Global DNA hypomethylation coupled to repressive chromatin domain formation and gene silencing in breast cancer.

While genetic mutation is a hallmark of cancer, many cancers also acquire epigenetic alterations during tumorigenesis including aberrant DNA hypermethylation of tumor suppressors, as well as changes in chromatin modifications as caused by genetic mutations of the chromatin-modifying machinery. However, the extent of epigenetic alterations in cancer cells has not been fully characterized. Here, we describe complete methylome maps at single nucleotide resolution of a low-passage breast cancer cell line and primary human mammary epithelial cells. We find widespread DNA hypomethylation in the cancer cell, primarily at partially methylated domains (PMDs) in normal breast cells. Unexpectedly, genes within these regions are largely silenced in cancer cells. The loss of DNA methylation in these regions is accompanied by formation of repressive chromatin, with a significant fraction displaying allelic DNA methylation where one allele is DNA methylated while the other allele is occupied by histone modifications H3K9me3 or H3K27me3. Our results show a mutually exclusive relationship between DNA methylation and H3K9me3 or H3K27me3. These results suggest that global DNA hypomethylation in breast cancer is tightly linked to the formation of repressive chromatin domains and gene silencing, thus identifying a potential epigenetic pathway for gene regulation in cancer cells.

Suprachoroidal electrotransfer: a nonviral gene delivery method to transfect the choroid and the retina without detaching the retina.

Photoreceptors and retinal pigment epithelial cells (RPE) targeting remains challenging in ocular gene therapy. Viral gene transfer, the only method having reached clinical evaluation, still raises safety concerns when administered via subretinal injections. We have developed a novel transfection method in the adult rat, called suprachoroidal electrotransfer (ET), combining the administration of nonviral plasmid DNA into the suprachoroidal space with the application of an electrical field. Optimization of injection, electrical parameters and external electrodes geometry using a reporter plasmid, resulted in a large area of transfected tissues. Not only choroidal cells but also RPE, and potentially photoreceptors, were efficiently transduced for at least a month when using a cytomegalovirus (CMV) promoter. No ocular complications were recorded by angiographic, electroretinographic, and histological analyses, demonstrating that under selected conditions the procedure is devoid of side effects on the retina or the vasculature integrity. Moreover, a significant inhibition of laser induced-choroidal neovascularization (CNV) was achieved 15 days after transfection of a soluble vascular endothelial growth factor receptor-1 (sFlt-1)-encoding plasmid. This is the first nonviral gene transfer technique that is efficient for RPE targeting without inducing retinal detachment. This novel minimally invasive nonviral gene therapy method may open new prospects for human retinal therapies.

Transient suppression of Shigella flexneri type 3 secretion by a protective O-antigen-specific monoclonal IgA.

Mucosal immunity to the enteric pathogen Shigella flexneri is mediated by secretory IgA (S-IgA) antibodies directed against the O-antigen (O-Ag) side chain of lipopolysaccharide. While secretory antibodies against the O-Ag are known to prevent bacterial invasion of the intestinal epithelium, the mechanisms by which this occurs are not fully understood. In this study, we report that the binding of a murine monoclonal IgA (IgAC5) to the O-Ag of S. flexneri serotype 5a suppresses activity of the type 3 secretion (T3S) system, which is necessary for S. flexneri to gain entry into intestinal epithelial cells. IgAC5's effects on the T3S were rapid (5 to 15 min) and were coincident with a partial reduction in the bacterial membrane potential and a decrease in intracellular ATP levels. Activity of the T3S system returned to normal levels 45 to 90 min following antibody treatment, demonstrating that IgAC5's effects were transient. Nonetheless, these data suggest a model in which the association of IgA with the O-Ag of S. flexneri partially de-energizes the T3S system and temporarily renders the bacterium incapable of invading intestinal epithelial cells. IMPORTANCE: Secretory IgA (S-IgA) serves as the first line of defense against enteric infections. However, despite its well-recognized role in mucosal immunity, relatively little is known at the molecular level about how this class of antibody functions to prevent pathogenic bacteria from penetrating the epithelial barrier. It is generally assumed that S-IgA functions primarily by "immune exclusion," a phenomenon in which the antibody binds to microbial surface antigens and thereby promotes bacterial agglutination, entrapment in mucus, and physical clearance from the gastrointestinal tract via peristalsis. The results of the present study suggest that in addition to serving as a physical barrier, S-IgA may have a direct impact on the ability of microbial pathogens to secrete virulence factors required for invasion of intestinal epithelial cells.

Structure function relationships of ENaC and its role in sodium handling.

