Suppression of lung metastasis of B16 mouse melanoma by N-acetylglucosaminyltransferase III gene transfection.

The beta 1-6 structure of N-linked oligosaccharides, formed by beta-1,6-N-acetylglucosaminyltransferase (GnT-V), is associated with metastatic potential. We established a highly metastatic subclone, B16-hm, from low metastatic B16-F1 murine melanoma cells. The gene encoding beta-1,4-N-acetylglucosaminyltransferase (GnT-III) was introduced into the B16-hm cells, and three clones that stably expressed high GnT-III activity were obtained. In these transfectants, the affinity to leukoagglutinating phytohemagglutinin was reduced, whereas the binding to erythroagglutinating phytohemagglutinin was increased, indicating that the level of beta 1-6 structure was decreased due to competition for substrate between intrinsic GnT-V and ectopically expressed GnT-III. Lung metastasis after intravenous injection of the transfectants into syngeneic and nude mice was significantly suppressed, suggesting that the decrease in beta 1-6 structure suppressed metastasis via a mechanism independent of the murine system. These transfectants also displayed decreased invasiveness into Matrigel and inhibited cell attachment to collagen and laminin. Cell growth was not affected. Our results demonstrate a causative role for beta 1-6 branches in invasion and cell attachment in the extravasation stage of metastasis.

Transfection and continuous expression of heterologous genes in the protozoan parasite Entamoeba histolytica.

To provide tools for functional molecular genetics of the protozoan parasite Entamoeba histolytica, we investigated the use of the prokaryotic neomycin phosphotransferase (NEO) gene as a selectable marker for the transfection of the parasite. An Escherichia coli-derived plasmid vector was constructed (pA5'A3'NEO) containing the NEO coding region flanked by untranslated 5' and 3' sequences of an Ent. histolytica actin gene. Preceding experiments had revealed that amoebae are highly sensitive to the neomycin analogue G418 and do not survive in the presence of as little as 2 micrograms/ml. Transfection of circular pA5'A3'NEO via electroporation resulted in Ent. histolytica trophozoites resistant to G418 up to 100 micrograms/ml. DNA and RNA analyses of resistant cells indicated that (i) the transfected DNA was not integrated into the amoeba genome but was segregated episomally, (ii) in the amoebae, the plasmid replicated autonomously, (iii) the copy number of the plasmid and the expression of NEO-specific RNA were proportional to the amount of G418 used for selection, and (iv) under continuous selection, the plasmid was propagated over an observation period of 6 months. Moreover, the plasmid could be recloned into E. coli and was found to be unrearranged. To investigate the use of pA5'A3'NEO to coexpress other genes in Ent. histolytica, a second marker, the prokaryotic chloramphenicol acetyltransferase (CAT) gene under control of an Ent. histolytica lectin gene promoter was introduced into the plasmid. Transfection of the amoebae with this construct also conferred G418 resistance and, in addition, allowed continuous expression of CAT activity in quantities corresponding to the amount of G418 used for selection. When selection was discontinued, transfected plasmids were lost as indicated by an exponential decline of CAT activity in trophozoite extracts.

Transfection of the human heme oxygenase gene into rabbit coronary microvessel endothelial cells: protective effect against heme and hemoglobin toxicity.

Heme oxygenase (HO) is a stress protein and has been suggested to participate in defense mechanisms against agents that may induce oxidative injury such as metals, endotoxin, heme/hemoglobin, and various cytokines. Overexpression of HO in cells might therefore protect against oxidative stress produced by certain of these agents, specifically heme and hemoglobin, by catalyzing their degradation to bilirubin, which itself has antioxidant properties. We report here the successful in vitro transfection of rabbit coronary microvessel endothelial cells with a functioning gene encoding the human HO enzyme. A plasmid containing the cytomegalovirus promoter and the human HO cDNA complexed to cationic liposomes (Lipofectin) was used to transfect rabbit endothelial cells. Cells transfected with human HO exhibited an approximately 3.0-fold increase in enzyme activity and expressed a severalfold induction of human HO mRNA as compared with endogenous rabbit HO mRNA. Transfected and nontransfected cells expressed factor VIII antigen and exhibited similar acetylated low-density lipoprotein uptake (two important features that characterize endothelial cells) with > 85% of cells staining positive for each marker. Moreover, cells transfected with the human HO gene acquired substantial resistance to toxicity produced by exposure to recombinant hemoglobin and heme as compared with nontransfected cells. The protective effect of HO overexpression against heme/hemoglobin toxicity in endothelial cells shown in these studies provides direct evidence that the inductive response of human HO to such injurious stimuli represents an important tissue adaptive mechanism for moderating the severity of cell damage produced by these blood components.

