Control of pancreatic β-cell mass and function by gluco-incretin hormones : identification of novel regulatory mechanisms for the treatment of diabetes

Summary : Control of pancreatic ß-cell mass and function by gluco-incretin hormones: Identification of novel regulatory mechanisms for the treatment of diabetes The ß-cells of islets of Langerhans secrete insulin to reduce hyperglycemia. The number of pancreatic islet ß-cells and their capacity to secrete insulin is modulated in normal physiological conditions to respond to the metabolic demand of the organism. A failure of the endocrine pancreas to maintain an adequate insulin secretory capacity due to a reduced ß-cell number and function underlies the pathogenesis of both type 1 and type 2 diabetes. The molecular mechanisms controlling the glucose competence of mature ß-cells, i.e., the magnitude of their insulin secretion response to glucose, ß-cell replication, their differentiation from precursor cells and protection against apoptosis are poorly understood. To investigate these mechanisms, we studied the effects on ß-cells of the gluco-incretin hormones, glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) and glucagon-like peptide-1 (GLP-1) which are secreted by intestinal endocrine cells after food intake. Besides acutely potentiating glucose-stimulated insulin secretion, these hormones induce ß-cell differentiation from precursor cells, stimulate mature ß-cell replication, and protect them against apoptosis. Therefore, understanding the molecular basis for gluco-incretin action may lead to the uncovering of novel ß-cell regulatory events with potential application for the treatment or prevention of diabetes. Islets from mice with inactivation of both GIP and GLP-1 receptor genes (dK0) present a defect in glucose-induced insulin secretion and are more sensitive than control islets to cytokine-induced apoptosis. To search for regulatory genes, that may control both glucose competence and protection against apoptosis, we performed comparative transcriptomic analysis of islets from control and dK0 mice. We found a strong down-regulation of the IGF1 Rexpression in dK0 islets. We demonstrated in both a mouse insulin-secreting cell line and primary islets, that GLP-1 stimulated IGF-1R expression and signaling. Importantly, GLP-1induced IGF-1R-dependent Akt phosphorylation required active secretion, indicating the presence of an autocrine activation mechanism. We further showed that activation of IGF-1R signaling was dependent on the secretion of IGF-2 and IGF-2 expression was regulated by nutrients. Finally, we demonstrated that the IGF-Z/IGF-1R autocrine loop was required for GLP-1 i) to protect ß-cells against cytokine-induced apoptosis, ii) to enhance their glucose competence and iii) to increase ß-cell proliferation. Résumé : Contrôle de la masse des cellules ß pancréatiques et de leur fonction par les hormones glucoincrétines: Identification de nouveaux mécanismes régulateurs pour le traitement du diabète Les cellules ß des îlots de Langerhans sécrètent l'insuline pour diminuer l'hyperglycémie. Le nombre de cellules ß et leur capacité à sécréter l'insuline sont modulés dans les conditions physiologiques normales pour répondre à la demande métabolique de l'organisme. Un échec du pancréas endocrine à maintenir sa capacité sécrétoire d'insuline dû à une diminution du nombre et de la fonction des cellules ß conduit au diabète de type 1 et de type 2. Les mécanismes moléculaires contrôlant la compétence au glucose des cellules ß matures, tels que, l'augmentation de la sécrétion d'insuline en réponse au glucose, la réplication des cellules ß, leur différentiation à partir de cellules précurseurs et la protection contre l'apoptose sont encore peu connus. Afin d'examiner ces mécanismes, nous avons étudié les effets sur les cellules ß des hormones gluco-incrétines, glucose-dépendent insulinotropic polypeptide (G1P) et glucagon-like peptide-1 (GLP-1) qui sont sécrétées par les cellules endocrines de l'intestin après la prise alimentaire. En plus de potentialiser la sécrétion d'insuline induite par le glucose, ces hormones induisent la différentiation de cellules ß à partir de cellules précurseurs, stimulent leur prolifération et les protègent contre l'apoptose. Par conséquent, comprendre les mécanismes d'action des gluco-incrétines permettrait de découvrir de nouveaux processus régulant les cellules ß avec d'éventuelles applications dans le traitement ou la prévention du diabète. Les îlots de souris ayant une double inactivation des gènes pour les récepteurs du GIP et du GLP-1 (dK0) présentent un défaut de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose et une sensibilité accrue à l'apoptose induite par les cytokines. Afin de déterminer les gènes régulés, qui pourraient contrôler à la fois la compétence au glucose et la protection contre l'apoptose, nous avons effectué une analyse comparative transcriptomique sur des îlots de souris contrôles et dKO. Nous avons constaté une forte diminution de l'expression d'IGF-1R dans les îlots dKO. Nous avons démontré, à la fois dans une lignée cellulaire murine sécrétant l'insuline et dans îlots primaires, que le GLP-1 stimulait l'expression d'IGF-1R et sa voie de signalisation. Par ailleurs, la phosphorylation d'Akt dépendante d'IGF1-R induite parle GLP-1 nécessite une sécrétion active, indiquant la présence d'un mécanisme d'activation autocrine. Nous avons ensuite montré que l'activation de la voie de signalisation d'IGF-1R était dépendante de la sécrétion d'IGF-2, dont l'expression est régulée par les nutriments. Finalement, nous avons démontré que la boucle autocrine IGF-2/IGF-1R est nécessaire pour le GLP-1 i) pour protéger les cellules ß contre l'apoptose induite par les cytokines, ii) pour améliorer la compétence au glucose et iii) pour augmenter la prolifération des cellules ß. Résumé tout public : Contrôle de la masse des cellules ß pancréatiques et de leur fonction par les hormones gluco-incrétines: Identification de nouveaux mécanismes régulateurs pour le traitement du diabète Chez les mammifères, la concentration de glucose sanguine (glycémie) est régulée et maintenue à une valeur relativement constante d'environ 5 mM. Cette régulation est principalement contrôlée par 2 hormones produites par les îlots pancréatiques de Langerhans: l'insuline sécrétée par les cellules ß et le glucagon sécrété par les cellules a. A la suite d'un repas, l'augmentation de la glycémie entraîne la sécrétion d'insuline ce qui permet le stockage du glucose dans le foie, les muscles et le tissu adipeux afin de diminuer le taux de glucose circulant. Lors d'un jeûne, la diminution de la glycémie permet la sécrétion de glucagon favorisant alors la production de glucose par le foie, normalisant ainsi la glycémie. Le nombre de cellules ß et leur capacité sécrétoire s'adaptent aux variations de la demande métabolique pour assurer une normoglycémie. Une destruction complète ou partielle des cellules ß conduit respectivement au diabète de type 1 et de type 2. Bien que l'augmentation de la glycémie soit le facteur stimulant de la sécrétion d'insuline, des hormones gluco-incrétines, principalement le GLP-1 (glucagon-like peptide-1) et le GIP (glucose-dependent insulinotropic polypeptide) sont libérées par l'intestin en réponse aux nutriments (glucose, acides gras) et agissent au niveau des cellules ß, potentialisant la sécrétion d'insuline induite par le glucose, stimulant leur prolifération, induisant la différentiation de cellules précurseurs en cellules ß matures et les protègent contre la mort cellulaire (apoptose). Afin d'étudier plus en détail ces mécanismes, nous avons généré des souris déficientes pour les récepteurs du GIP et du GLP-l. Les îlots pancréatiques de ces souris présentent un défaut de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose et une sensibilité accrue à l'apoptose par rapport aux îlots de souris contrôles. Nous avons donc cherché les gènes régulés pas ces hormones contrôlant la sécrétion d'insuline et la protection contre l'apoptose. Nous avons constaté une forte diminution de l'expression du récepteur à l'IGF-1 (IGF-1R) dans les îlots de souris déficientes pour les récepteurs des gluco-incrétines. Nous avons démontré dans un model de cellules ß en culture et d'îlots que le GLP-1 augmentait l'expression d'IGF-1R et la sécrétion de son ligand (IGF-2) permettant l'activation de la voie de signalisation. Finalement, nous avons montré que l'activation de la boucle IGF-2/IGF-1R induite par le GLP-1 était nécessaire pour la protection contre l'apoptose, l'augmentation de la sécrétion et la prolifération des cellules ß.

