Resequencing of the CCL5 and CCR5 genes and investigation of variants for association with diabetic nephropathy

Chemokine (C-C motif) ligand 5 (CCL5) and chemokine (C-C motif) receptor 5 are implicated in the pathogenesis of diabetic nephropathy (DN). We hypothesize that variants in these genes may be associated with DN. The CCL5 and chemokine receptor type 5 (CCR5) genes were resequenced, variants identified (n=58), allele frequencies determined in 46 individuals (92 chromosomes) and efficient haplotype tag single-nucleotide polymorphisms (htSNPs) selected to effectively evaluate the common variation in these genes. One reportedly functional gene variant and eight htSNPs were genotyped in a case-control association study involving Caucasian individuals with type 1 diabetes (267 cases with DN and 442 non-nephropathic diabetic controls). Genotyping was performed using MassARRAY iPLEX, TaqMan, gel electrophoresis and direct capillary sequencing. After correction for multiple testing, there were no statistically significant associations between variants in the CCL5 and CCR5 genes and DN. Journal of Human Genetics (2010) 55, 248-251; doi:10.1038/jhg.2010.15; published online 5 March 2010

Persistent Inflammation Subverts Thrombospondin-1–Induced Regulation of Retinal Angiogenesis and Is Driven by CCR2 Ligation

Neovascular retinal disease is a leading cause of blindness orchestrated by inflammatory responses. Although noninfectious uveoretinitis is mediated by CD4(+) T cells, in the persistent phase of disease, angiogenic responses are observed, along with degeneration of the retina. Full clinical manifestation relies on myeloid-derived cells, which are phenotypically distinct from, but potentially sharing common effector responses to age-related macular degeneration. To interrogate inflammation-mediated angiogenesis, we investigated experimental autoimmune uveoretinitis, an animal model for human uveitis. After the initial acute phase of severe inflammation, the retina sustains a persistent low-grade inflammation with tissue-infiltrating leukocytes for over 4 months. During this persistent phase, angiogenesis is observed as retinal neovascular membranes that arise from inflamed venules and postcapillary venules, increase in size as the disease progresses, and are associated with infiltrating arginase-1(+) macrophages. In the absence of thrombospondin-1, retinal neovascular membranes are markedly increased and are associated with arginase-1(-) CD68(+) macrophages, whereas deletion of the chemokine receptor CCR2 resulted in reduced retinal neovascular membranes in association with a predominant neutrophil infiltrate. CCR2 is important for macrophage recruitment to the retina in experimental autoimmune uveoretinitis and promotes chronicity in the form of a persistent angiogenesis response, which in turn is regulated by constitutive expression of angiogenic inhibitors like thrombospondin-1. This model offers a new platform to dissect the molecular and cellular pathology of inflammation-induced ocular angiogenesis.

CD11b+ bone marrow-derived monocytes are the major leukocyte subset responsible for retinal capillary leukostasis in experimental diabetes in mouse and express high levels of CCR5 in the circulation

We investigated the phenotype of cells involved in leukostasis in the early stages of streptozotocin-induced diabetes in mice by direct observation and by adoptive transfer of calcein-AM-labeled bone marrow-derived leukocytes from syngeneic mice. Retinal whole mounts, confocal microscopy, and flow cytometry ex vivo and scanning laser ophthalmoscopy in vivo were used. Leukostasis in vivo and ex vivo in retinal capillaries was increased after 2 weeks of diabetes (Hb A(1c), 14.2 ± 1.2) when either donor or recipient mice were diabetic. Maximum leukostasis occurred when both donor and recipient were diabetic. CD11b(+), but not Gr1(+), cells were preferentially entrapped in retinal vessels (fivefold increase compared with nondiabetic mice). In diabetic mice, circulating CD11b(+) cells expressed high levels of CCR5 (P = 0.04), whereas spleen (P = 0.0001) and retinal (P = 0.05) cells expressed increased levels of the fractalkine chemokine receptor. Rosuvastatin treatment prevented leukostasis when both recipient and donor were treated but not when donor mice only were treated. This effect was blocked by treatment with mevalonate. We conclude that leukostasis in early diabetic retinopathy involves activated CCR5(+)CD11b(+) myeloid cells (presumed monocytes). However, leukostasis also requires diabetes-induced changes in the endothelium, because statin therapy prevented leukostasis only when recipient mice were treated. The up-regulation of the HMG-CoA reductase pathway in the endothelium is the major metabolic dysregulation promoting leukostasis.