Transient transfection and expression of firefly luciferase in Giardia lamblia.

We have developed a gene transfer system for the protozoan parasite Giardia lamblia. This organism is responsible for many cases of diarrhea worldwide and is considered to be one of the most primitive eukaryotes. Expression of a heterologous gene was detected in this parasite after electroporation with appropriate DNA constructs. We constructed a series of transfection plasmids using flanking sequences of the Giardia glutamate dehydrogenase (GDH) gene to drive expression of the firefly luciferase reporter gene. The optimal construct consisted of a GDH/luciferase fusion gene in which the first 18 codons of the GDH gene immediately preceded the luciferase gene; this fusion gene was flanked by the upstream and downstream sequences of the GDH gene. Electroporation of this construct into Giardia yielded luciferase activity that was 3000- to 50,000-fold above background. Removal of either the 5' or 3' GDH flanking sequences from this construct resulted in significantly reduced luciferase activity, and removal of both flanking sequences reduced luciferase activity to background levels. Luciferase activity was proportional to the amount of DNA electroporated and was maximal at 6 hr after electroporation.

Effet du CP-3(iv), un ligand du récepteur CD36, sur le stress oxydatif suite à une ischémie cardiaque transitoire chez la souris

Le récepteur éboueur CD36 facilite l’internalisation des acides gras libres non estérifiés (AGNE) au niveau des tissus cardiaque et périphériques. Lors d’une ischémie-reperfusion du myocarde (MI/R), les dommages produits sont en partie liés à l’internalisation des AGNE et à la production d’espèces réactives de l’oxygène, contrairement à ce qui est observé chez des souris déficientes en CD36 (CD36-/-). Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle le CP-3(iv), un ligand synthétique du récepteur CD36, exercerait un effet cardioprotecteur en réduisant la taille de la zone myocardique infarcie lors d’une ischémie transitoire du myocarde. Nos objectifs étaient 1) de déterminer l’effet cardioprotecteur du CP-3(iv) et 2) de définir son mécanisme. Pour cela, des études in vivo et ex vivo ont été faites. Des souris de type sauvage ont été traitées avec le CP-3(iv) (289 nmol/kg) par voie sous-cutanée pendant 14 jours avant d’être soumises à 30 minutes d’ischémie suivant la ligature de l’artère coronaire gauche descendante et de sa reperfusion pendant une période de 6 ou 48 heures. De plus, des coeurs isolés de souris ont été perfusés 30 minutes, suivi de 40 minutes à faible débit (10%) et de 30 minutes de reperfusion pendant laquelle le coeur est perfusé avec le CP-3(iv) à une concentration de 10-6 M. Nos travaux ont montré que l’effet cardioprotecteur d’un traitement préventif par le CP-3(iv) permet de diminuer la taille de l’infarctus et préserve l’hémodynamie cardiaque de façon dépendante du CD36 puisque cet effet est non visible chez les souris CD36-/-. De plus, le CP-3(iv) exerce non seulement un effet systémique, mais aussi un effet cardioprotecteur direct sur le coeur isolé.

Lipoplexes formulation and optimisation:in vitro transfection studies reveal no correlation with in vivo vaccination studies

The aim of these studies was to compare the effect of liposome composition on physico-chemical characteristics and transfection efficacy of cationic liposomes both in vitro and in vivo. Comparison between 4 popularly used cationic lipids, showed 3b-N-(dimethylaminoethyl)carbamate (DC-Chol) to promote the highest transfect levels in cells in vitro with levels being at least 6 times higher than those of 1,2-di-O-octadecenyl-3-trimethylammonium propane (DOTMA). 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP), and dimethyldioctadecylammonium (DDA) and approximately twice as efficient as dipalmitoyl-trimethylammonium-propane (DPTAP). To establish the role of the helper lipid, DC-Chol liposomes were formulated in combination with either 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphatidylethanolamine (DOPE) or cholesterol (Chol) (1:1 molar ratio) with and without the addition of phosphatidyl choline. The choice of helper lipid incorporated within the bilayer was found to influence the formation of complexes, their resultant structure and their transfection efficiency in vitro, with SUV-DNA complexes containing optimum levels of DOPE giving higher transfection than those containing cholesterol. The inclusion of PC within the formulation also reduced transfection efficiency in vitro. However, when administered in vivo, SUV-DNA complexes composed of PC:Chol:DC-Chol at a molar ratio of 16:8:4 micromole/ml were the most effective at inducing splenocyte proliferation upon exposure to antigen in comparison to control spleens. These results demonstrate that there is no in vitro/in vivo correlation between the transfection efficacy of these liposome formulations and in vitro transfection in the above cell model cannot be taken as a reliable indicator for in vivo efficacy of DNA vaccines.