The epithelial sodium channel (ENaC) in the apical membrane of polarized epithelial cells is the rate-limiting step for Na entry into the cell; in series with the basolateral Na pump, it allows the vectorial transepithelial transport of Na ions. ENaC is expressed in different epithelia like the distal nephron or colon, and the airways epithelium. In the lung ENaC controls the composition and the amount of pulmonary fluid, whereas in the distal nephron ENaC under the control of aldosterone and vasopressin, is essential to adapt the amount of Na+ reabsorbed with the daily sodium intake. Activating mutations of ENaC cause severe disturbances of Na+ homeostasis leading to hypertension in human and in mouse models. Functional expression of ENaC in different cell systems allowed the identification of structural domains of the protein that are essential for channel function and/or modulation of channel activity. Site-directed mutations in specific domains of the channel protein lead to channel hyperactivity or channel loss of function. Knowledge about ENaC structure-function relationships opens new opportunities for development of pharmacological tools for controlling ENaC activity, such as channel activators of potential benefit in the treatment of pulmonary edema, or highly potent ENaC blockers with natriuretic effects.

Retroviral infection of neonatal Peyer's patch lymphocytes: the mouse mammary tumor virus model.

Mouse mammary tumor virus is known to infect newborn mice via mother's milk. A proposed key step for viral spread to the mammary gland is by the infection of lymphocytes. We show here that although in suckling mice retroviral proteins are found in all epithelial cells of the gut, viral DNA is exclusively detectable in the Peyer's patches. As early as 5 d after birth the infection leads to a superantigen response in the Peyer's patches but not in other lymphoid organs draining the intestine. Viral DNA can be detected before the superantigen response and becomes first evident in the Peyer's patches followed by mesenteric lymph nodes and finally all lymphoid organs.