Innate immune activation in neovascular Age-related Macular Degeneration

Purpose: To compare white blood cell populations from persons with neovascular age-related macular degeneration (nAMD) with that of age-matched controls.

Methods: Immunophenotyping for white blood cell populations (including CD14++CD16-, CD14++CD16+ and CD14+CD16++ monocytes, CD4 and CD8 T-lymphocytes, CD56 natural killer cells, CD19 B-lymphocytes and CD16+HLA-DR- neutrophils), chemokine receptor expression analysis (CX3CR1 and CCR2) as well as cell activation analysis (MHC-II, HLA-DR, CD62L, STAT3) was performed using samples of peripheral blood from nAMD patients and age- and gender-matched controls.

Results: The percentage of CD4+ T cells was significantly reduced while the percentage of CD11b+ cells and CD16+HLA-DR- neutrophils was significantly increased in nAMD patients compared to controls. The percentage of classical (CD14++CD16-), intermediate (CD14++CD16+) and non-classical (CD14+CD16++) monocytes was similar between nAMD patients and controls, however there was a significant increase of CX3CR1 on the intermediate monocyte subset and on CD16+HLA-DR- neutrophils in nAMD compared to controls. HLA-DR was significantly increased in all monocyte subsets in nAMD compared to controls. Activation of Signal Transducer and Activator of Transcription 3 (STAT3) was significantly increased in nAMD patients compared to controls following stimulation with IL6.

Conclusions: Our results suggest an increased activation of the innate immune system in patients with nAMD. A better understanding of the role of the innate immune system in the pathogenesis of nAMD may help identify novel biomarkers and thus development of improved therapeutic strategies.

The effect of a selective CXCR2 antagonist (AZD5069) on human blood neutrophil count and innate immune functions.

Abstract AIMS: The aim of the present study was to investigate whether selective antagonism of the cysteine-X-cysteine chemokine receptor-2 (CXCR2) receptor has any adverse effects on the key innate effector functions of human neutrophils for defence against microbial pathogens. METHODS: In a double-blind, crossover study, 30 healthy volunteers were randomized to treatment with the CXCR2 antagonist AZD5069 (100 mg) or placebo, twice daily orally for 6 days. The peripheral blood neutrophil count was assessed at baseline, daily during treatment and in response to exercise challenge and subcutaneous injection of granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF). Neutrophil function was evaluated by phagocytosis of Escherichia coli and by the oxidative burst response to E. coli. RESULTS: AZD5069 treatment reversibly reduced circulating neutrophil count from baseline by a mean [standard deviation (SD)] of -1.67 (0.67) ×10(9) l(-1) vs. 0.19 (0.78) ×10(9) l(-1) for placebo on day 2, returning to baseline by day 7 after the last dose. Despite low counts on day 4, a 10-min exercise challenge increased absolute blood neutrophil count, but the effect with AZD5069 was smaller and not sustained, compared with placebo treatment. Subcutaneous G-CSF on day 5 caused a substantial increase in blood neutrophil count in both placebo- and AZD5069-treated subjects. Superoxide anion production in E. coli-stimulated neutrophils and phagocytosis of E. coli were unaffected by AZD5069 (P = 0.375, P = 0.721, respectively vs. baseline, Day 4). AZD5069 was well tolerated. CONCLUSIONS: CXCR2 antagonism did not appear adversely to affect the mobilization of neutrophils from bone marrow into the peripheral circulation, phagocytosis or the oxidative burst response to bacterial pathogens. This supports the potential of CXCR2 antagonists as a treatment option for diseases in which neutrophils play a pathological role.