Modulation of TCR avidity of primary HIV-1-specific CD8 T-cell responses by early and potent antiviral therapy responses

Background: CD8 T-cells play a critical role in antiviral immunity. However, mechanisms of virus control and immune correlates of protection are still not fully understood. Among other factors, TCR avidity (antigen sensitivity) is thought to play a critical role. Whereas there is a large consensus that high TCR avidity T-cell responses are correlated to higher efficacy against cancer and acute viral infections, it may be not the case in chronic persistent viral infections. Methods: TCR avidity (measured by the effect concentration 50% [EC50]) of HIV-1-specific CD8 T-cell responses directed against optimal epitopes was investigated in different cohorts of HIV-1- infected subjects (n¼114) including early acute and chronic (progressive and non-progressive) HIV-1-infection. Overall, TCR avidity was investigated in 245 HIV-1-specific CD8 T-cell responses. The relationships between TCR avidity, T-cell differentiation and functional profile including cytokine secretion, proliferation and cytotoxic potential (determined by polychromatic flow cytometry) were analyzed. Results: HIV-1-specific CD8 T-cell responses from patients with acute infection had significantly lower TCR avidity as compared to patients with chronic (progressive or non-progressive) HIVinfection (P¼0.03 and 0.003, respectively). These differences remained significant when the analyses were restricted to common epitopes (same epitopes restricted by the same class I HLA). Interestingly, some patients treated during acute infection underwent spontaneous treatment interruption. Re-exposure to high viral load induced two major effects: a) the increase in TCR avidity of pre-existing high avidity (EC50<0.01) T-cell responses (P<0.02) and b) the generation of new T-cell responses with higher TCR avidity as compared to the average pre-existing T-cell responses. Conclusion: These results suggest that high TCR avidity T-cell responses are selected during the course of HIV-1 infection and that one of the potential driving mechanisms is continuous exposure to HIV-1 antigens. These results advance our understanding of the relationship between TCR avidity and Ag exposure of antiviral memory CD8 T-cells.

