Dendritic cell modulation by 1α,25 dihydroxyvitamin D3 and its analogs: A vitamin D receptor-dependent pathway that promotes a persistent state of immaturity in vitro and in vivo

Dendritic cells (DCs) play a central role in regulating immune activation and responses to self. DC maturation is central to the outcome of antigen presentation to T cells. Maturation of DCs is inhibited by physiological levels of 1α,25 dihydroxyvitamin D3 [1α,25(OH)2D3] and a related analog, 1α,25(OH)2-16-ene-23-yne-26,27-hexafluoro-19-nor-vitamin D3 (D3 analog). Conditioning of bone marrow cultures with 10−10 M D3 analog resulted in accumulation of immature DCs with reduced IL-12 secretion and without induction of transforming growth factor β1. These DCs retained an immature phenotype after withdrawal of D3 analog and exhibited blunted responses to maturing stimuli (CD40 ligation, macrophage products, or lipopolysaccharide). Resistance to maturation depended on the presence of the 1α,25(OH)2D3 receptor (VDR). In an in vivo model of DC-mediated antigen-specific sensitization, D3 analog-conditioned DCs failed to sensitize and, instead, promoted prolonged survival of subsequent skin grafts expressing the same antigen. To investigate the physiologic significance of 1α,25(OH)2D3/VDR-mediated modulation of DC maturity we analyzed DC populations from mice lacking VDR. Compared with wild-type animals, VDR-deficient mice had hypertrophy of subcutaneous lymph nodes and an increase in mature DCs in lymph nodes but not spleen. We conclude that 1α,25(OH)2D3/VDR mediates physiologically relevant inhibition of DC maturity that is resistant to maturational stimuli and modulates antigen-specific immune responses in vivo.

A role for CD36 in the regulation of dendritic cell function

Dendritic cells (DC) are crucial for the induction of immune responses and thus an inviting target for modulation by pathogens. We have previously shown that Plasmodium falciparum-infected erythrocytes inhibit the maturation of DCs. Intact P. falciparum-infected erythrocytes can bind directly to CD36 and indirectly to CD51. It is striking that these receptors, at least in part, also mediate the phagocytosis of apoptotic cells. Here we show that antibodies against CD36 or CD51, as well as exposure to early apoptotic cells, profoundly modulate DC maturation and function in response to inflammatory signals. Although modulated DCs still secrete tumor necrosis factor-α, they fail to activate T cells and now secrete IL-10. We therefore propose that intact P. falciparum-infected erythrocytes and apoptotic cells engage similar pathways regulating DC function. These findings may have important consequences for the treatment of malaria and may suggest strategies for modulating pathological immune responses in autoimmune diseases.

Altered peptide ligand vaccination with Flt3 ligand expanded dendritic cells for tumor immunotherapy

Most tumor-associated antigens represent self-proteins and as a result are poorly immunogenic due to immune tolerance. Here we show that tolerance to carcinoembryonic antigen (CEA), which is overexpressed by the majority of lethal malignancies, can be reversed by immunization with a CEA-derived peptide. This peptide was altered to make it a more potent T cell antigen and loaded onto dendritic cells (DCs) for delivery as a cellular vaccine. Although DCs are rare in the blood, we found that treatment of advanced cancer patients with Flt3 ligand, a hematopoietic growth factor, expanded DCs 20-fold in vivo. Immunization with these antigen-loaded DCs induced CD8 cytotoxic T lymphocytes that recognized tumor cells expressing endogenous CEA. Staining with peptide-MHC tetramers demonstrated the expansion of CD8 T cells that recognize both the native and altered epitopes and possess an effector cytotoxic T lymphocyte phenotype (CD45RA+CD27−CCR7−). After vaccination, two of 12 patients experienced dramatic tumor regression, one patient had a mixed response, and two had stable disease. Clinical response correlated with the expansion of CD8 tetramer+ T cells, confirming the role of CD8 T cells in this treatment strategy.

CD14+ blood monocytes can differentiate into functionally mature CD83+ dendritic cells.

Dendritic cells are potent antigen-presenting cells that initiate primary immune responses. Although dendritic cells derive from bone marrow stem cells, the intermediate stages in their development remain unknown. In this study, plastic-adherent blood monocytes (CD14+, CD1a-) cultured for 7 days with granulocyte-monocyte colony-stimulating factor, interleukin 4, and tumor necrosis factor alpha were shown to differentiate into CD1a+ CD83+ dendritic cells. These cells displayed all phenotypic and morphologic characteristics of mature dendritic cells and were the most potent stimulatory cells in allogeneic mixed leukocyte reactions. The identification of specific culture conditions that generate large numbers of dendritic cells from purified monocytes uncovers an important step in dendritic cell maturation that will allow the further characterization of their role in autoimmune diseases, graft rejection, and human immunodeficiency virus infection.