Exploring the correlation between lipid packaging in lipoplexes and their transfection efficacy

Whilst there is a large body of evidence looking at the design of cationic liposomes as transfection agents, correlates of formulation to function remain elusive. In this research, we investigate if lipid packaging can give further insights into transfection efficacy. DNA lipoplexes composed of 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE) or 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DSPE) in combination with 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP) or 1,2-stearoyl-3-trimethylammonium-propane (DSTAP) were prepared by the lipid hydration method. Each of the formulations was prepared by hydration in dH2O or phosphate buffer saline (PBS) to investigate the effect of buffer salts on lipoplex physicochemical characteristics and in vitro transfection. In addition, Langmuir monolayer studies were performed to investigate any possible correlation between lipid packaging and liposome attributes. Using PBS, rather than dH2O, to prepare the lipoplexes increased the size of vesicles in most of formulations and resulted in variation in transfection efficacies. However, one combination of lipids (DSPE:DOTAP) could not form liposomes in PBS, whilst the DSPE:DSTAP combination could not form liposomes in either aqueous media. Monolayer studies demonstrated saturated lipid combinations offered dramatically closer molecular packing compared to the other combinations which could suggest why this lipid combination could not form vesicles. Of the lipoplexes prepared, those formulated with DSTAP showed higher transfection efficacy, however, the effect of buffer on transfection efficiency was formulation dependent. © 2011 by the authors; licensee MDPI, Basel, Switzerland.

Effet du CP-3(iv), un ligand du récepteur CD36, sur le stress oxydatif suite à une ischémie cardiaque transitoire chez la souris

Le récepteur éboueur CD36 facilite l’internalisation des acides gras libres non estérifiés (AGNE) au niveau des tissus cardiaque et périphériques. Lors d’une ischémie-reperfusion du myocarde (MI/R), les dommages produits sont en partie liés à l’internalisation des AGNE et à la production d’espèces réactives de l’oxygène, contrairement à ce qui est observé chez des souris déficientes en CD36 (CD36-/-). Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle le CP-3(iv), un ligand synthétique du récepteur CD36, exercerait un effet cardioprotecteur en réduisant la taille de la zone myocardique infarcie lors d’une ischémie transitoire du myocarde. Nos objectifs étaient 1) de déterminer l’effet cardioprotecteur du CP-3(iv) et 2) de définir son mécanisme. Pour cela, des études in vivo et ex vivo ont été faites. Des souris de type sauvage ont été traitées avec le CP-3(iv) (289 nmol/kg) par voie sous-cutanée pendant 14 jours avant d’être soumises à 30 minutes d’ischémie suivant la ligature de l’artère coronaire gauche descendante et de sa reperfusion pendant une période de 6 ou 48 heures. De plus, des coeurs isolés de souris ont été perfusés 30 minutes, suivi de 40 minutes à faible débit (10%) et de 30 minutes de reperfusion pendant laquelle le coeur est perfusé avec le CP-3(iv) à une concentration de 10-6 M. Nos travaux ont montré que l’effet cardioprotecteur d’un traitement préventif par le CP-3(iv) permet de diminuer la taille de l’infarctus et préserve l’hémodynamie cardiaque de façon dépendante du CD36 puisque cet effet est non visible chez les souris CD36-/-. De plus, le CP-3(iv) exerce non seulement un effet systémique, mais aussi un effet cardioprotecteur direct sur le coeur isolé.