A Multi-Center Phase II Study (SAKK 36/06) of Single Agent Everolimus (RAD001) In Patients with Relapsed or Refractory Mantle Cell Lymphoma

Introduction: Mantle cell lymphoma (MCL) accounts for 6% of all B-cell lymphomas and remains incurable for most patients. Those who relapse after first line therapy or hematopoietic stem cell transplantation have a dismal prognosis with short response duration after salvage therapy. On a molecular level, MCL is characterised by the translocation t[11;14] leading to Cyclin D1 overexpression. Cyclin D1 is downstream of the mammalian target of rapamycin (mTOR) kinase and can be effectively blocked by mTOR inhibitors such as temsirolimus. We set out to define the single agent activity of the orally available mTOR inhibitor everolimus (RAD001) in a prospective, multi-centre trial in patients with relapsed or refractory MCL (NCT00516412). The study was performed in collaboration with the EU-MCL network. Methods: Eligible patients with histologically/cytologically confirmed relapsed (not more than 3 prior lines of systemic treatment) or refractory MCL received everolimus 10 mg orally daily on day 1 - 28 of each cycle (4 weeks) for 6 cycles or until disease progression. The primary endpoint was the best objective response with adverse reactions, time to progression (TTP), time to treatment failure, response duration and molecular response as secondary endpoints. A response rate of 10% was considered uninteresting and, conversely, promising if 30%. The required sample size was 35 pts using the Simon's optimal two-stage design with 90% power and 5% significance. Results: A total of 36 patients with 35 evaluable patients from 19 centers were enrolled between August 2007 and January 2010. The median age was 69.4 years (range 40.1 to 84.9 years), with 22 males and 13 females. Thirty patients presented with relapsed and 5 with refractory MCL with a median of two prior therapies. Treatment was generally well tolerated with anemia (11%), thrombocytopenia (11%), neutropenia (8%), diarrhea (3%) and fatigue (3%) being the most frequent complications of CTC grade III or higher. Eighteen patients received 6 or more cycles of everolimus treatment. The objective response rate was 20% (95% CI: 8-37%) with 2 CR, 5 PR, 17 SD, and 11 PD. At a median follow-up of 6 months, TTP was 5.45 months (95% CI: 2.8-8.2 months) for the entire population and 10.6 months for the 18 patients receiving 6 or more cycles of treatment. Conclusion: This study demonstrates that single agent everolimus 10 mg once daily orally is well tolerated. The null hypothesis of inactivity could be rejected indicating a moderate anti-lymphoma activity in relapsed/refractory MCL. Further studies of either everolimus in combination with chemotherapy or as single agent for maintenance treatment are warranted in MCL.

Combining MAR elements and transposable vectors for more reliable transgene integration and expression

Integration without cytotoxic effects and long-term expression of a transgene constitutes a major challenge in gene therapy and biotechnology applications. In this context, transposons represent an attractive system for gene transfer because of their ability to promote efficient integration of a transgene in a variety of cell lines. However, the transgene integration can lead to insertional mutagenesis and/or unstable transgene expression by epigenetic modifications. These unwanted events may be limited by the use of chromatin control elements called MARs (matrix attachment regions). Indeed, the insertion of these DNA elements next to the transgene usually results in higher and more stable expression by maintaining transgene chromatin in an active configuration and preventing gene silencing. In this study, we tested if the inclusion of the MAR 1-68 in the piggyBac transposon system may lead to efficient and safer transgene integration and ensure reliable stable and long-term expression of a transgene. The MAR-containing transposon construct was tested in CHO cells, for biotechnology applications, and in mesoangioblast cells that can differentiate into muscle cells and are important candidates for potential stem cell therapies of myopathies. We showed that the addition of the MAR 1 -68 in the piggyBac transposon did not interfere with transposition, thereby maintaining high frequency of transgene integrations in these cells. Moreover, the MAR allowed higher transgene expression from fewer transposon integration events. We also found that enriched transgene-expressing cell populations could be obtained without the need of selection pressure. Since antibiotic-enforced selection protocols often result in a higher integrated copy number and mosaic expression patterns, this strategy could benefit many applications in which a low copy number of integrated transgenes and antibiotic-free conditions are desired. In addition, the intramuscular transplantation of mouse tibialis anterior muscles with mesoangioblasts containing the transposon led to widespread and sustained myofiber transgene expression after differentiation of these cells in vivo. These findings indicated that piggyBac vectors may provide a viable approach to achieve stable gene transfer in the context of Duchenne muscular dystrophy therapy. - L'intégration sans effets cytotoxiques et l'expression à long terme d'un transgène constituent un défi majeur en thérapie génique et en biotechnologie. Dans ce contexte, les transposons représentent un système attrayant pour le transfert de gènes en raison de leur capacité à promouvoir l'intégration efficace d'un transgène dans une variété de lignées cellulaires. Toutefois, l'intégration d'un transgène peut conduire à une mutagénèse insertionnelle et/ou à une expression instable due au silençage du transgène suite à des modifications épigénétiques. Ces événements indésirables de silençage génique peuvent être diminués par l'utilisation d'éléments de contrôle de la chromatine appelés MAR (matrix attachment region). En effet, l'insertion de ces éléments d'ADN à proximité du transgène se traduit généralement par une expression plus élevée et plus stable de celui-ci, en permettant le maintien d'une chromatine dans une configuration active autour du transgène et en empêchant l'inactivation du gène. Dans cette étude, nous avons testé si l'inclusion du MAR 1-68 dans le système transposon piggyBac peut améliorer l'efficacité d'intégration de façon sécuritaire et l'expression à long terme d'un transgène. Le transposon contenant l'élément MAR a été testé dans les cellules CHO, couramment utilisées en biotechnologie, et dans des cellules progénitrices appelées mésoangioblastes, qui peuvent se différencier en cellules musculaires, et qui constituent ainsi des candidats prometteurs pour la thérapie à partir de cellules souches de patients souffrant de myopathie. Nous avons montré que l'addition du MAR 1-68 dans le transposon piggyBac n'interfère pas avec la transposition et permet de maintenir une fréquence élevée d'intégration du transgène dans ces deux types cellulaires. De plus, il semble que cette association mène à une meilleure expression du transgène à partir de peu d'événements d'intégration du transposon. En outre, ces populations enrichies en cellules exprimant de façon stable le transgène ont pu être obtenues sans avoir recours à une pression de sélection. Etant donné que les protocoles de sélection basée sur l'utilisation d'antibiotiques conduisent souvent à un nombre plus élevé de copies intégrées et à la variégation de l'expression du transgène et qu'ils impliquent une longue culture in vitro, cette stratégie pourrait profiter à des applications pour lesquelles on souhaite un faible nombre de copies intégrées et/ou l'utilisation d'antibiotiques n'est pas souhaitable. De plus, la transplantation intramusculaire de mésoangioblastes contenant le transposon dans le muscle tibial antérieur de souris a conduit, après la différentiation de ces cellules in vivo, à une expression constante et étendue du transgène dans les myofibres. Ces résultats indiquent que les vecteurs piggyBac pourraient fournir une approche viable pour assurer un transfert de gènes stables dans le contexte d'un traitement de la dystrophic musculaire de Duchenne.