Common genetic variation and the control of HIV-1 in humans.

To extend the understanding of host genetic determinants of HIV-1 control, we performed a genome-wide association study in a cohort of 2,554 infected Caucasian subjects. The study was powered to detect common genetic variants explaining down to 1.3% of the variability in viral load at set point. We provide overwhelming confirmation of three associations previously reported in a genome-wide study and show further independent effects of both common and rare variants in the Major Histocompatibility Complex region (MHC). We also examined the polymorphisms reported in previous candidate gene studies and fail to support a role for any variant outside of the MHC or the chemokine receptor cluster on chromosome 3. In addition, we evaluated functional variants, copy-number polymorphisms, epistatic interactions, and biological pathways. This study thus represents a comprehensive assessment of common human genetic variation in HIV-1 control in Caucasians.

Évaluation de l'effet des antagonistes synthétiques du récepteur de chimiokine, CXCR4 sur CXCR7

Le récepteur de chimiokine CXCR7 a été récemment identifié comme liant la chimiokine SDF-1, anciennement considérée comme ligand exclusif du récepteur CXCR4. Ces deux récepteurs sont exprimés majoritairement dans les mêmes types cellulaires et, ainsi, la découverte de CXCR7 incite à réévaluer les effets respectifs de SDF-1 sur CXCR4. Étant donné son rôle dans le cancer, CXCR4 est une cible de choix pour le développement de molécules thérapeutiques. Également, CXCR7 semble être impliqué dans la croissance tumorale. AMD3100, un antagoniste «sélectif» pour CXCR4, est maintenant commercialisé. Cet antagoniste a été identifié comme liant lui aussi CXCR7. De plus, sur CXCR7, l’AMD3100 agit comme agoniste puisqu’il induit le recrutement de la β-arrestine, à l’opposé de son effet sur. En revanche, AMD3100 n’induit pas le recrutement de la β-arrestine à CXCR4. Basé sur ces résultats, il est nécessaire de revoir la sélectivité d’autres antagonistes synthétiques de CXCR4. À l’aide de la technique de BRET (Résonance d’un transfert d’énergie par bioluminescence), nos résultats montrent que le Tc14012, un autre antagoniste synthétique de CXCR4, et structurellement distinct de l’AMD3100, interagit avec CXCR7. Contrairement à CXCR4, les deux antagonistes de CXCR4 agissent comme agonistes sur CXCR7 en induisant le recrutement de la β-arrestine. Nos résultats suggèrent que l’organisation spatiale du corps du récepteur serait responsable de cet effet opposé. En conclusion, AMD3100 et Tc14012 ne sont pas sélectifs pour CXCR4, puisqu’ils interagissent avec CXCR7. Lors du développement de nouvelles molécules synthétiques ciblant CXCR4, il serait alors nécessaire d’en évaluer leur sélectivité, et leurs effets en les testant aussi sur CXCR7.

