Régulation moléculaire de la barrière hémo-encéphalique

La Sclérose en plaques (SEP) est une maladie auto-immune inflammatoire démyélinisante du système nerveux central (SNC), lors de laquelle des cellules inflammatoires du sang périphérique infiltrent le SNC pour y causer des dommages cellulaires. Dans ces réactions neuroinflammatoires, les cellules immunitaires traversent le système vasculaire du SNC, la barrière hémo-encéphalique (BHE), pour avoir accès au SNC et s’y accumuler. La BHE est donc la première entité que rencontrent les cellules inflammatoires du sang lors de leur migration au cerveau. Ceci lui confère un potentiel thérapeutique important pour influencer l’infiltration de cellules du sang vers le cerveau, et ainsi limiter les réactions neuroinflammatoires. En effet, les interactions entre les cellules immunitaires et les parois vasculaires sont encore mal comprises, car elles sont nombreuses et complexes. Différents mécanismes pouvant influencer la perméabilité de la BHE aux cellules immunitaires ont été décrits, et représentent aujourd’hui des cibles potentielles pour le contrôle des réactions neuro-immunes. Cette thèse a pour objectif de décrire de nouveaux mécanismes moléculaires opérant au niveau de la BHE qui interviennent dans les réactions neuroinflammatoires et qui ont un potentiel thérapeutique pour influencer les interactions neuro-immunologiques. Ce travail de doctorat est séparé en trois sections. La première section décrit la caractérisation du rôle de l’angiotensine II dans la régulation de la perméabilité de la BHE. La seconde section identifie et caractérise la fonction d’une nouvelle molécule d’adhérence de la BHE, ALCAM, dans la transmigration de cellules inflammatoires du sang vers le SNC. La troisième section traite des propriétés sécrétoires de la BHE et du rôle de la chimiokine MCP-1 dans les interactions entre la BHE et les cellules souches. Dans un premier temps, nous démontrons l’importance de l’angiotensinogène (AGT) dans la régulation de la perméabilité de la BHE. L’AGT est sécrété par les astrocytes et métabolisé en angiotensine II pour pouvoir agir au niveau des CE de la BHE à travers le récepteur à l’angiotensine II, AT1 et AT2. Au niveau de la BHE, l’angiotensine II entraîne la phosphorylation et l’enrichissement de l’occludine au sein de radeaux lipidiques, un phénomène associé à l’augmentation de l’étanchéité de la BHE. De plus, dans les lésions de SEP, on retrouve une diminution de l’expression de l’AGT et de l’occludine. Ceci est relié à nos observations in vitro, qui démontrent que des cytokines pro-inflammatoires limitent la sécrétion de l’AGT. Cette étude élucide un nouveau mécanisme par lequel les astrocytes influencent et augmentent l’étanchéité de la BHE, et implique une dysfonction de ce mécanisme dans les lésions de la SEP où s’accumulent les cellules inflammatoires. Dans un deuxième temps, les techniques établies dans la première section ont été utilisées afin d’identifier les protéines de la BHE qui s’accumulent dans les radeaux lipidiques. En utilisant une technique de protéomique nous avons identifié ALCAM (Activated Leukocyte Cell Adhesion Molecule) comme une protéine membranaire exprimée par les CE de la BHE. ALCAM se comporte comme une molécule d’adhérence