Immunological mechanisms underlying infectious and chronic lung diseases

Le système respiratoire permet l'échange de gaz entre un organisme et son environnement. Pour fonctionner efficacement, il doit lutter contre les infections tout en maintenant une tolérance aux particules inoffensives. Les cytokines sont des petites protéines qui permettent la communication entre les différentes cellules et jouent un rôle important dans la régulation de l'homéostasie et de l'immunité des surfaces pulmonaires. Une production altérée des cytokines sous-tend beaucoup de maladies du système pulmonaire. Ainsi, la compréhension de la biologie fondamentale des cytokines pourrait contribuer à la mise au point de nouveaux traitements. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le rôle de deux cytokines, le TSLP (Thymic stromal lymphopoietin) et l'IL-17 (Interleukin 17) dans les réponses immunitaires bénéfiques et nuisibles en utilisant des modèles précliniques de souris des maladies pulmonaires. L'asthme est une maladie qui est caractérisée par la bronchoconstriction réversible, l'inflammation des voies respiratoires inférieures, l'hyperréactivité bronchique et le remodelage tissulaire. Le type d'inflammation affectant les voies respiratoires et la présence ou non d'allergie permettent d'établir les différents types d'asthme. La TSLP est une cytokine qui est principalement exprimée à des niveaux élevés dans les poumons de patients souffrant d'asthme allergique. En conséquence, la majeure partie de la recherche sur la TSLP a mis l'accent sur le rôle joué par celle- ci dans les réponses négatives conduisant au développement de l'asthme allergique. Dans cette thèse, nous montrons que la TSLP joue aussi un rôle bénéfique dans les réponses immunitaires pulmonaires. Nous avons découvert que la TSLP atténue la grippe en augmentant les réponses des lymphocytes T cytotoxiques contre le virus. Nous avons également étudié la fonction de la TSLP dans l'asthme non allergique. Contrairement à l'asthme allergique, nous avons constaté que la TSLP diminue les réponses inflammatoires dans l'asthme non allergique en réglant la production de l'IL-17, une cytokine qui favorise la maladie. Ainsi, nous démontrons les fonctions pleiotropes de la TSLP dans des contextes spécifiques de la maladie. Nos résultats ont des implications importantes pour le développement de thérapies ciblant la TSLP dans l'asthme. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié les mécanismes pathogéniques qui sous-tendent le développement de la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie chronique le plus largement associée aux fumeurs. Elle est caractérisée par une limitation progressive et irréversible du débit d'air et la destruction de la structure des poumons. L'augmentation globale de l'incidence de la maladie encourage grandement la compréhension des mécanismes pathogéniques et l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. Nous avons découvert que les micro-organismes trouvés dans les voies respiratoires aggravent la maladie en augmentant la production de l'IL-17. L'IL-17 est une cytokine inflammatoire qui est impliquée dans plusieurs maladies pulmonaires chroniques, dont la BPCO. Dans notre modèle animal de la maladie, nous avons neutralisé 1ÌL-17A en utilisant un anticorps spécifique et observé une reprise de la fonction pulmonaire. Dans cette étude, nous avons identifié 2 axes potentiels pour l'intervention thérapeutique contre la BPCO. Cibler les bactéries dans les voies respiratoires soit par l'utilisation d'antibiotiques ou l'utilisation de thérapies à base immunitaire qui antagonisent l'activité spécifiques de l'IL-17. Dans l'avenir, notre laboratoire va collaborer avec des cliniciens pour acquérir des échantillons humains et tester la pertinence de nos résultats dans la maladie humaine. -- L'interaction avec l'environnement extérieur est vitale pour le fonctionnement du système respiratoire. Par conséquent, ce dernier a adopté une multitude de réseaux effecteurs et régulateurs qui permettent de distinguer les particules inhalées comme «dangereuses» ou «inoffensives» et de réagir en conséquence. L'équilibre entre ces réseaux est essentielle pour lutter contre le «danger» déclenché par une infection ou des dommages, et finalement pour le retour à l'homéostasie. Le milieu de cytokine local contribue de manière significative à la mise au point de ces réponses. Ainsi, la caractérisation du rôle des cytokines dans l'état d'équilibre et la maladie a des implications claires pour les interventions thérapeutiques dans les maladies respiratoires aiguës et chroniques. Cette thèse a porté sur le rôle des cytokines, la lymphopoïétine stromale thymique (TSLP) et TIL-17A dans l'élaboration de réponses immunitaires pulmonaires. La TSLP est principalement produite par les cellules épithéliales et peut cibler une myriade de cellules immunitaires. Bien qu'elle ait été montrée être un puissant inducteur des réponses de type Th2, son rôle dans d'autres contextes inflammatoires est relativement inexploré. Dans le premier projet de cette thèse, nous avons découvert une nouvelle fonction de la TSLP dans l'immunité antivirale contre la grippe, une infection virale. Nous avons constaté que la TSLP a réglementé la réponse neutrophile au début de l'infection, en amplifiant l'immunité adaptative spécifique du virus. Mécaniquement, la TSLP a augmenté l'expression de l'IL-15 et du CD70 sur les cellules dendritiques recrutées dans les poumons suite à l'infection et a renforcé leur capacité de stimuler localement les lymphocytes T CD8+ spécifiques du virus. En outre, nous avons étudié la TSLP dans le cadre de divers phénotypes de l'asthme et également démontré l'impact pléiotropique qu'elle a sur les réponses immunitaires pulmonaires. En accord avec les rapports précédents, nous avons constaté que la TSLP a exacerbé l'inflammation atopique médiée par le Th2. En revanche la TSLP a réduit les réponses de l'IL-17A et l'inflammation neutrophile subséquente dans le modèle non atopique, ainsi que l'exacerbation du modèle atopique provoqué par une infection virale. Nos résultats démontrent une dichotomie dans le rôle de la TSLP dans la pathogenèse de l'asthme et soulignent la nécessité d'envisager plusieurs phénotypes d'asthme pour une évaluation approfondie de son potentiel thérapeutique dans cette maladie. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons caractérisé les mécanismes pathogènes qui sous-tendent la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie hétérogène définie par une diminution progressive de la fonction pulmonaire. Bien que des déclencheurs environnementaux puissent aggraver la maladie, chez les personnes sensibles une maladie établie peut progresser à travers un cercle inflammatoire auto-entretenu. Nous avons cherché à définir les mécanismes sous-jacents à l'aide d'un modèle murin d'inflammation chronique, qui reproduit les caractéristiques pathologiques de la maladie humaine. Puisqu'ont été associés à la BPCO sévère des changements dans le microbiome des voies respiratoires, nous avons supposé que les signaux dérivés de certains microbes pourraient favoriser des voies inflammatoires chroniques de progression de la maladie. Nous avons observé que, en l'absence d un microbiome, la maladie s'est améliorée tel que démontré par une réduction de l'inflammation des voies respiratoires et une amélioration de la fonction pulmonaire. Cela a été lié spécifiquement à une production réduite d'IL-17A, une cytokine qui a été impliquée dans la maladie humaine. De plus la cinétique de production de 1IL- 17A dépendant du microbiote est corrélé à la sévérité de la maladie. Sur la base de ces données, la neutralisation de l'IL-17A a également eu un effet bénéfique sur l'évolution de la maladie. Le rôle significatif de 1TL-17A dans l'aggravation de la maladie a été couplé à sa capacité à engager un dialogue entre les voies inflammatoires innées et adaptatives. Il a influencé le recrutement et le phénotype des neutrophiles et des macrophages, ce qui a eu un impact direct et indirect sur la formation et la fonction des tissus lymphoïdes tertiaires associée à des stades sévères de la maladie. -- The interaction with the external environment is vital for the functioning of the respiratory system. Consequently, it has adopted a multitude of effector and regulatory networks that enable it to distinguish inhaled particles as 'dangerous' or 'innocuous' and respond accordingly. The balance between these networks is crucial to counteract the 'danger' triggered by infection or damage, and ultimately return to homeostasis. The local cytokine milieu contributes significantly to the fine- tuning of these responses. Thus, characterizing the role of cytokines in steady state and disease has clear implications for therapeutic interventions in acute and chronic respiratory disorders. This thesis focused on the role of the cytokines, thymic stromal lymphopoietin (TSLP) and IL-17A in shaping pulmonary immune responses. TSLP is primarily produced by barrier epithelial cells and can target a myriad of immune cells. Although it has been shown to be potent inducer of Th2 type responses, its role in other inflammatory settings is relatively unexplored. In the first project of this thesis, we discovered a novel function of TSLP in antiviral immunity to Influenza A infection. We found that while TSLP regulated the early neutrophilic response to infection, it amplified virus specific adaptive immunity. Mechanistically, TSLP enhanced the expression of IL-15 and CD70 on the lung recruited inflammatory dendritic cells and strengthened their ability to stimulate virus specific CD8+ T cell responses locally. In addition we investigated TSLP in the context of diverse asthma phenotypes and further demonstrated the pleiotropic impact it has on pulmonary immune responses. In concurrence with previous reports we found that TSLP exacerbated Th2 mediated atopic inflammation. In contrast TSLP curtailed IL-17A responses and subsequent neutrophilic inflammation in the non-atopic model as well as virus induced exacerbation of the atopic model. Our findings demonstrate a dichotomy in the role of TSLP in asthma pathogenesis and emphasize the need to consider multiple asthma phenotypes for a thorough evaluation of its therapeutic potential in this disease. In the next part of this thesis we characterized the pathogenic mechanisms underlying chronic obstructive pulmonary disease. COPD is a heterogeneous disease defined by a progressive decline in lung function. Although environmental triggers exacerbate the disease, in susceptible individuals the established disease can progress through a self-sustained inflammatory circle. We sought to delineate the underlying mechanisms by using a murine model of chronic inflammation, which reproduced key pathological features of the human disease. As changes in the airway microbiome have been linked to severe COPD, we speculated that microbial derived signals could facilitate the establishment of chronic inflammatory pathways that favour disease progression. We found that the absence of a microbiota ameliorated disease, exhibited by a reduction in airway inflammation and an improvement in lung function. This was linked specifically to an impaired production of IL-17A, a cytokine that has been implicated in human disease. Moreover the kinetics of microbiota-dependent IL-17A production correlated with the disease severity. Based on these data targeted neutralization of IL-17A also had a beneficiai effect on the disease outcome. The prominent role played by IL-I7A in driving the disease was coupled to its ability in engaging and mediating cross talk between pathogenic innate and adaptive immune pathways. It influenced the recruitment and phenotype of neutrophils and macrophages, as well as impacted upon the formation and function of tertiary lymphoid tissue associated with severe disease. Thus, temporal and spatial changes in cytokine production, their cellular targets and interaction with the local milieu determine the balance between immunity and pathology in the lung. Collectively our findings provide novel mechanistic insights in the complex role played by cytokines in orchestrating pulmonary immune responses and have clear implications for human disease.