An exquisite cross-control mechanism among endothelial cell fate regulators directs the plasticity and heterogeneity of lymphatic endothelial cells.

Arteriovenous-lymphatic endothelial cell fates are specified by the master regulators, namely, Notch, COUP-TFII, and Prox1. Whereas Notch is expressed in the arteries and COUP-TFII in the veins, the lymphatics express all 3 cell fate regulators. Previous studies show that lymphatic endothelial cell (LEC) fate is highly plastic and reversible, raising a new concept that all 3 endothelial cell fates may co-reside in LECs and a subtle alteration can result in a reprogramming of LEC fate. We provide a molecular basis verifying this concept by identifying a cross-control mechanism among these cell fate regulators. We found that Notch signal down-regulates Prox1 and COUP-TFII through Hey1 and Hey2 and that activated Notch receptor suppresses the lymphatic phenotypes and induces the arterial cell fate. On the contrary, Prox1 and COUP-TFII attenuate vascular endothelial growth factor signaling, known to induce Notch, by repressing vascular endothelial growth factor receptor-2 and neuropilin-1. We show that previously reported podoplanin-based LEC heterogeneity is associated with differential expression of Notch1 in human cutaneous lymphatics. We propose that the expression of the 3 cell fate regulators is controlled by an exquisite feedback mechanism working in LECs and that LEC fate is a consequence of the Prox1-directed lymphatic equilibrium among the cell fate regulators.

Prox1 interacts with Atoh1 and Gfi1, and regulates cellular differentiation in the inner ear sensory epithelia.

Inner ear hair cells and supporting cells arise from common precursors and, in mammals, do not show phenotypic conversion. Here, we studied the role of the homeodomain transcription factor Prox1 in the inner ear sensory epithelia. Adenoviral-mediated Prox1 transduction into hair cells in explant cultures led to strong repression of Atoh1 and Gfi1, two transcription factors critical for hair cell differentiation and survival. Luciferase assays showed that Prox1 can repress transcriptional activity of Gfi1 independently of Atoh1. Prox1 transduction into cochlear outer hair cells resulted in degeneration of these cells, consistent with the known phenotype of Gfi1-deficient mice. These results together with the widespread expression of endogenous Prox1 within the population of inner ear supporting cells point to the role for Prox1 in antagonizing the hair cell phenotype in these non-sensory cells. Further, in vivo analyses of hair cells from Gfi1-deficient mice suggest that the cyclin-dependent kinase inhibitor p57(Kip2) mediates the differentiation- and survival-promoting functions of Gfi1. These data reveal novel gene interactions and show that these interactions regulate cellular differentiation within the inner ear sensory epithelia. The data point to the tight regulation of phenotypic characteristics of hair cells and supporting cells.

Lymphodepletion by short-term chemotherapy does not alter the highly stable and persistent EBV specific CD8 T cell repertoire

Protective T cell responses againstpersistent viruses like Epstein-Barrvirus in healthy individuals are characterizedby a remarkable stability ofthe T cell receptor (TCR) clonotypicrepertoire, with highly preservedclonotype selection and persistenceover time. Here, we extended recentwork to the study of EBV-specificCD8 T cell responses in melanomapatients treated by short-term chemotherapyfor transient lymphodepletion,followed by adoptive cell transfer(ACT) and immune reconstitutionfor cancer therapy. After this treatment,we observed increased proportionsof virus-specific T cells in 3/5patients, accompanied by a more differentiatedphenotype (EMRA/CD28neg), compared to specific cells ofhealthy individuals. Yet, similarly tohealthy donors, clonotype selectionand composition of virus-specific Tcells varied along the pathway of celldifferentiation, with some clonotypesthat were selected with late differentiation,while others were not. Aftertreatment, we did not observe noveldominant clonotypes, likely related toabsence of EBV reactivation measuredas viral load levels by quantitativePCR in PBMCs and antibody levelsin plasma samples. Furthermore,public TCR BV signatures were frequentlyfound within T cell clonotypesthat dominated the repertoiresof patients, in line with those observedin healthy individuals. Ourfindings indicate that even in situationswhere the immune system isstrongly challenged such as followinglymphodepletion and homeostatic repopulation,cytotoxic T cells specificfor EBV remain strikingly stable interms of clonotype selection and com-position along T cell differentiation.We are currently characterizing theclonotype selection and gene expressionprofiles of single EBV-specificCD8 T lymphocytes sorted ex-vivo inone patient who underwent two cyclesof lymphodepletion with escaladingdoses of chemotherapy overone-year interval. Observations madefrom this setting will provide additionalinsight into the degree of stabilityof virus specific T cells, and changesin the expression levels of genesimportant for cytolytic function andlong-term survival of T cells. Thiswork is supported by the Swiss NationalCenter of Competence in Research(NCCR) Molecular Oncology,and the Swiss National Science Foundation.