Étude de la relation entre les conformations et la signalisation des 7TMRs

L’interaction d’un ligand avec un récepteur à sept domaines transmembranaires (7TMR) couplé aux protéines G, mène à l’adoption de différentes conformations par le récepteur. Ces diverses conformations pourraient expliquer l’activation différentielle des voies de signalisation. Or, le lien entre la conformation et l’activité du récepteur n’est pas tout à fait claire. Selon les modèles classiques pharmacologiques, comme le modèle du complexe ternaire, il n’existe qu’un nombre limité de conformations qu’un récepteur peut adopter. Afin d’établir un lien entre la structure et la fonction des récepteurs, nous avons choisi dans un premier temps, le récepteur de chimiokine CXCR4 comme récepteur modèle. Ce dernier, est une cible thérapeutique prometteuse, impliqué dans l’entrée du VIH-1 dans les cellules cibles et dans la dissémination de métastases cancéreuses. Grâce au transfert d’énergie par résonance de bioluminescence (BRET) nous pouvons détecter les changements conformationnels des homodimères constitutifs de CXCR4 dans les cellules vivantes. En conséquence, nous avons mesuré les conformations de mutants de CXCR4 dont les mutations affecteraient sa fonction. Nous montrons que la capacité des mutants à activer la protéine Galphai est altérée suite au traitement avec l’agoniste SDF-1. Notamment, ces mutations altèrent la conformation du récepteur à l’état basal ainsi que la réponse conformationnelle induite suite au traitement avec l’agoniste SDF-1, l’agoniste partiel AMD3100 ou l’agoniste inverse TC14012. Ainsi, différentes conformations de CXCR4 peuvent donner lieu à une activation similaire de la protéine G, ce qui implique une flexibilité des récepteurs actifs qui ne peut pas être expliquée par le modèle du complexe ternaire (Berchiche et al. 2007). Également, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CCR2, exprimé à la surface des cellules immunitaires. Il joue un rôle important dans l’inflammation et dans des pathologies inflammatoires telles que l’asthme. CCR2 forme des homodimères constitutifs et possède différents ligands naturels dont la redondance fonctionnelle a été suggérée. Nous avons étudié le lien entre les conformations et les activations d’effecteurs (fonctions) de CCR2. Notre hypothèse est que les différents ligands naturels induisent différentes conformations du récepteur menant à différentes fonctions. Nous montrons que les réponses de CCR2 aux différents ligands ne sont pas redondantes au niveau pharmacologique et que les chimiokines CCL8, CCL7 et CCL13 (MCP-2 à MCP-4) sont des agonistes partiels de CCR2, du moins dans les systèmes que nous avons étudiés. Ainsi, l’absence de redondance fonctionnelle parmi les chimiokines liant le même récepteur, ne résulterait pas de mécanismes complexes de régulation in vivo, mais ferait partie de leurs propriétés pharmacologiques intrinsèques (Berchiche et al. 2011). Enfin, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CXCR7. Récemment identifié, CXCR7 est le deuxième récepteur cible de la chimiokine SDF-1. Cette chimiokine a été considérée comme étant capable d’interagir uniquement avec le récepteur CXCR4. Notamment, CXCR4 et CXCR7 possèdent un patron d’expression semblable dans les tissus. Nous avons évalué l’effet de l’AMD3100, ligand synthétique de CXCR4, sur la conformation et la signalisation de CXCR7. Nos résultats montrent qu’AMD3100, tout comme SDF-1, lie CXCR7 et augmente la liaison de SDF-1 à CXCR7. Grâce au BRET, nous montrons aussi qu’AMD3100 seul est un agoniste de CXCR7 et qu’il est un modulateur allostérique positif de la liaison de SDF-1 à CXCR7. Aussi, nous montrons pour la première fois le recrutement de la beta-arrestine 2 à CXCR7 en réponse à un agoniste. L’AMD3100 est un ligand de CXCR4 et de CXCR7 avec des effets opposés, ce qui appelle à la prudence lors de l’utilisation de cette molécule pour l’étude des voies de signalisation impliquant SDF-1 (Kalatskaya et al. 2009). En conclusion, nos travaux amènent des évidences qu’il existe plusieurs conformations actives des récepteurs et appuient les modèles de structure-activité des récepteurs qui prennent en considération leur flexibilité conformationnelle.