Coexpression of NF-kappa B/Rel and Sp1 transcription factors in human immunodeficiency virus 1-induced, dendritic cell-T-cell syncytia.

Productive infection of T cells with human immunodeficiency virus 1 (HIV-1) typically requires that the T cells be stimulated with antigens or mitogens. This requirement has been attributed to the activation of the transcription factor NF-kappa B, which synergizes with the constitutive transcription factor Sp1 to drive the HIV-1 promoter. Recently, we have found that vigorous replication of HIV-1 takes place in nonactivated memory T cells after syncytium formation with dendritic cells (DCs). These syncytia lack activated cells as determined by an absence of staining for Ki-67 cell cycle antigen. The expression and activity of NF-kappa B and Sp1 were, therefore, analyzed in isolated T cells and DCs from humans and mice. We have used immunolabeling, Western blot analysis, and electrophoretic mobility shift and supershift assays. T cells lack active NF-kappa B but express Sp1 as expected. DCs express high levels of all known NF-kappa B and Rel proteins, with activity residing primarily within RelB, p50, and p65. However, DCs lack Sp1, which may explain the failure of HIV-1 to replicate in purified DCs. Coexpression of NF-kappa B and Sp1 occurs in the heterologous DC-T-cell syncytia that are induced by HIV-1. Therefore, HIV-1-induced cell fusion brings together factors that upregulate virus transcription. Since DCs and memory T cells frequently traffic together in situ, these unusual heterologous syncytia could develop in infected individuals and lead to chronic HIV-1 replication without ostensible immune stimulation.

Targeted disruption of the surfactant protein B gene disrupts surfactant homeostasis, causing respiratory failure in newborn mice.

Surfactant protein B (SP-B) is an 8.7-kDa, hydrophobic protein that enhances the spreading and stability of surfactant phospholipids in the alveolus. To further assess the role of SP-B in lung function, the SP-B gene was disrupted by homologous recombination in murine mouse embryonic stem cells. Mice with a single mutated SP-B allele (+/-) were unaffected, whereas homozygous SP-B -/- offspring died of respiratory failure immediately after birth. Lungs of SP-B -/- mice developed normally but remained atelectatic in spite of postnatal respiratory efforts. SP-B protein and mRNA were undetectable and tubular myelin figures were lacking in SP-B -/- mice. Type II cells of SP-B -/- mice contained no fully formed lamellar bodies. While the abundance of SP-A and SP-C mRNAs was not altered, an aberrant form of pro-SP-C, 8.5 kDa, was detected, and fully processed SP-C peptide was markedly decreased in lung homogenates of SP-B -/- mice. Ablation of the SP-B gene disrupts the routing, storage, and function of surfactant phospholipids and proteins, causing respiratory failure at birth.

Rapid acquisition of dendritic spines by visual thalamic neurons after blockade of N-methyl-D-aspartate receptors.

N-Methyl-D-aspartate (NMDA) receptors play an important role in the development of retinal axon arbors in the mammalian lateral geniculate nucleus (LGN). We investigated whether blockade of NMDA receptors in vivo or in vitro affects the dendritic development of LGN neurons during the period that retinogeniculate axons segregate into on-center and off-center sublaminae. Osmotic minipumps containing either the NMDA receptor antagonist D-2-amino-5-phosphonovaleric acid (D-APV) or saline were implanted in ferret kits at postnatal day 14. After 1 week, LGN neurons were intracellularly injected with Lucifer yellow. Infusion of D-APV in vivo led to an increase in the number of branch points and in the density of dendritic spines compared with age-matched normal or saline-treated animals. To examine the time course of spine formation, crystals of 1,1'-dioctadecyl-3,3,3',3'-tetramethylindocarbocyanine perchlorate were placed in the LGN in brain slices from 14- to 18-day-old ferrets. Labeled LGN cell dendrites were imaged on-line in living slices by confocal microscopy, with slices maintained either in normal perfusion medium or with the addition of D-APV or NMDA to the medium. Addition of D-APV in vitro at doses specific for blocking NMDA receptors led to a > 6-fold net increase in spine density compared with control or NMDA-treated slices. Spines appeared within a few hours of NMDA receptor blockade, indicating a rapid local response by LGN cells in the absence of NMDA receptor activation. Thus, activity-dependent structural changes in postsynaptic cells act together with changes in presynaptic arbors to shape projection patterns and specific retinogeniculate connections.