Beta-catenin is dispensable for hematopoiesis and lymphopoiesis.

Beta-catenin-mediated Wnt signaling has been suggested to be critically involved in hematopoietic stem cell maintenance and development of T and B cells in the immune system. Unexpectedly, here we report that inducible Cre-loxP-mediated inactivation of the beta-catenin gene in bone marrow progenitors does not impair their ability to self-renew and reconstitute all hematopoietic lineages (myeloid, erythroid, and lymphoid), even in competitive mixed chimeras. In addition, both thymocyte survival and antigen-induced proliferation of peripheral T cells is beta-catenin independent. In contrast to earlier reports, these data exclude an essential role for beta-catenin during hematopoiesis and lymphopoiesis.

Long-term ex vivo expansion of human fetal liver primitive haematopoietic progenitor cells in stroma-free cultures

Successful expansion of haematopoietic cells in ex vivo cultures will have important applications in transplantation, gene therapy, immunotherapy and potentially also in the production of non-haematopoietic cell types. Haematopoietic stem cells (HSC), with their capacity to both self-renew and differentiate into all blood lineages, represent the ideal target for expansion protocols. However, human HSC are rare, poorly characterized phenotypically and genotypically, and difficult to test functionally. Defining optimal culture parameters for ex vivo expansion has been a major challenge. We devised a simple and reproducible stroma-free liquid culture system enabling long-term expansion of putative haematopoietic progenitors contained within frozen human fetal liver (FL) crude cell suspensions. Starting from a small number of total nucleated cells, a massive haematopoietic cell expansion, reaching > 1013-fold the input cell number after approximately 300 d of culture, was consistently achieved. Cells with a primitive phenotype were present throughout the culture and also underwent a continuous expansion. Moreover, the capacity for multilineage lymphomyeloid differentiation, as well as the recloning capacity of primitive myeloid progenitors, was maintained in culture. With its better proliferative potential as compared with adult sources, FL represents a promising alternative source of HSC and the culture system described here should be useful for clinical applications.

Derivation of human embryonic stem cells at the center for regenerative medicine in Barcelona

We report here the legislative issues related toembryo research and human embryonic stem cell (hESC)research in Spain and the derivation of nine hESC lines atthe Center of Regenerative Medicine in Barcelona. You canfind the information for obtaining our lines for researchpurposes at blc@cmrb.eu.