Identification de nouveaux partenaires protéiques des récepteurs couplés aux protéines G contrôlant leur transport du reticulum endoplasmique à la membrane plasmique

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) forment la plus grande et la plus diversifiée des familles de protéines localisées à la surface cellulaire et responsables de la transmission de signaux à l’intérieur des cellules. D’intenses recherches effectuées au cours des trente dernières années ont mené à l’identification de dizaines de protéines interagissant avec les RCPGs et contrôlant la signalisation, la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation de ces importantes cibles pharmacologiques. Contrairement aux processus régulant l’activité des récepteurs à partir de la membrane plasmique, les mécanismes moléculaires contrôlant la biosynthèse des RCPGs dans le reticulum endoplasmique (RE) et leur transport jusqu’à la surface cellulaire sont très peu caractérisés. Une meilleure compréhension de ces processus nécessite l’identification de la machinerie protéique responsable de la maturation des RCPGs. Un crible protéomique basé sur le transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET), qui permet la mesure d’interactions protéiques dans les cellules vivantes, a mené à l’identification de plusieurs nouvelles protéines localisées dans la voie de sécrétion et interagissant potentiellement avec les RCPGs. Ces protéines étant localisées dans les compartiments cellulaires (reticulum endoplasmique et appareil de Golgi) responsables de la synthèse, du repliement adéquat et du transport à la membrane plasmique des récepteurs, il est très probable qu’elles soient impliquées dans le contrôle de l’expression des RCPGs à la surface cellulaire. La caractérisation de l’homologue humain de cornichon 4 (CNIH4), un nouvel intéracteur des RCPGs identifié dans le crible, a démontré que cette protéine localisée dans les compartiments précoces de la voie de sécrétion (RE et ERGIC) interagit de façon sélective avec les RCPGs. De plus, la suppression de l’expression endogène de cette protéine préalablement non-caractérisée, diminue le transport à la membrane plasmique d’un récepteur, indiquant que CNIH4 influence positivement l’export des RCPGs du RE. Ceci est supporté par l’observation que la surexpression de CNIH4 à de faibles niveaux favorise la maturation d’un récepteur mutant normalement retenu dans le RE. Nous avons également pu démontrer que CNIH4 est associée à la protéine Sec23, une des composantes de l’enveloppe des vésicules COPII qui sont responsables du transport des protéines du RE vers le Golgi, suggérant que CNIH4 pourrait favoriser le recrutement des récepteurs dans ces vésicules. La surexpression de CNIH4 à de très hauts niveaux provoque également la rétention intracellulaire des récepteurs. Cet effet dominant négatif pourrait être causé par la titration d’un autre facteur d’export des RCPGs. Une deuxième étude a permis de révéler que la protéine transmembranaire 9 (TMEM9), un nouvel intéracteur des RCPGs également identifié dans le crible, interagit sélectivement avec les récepteurs et avec CNIH4. La surexpression de cette protéine aux fonctions précédemment inconnues, rétablit le transport normal d’un récepteur en présence de CNIH4 surexprimée. De plus, la co-expression de TMEM9 potentialise la capacité de CNIH4 à augmenter la maturation d’un récepteur mutant normalement retenu dans le RE, suggérant que ces deux protéines forment un complexe régulant la maturation des RCPGs. Au cours de cette thèse, de nouvelles protéines interagissant avec les RCPGs et contrôlant leur expression à la membrane plasmique ont donc été identifiées, permettant une meilleure compréhension des mécanismes régulant le transport des récepteurs du RE à la surface cellulaire.

Caractérisation de l'interaction de l'auto-antigène ADN topoisomérase I avec les fibroblastes dans la sclérose systémique