The alpha and gamma 1 isoforms of protein phosphatase 1 are highly and specifically concentrated in dendritic spines.

Protein phosphatase 1 (PP1) is a highly conserved enzyme that has been implicated in diverse biological processes in the brain as well as in nonneuronal tissues. The present study used light and electron microscopic immunocytochemistry to characterize the distribution of two PP1 isoforms, PP1 alpha and PP1 gamma 1, in the rat neostriatum. Both isoforms are heterogeneously distributed in brain with the highest immunoreactivity being found in the neostriatum and hippocampal formation. Further, both isoforms are highly and specifically concentrated in dendritic spines. Weak immunoreactivity is present in dendrites, axons, and some axon terminals. Immunoreactivity for PP1 alpha is also present in the perikaryal cytoplasm and nuclei of most medium- and large-sized neostriatal neurons. The specific localization of PP1 in dendritic spines is consistent with a central role for this enzyme in signal transduction. The data support the concept that, in the course of evolution, spines developed as specialized signal transduction organelles enabling neurons to integrate diverse inputs from multiple afferent nerve terminals.

Caesarean Birth vs. Vaginal Delivery: Effects upon Maternal Satisfaction, Maternal Confidence and Maternal Perception of the Newborn Behaviour

In order to test the hypothesis that caesarean birth has negative consequences upon newly mothers’ satisfaction and perceptions, women delivering by caesarean birth (WCB) were compared with women delivering by vaginal birth (WVB). Subjects: 180 newly mothers; 93 WCB and 87 WVB. Instruments: A Socio-Demographic Questionnaire developed for this research, the Childbirth Perceptions Questionnaire and the Mother and Baby Scales. Results: WCB had significantly lower scores in perceptions of baby as alert/responsive and nearly significant lower scores for baby as alert during feeds. WVB showed a significantly higher level of satisfaction with delivery and conduct during labour, as also had significantly lower scores for perceptions of baby as irritable during feeds and for lack of confidence in feeds. After controlling for the kind of anesthesia received in labour, three conclusions must be taken into account: 1) between WCB with regional anaesthesia and WCB with general anaesthesia there is only one significant difference, with the former having higher scores for perception of baby as alert during feeds; 2) between WVB with regional anaesthesia and WVB with no anaesthesia there are only two significant differences, with the former having higher scores for lack of confidence in feeding and having lower scores for global confidence; 3) between WCB with regional anaesthesia and WVB with regional anaesthesia four significant differences emerge, with the former having a lower level of satisfaction with delivery and conduct in labour and having lower scores for perception of baby as alert responsive, and also having higher scores of perception of baby as irritable in feeds and higher scores for lack of confidence in feeding. Data seem compatible with the hypothesis that caesarean birth has some negative consequences upon mothers’ satisfaction and perceptions and, for this reason, psychological surveys should constitute a routine procedure in maternity hospitals, especially when newly mothers pertain to families affected by risks of psychological or social nature.

Biochemical mechanisms involved in pulmonary hypo-alveolarization induced by peroxides contaminating parenteral nutrition in newborn guinea pig