Expression and role of BORIS/CTCFL in human cancer stem cells

Le cancer est défini comme la croissance incontrôlée des cellules dans le corps. Il est responsable de 20 % des décès en Europe. Plusieurs expériences montrent que les tumeurs sont issues et se développent grâce à un petit nombre de cellules, que l'on appelle cellules souches cancéreuses (CSC). Ces CSC sont également responsables de l'apparition de métastases et de la résistance aux médicaments anticancéreux. De ce fait, l'identification des gènes qui contribuent aux propriétés de ces CSC (comme la survie des tumeurs, les métastases et la résistance aux médicaments) est nécessaire pour mieux comprendre la biologie des cancers et d'améliorer la qualité des soins des patients avec un cancer. A ce jour, de nombreux marqueurs ont été proposés ainsi que de nouvelles thérapies ciblées contre les CSC. Toutefois, et malgré les énormes efforts de la recherche dans ce domaine, la quasi-totalité des marqueurs de CSC connus à ce jour sont aussi exprimés dans les cellules saines. Ce projet de recherche visait à trouver un nouveau candidat spécifique des CSC. Le gène BORIS (pour Brother of Regulator of Imprinted Sites), nommé aussi CTCFL (CTCF-like), semble avoir certaines caractéristiques de CSC et pourrait donc devenir une cible prometteuse pour le traitement du cancer. BORIS/CTCFL est une protéine nucléaire qui se lie à l'ADN, qui est exprimée dans les tissus normaux uniquement dans les cellules germinales et qui est réactivée dans un grand nombre de tumeurs. BORIS est impliqué dans la reprogrammation épigénétique au cours du développement et dans la tumorigenèse. En outre, des études récentes ont montré une association entre l'expression de BORIS et un mauvais pronostic chez des patients atteints de différents types de cancers. Nous avons développé une nouvelle technologie basée sur les Molecular Beacon pour cibler l'ARNm de BORIS et cela dans les cellules vivantes. Grâce à ce système expérimental, nous avons montré que seule une toute petite sous-population (0,02 à 5%) de cellules tumorales exprimait fortement BORIS. Les cellules exprimant BORIS ont pu être isolées et elles présentaient les caractéristiques de CSC, telles qu'une forte expression de hTERT et des gènes spécifiques des cellules souches (NANOG, SOX2 et OCT4). En outre, une expression élevée de BORIS a été mise en évidence dans des populations enrichies en CSC ('side population' et sphères). Ces résultats suggèrent que BORIS pourrait devenir un nouveau et important marqueur de CSC. Dans des études fonctionnelles sur des cellules de cancer du côlon et du sein, nous avons montré que le blocage de l'expression de BORIS altère largement la capacité de ces cellules à former des sphères, démontrant ainsi un rôle essentiel de BORIS dans l'auto- renouvellement des tumeurs. Nos expériences montrent aussi que BORIS est un facteur important qui régule l'expression de gènes jouant un rôle clé dans le développement et la progression tumorale, tels le gène hTERT et ceux impliqués dans les cellules souches, les CSC et la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT). BORIS pourrait affecter la régulation de la transcription de ces gènes par des modifications épigénétiques et de manière différente en fonction du type cellulaire. En résumé, nos résultats fournissent la preuve que BORIS peut être classé comme un gène marqueur de cellules souches cancéreuse et révèlent un nouveau mécanisme dans lequel BORIS jouerait un rôle important dans la carcinogénèse. Cette étude ouvre de nouvelles voies pour mieux comprendre la biologie de la progression tumorale et offre la possibilité de développement de nouvelles thérapies anti-tumorales et anti-CSC avec BORIS comme molécule cible. - Cancer is defined as the uncontrolled growth of cells in the body. It causes 20% of deaths in the European region. Current evidences suggest that tumors originate and are maintained thanks to a small subset of cells, named cancer stems cells (CSCs). These CSCs are also responsible for the appearance of metastasis and therapeutic resistance. Consequently, the identification of genes that contribute to the CSC properties (tumor survival, metastasis and therapeutic resistance) is necessary to better understand the biology of malignant diseases and to improve care management. To date, numerous markers have been proposed to use as new CSC- targeted therapies. Despite the enormous efforts in research, almost all of the known CSCs markers are also expressed in normal cells. This project aimed to find a new CSC-specific candidate. BORIS (Brother of Regulator of Imprinted Sites) or CTCFL (CTCF-like) is a DNA binding protein involves in epigenetic reprogramming in normal development and in tumorigenesis. Recent studies have shown an association of BORIS expression with a poor prognosis in different types of cancer patients. Therefore, BORIS seems to have the same characteristics of CSCs markers and it could be a promising target for cancer therapy. BORIS is normally expressed only in germinal cells and it is re-expressed in a wide variety of tumors. We developed a new molecular beacon-based technology to target BORIS mRNA expressing cells. Using this system, we showed that the BORIS expressing cells are only a small subpopulation (0.02-5%) of tumor cells. The isolated BORIS expressing cells exhibited the characteristics of CSCs, with high expression of hTERT and stem cell genes (NANOG, SOX2 and OCT4). Furthermore, high BORIS expression was observed in the CSC-enriched populations (side population and spheres). These results suggest that BORIS might be a novel and powerful CSCs marker. In functional studies, we observed that BORIS knockdown significantly impairs the capacity to form spheres in colon and breast cancer cells, thus demonstrating a critical role of BORIS in the self-renewal of tumors. The results showed in the functional analysis indicate that BORIS is an important factor that regulates the expression of key-target genes for tumor development and progression, such as hTERT, stem cells, CSCs markers and EMT (epithelial mesenchymal transition)-related marker genes. BORIS could affect the transcriptional regulation of these genes by epigenetic modification and in a cell type dependent manner. In summary, our results support the evidence that BORIS can be classified as a cancer stem cell marker gene and reveal a novel mechanism in which BORIS would play a critical role in tumorigenesis. This study opens new prospective to understand the biology of tumor development and provides opportunities for potential anti-tumor drugs.

IRF6 is a mediator of Notch pro-differentiation and tumour suppressive function in keratinocytes.

While the pro-differentiation and tumour suppressive functions of Notch signalling in keratinocytes are well established, the underlying mechanisms remain poorly understood. We report here that interferon regulatory factor 6 (IRF6), an IRF family member with an essential role in epidermal development, is induced in differentiation through a Notch-dependent mechanism and is a primary Notch target in keratinocytes and keratinocyte-derived SCC cells. Increased IRF6 expression contributes to the impact of Notch activation on growth/differentiation-related genes, while it is not required for induction of 'canonical' Notch targets like p21(WAF1/Cip1), Hes1 and Hey1. Down-modulation of IRF6 counteracts differentiation of primary human keratinocytes in vitro and in vivo, promoting ras-induced tumour formation. The clinical relevance of these findings is illustrated by the strikingly opposite pattern of expression of Notch1 and IRF6 versus epidermal growth factor receptor in a cohort of clinical SCCs, as a function of their grade of differentiation. Thus, IRF6 is a primary Notch target in keratinocytes, which contributes to the role of this pathway in differentiation and tumour suppression.

Cyclic AMP induces differentiation in vitro of human melanoma cells.