Potential role for peroxisome proliferator activated receptor (PPAR) in preventing colon cancer.

BACKGROUND: Peroxisome proliferator activated receptors (PPARs) are nuclear hormone receptors involved in genetic control of many cellular processes. PPAR and PPAR have been implicated in colonic malignancy. Here we provide three lines of evidence suggesting an inhibitory role for PPAR in colorectal cancer development. METHODS: Levels of PPAR mRNA and protein in human colorectal cancers were compared with matched non-malignant mucosa using RNAse protection and western blotting. APC(Min)/+ mice were randomised to receive the PPAR activator methylclofenapate 25 mg/kg or vehicle for up to 16 weeks, and small and large intestinal polyps were quantified by image analysis. The effect of methylclofenapate on serum stimulated mitogenesis (thymidine incorporation), linear cell growth, and annexin V and propidium iodide staining were assessed in human colonic epithelial cells. RESULTS: PPAR (mRNA and protein) expression levels were significantly depressed in colorectal cancer compared with matched non-malignant tissue. Methylclofenapate reduced polyp area in the small intestine from 18.7 mm(2) (median (interquartile range 11.1, 26.8)) to 9.90 (4.88, 13.21) mm(2) (p=0.003) and in the colon from 9.15 (6.31, 10.5) mm(2) to 3.71 (2.71, 5.99) mm(2) (p=0.009). Methylclofenapate significantly reduced thymidine incorporation and linear cell growth with no effect on annexin V or propidium iodide staining. CONCLUSIONS: PPAR may inhibit colorectal tumour progression, possibly via inhibition of proliferation, and may be an important therapeutic target.