La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP), caractérisée par un défaut de l’alvéolarisation, est une complication pathologique associée à un stress oxydant chez le nouveau-né prématuré. La DBP est présente chez près de 50 % des nouveau-nés de moins de 29 semaines de gestation. La nutrition parentérale (NP) que ces nouveau-nés reçoivent pour cause d’immaturité gastro-intestinale est une source importante de stress oxydant. En effet, leur NP est contaminée par des peroxydes, dont l’ascorbylperoxyde qui est une forme peroxydée du déshydroascorbate. La génération des peroxydes est catalysée par la lumière ambiante. La photoprotection de la NP, quoique difficile d’application en clinique, est associée à une diminution de l’incidence de la DBP chez les enfants prématurés. Chez l’animal nouveau-né, la photoprotection de la NP est associée à un meilleur développement alvéolaire. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que l’ascorbylperoxide infusé avec la NP cause la perte d’alvéoles suite à une apoptose exagérée induite par l’oxydation du potentiel redox du glutathion. Cette oxydation du potentiel redox serait occasionnée par l’inhibition de la transformation hépatique de la méthionine en cystéine, menant à une diminution de la synthèse de glutathion au foie et dans les tissus tels que les poumons. La confirmation de cette hypothèse suggérera qu’un ajout de glutathion dans la NP permettra une meilleure détoxification de l’ascorbylperoxide par l’action de la glutathion peroxydase, et préviendra l’oxydation du potentiel redox et ainsi, la perte d'alvéoles par apoptose. Objectifs : Le but de mon projet de recherche est de comprendre les mécanismes biochimiques liant la NP et le développement de la DBP chez le nouveau-né prématuré et de proposer une alternative nutritionnelle prévenant le développement de cette complication fréquemment observée dans cette population. Les objectifs spécifiques sont : 1) d’évaluer l’impact, au poumon, de l’infusion de l’ascorbylperoxyde sur l’axe métabolique potentiel redox du glutathion - apoptose - le développement alvéolaire; 2) d’étudier l’impact de l’ascorbylperoxyde et du potentiel redox sur l’activité hépatique de la méthionine adénosyltransférase (MAT), première enzyme de la cascade métabolique transformant la méthionine en cystéine; et 3) de tenter de prévenir l’impact négatif de la NP ou de l’infusion d’ascorbylperoxyde sur le poumon en améliorant le statut en glutathion. Méthodes: Par un cathéter fixé dans la jugulaire, des cochons d’Inde de trois jours de vie (n = 8 par groupe) ont reçu en continu durant 4 jours une NP ou une solution de base (dextrose + NaCl) enrichie des différentes molécules à l’essai. Le premier objectif a été atteint en enrichissant la solution de base en ascorbylperoxyde à 0, 20, 60 et 180 μM. Ces solutions contenaient ou non 350 μM H2O2 pour se rapprocher des conditions cliniques. Le second objectif a été atteint en investiguant les mécanismes d’inhibition de la MAT dans des animaux infusés ou non avec des solutions contenant la solution de base, des peroxydes, du glutathion et la NP (dextrose + acides aminés + multivitamines + lipides). Le troisième objectif a été atteint en ajoutant ou non à une solution d’ascorbylperoxide ou à la NP 10 μM de glutathion (GSSG), afin d’obtenir une concentration plasmatique normale de glutathion. Après 4 jours, les poumons étaient prélevés et traités pour la détermination de GSH et GSSG par électrophorèse capillaire, le potentiel redox était calculé selon l'équation de Nernst et le niveau de caspase-3 actif (marqueur d’apoptose) par Western blot et l’index d’alvéolarisation quantifié par le nombre d’interceptes entre des structures histologiques et une droite calibrée. Les données étaient comparées par ANOVA, les effets étaient considérés comme significatifs si le p était inférieur à 0,05. Résultats: L’infusion de l’ascorbylperoxyde, indépendamment du H2O2, a induit une hypoalvéolarisation, une activation de la caspase-3 et une oxydation du potentiel redox de manière dose-dépendante. Ces effets ont été empêchés par l’ajout de GSSG à la NP ou à la solution d’ascorbylperoxyde (180 M). L’ascorbylperoxyde et le H2O2 ont inhibé l’activité de MAT tandis qu’elle était linéairement modulée par la valeur du potentiel redox hépatique. Conclusion : Nos résultats suggèrent que l’ascorbylperoxyde est l’agent actif de la NP conduisant au développement de la DBP. Ainsi la correction des bas niveaux de glutathion induits par les peroxydes de la NP favorise la détoxification des peroxydes et la correction du potentiel redox pulmonaire ; ce qui a protégé les poumons des effets délétères de la NP en outrepassant l’inhibition de la MAT hépatique. Nos résultats sont d'une grande importance car ils donnent de l'espoir pour une prévention possible de la DBP.

Biochemical mechanisms involved in pulmonary hypo-alveolarization induced by peroxides contaminating parenteral nutrition in newborn guinea pig