Treating human melanoma lines with dibutyryl adenosine 3':5'-cyclic monophosphate (dbc AMP) resulted in morphologic changes associated with the altered expression of cell surface antigens. After treatment, cells developed long cellular projections characteristic of mature melanocytes and showed the presence of an increased number of Stage II premelanosomes. In addition, induction of melanin synthesis, detected as brown perinuclear pigmentation, was observed. The AMP further drastically reduced the growth rate of the five melanoma cell lines that were tested. The influence of dbc AMP was completely reversible 3 days after the agent was removed from the culture medium. The antigenic phenotype of the melanoma lines was compared before and after dbc AMP treatment. This was done with four monoclonal antibodies directed against major histocompatibility complex (MHC) Class I and II antigens and 11 monoclonal antibodies defining eight different melanoma-associated antigenic systems. Treatment with dbc AMP reduced the expression of human leukocyte antigen (HLA)-ABC antigens and beta-2-microglobulin in five of five melanoma lines. In the two HLA-DR-positive cell lines dbc AMP reduced the expression of this antigen in one line and enhanced it in the other. No induction of HLA-DR or HLA-DC antigens was observed in the Class II negative cell lines. Furthermore, dbc-AMP modulated the expression of the majority of the melanoma antigenic systems tested. The expression of a 90-kilodalton (KD) antigen, which has been found to be upregulated by interferon-gamma, was markedly decreased in all the five cell lines. A similar decrease in the expression of the high molecular weight proteoglycan-associated antigen (220-240 KD) was observed. The reduced expression of Class I and II MHC antigens as well as the altered expression of the melanoma-associated antigens studied were shown to be reversible after dbc AMP was removed. Our results collectively show that the monoclonal antibody-defined melanoma-associated molecules are linked to differentiation. They could provide useful tools for monitoring the maturation of melanomas in vivo induced by chemical agents or natural components favoring differentiation.