Immunomarquage des collagènes I, III et IV, de la laminine et de la fibronectine dans la capsule cristallinienne humaine [Immunolabelling of collagen types I, III and IV, laminin and fibronectin in the human lens capsule].

PURPOSE: To localize collagen types I, III, and IV, laminin and fibronectin in the anterior human lens capsule. MATERIAL AND METHODS: Twenty-one anterior capsules were sampled by capsulorhexis during extracapsular cataract extraction (mean age 71.5). All capsules were labelled by an immunostaining specific for each antibodies. Immunostaining of four capsules was revealed with immunoperoxydase and seventeen using indirect immunofluorescence. RESULTS: Labelling of collagen types I and III was observed throughout the entire thickness of the capsule for each technique, the strongest labelling was found in the base of the epithelial cells with immunofluorescence. Collagen type IV was observed at the base of the epithelial cells whichever technique was used. Laminin could be detected in the inner layer of the capsule, using immunoperoxydase or immunofluorescence. No specific labelling was found for fibronectin using the two techniques. CONCLUSIONS: Different kinds of collagens have been found in capsules, more particularly the type III. The latter does not appear on other ocular basement membrane. Because of this uneven distribution in the capsule's thickness, each collagen might have a specific function.

In vivo nuclear translocation of mineralocorticoid and glucocorticoid receptors in rat kidney: differential effect of corticosteroids along the distal tubule.

Aldosterone and corticosterone bind to mineralocorticoid (MR) and glucocorticoid receptors (GR), which, upon ligand binding, are thought to translocate to the cell nucleus to act as transcription factors. Mineralocorticoid selectivity is achieved by the 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (11β-HSD2) that inactivates 11β-hydroxy glucocorticoids. High expression levels of 11β-HSD2 characterize the aldosterone-sensitive distal nephron (ASDN), which comprises the segment-specific cells of late distal convoluted tubule (DCT2), connecting tubule (CNT), and collecting duct (CD). We used MR- and GR-specific antibodies to study localization and regulation of MR and GR in kidneys of rats with altered plasma aldosterone and corticosterone levels. In control rats, MR and GR were found in cell nuclei of thick ascending limb (TAL), DCT, CNT, CD cells, and intercalated cells (IC). GR was also abundant in cell nuclei and the subapical compartment of proximal tubule (PT) cells. Dietary NaCl loading, which lowers plasma aldosterone, caused a selective removal of GR from cell nuclei of 11β-HSD2-positive ASDN. The nuclear localization of MR was unaffected. Adrenalectomy (ADX) resulted in removal of MR and GR from the cell nuclei of all epithelial cells. Aldosterone replacement rapidly relocated the receptors in the cell nuclei. In ASDN cells, low-dose corticosterone replacement caused nuclear localization of MR, but not of GR. The GR was redistributed to the nucleus only in PT, TAL, early DCT, and IC that express no or very little 11β-HSD2. In ASDN cells, nuclear GR localization was only achieved when corticosterone was replaced at high doses. Thus ligand-induced nuclear translocation of MR and GR are part of MR and GR regulation in the kidney and show remarkable segment- and cell type-specific characteristics. Differential regulation of MR and GR may alter the level of heterodimerization of the receptors and hence may contribute to the complexity of corticosteroid effects on ASDN function.