Phase d'activation transitoire et analyse spectrale en sommeil : utilisation pour la qualification des mécanismes d'éveil chez l'enfant Tourette

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Phase d'activation transitoire et analyse spectrale en sommeil : utilisation pour la qualification des mécanismes d'éveil chez l'enfant Tourette

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Production d'IgG sialylées en CHO et impact sur leurs fonctions effectrices

La sialylation des N-glycanes du fragment Fc des immunogobulines G (IgG) est une modification peu fréquente des IgG humaines. Pourtant, elle est l’objet de beaucoup d’attention depuis que deux articles fondateurs ont été publiés, qui montrent l’un que la sialylation des IgG diminue leur capacité à déclencher la cytotoxicité cellulaire dépendant de l’anticorps (ADCC), et l’autre que les IgG sialylées en α2,6 seraient la fraction efficace des IgG intraveineuses (IgIV) anti-inflammatoires. Les anticorps monoclonaux thérapeutiques, qui sont le plus souvent des IgG recombinantes produites en culture de cellules de mammifère, connaissent depuis la fin des années 90 un succès et une croissance phénoménaux sur le marché pharmaceutique. La maîtrise de la N-glycosylation du Fc des IgG est une clé de l’efficacité des anticorps monoclonaux. Si les IgG sialylées sont des molécules peu fréquentes in vivo, elles sont très rares en culture cellulaire. Dans cette étude, nous avons développé une méthode de production d’IgG avec une sialylation de type humain en cellules CHO. Nous avons travaillé principalement sur la mise au point d’une stratégie de production d’IgG sialylées par co-expression transitoire d’une IgG1 avec la β1,4-galactosyltransférase I (β4GTI) et la β-galactoside-α2,6-sialyltransférase I (ST6GalI). Nous avons montré que cette méthode permettait d’enrichir l’IgG1 en glycane fucosylé di-galactosylé mono-α2,6-sialylé G2FS(6)1, qui est le glycane sialylé présent sur les IgG humaines. Nous avons ensuite adapté cette méthode à la production d’IgG présentant des profils de glycosylation riches en acides sialiques, riches en galactose terminal, et/ou appauvris en fucosylation. L’analyse des profils de glycosylation obtenus par la co-expression de diverses combinaisons enzymatiques avec l’IgG1 native ou une version mutante de l’IgG1 (F243A), a permis de discuter des influences respectives de la sous-galactosylation des IgG1 en CHO et des contraintes structurales du Fc dans la limitation de la sialylation des IgG en CHO. Nous avons ensuite utilisé les IgG1 produites avec différents profils de glycosylation afin d’évaluer l’impact de la sialylation α2,6 sur l’interaction de l’IgG avec le récepteur FcγRIIIa, principal récepteur impliqué dans la réponse ADCC. Nous avons montré que la sialylation α2,6 augmentait la stabilité du complexe formé par l’IgG avec le FcγRIIIa, mais que ce bénéfice n’était pas directement traduit par une augmentation de l’efficacité ADCC de l’anticorps. Enfin, nous avons débuté le développement d’une plateforme d’expression stable d’IgG sialylées compatible avec une production à l’échelle industrielle. Nous avons obtenu une lignée capable de produire des IgG enrichies en G2FS(6)1 à hauteur de 400 mg/L. Cette étude a contribué à une meilleure compréhension de l’impact de la sialylation sur les fonctions effectrices des IgG, et a permis d’augmenter la maîtrise des techniques de modulation du profil de glycosylation des IgG en culture cellulaire.

Rôle des protéoglycanes à héparane sulfate dans le transfert de gène des cellules CHO et HEK293