typique. En effet, ALCAM permet la liaison entre les cellules du sang et la paroi vasculaire, via des interactions homotypiques (ALCAM-ALCAM pour les monocytes) ou hétérotypiques (ALCAM-CD6 pour les lymphocytes). Les cytokines inflammatoires augmentent le niveau d’expression d’ALCAM par la BHE, ce qui permet un recrutement local de cellules inflammatoires. Enfin, l’inhibition des interactions ALCAM-ALCAM et ALCAM-CD6 limite la transmigration des cellules inflammatoires (monocytes et cellules T CD4+) à travers la BHE in vitro et in vivo dans un modèle murin de la SEP. Cette deuxième partie identifie ALCAM comme une cible potentielle pour influencer la transmigration de cellules inflammatoires vers le cerveau. Dans un troisième temps, nous avons pu démontrer l’importance des propriétés sécrétoires spécifiques à la BHE dans les interactions avec les cellules souches neurales (CSN). Les CSN représentent un potentiel thérapeutique unique pour les maladies du SNC dans lesquelles la régénération cellulaire est limitée, comme dans la SEP. Des facteurs qui limitent l’utilisation thérapeutique des CSN sont le mode d’administration et leur maturation en cellules neurales ou gliales. Bien que la route d’administration préférée pour les CSN soit la voie intrathécale, l’injection intraveineuse représente la voie d’administration la plus facile et la moins invasive. Dans ce contexte, il est important de comprendre les interactions possibles entre les cellules souches et la paroi vasculaire du SNC qui sera responsable de leur recrutement dans le parenchyme cérébral. En collaborant avec des chercheurs de la Belgique spécialisés en CSN, nos travaux nous ont permis de confirmer, in vitro, que les cellules souches neurales humaines migrent à travers les CE humaines de la BHE avant d’entamer leur différenciation en cellules du SNC. Suite à la migration à travers les cellules de la BHE les CSN se différencient spontanément en neurones, en astrocytes et en oligodendrocytes. Ces effets sont notés préférentiellement avec les cellules de la BHE par rapport aux CE non cérébrales. Ces propriétés spécifiques aux cellules de la BHE dépendent de la chimiokine MCP-1/CCL2 sécrétée par ces dernières. Ainsi, cette dernière partie suggère que la BHE n’est pas un obstacle à la migration de CSN vers le SNC. De plus, la chimiokine MCP-1 est identifiée comme un facteur sécrété par la BHE qui permet l’accumulation et la différentiation préférentielle de cellules souches neurales dans l’espace sous-endothélial. Ces trois études démontrent l’importance de la BHE dans la migration des cellules inflammatoires et des CSN vers le SNC et indiquent que de multiples mécanismes moléculaires contribuent au dérèglement de l’homéostasie du SNC dans les réactions neuro-immunes. En utilisant des modèles in vitro, in situ et in vivo, nous avons identifié trois nouveaux mécanismes qui permettent d’influencer les interactions entre les cellules du sang et la BHE. L’identification de ces mécanismes permet non seulement une meilleure compréhension de la pathophysiologie des réactions neuroinflammatoires du SNC et des maladies qui y sont associées, mais suggère également des cibles thérapeutiques potentielles pour influencer l’infiltration des cellules du sang vers le cerveau