Evaluation of the integrity of human corneal epithelium maintained in organ-culture during eye banking using Corneamax®

Purpose: Mediums have been developed to conserve corneal endothelium in organ-culture during eye banking. CorneaMax® is used by 25% of Eye Bank in Europe. Only little is known about conservation of corneal epithelium with this medium during banking. Its preservation could be of interest in clinic to cure corneal disease with stem cells deficiency. Therefore, we wanted to examine the integrity of human corneal epithelium maintained in CorneaMax®. Methods: Human corneas, considered unsuitable for transplantation, were obtained from the Eye Bank in Lausanne. Average post-mortem time was 14 hours. Cornoscleral rings were maintained in organ-culture in Corneamax® at 32°C. Samples were formalin-fixed after period ranging from 0 (D0) to 35 days (D35, N=5 for each time points) and stained with H&E. Proliferation and apoptosis were evaluated by immunostaining with antibody against Ki67 and Caspase3 respectively. Results: Corneas, which were not in organ-cultured (D0), showed different morphology, including intact epithelium with 5 to 7 layers, but also completely denuded basement membrane. In two cases, at D0, the epithelium lost its adherence to the basal lamina of the cornea creating a large epithelial sheet. During the two first days, corneas and limbus area lost totally their epithelium, except for some remaining limbal basal cells. From day 2 to day 10, regeneration of the epithelium took place, starting from the limbal region in direction to the central cornea. From day 10 to day 35, corneal epithelium appeared as an atrophic epithelium, consisting of only two cell layers. Proliferation happened in the whole cornea during the 35 days of organ-culture, as shown by Ki67 positive cells. Apoptosis was rarely detected in the corneal epithelium. Conclusions: Corneas maintained in CorneaMax® showed a complete disappearance of the corneal epithelium during the two first days and a conservation of limbal basal cells in the limbal region. These remaining cells allowed a full regeneration of the tissue, leading to an atrophic epithelium, composed of only two cell layers. This atrophic epithelium could be seen in all the organ-cultured corneas during the 35 days of conservation. This study is a first step to develop medium in organ-culture in order to conserve corneal epithelial cells.

Role of amphiregulin in mammary gland development

Abstract Ovarian hormones are key regulators of postnatal mammary gland development and are linked to breast carcinogenesis. In particular, estrogens induce mammary epithelial cells to proliferate at the onset of puberty, leading to the elongation of the rudimental ductal tree into the fatty stromal tissue. Elucidating the molecular events underlying estrogen mitogenic activity in the mammary gland is of value in understanding how the deregulation of this signalling pathway can lead to breast tumorigenesis. Our lab has recently shown that estrogen induces mammary proliferation via epithelial estrogen receptor alpha (ERα) by a paracrine mechanism. Based on the finding that several EGF receptor (EGFR) ligands are able to substitute for estrogens and that amphiregulin (Areg), one of these ligands, is required during mammary development, we have hypothesized that Areg is a key mediator of estrogen induced paracrine signalling during ductal morphogenesis. Our analysis of the Areg -/- mice mammary phenotype reveals that epithelial Areg is required at the onset of puberty for epithelial proliferation, terminal end bud (TEB) formation and, subsequently, ductal elongation. Hormonal stimulation experiments show that among the EGFR ligands, only Arég is specifically controlled by estrogen at the transcriptional level, via ERα, in the mammary gland. Moreover, Areg is required for the estrogen-induced mammotrophic effects of epithelial proliferation and ductal elongation. We have shown that ectopic Areg expression in ERα -/- mammary epithelial cells is sufficient to induce ductal morphogenesis. Our transplantations experiment show that when Areg -/- cells are in the presence of wt cells they contribute to all aspects of ductal development, suggesting that this growth factor acts in a paracrine fashion. Moreover, this result shows that Areg -/- epithelial cells are not intrinsically impaired in proliferation. Our transplantation experiment carried out under physiological conditions confirmed previous reports showing that stromal EGFR is needed for ductal morphogenesis. This suggests that estrogen-driven Areg signalling involves an epithelium-stroma crosstalk. Thus, these data confirmed our hypothesis of Areg being an important estrogen mediator during ductal morphogenesis. Résumé Les hormones ovariennes, régulatrices clés du développement post-natal de la glande mammaire, sont également liées à la carcinogénèse du sein. En particulier, l'oestrogène induit la division des cellules épithéliales au début de la puberté. Cette prolifération amène à l'élongation du réseau canalaire rudimentaire et permet l'invasion du compartiment stromal. L'élucidation des mécanismes moléculaires responsables de l'activité mitogénique de l'oestrogène dans la glande mammaire est précieuse pour une meilleure compréhension du développement du cancer du sein. Notre laboratoire a récemment démontré que l'cestrogène induit la prolifération des cellules épithéliales par un signal paracrine, grâce au récepteur à l'oestrogène alpha (ERα). En se basant sur le fait que plusieurs ligands du récepteur à l'EGF (EGFR) sont capables de se substituer à l'cestrogène et d'induire la prolifération épithéliale et qu'amphiregulin (Areg), un de ces ligands, est essentielle au développement de la glande mammaire, nous avons émi l'hypothèse que Areg est un médiateur essentiel du signal paracrine induit par l'oestrogène pendant la croissance du système canalaire. Nos analyses phénotypiques des glandes mammaires issues de souris transgéniques Areg -/- démontrent que cette protéine est indispensable à la prolifération des cellules épithéliales mammaires au début de la puberté et à la formation des bourgeons terminaux qui conduisent à l'élongation des canaux. Nos expériences de stimulations hormonales démontrent que, parmi l'ensemble des ligands du EGFR, seule Areg est contrôlée au niveau transcriptionnel par l'cestrogène dans la glande mammaire, ceci via le récepteur ERα. De plus, Areg est essentielle pour le effets mammotrophique induit par l'cestrogène, à savoir la prolifération épithéliál et la croissance du système canalaire. Par ailleurs, l'expression ectopique d'Areg dans des cellules epithéliales mammaires de souris transgéniques ERα -/- est suffisante pour permettre la formation du réseau canalaire. En présence de cellules normales, les cellules dépourvues du gène d'Areg contribuent à la formation des canaux. Cette expérience suggère que ce facteur de croissance agit de manière paracrine. De plus, ce résultat montre que les cellules épithéliales Areg -/- conservent leur potentiel prolifératif. Nos expériences de transplantation, réalisées dans des conditions physiologiques, ont confirmé des précédentes études qui montraient que le récepteur stromal à l'EGF est nécessaire pour la morphogénèse du système canalaire. Ceci suggère que la voie de signalisation activée par l'oestrogène et dépendante d' implique une communication entre l'épithélium et le stroma. Ainsi, ces résultats valident notre hypothèse puisqu'ils confirment Areg en tant que médiateur majeur de l'oestrogène dans la morphogénèse du système canalaire.