La possibilité de programmer une cellule dans le but de produire une protéine d’intérêt est apparue au début des années 1970 avec l’essor du génie génétique. Environ dix années plus tard, l’insuline issue de la plateforme de production microbienne Escherichia coli, fut la première protéine recombinante (r-protéine) humaine commercialisée. Les défis associés à la production de r-protéines plus complexes et glycosylées ont amené l’industrie biopharmaceutique à développer des systèmes d’expression en cellules de mammifères. Ces derniers permettent d’obtenir des protéines humaines correctement repliées et de ce fait, biologiquement actives. Afin de transférer le gène d’intérêt dans les cellules de mammifères, le polyéthylènimine (PEI) est certainement un des vecteurs synthétiques le plus utilisé en raison de son efficacité, mais aussi sa simplicité d’élaboration, son faible coût et sa stabilité en solution qui facilite son utilisation. Il est donc largement employé dans le contexte de la production de r-protéines à grande échelle et fait l’objet d’intenses recherches dans le domaine de la thérapie génique non virale. Le PEI est capable de condenser efficacement l’ADN plasmidique (vecteur d’expression contenant le gène d’intérêt) pour former des complexes de petites tailles appelés polyplexes. Ces derniers doivent contourner plusieurs étapes limitantes afin de délivrer le gène d’intérêt au noyau de la cellule hôte. Dans les conditions optimales du transfert de gène par le PEI, les polyplexes arborent une charge positive nette interagissant de manière électrostatique avec les protéoglycanes à héparane sulfate (HSPG) qui décorent la surface cellulaire. On observe deux familles d’HSPG exprimés en abondance à la surface des cellules de mammifères : les syndécanes (4 membres, SDC1-4) et les glypicanes (6 membres, GPC1-6). Si l’implication des HSPG dans l’attachement cellulaire des polyplexes est aujourd’hui largement acceptée, leur rôle individuel vis-à-vis de cet attachement et des étapes subséquentes du transfert de gène reste à confirmer. Après avoir optimisées les conditions de transfection des cellules de mammifères CHO et HEK293 dans le but de produire des r-protéines secrétées, nous avons entrepris des cinétiques de capture, d’internalisation des polyplexes et aussi d’expression du transgène afin de mieux comprendre le processus de transfert de gène. Nous avons pu observer des différences au niveau de ces paramètres de transfection dépendamment du système d’expression et des caractéristiques structurelles du PEI utilisé. Ces résultats présentés sous forme d’articles scientifiques constituent une base solide de l’enchaînement dans le temps des évènements essentiels à une transfection efficace des cellules CHO et HEK293 par le PEI. Chaque type cellulaire possède un profil d’expression des HSPG qui lui est propre, ces derniers étant plus ou moins permissifs au transfert de gène. En effet, une étude menée dans notre laboratoire montre que les SDC1 et SDC2 ont des rôles opposés vis-à-vis du transfert de gène. Alors que tous deux sont capables de lier les polyplexes, l’expression de SDC1 permet leur internalisation contrairement à l’expression de SDC2 qui l’inhibe. De plus, lorsque le SDC1 est exprimé à la surface des cellules HEK293, l’efficacité de transfection est augmentée de douze pourcents. En utilisant la capacité de SDC1 à induire l’internalisation des polyplexes, nous avons étudié le trafic intracellulaire des complexes SDC1 / polyplexes dans les cellules HEK293. De plus, nos observations suggèrent une nouvelle voie par laquelle les polyplexes pourraient atteindre efficacement le noyau cellulaire. Dans le contexte du transfert de gène, les HSPG sont essentiellement étudiés dans leur globalité. S’il est vrai que le rôle des syndécanes dans ce contexte est le sujet de quelques études, celui des glypicanes est inexploré. Grâce à une série de traitements chimiques et enzymatiques visant une approche « perte de fonction », l’importance de la sulfatation comme modification post-traductionnelle, l’effet des chaînes d’héparanes sulfates mais aussi des glypicanes sur l’attachement, l’internalisation des polyplexes, et l’expression du transgène ont été étudiés dans les cellules CHO et HEK293. L’ensemble de nos observations indique clairement que le rôle des HSPG dans le transfert de gène devrait être investigué individuellement plutôt que collectivement. En effet, le rôle spécifique de chaque membre des HSPG sur la capture des polyplexes et leur permissivité à l’expression génique demeure encore inconnu. En exprimant de manière transitoire chaque membre des syndécanes et glypicanes à la surface des cellules CHO, nous avons déterminé leur effet inhibiteur ou activateur sur la capture des polyplexes sans pouvoir conclure quant à l’effet de cette surexpression sur l’efficacité de transfection. Par contre, lorsqu’ils sont présents dans le milieu de culture, le domaine extracellulaire des HSPG réduit l’efficacité de transfection des cellules CHO sans induire la dissociation des polyplexes. Curieusement, lorsque chaque HSPG est exprimé de manière stable dans les cellules CHO, seulement une légère modulation de l’expression du transgène a pu être observée. Ces travaux ont contribué à la compréhension des mécanismes d'action du vecteur polycationique polyéthylènimine et à préciser le rôle des protéoglycanes à héparane sulfate dans le transfert de gène des cellules CHO et HEK293.