Exploration du rôle du fragment LG3 sur les cellules souches mésenchymateuses dans le contexte du rejet vasculaire

La vasculopathie du greffon est une pathologie caractérisée par un rétrécissement progressif et oblitérant des vaisseaux sanguins menant à une ischémie et une perte de fonction du greffon. Le rétrécissement vasculaire est dû à une accumulation de matrice extracellulaire (MEC) et de cellules mononuclées positives pour l’actine musculaire lisse alpha (alphaSMA) dont les cellules souches mésenchymateuses, le tout formant une néointima oblitérante. Cette pathologie est la cause principale de la perte des greffons rénaux et cardiaques à long terme. Le rejet vasculaire aigu est un prédicteur de la vasculopathie du greffon. L’équipe du Dr Hébert a démontré que l’apoptose endothéliale, qui joue un rôle important dans le développement du rejet vasculaire, initie la libération de LG3, un fragment du protéoglycan perlécan. Les taux sanguins et urinaires de LG3 sont augmentés chez les receveurs d’allogreffe rénale avec rejet vasculaire et vasculopathie du greffon. Les résultats obtenus en laboratoire durant ma maîtrise ont permis de mieux caractériser l’impact du LG3 sur un type cellulaire important participant à la formation de néointima : les cellules souches mésenchymateuses. Mes travaux ont démontré que le LG3 induit à la fois la migration horizontale des MSC et la transmigration des MSC. Cette migration est dépendante de la voie de signalisation d’ERK1/2, précédemment identifiée comme voie centrale dans la formation de néointima. De plus, nos résultats démontrent que la kinase Src est activée en amont de l’activation de la voie MAPK. La migration horizontale et la transmigration induites par le LG3 sont aussi dépendantes des intégrines alpha2beta1, ainsi que l’activation de la voie MAPK. Dans un modèle de transplantation murin, nous avons également démontré que l’injection sérique de LG3 recombinant favorise l’accumulation de cellules positives pour alphaSMA dans la néointima. En outre, lorsque le receveur est déficient pour l’intégrine alpha2, mais que le greffon est sauvage, la formation de néointima induite par l’injection de LG3 est diminuée dans le greffon suggérant que les cellules du receveur jouent un rôle important dans la formation de la néointima. Enfin, nous avons démontré que l’injection de LG3 augmente aussi le nombre de cellules positives pour la forme phosphorylée d’ERK1/2 (p-ERK1/2) dans la néointima du greffon et que cette accumulation est dépendante de la présence des intégrines 2 1 chez les cellules du receveur.Lorsque le receveur est sauvage, il y a une augmentation du nombre de cellules positives pour p-ERK1/2. L’investigation de ces mécanismes dans le remodelage vasculaire expose de nouvelles opportunités pour inhiber la réponse cellulaire qui mène au remodelage inadapté lors d’un dommage vasculaire chronique et ainsi prolonger la survie du greffon.

Rôle des gènes HOX du paralogue 4 dans l'autorenouvellement des cellules souches et progéniteurs hématopoïétiques

La transplantation de cellules souches hématopoïétiques (CSH) est un traitement couramment utilisé pour traiter plusieurs types de maladies hématologiques telles que les leucémies. Par contre, une limite importante de ce type de traitement est la quantité restreinte de CSH disponibles pour la transplantation. Il importe donc de trouver des moyens pour expandre efficacement ces cellules ex vivo tout en préservant leurs propriétés. Le gène HOXB4 est présentement un candidat très prometteur pour atteindre cet objectif. Il a en effet été montré que HOXB4 est capable d’expandre les CSH in vivo et in vitro sans mener au développement de leucémie. Le gène HOXC4, qui appartient au même paralogue est aussi en mesure d’expandre les cellules hématopoïétiques primitives suggérant un rôle commun pour les gènes HOX du paralogue 4 dans l’autorenouvellement des CSH. Le gène HOXA4 est dix fois plus exprimé que le gène HOXB4 dans des CSH du foie fœtal au moment de leur principale expansion. De plus, les CSH mutantes pour Hoxa4, contrairement aux CSH mutantes pour Hoxb4, sont incapables de reconstituer un receveur irradié lorsqu’elles sont transplantées en condition de compétition. HOXA4 pourrait donc jouer un rôle plus important que les autres gènes du paralogue 4 pour l’expansion des CSH au niveau physiologique. Nous avons donc posé l’hypothèse que HOXA4 est capable d’expandre des CSH de façon plus importante que HOXB4. Les résultats obtenues dans le cadre de ce projet de recherche ont montré que la surexpression de HOXA4 était capable d’expandre les CSH et les progéniteurs hématopoïétiques primitifs dans le même ordre que ce qui est connu pour HOXB4. Des cultures et des essais de transplantation en situation de compétition ont confirmé la capacité égale des CSH surexprimant HOXA4 et HOXB4 de proliférer et de reconstituer les receveurs irradiés à long terme. Par contre, nous avons observé une meilleure reconstitution périphérique à court terme par les CSH HOXA4+ par rapport aux CSH HOXB4+, associée à une meilleure reconstitution lymphoïde. Nous avons aussi comparé les niveaux d’expression de gènes cibles potentiels dans des CSH surexprimant HOXA4 ou HOXB4 et observer que plusieurs gènes importants pour la fonction des CSH était régulé positivement suite à leur surexpression, notamment plusieurs gènes impliqués dans les voies de signalisation Notch et Wnt, tels que des récepteurs et ligands. Les gènes HOX du paralogue 4 pourraient donc réguler la communication entre les CSH et leur microenvironnement via ces voies de signalisation majeures et ainsi réguler leur autorenouvellement. La modulation de différents gènes codant pour des facteurs de transcription et des molécules impliquées dans la pluripotence suggère également que HOXA4 et HOXB4 utilisent des mécanismes intrinsèques et extrinsèques pour réguler leur potentiel d’autorenouvellement. Ces connaissances pourront ainsi être utilisées pour optimiser les protocoles d’expansion ex vivo des CSH dans un but thérapeutique.