La sclérose systémique (ScS) est une maladie auto-immune d’origine inconnue qui est caractérisée par des atteintes vasculaires, des dérèglements cellulaire et immunitaire. La majorité des patients atteints de ScS possède des auto-anticorps dirigés contre des protéines nucléaires. Ces auto-anticorps sont associés à des manifestations cliniques spécifiques favorisant la classification et le diagnostic de la ScS. Les anti-ADN topoisomérase I (antitopo) sont l’un des principaux auto-anticorps retrouvés dans la ScS. Ils sont associés à la forme la plus grave de la maladie, soit la forme diffuse. Celle-ci se caractérise par une importante fibrose progressant vers une atteinte viscérale. La fibrose résulte d’une production excessive et dérégulée de matrice extracellulaire par les fibroblastes. Bien que les anti-topo soient associés à un très mauvais pronostic et qu’ils corrèlent avec l’activité et la sévérité de la maladie, leur rôle dans la pathogenèse de la ScS n’est pas élucidé. Toutefois, depuis que certains auto-antigènes ont démontré des fonctions additionnelles lorsque retrouvés dans le milieu extracellulaire, leur contribution suscite un intérêt marqué. En effet, ces auto-antigènes, dits bifonctionnels, influencent la physiologie de certaines cellules en se liant à leur surface. Ainsi, la détermination du rôle de ces autoantigènes ouvre la voie pour l’exploration du rôle potentiellement pathogène de leurs autoanticorps. Tout d’abord, nous avons démontré que l’auto-antigène topo, ciblée par les antitopo, pouvait influencer la physiologie du fibroblaste suite à l’activation de voies de signalisations intracellulaires stimulant la migration cellulaire. Nos résultats suggèrent fortement que la topo stimule le fibroblaste suite à son interaction avec le CCR7, un récepteur de chimiokine, présent à sa surface. Nous avons également démontré que la topo utilisait les protéoglycans à chaînes d’héparanes sulfates (HSPG) à titre de corécepteurs. Il avait été démontré que la topo liée à la surface des fibroblastes entraînait le recrutement d’anti-topo, l’adhésion et l’activation monocytaires. Nous avons ici démontré que la présence d’anticorps anti-topo entraîne l’amplification de la liaison de la topo au niveau des HSPG. De ce fait, le complexe immun à la surface des fibroblastes pourrait contribuer à l’initiation d’une cascade inflammatoire propice au développement d’une fibrose, caractéristique de la ScS. En dernier lieu, nos résultats nous ont permis de suggérer l’utilisation de l’héparine et des héparines de bas poids moléculaires comme approche thérapeutique pour la ScS puisqu’elles permettent autant de prévenir la liaison du complexe immun topo/anti-topo au niveau des HSPG que de le dissocier une fois lié. En résumé, notre étude soutient d’abord le rôle actif de l’auto-antigène dans la physiologie des fibroblastes mais également le rôle pathogène des anti-topo en présence de la topo dans la ScS. Finalement, les résultats de notre étude permettent de proposer une approche thérapeutique potentielle pour inhiber le développement d’une cascade inflammatoire et pro-fibrotique.

Régulation de l’activité transcriptionnelle des récepteurs des estrogènes (ER) par le récepteur à chimiokine CXCR4 et les récepteurs à activité tyrosine kinase ErbB2 et ErbB3