From pathogen defence to food allergy; The multiple facets of the mucosal immune system

Résumé destiné à un large public Le système immunitaire associé aux muqueuses gastro-intestinales doit être capable de protéger notre organisme contre l'invasion de pathogènes. Parallèlement, il doit identifier en Cant que tels, des composés inoffensifs comme la nourriture ou les milliards de bactéries qui résident dans notre intestin. Le travail présenté ici aborde ces deux aspects essentiels au bon fonctionnement de notre muqueuse intestinale. Dans une première partie, la protéine nommée pièce sécrétoire a été étudiée pour ses propriétés protectrices contre le pathogène viral rotavirus. Le rôle de la pièce sécrétoire est de transporter les anticorps que nous produisons vers la surface des muqueuses. En dehors de cette fonction bien connue, il se peut que cette protéine soit également capable de protéger notre organisme contre certains virus. L'hypothèse de travail était donc que la pièce sécrétoire se lie directement au virus, l'empêchant ainsi d'infecter des cellules épithéliales de l'intestin. En utilisant différentes techniques biochimiques, cette hypothèse s'est révélée fausse car aucune interaction entre la pièce sécrétoire et le virus n'a pu être observée, et logiquement, aucune protection n'a pu prendre place. En revanche, la pièce sécrétoire se lie à d'autres structures pathogéniques et permet ainsi de neutraliser leurs effets néfastes. La pièce sécrétoire participe donc activement à la protection de nos muqueuses, en plus de son rôle de transporteur. La deuxième partie de ce travail avait pour sujet les réactions inappropriées que le système immunitaire induit parfois contre un aliment, ou, autrement dit, les allergies alimentaires. Un modèle d'allergie alimentaire à donc été développé chez la souris et a permis de mesurer plusieurs symptômes et facteurs liés à l'allergie. Puis, ce modèle a été utilisé afin de tester les effets bénéfiques d'une bactérie lactique, dite probiotique, sur le développement de l'allergie. Il a été observé que, sous certaines circonstances, l'administration de la bactérie lactique protégeait entièrement les souris contre les réactions allergiques. L'effet bénéfique dépend donc du probiotique mais également d'autres facteurs encore inconnus â ce jour. Cette étude ouvre la voie sur la compréhension des mécanismes liés aux allergies alimentaires et sur l'impact que peuvent avoir les bactéries probiotiques sur cette maladie. Résumé Le système immunitaire associé aux muqueuses intestinales doit être capable de différencier les antigènes inoffensifs tels que 1a nourriture ou les bactéries commensales des microorganismes potentiellement dangereux. Cet aspect est essentiel pour le maintien de l'homéostase intestinale et fait l'objet du travail présenté ici. Dans un premier projet, les propriétés protectrices de la protéine appelée pièce sécrétoire (SC) ont été étudiées. SC est une protéine connue pour le transport des immunoglobulines à la surface des muqueuses. Cette protéine est fortement glycosylée paz des sucres complexes, ce qui nous a mené à postuler que SC puisse interagir avec le pathogène rotavirus. Cette hypothèse était soutenue par le fait que ce virus adhère aux cellules épithéliales par des résidus glycosylés. Des analyses biochimiques et biologiques ont démontré qu'aucune interaction entre SC et le virus ne prenait place, et que par conséquent SC n'offrait aucune protection contre ce pathogène. En revanche, SC interagit avec d'autres structures pathogéniques, comme la toxine A de Clostridium difficile, et la molécule d'adhésion intimine de la bactérie entéropathogène Escherichia coli. La liaison se fait par l'intermédiaire des sucres et confère ainsi une protection contre ces pathogènes. Ainsi, SC a été identifié comme agent neutralisant au niveau de l'intestin. La deuxième partie de ce travail abordait le sujet des allergies alimentaires, et avait pour but de tester les effets bénéfiques potentiels d'une bactérie probiotique, Lactobacillus paracasei NCC2461, contre les réactions allergiques. Un modèle marin d'allergie alimentaire a été mis au point, permettant de mesurer des immunoglobulines E, des symptômes allergiques, et la dégranulation de mastocytes. Lorsque le probiotique a été administré aux souris, celles-ci ont été complètement protégées des réactions allergiques dans une première expérience. Cependant, cette protection n'a pas été reproduite et suggère que des facteurs environnementaux encore inconnus sont critiques pour que le probiotique agisse positivement. Ce travail a permis de mettre en évidence la complexité de l'approche des traitements liés aux probiotiques et ouvre la voie sur la compréhension des mécanismes liés à l'allergie. Abstract The mucosal immune system associated to the gastrointestinal mucosa must efficiently distinguish between innocuous antigens, such as food proteins and commensal bacteria and potentially infectious agents. The work presented here deals with these two essential aspects guaranteeing intestinal homeostasis. In the first part of this work, the protective properties of secretory component (SC) toward the pathogen rotavirus were investigated. SC, which allows the transport of polymeric immunoglobulins (Ig) to mucosal surfaces, is highly glycosylated with complex glycan structures. The abundance and the nature of these carbohydrates led us to speculate that SC might interact with rotavirus, which is known to bind target cells with glycan receptors. Using various biological and biochemical techniques, we demonstrated that SC did not interact with rotaviruses, nor protected epithelial cells from infection. However, SC was shown to bind to Clostridium difficile toxin A and to the enteropathogenic Echerischia coli adhesion molecule intimin in a glycan-dependent fashion. These interactions allow in vitro protection of epithelial cells using physiological concentrations of SC. These data identify SC as a microbial scavenger at mucosal surfaces, and in the context of secretory IgA, further enhance the neutralising properties of the complex. The second project was inscribed in the domain of food allergy and aimed to test the modulatory functions of a probiotic strain of Lactobacillus paracasei toward allergic reactions. A model of food-mediated allergy was developed in the mouse using mucosal sensitisation. Several parameters associated to allergy were quantified after allergen challenge, and included allergen-specific IgE, allergic signs like diarrhea and temperature drop, and degranulation of mast cells. Administration of the probiotic strain was shown to completely protect mice from allergic reactions. However, these data were not reproduced, suggesting that unknown environmental factors are required so that protection mediated by the probiotic strain occurs. This study paves the way to the understanding of the mechanisms associated to allergy, and highlights the tremendous complexity that probiotic treatments will have to face.

Control of hair cell excitability by vestibular primary sensory neurons.

In the rat utricle, synaptic contacts between hair cells and the nerve fibers arising from the vestibular primary neurons form during the first week after birth. During that period, the sodium-based excitability that characterizes neonate utricle sensory cells is switched off. To investigate whether the establishment of synaptic contacts was responsible for the modulation of the hair cell excitability, we used an organotypic culture of rat utricle in which the setting of synapses was prevented. Under this condition, the voltage-gated sodium current and the underlying action potentials persisted in a large proportion of nonafferented hair cells. We then studied whether impairment of nerve terminals in the utricle of adult rats may also affect hair cell excitability. We induced selective and transient damages of afferent terminals using glutamate excitotoxicity in vivo. The efficiency of the excitotoxic injury was attested by selective swellings of the terminals and underlying altered vestibular behavior. Under this condition, the sodium-based excitability transiently recovered in hair cells. These results indicate that the modulation of hair cell excitability depends on the state of the afferent terminals. In adult utricle hair cells, this property may be essential to set the conditions required for restoration of the sensory network after damage. This is achieved via re-expression of a biological process that occurs during synaptogenesis.