cancer. In a tumoursphere assay, FKBPL stable overexpression or FKBPL-based peptide (AD-01, preclinical peptide or ALM201, clinical peptide candidate) treatment were highly effective at reducing the CSC population measured by inhibiting tumoursphere forming efficiency in breast and ovarian cancer cell lines and primary breast cancer samples from both solid breast tumours and pleural effusions. Flow cytometry, to assess the ESA+/CD44+/CD24- and ALDH+ cell subpopulations representative of CSCs, validated these results. The ability of AD-01 and ALM201 to inhibit the self-renewal capacity of CSCs was confirmed across three generations, eradicating CSC completely by the third generation (p<0.001). Furthermore, clonogenic assay demonstrated that FKBPL-based peptides mediated CSC differentiation, with a significant decrease in the number of CSCs or holoclones and an associated increase in differentiated cancer cells or meroclones/paraclones. In addition, AD-01 treatment in vitro and in vivo led to a significant reduction in the stem cell markers, Nanog, Sox2 and Oct4 protein and mRNA levels; whilst transfection of FKBPL-targeted siRNAs led to an increase in these markers and in tumoursphere forming potential, highlighting the endogenous role of FKBPL in stem cell signalling. The clinical relevance of this was confirmed using a publically available microarray data set (GSE7390), where, high FKBPL and low Nanog expression were independently associated with improved overall survival in breast cancer patients (log rank test p=0.03; hazard ratio=3.01). Additionally, when AD-01 was combined with other agents, we observed additive activity with the Notch inhibitor, DAPT and AD-01 was also able to abrogate a chemo- and radiotherapy induced enrichment in CSCs. Importantly, using gold standard in vivo limiting dilution assays we demonstrated a delay in tumour initiation and reoccurrence in AD-01 treated xenografts. In summary, FKBPL-based peptides appear to have dual anti-angiogenic and anti-CSC activity which will be advantageous as this agent enters clinical trial.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Hematopoietic stem cells meet induced pluripotent stem cells technology

This is an editorial for Haematologica, 101(9).

Mesenchymal stromal cells (MSCs) and colorectal cancer - a troublesome twosome for the anti-tumour immune response?

The tumour microenvironment (TME) is an important factor in determining the growth and metastasis of colorectal cancer, and can aid tumours by both establishing an immunosuppressive milieu, allowing the tumour avoid immune clearance, and by hampering the efficacy of various therapeutic regimens. The tumour microenvironment is composed of many cell types including tumour, stromal, endothelial and immune cell populations. It is widely accepted that cells present in the TME acquire distinct functional phenotypes that promote tumorigenesis. One such cell type is the mesenchymal stromal cell (MSC). Evidence suggests that MSCs exert effects in the colorectal tumour microenvironment including the promotion of angiogenesis, invasion and metastasis. MSCs immunomodulatory capacity may represent another largely unexplored central feature of MSCs tumour promoting capacity. There is considerable evidence to suggest that MSCs and their secreted factors can influence the innate and adaptive immune responses. MSC-immune cell interactions can skew the proliferation and functional activity of T-cells, dendritic cells, natural killer cells and macrophages, which could favour tumour growth and enable tumours to evade immune cell clearance. A better understanding of the interactions between the malignant cancer cell and stromal components of the TME is key to the development of more specific and efficacious therapies for colorectal cancer. Here, we review and explore MSC- mediated mechanisms of suppressing anti-tumour immune responses in the colon tumour microenvironment. Elucidation of the precise mechanism of immunomodulation exerted by tumour-educated MSCs is critical to inhibiting immunosuppression and immune evasion established by the TME, thus providing an opportunity for targeted and efficacious immunotherapy for colorectal cancer growth and metastasis.

Study of the effect of novel CDK9 inhibitor on in vitro-induced hypertrophy in human stem-cells-derived cardiomyocytes

This is an abstract of a presented talk at the European Biotechnology Conference held in Latvia during 05–07 May 2016

Granulocyte-colony-stimulating factor mobilizes bone marrow stem cells in patients with subacute ischemic stroke: the Stem Cell Trial of Recovery EnhanceMent After Stroke (STEMS) Pilot Randomized, Controlled Trial (ISRCTN 16784092)

Background and Purpose - Loss of motor function is common after stroke and leads to significant chronic disability. Stem cells are capable of self-renewal and of differentiating into multiple cell types, including neurones, glia, and vascular cells. We assessed the safety of granulocyte-colony-stimulating factor (G-CSF) after stroke and its effect on circulating CD34 stem cells. Methods - We performed a 2-center, dose-escalation, double-blind, randomized, placebo-controlled pilot trial (ISRCTN 16784092) of G-CSF (6 blocks of 1 to 10 g/kg SC, 1 or 5 daily doses) in 36 patients with recent ischemic stroke. Circulating CD34 stem cells were measured by flow cytometry; blood counts and measures of safety and functional outcome were also monitored. All measures were made blinded to treatment. Results - Thirty-six patients, whose mean SD age was 768 years and of whom 50% were male, were recruited. G-CSF (5 days of 10 g/kg) increased CD34 count in a dose-dependent manner, from 2.5 to 37.7 at day 5 (area under curve, P0.005). A dose-dependent rise in white cell count (P0.001) was also seen. There was no difference between treatment groups in the number of patients with serious adverse events: G-CSF, 7/24 (29%) versus placebo 3/12 (25%), or in their dependence (modified Rankin Scale, median 4, interquartile range, 3 to 5) at 90 days. Conclusions - ”G-CSF is effective at mobilizing bone marrow CD34 stem cells in patients with recent ischemic stroke. Administration is feasible and appears to be safe and well tolerated. The fate of mobilized cells and their effect on functional outcome remain to be determined. (Stroke. 2006;37:2979-2983.)

Enhanced engraftment and repairing ability of human adipose-derived stem cells, conveyed by pharmacologically active microcarriers continuously releasing HGF and IGF-1, in healing myocardial infarction in rats

International audience

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.