La régulation de la transcription des gènes par les récepteurs des estrogènes ERα et ERβ joue un rôle important dans la croissance cellulaire et dans le développement du cancer du sein. Une augmentation de l’expression de CXCR4 et de son ligand SDF-1/CXCL12 corrèle avec un phénotype plus agressif du cancer du sein. Ici, nous démontrons un mécanisme de boucle de régulation positive entre la signalisation de CXCR4/SDF-1 et l’activité transcriptionnelle des ERs dans des cellules cancéreuses mammaires. L’activité transcriptionnelle de ER et l’expression de gènes cibles de ER, dont SDF-1 lui-même, sont augmentées dans la lignée cancéreuse mammaire MCF-7 en réponse à SDF-1. Ces effets sont bloqués par l’anti-estrogène fulvestrant et par la délétion de CXCR4. Par ailleurs, l’expression des gènes et la prolifération des cellules cancéreuses mammaires MCF-7 en réponse à l’estrogène sont altérées par l’inhibition de CXCR4. La signalisation par les facteurs de croissance joue un rôle important dans le cancer du sein. La surexpression et la dérégulation de la signalisation par le récepteur à activité tyrosine kinase ErbB2 corrèlent avec un phénotype tumoral mammaire plus agressif et un moins bon pronostic. Cependant, comment la signalisation de ErbB2 et de CXCR4 sont fonctionnellement reliées dans la régulation de la réponse de ER dans les cellules cancéreuses mammaires n’est pas connue. Nous démontrons ici que CXCR4 régule négativement l’expression protéique de ErbB2 et de son partenaire d’interaction ErbB3 ainsi que la phosphorylation de ErbB2. CXCR4 altère l’activation de la voie PI3-K/Akt par le dimère ErbB2/ErbB3 en réponse à héréguline alors qu’en présence de SDF-1, les niveaux d’activation sont récupérés. Nous avons trouvé que héréguline-β promouvoit la phosphorylation de la sérine 339 de CXCR4, un site important pour l’internalisation et la signalisation du récepteur. De plus, le recrutement de ErbB2 à CXCR4 est favorisé par ErbB3 et héréguline-β. L’activité transcriptionnelle ainsi que l’expression des gènes cibles de ER en réponse à l’héréguline sont relevées avec l’expression de CXCR4 et partiellement récupérées avec l’addition de SDF-1. Ces résultats démontrent que le recrutement de CXCR4 à ErbB2 altère la signalisation médiée par ErbB2/ErbB3 ainsi que l’activité hormonale de ER dans des cellules cancéreuses mammaires. Nous travaux ont permis d’identifier et de caractériser l’impact de la signalisation médiée par des récepteurs membranaires sur la réponse transcriptionnelle de ER dans des cellules cancéreuses mammaires. La signalisation membranaire est un facteur pouvant contribuer à la résistance aux thérapies endocriniennes et donc cibler les récepteurs impliqués s’avèrerait utile pour améliorer les traitements existants et mettre au point de nouvelles approches.

The Independence of CXCR4’s Pathways, Gαi and β-Arrestin2, and Their Modulation by AMD3100 and TC14012

CXCR4, a chemokine receptor involved in metastasis and homing of hematopoietic stem cells, signals through two major pathways: Gαi and β-arrestin2. β-arrestin2 terminates G-protein signaling and targets the receptor to endocytosis. This project proposed to study the effect of a previously described set of CXCR4 mutants on both these signaling pathways, as well as their localization. These mutants were assayed by different Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET) systems. Using these systems, we confirmed that N119S is a constitutively active mutant (CAM), spontaneously activating Gαi. As well, we found that R134A is a constitutively inactive mutant (CIM), devoided of G-protein signaling, but spontaneously recruiting β-arrestin2. In addition, we studied the dependency of β-arrestin2 recruitment on the Gαi activity. By targeting R134A and N119S with pertussis toxin, an inhibitor of the Gαi activation, we showed efficient blocking of the Gαi pathway, while maintaining the constitutive recruitment of β-arrestin2. This demonstrated that for CXCR4, β-arrestin2 recruitment is independent of the Gαi pathway. Finally, two synthetic ligands of CXCR4, AMD3100 and TC14012 were tested for their ability to recruit β-arrestin2. AMD3100 is a clinically approved drug used for stem cell transplantation, with considerable side effects. We found it to be an antagonist on both Gαi and β-arrestin2 recruitment. On the other hand, TC14012 was found to be an inverse agonist on Gαi and an antagonist on β-arrestin2 recruitment. Based on this finding, it would be preferable to use of TC14012 as it will further reduce any basal Gαi activity, without affecting β-arrestin2 recruitment. These results support the development of TC14012 for stem cell mobilization trials.