La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP), caractérisée par un défaut de l’alvéolarisation, est une complication pathologique associée à un stress oxydant chez le nouveau-né prématuré. La DBP est présente chez près de 50 % des nouveau-nés de moins de 29 semaines de gestation. La nutrition parentérale (NP) que ces nouveau-nés reçoivent pour cause d’immaturité gastro-intestinale est une source importante de stress oxydant. En effet, leur NP est contaminée par des peroxydes, dont l’ascorbylperoxyde qui est une forme peroxydée du déshydroascorbate. La génération des peroxydes est catalysée par la lumière ambiante. La photoprotection de la NP, quoique difficile d’application en clinique, est associée à une diminution de l’incidence de la DBP chez les enfants prématurés. Chez l’animal nouveau-né, la photoprotection de la NP est associée à un meilleur développement alvéolaire. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que l’ascorbylperoxide infusé avec la NP cause la perte d’alvéoles suite à une apoptose exagérée induite par l’oxydation du potentiel redox du glutathion. Cette oxydation du potentiel redox serait occasionnée par l’inhibition de la transformation hépatique de la méthionine en cystéine, menant à une diminution de la synthèse de glutathion au foie et dans les tissus tels que les poumons. La confirmation de cette hypothèse suggérera qu’un ajout de glutathion dans la NP permettra une meilleure détoxification de l’ascorbylperoxide par l’action de la glutathion peroxydase, et préviendra l’oxydation du potentiel redox et ainsi, la perte d'alvéoles par apoptose. Objectifs : Le but de mon projet de recherche est de comprendre les mécanismes biochimiques liant la NP et le développement de la DBP chez le nouveau-né prématuré et de proposer une alternative nutritionnelle prévenant le développement de cette complication fréquemment observée dans cette population. Les objectifs spécifiques sont : 1) d’évaluer l’impact, au poumon, de l’infusion de l’ascorbylperoxyde sur l’axe métabolique potentiel redox du glutathion - apoptose - le développement alvéolaire; 2) d’étudier l’impact de l’ascorbylperoxyde et du potentiel redox sur l’activité hépatique de la méthionine adénosyltransférase (MAT), première enzyme de la cascade métabolique transformant la méthionine en cystéine; et 3) de tenter de prévenir l’impact négatif de la NP ou de l’infusion d’ascorbylperoxyde sur le poumon en améliorant le statut en glutathion. Méthodes: Par un cathéter fixé dans la jugulaire, des cochons d’Inde de trois jours de vie (n = 8 par groupe) ont reçu en continu durant 4 jours une NP ou une solution de base (dextrose + NaCl) enrichie des différentes molécules à l’essai. Le premier objectif a été atteint en enrichissant la solution de base en ascorbylperoxyde à 0, 20, 60 et 180 μM. Ces solutions contenaient ou non 350 μM H2O2 pour se rapprocher des conditions cliniques. Le second objectif a été atteint en investiguant les mécanismes d’inhibition de la MAT dans des animaux infusés ou non avec des solutions contenant la solution de base, des peroxydes, du glutathion et la NP (dextrose + acides aminés + multivitamines + lipides). Le troisième objectif a été atteint en ajoutant ou non à une solution d’ascorbylperoxide ou à la NP 10 μM de glutathion (GSSG), afin d’obtenir une concentration plasmatique normale de glutathion. Après 4 jours, les poumons étaient prélevés et traités pour la détermination de GSH et GSSG par électrophorèse capillaire, le potentiel redox était calculé selon l'équation de Nernst et le niveau de caspase-3 actif (marqueur d’apoptose) par Western blot et l’index d’alvéolarisation quantifié par le nombre d’interceptes entre des structures histologiques et une droite calibrée. Les données étaient comparées par ANOVA, les effets étaient considérés comme significatifs si le p était inférieur à 0,05. Résultats: L’infusion de l’ascorbylperoxyde, indépendamment du H2O2, a induit une hypoalvéolarisation, une activation de la caspase-3 et une oxydation du potentiel redox de manière dose-dépendante. Ces effets ont été empêchés par l’ajout de GSSG à la NP ou à la solution d’ascorbylperoxyde (180 M). L’ascorbylperoxyde et le H2O2 ont inhibé l’activité de MAT tandis qu’elle était linéairement modulée par la valeur du potentiel redox hépatique. Conclusion : Nos résultats suggèrent que l’ascorbylperoxyde est l’agent actif de la NP conduisant au développement de la DBP. Ainsi la correction des bas niveaux de glutathion induits par les peroxydes de la NP favorise la détoxification des peroxydes et la correction du potentiel redox pulmonaire ; ce qui a protégé les poumons des effets délétères de la NP en outrepassant l’inhibition de la MAT hépatique. Nos résultats sont d'une grande importance car ils donnent de l'espoir pour une prévention possible de la DBP.

Prevention of hemolytic disease of the fetus and newborn due to rh isoimmunization /

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Implementing universal newborn hearing screening programs : early identification of hearing loss.

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