The role of Bmi1 in CNS development and in retinal degeneration

SUMMARY : The present work addresses several aspects of cell cycle regulation, cell fate specification and cell death in the central nervous system (CNS), specifically the cortex and the retina. More precisely, we investigated the role of Bmi1, a polycomb family gene required for stem cell proliferation and self-renewal, in the development of the cerebral cortex, as well as in the genesis of the retina. These data, together with studies published during the last two decades concerning cell cycle re-activation in apoptotic neurons in the CNS, raised the question of a possible link between regulation of the cell cycle during development and during retinal degeneration. 1. The effects of Bmi1 loss in the cerebral cortex : Consistently with our and others' observations on failure of Bmi9-/- stem cells to proliferate and self-renew in vitro, the Bmi9-/- cerebral cortex presented slight defects in proliferation in stem/progenitor cells compartments in vivo. This was in accordance with the pattern of Bmi1 expression in the developing forebrain. The modest proliferation defects, compared to the drastic consequences of Bmi9 loss in vitro, suggest that cell-extrinsic mechanisms may partially compensate for Bmi1 deletion in vivo during cortical histogenesis. Nevertheless, we observed a decreased proliferating activity in neurogenic regions of the adult telencephalon, more precisely in the subventricular zone, showing that Bmi1 controls neural stem/progenitor proliferation during adulthood in vivo. Our data also highlight an increased production of astrocytes at birth, and a generalized gliosis in the adult Bmi9-/- brain. Importantly, glial progenitors and astrocytes retained the ability to proliferate in the absence of Bmi1. 2. The effects of Bmi1 loss in the retina : The pattern of expression of Bmi1 during development and in the adult retina suggests a role for Bmi1 in cell fate specification and differentiation rather than in proliferation. While the layering and the global structure of the retina appear normal in Bmi1 /adult mice, immunohistochemìcal analysis revealed defects in the three major classes of retinal interneurons, namely: horizontal, bipolar and amacrine cells. Electroretinogram recordings in Bmi9-/- mice are coherent with the defects observed at the histological level, with a reduced b-wave and low-profile oscillatory potentials. These results show that Bmi1 controls not only proliferation, but also cell type generation, as previously observed in the cerebellum. 3. Cell cycle events and related neuroprotective strategies in retinal degeneration : In several neurodegenerative disorders, neurons re-express cell cycle proteins such as cyclin dependent kinases (Cdks) prior to apoptosis. Here, we show for the first time that this is also the case during retinal degeneration. Rd1 mice carry a recessive defect (Pdeóbrd/rd) that causes retinal degeneration and serves as a model of retinitis pigmentosa. We found that photoreceptors express Cdk4 and Cdk2, and undergo DNA synthesis prior to cell death. To interfere with the reactivation of Cdk-related pathways, we deleted E2fs or Brni1, which normally allow cell cycle progression. While deleting E2f1 (downstream of Cdk4/6) in Rd1 mice provides only temporary protection, knocking out Bmi1 (upstream of Cdks) leads to an extensive neuroprotective effect, independent of p16ink4a or p19arf, two tumor suppressors regulated by Bmi1. Analysis of Cdks and the DNA repair-related protein Ligase IV showed that Bmi1 acts downstream of DNA repair events and upstream of Cdks in this neurodegenerative mechanism. Expression of Cdks during an acute model of retinal degeneration, light damage-induced photoreceptor death, points to a role for Bmi1 and cell cycle proteins in retinal degeneration. Considering the similarity with the cell cycle-related apoptotic pathway observed in other neurodegenerative diseases, Bmi1 is a possible general target to prevent or delay neuronal death. RESUME : Ce travail aborde plusieurs aspects de la régulation du cycle cellulaire, de la spécification du devenir des cellules et de la mort cellulaire dans le système nerveux centrale (SNC), plus particulièrement dans le cortex cérébral et dans la rétine. Nous nous sommes intéressés au gène Bmi1, appartenant à la famille polycomb et nécessaire à la prolifération et au renouvellement des cellules souches. Nous avons visé à disséquer son rôle dans le développement du cortex et de la rétine. Ces données, ainsi qu'une série de travaux publiés au cours des deux dernières décennies concernant la réactivation du cycle cellulaire dans les neurones en voie d'apoptose dans le SNC, nous ont ensuite poussé à chercher un lien entre la régulation du cycle cellulaire pendant le développement et au cours de la dégénérescence rétinienne. 1. Les effets de l'inactivation de Bmi1 dans le cortex cérébral : En accord avec l'incapacité des cellules souches neurales in vitro à proliférer et à se renouveler en absence de Bmi1, le cortex cérébral des souris Bmi1-/- présente de légers défauts de prolifération dans les compartiments contenant les cellules souches neurales. Ceci est en accord avec le profil d'expression de Bmi1 dans le télencéphale. Les conséquences de la délétion de Bmi1 sont toutefois nettement moins prononcées in vivo qu'in vitro ; cette différence suggère l'existence de mécanismes pouvant partiellement compenser l'absence de Bmi1 pendant la corticogenèse. Néanmoins, l'observation d'une réduction de la prolifération dans la zone sous-ventriculaire, la zone majeure de neurogenèse dans le télencéphale adulte, montre que Bmi1 contrôle la prolifération des cellules souche/progénitrices neurales chez la souris adulte. Nos résultats démontrent par ailleurs une augmentation de la production d'astrocytes à la naissance ainsi qu'une gliose généralisée à l'état adulte chez les souris Bmi1-/-. Les progéniteurs gliaux et les astrocytes conservent donc leur capacité à proliférer en absence de Bmi1. 2. Les effets de l'inactivation de Bmi1 dans la rétine : Le profil d'expression de Bmi1 pendant fe développement ainsi que dans la rétine adulte suggère un rôle de Bmi1 dans la spécification de certains types cellulaires et dans la différentiation plutôt que dans la prolifération. Alors que la structure et la lamination de la rétine semblent normales chez les souris Bmi1-/-, l'analyse par immunohistochimie amis en évidence des défauts au niveau des trois classes d'interneurones rétiniens (les cellules horizontales, bipolaires et amacrines). Les électrorétinogrammes des souris Bmi1-/- sont cohérents avec les défauts observés au niveau histologique et montrent une réduction de l'onde « b » et des potentiels oscillatoires. Ces résultats montrent que Bmi1 contrôle la génération de certaines sous-populations de neurones, comme démontré auparavant au niveau de cervelet. 3. Réactivation du cycle cellulaire et stratégies théraoeutiaues dans les dégénérescences rétiniennes : Dans plusieurs maladies neurodégénératives, les neurones ré-expriment des protéines du cycle cellulaire telles que les kinases cycline-dépendantes (Cdk) avant d'entrer en apoptose. Nous avons démontré que c'est aussi le cas dans les dégénérescences rétiniennes. Les souris Rd1 portent une mutation récessive (Pde6brd/rd) qui induit une dégénérescence de la rétine et sont utilisées comme modèle animal de rétinite pigmentaire. Nous avons observé que les photorécepteurs expriment Cdk4 et Cdk2, et entament une synthèse d'ADN avant de mourir par apoptose. Pour interférer avec la réactivation les mécanismes Cdk-dépendants, nous avons inactivé les gènes E2f et Bmi1, qui permettent normalement la progression du cycle cellulaire. Nous avons mis en évidence que la délétion de E2f1 (en aval de Cdk4/6) dans les souris Rd1 permet une protection transitoire des photorécepteurs. Toutefois, l'inactivation de Bmi1 (en amont des Cdk) est corrélée à une neuroprotection bien plus durable et ceci indépendamment de p16ink4a et p19arf, deux suppresseurs de tumeurs normalement régulés par Bmi1. L'analyse des Cdk et de la ligase IV (une protéine impliquée dans les mécanismes de réparation de l'ADN) a montré que Bmi1 agit en aval des événements de réparation de l'ADN et en amont des Cdk dans la cascade apoptotique dans les photorécepteurs des souris Rd1. Nous avons également observé la présence de Cdk dans un modèle aigu de dégénérescence rétinienne induit par une exposition des animaux à des niveaux toxiques de lumière. Nos résultats suggèrent donc un rôle général de Bmi1 et des protéines du cycle cellulaire dans les dégénérescences de la rétine. Si l'on considère la similarité avec les événements de réactivation du cycle cellulaire observés dans d'autres maladies neurodégénératives, Bmi1 pourrait être une cible thérapeutique générale pour prévenir la mort neuronale.

A limited role for beta-selection during gamma delta T cell development.

T cells belong to two distinct lineages expressing either alpha beta or gamma delta TCR. During alpha beta T cell development, it is clearly established that productive rearrangement at the TCR beta locus in immature precursor cells leads to the expression of a pre-TCR complex. Signaling through the pre-TCR results in the selective proliferation and maturation of TCR beta+ cells, a process that is known as beta-selection. However, the potential role of beta-selection during gamma delta T cell development is controversial. Whereas PCR-RFLP and sequencing techniques have provided evidence for a bias toward in-frame VDJ beta rearrangements in gamma delta cells (consistent with beta-selection), gamma delta cells apparently develop normally in mice that are unable to assemble a pre-TCR complex due to a deficiency in TCR beta or pT alpha genes. In this report, we have directly addressed the physiologic significance of beta-selection during gamma delta cell development in normal mice by quantitating intracellular TCR beta protein in gamma delta cells and correlating its presence with cell cycle status. Our results indicate that beta-selection plays a significant (although limited) role in gamma delta cell development by selectively amplifying a minor subset of gamma delta precursor cells with productively rearranged TCR beta genes.