CXCR3 biased signaling, heteromerization and decoy properties

Le récepteur de chimiokine CXCR3 est un récepteur couplé à la protéine G (RCPG) exprimé, entre autre, sur les cellules T activées lors d’une réponse immune. CXCR3 est activé par trois ligands inductibles par l’interféron-γ (CXCL9, 10, 11) et, plus récemment, il a été découvert que CXCL4 liait CXCR3. Nous savons que CXCR3 joue un rôle dans la chimiotaxie des leucocytes, mais peu d’attention a été portée sur la signalisation biaisée induite par ces quatre ligands. Alors que l’homodimérisation entre récepteurs de chimiokine est un concept grandement observé, l’hétéromérisation entre deux récepteurs reste un domaine de recherche active. La signalisation biaisée et l’hétéromérisation ont été testées grâce à la technique de bioluminescene resonance energy transfer (BRET) dans des cellules HEK293E. Nous présentons une caractérisation pharmacologique des quatre ligands de CXCR3 et démontrons l’hétéromérisation de CXCR3 avec CXCR4 et avec CXCR7. Nos résultats suggèrent que les ligands de CXCR3 n’agissent pas de manière redondante.

Stromal-derived factor-1 alpha (CXCL12) levels increase in periodontal disease

Background: The CXC chemokine receptor 4 (CXCR4) and its ligand, stromal cell-derived factor-1 (SDF-1 alpha or CXC chemokine ligand 12) are involved in the trafficking of leukocytes into and out of extravascular tissues. The purpose of this study was to determine whether SDF-1 alpha secreted by host cells plays a role in recruiting inflammatory cells into the periodontia during local inflammation. Methods: SDF-1 alpha levels were determined by enzyme-linked immunosorbent assay in gingival crevicular fluid (GCF) of 24 individuals with periodontitis versus healthy individuals in tissue biopsies and in a preclinical rat model of Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide-induced experimental bone loss. Neutrophil chemotaxis assays were also used to evaluate whether SDF-1 alpha plays a role in the recruitment of host cells at periodontal lesions. Results: Subjects with periodontal disease had higher levels of SDF-1 alpha in their GCF compared to healthy subjects. Subjects with periodontal disease who underwent mechanical therapy demonstrated decreased levels of SDF-1 alpha. Immunohistologic staining showed that SDF-1 alpha and CXCR4 levels were elevated in samples obtained from periodontally compromised individuals. Similar results were observed in the rodent model. Neutrophil migration was enhanced in the presence of SDF-1 alpha, mimicking immune cell migration in periodontal lesions. Conclusions: SDF-1 alpha may be involved in the immune defense pathway activated during periodontal disease. Upon the development of diseased tissues, SDF-1 alpha levels increase and may recruit host defensive cells into sites of inflammation. These studies suggest that SDF-1 alpha may be a useful biomarker for the identification of periodontal disease progression.

Balanced polymorphism in bottlenecked populations: The case of the CCR5 5 ` cis-regulatory region in Amazonian Amerindians

The 5` cis-regulatory region of the CCR5 gene exhibits a strong signature of balancing selection in several human populations. Here we analyze the polymorphism of this region in Amerindians from Amazonia, who have a complex demographic history, including recent bottlenecks that are known to reduce genetic variability. Amerindians show high nucleotide diversity (pi = 0.27%) and significantly positive Tajima`s D, and carry haplotypes associated with weak and strong gene expression. To evaluate whether these signatures of balancing selection could be explained by demography, we perform neutrality tests based on empiric and simulated data. The observed Tajima`s D was higher than that of other world populations: higher than that found for 18 noncoding regions of South Amerindians, and higher than 99.6% of simulated genealogies, which assume nonequilibrium conditions. Moreover, comparing Amerindians and Asians, the Fst for CCR5 cis-regulatory region was unusually low, in relation to neutral markers. These findings indicate that, despite their complex demographic history, South Amerindians carry a detectable signature of selection on the CCR5 cis-regulatory region. (C) 2010 American Society for Histocompatibility and Immunogenetics. Published by Elsevier Inc. All rights reserved.