Técnica in útero vs ex útero para recolección de sangre de cordón umbilical como fuente de células madres

La técnica de recolección es el primer paso para obtener una muestra de sangre de cordón umbilical de óptima calidad. Dicho proceso es esencial en los eventos que conducen al éxito del trasplante de células madre. Aunque no existe consenso internacional sobre el procedimiento de recolección, dos técnicas son las principales: la técnica in utero y la técnica ex utero. La técnica in utero aporta ventajas en cuanto al volumen sanguíneo y conteo celular. El parto por cesárea, si se realiza por razones obstétricas es benéfico para la recolección con técnica in utero. Es necesaria la realización de estudios que permitan mayor nivel de evidencia.

Rat neurosphere cells protect axotomized rat retinal ganglion cells and facilitate their regeneration

We investigated the ability of a population of rat neural stem and precursor cells derived from rat embryonic spinal cord to protect injured neurons in the rat central nervous system (CNS). The neonatal rat optic pathway was used as a model of CNS injury, whereby retinal ganglion cells (RGCs) were axotomized by lesion of the lateral geniculate nucleus one day after birth. Neural stem and precursor cells derived from expanded neurospheres (NS) were transplanted into the lesion site at the time of injury. Application of Fast Blue tracer dye to the lesion site demonstrated that significant numbers of RGCs survived at 4 and 8 weeks in animals that received a transplant, with an average of 28% survival, though in some individual cases survival was greater than 50%. No RGCs survived in animals that received a lesion alone. Furthermore, labeled RGCs were also observed when Fast Blue was applied to the superior colliculus (SC) at 4 weeks, suggesting that neurosphere cells also facilitated RGC to regenerate to their normal target. Transplanted cells did not migrate or express neural markers after transplantation, and secreted several neurotrophic factors in vitro. We conclude that NS cells can protect injured CNS neurons and promote their regeneration. These effects are not attributable to cell replacement, and may be mediated via secretion of neurotrophic factors. Thus, neuroprotection by stem cell populations may be a more viable approach for treatment of CNS disorders than cell replacement therapy.

Canonical Wnt signalling induces satellite-cell proliferation during adult skeletal muscle regeneration

Satellite cells represent the stem cell population of adult skeletal muscle. The molecular mechanisms that control the proliferation of satellite cells are not well understood. In this study, we show that in response to injury, myofibres activate Wnt ligand transcription and activate a reporter cell line that is sensitive to the canonical Wnt-signalling pathway. Activated satellite cells on isolated cultured myofibres show robust expression of activated-β-catenin (Act-β-Cat), a key downstream transcriptional coactivator of canonical Wnt signalling. We provide evidence that the Wnt family of secreted glycoproteins act on satellite cells in a ligand-specific manner. Overexpression of Wnt1, Wnt3a or Wnt5a protein causes a dramatic increase in satellite-cell proliferation. By contrast, exposure of satellite cells to Wnt4 or Wnt6 diminishes this process. Moreover, we show that the prolonged satellite-cell quiescence induced by inhibitory Wnt is reversible and exposing inhibited satellite cells to stimulatory Wnt signalling restores their proliferation rate. Stimulatory Wnt proteins induce premature satellite cell BrdU incorporation as well as nuclear translocation of Act-β-Cat. Finally, we provide evidence that the Act-β-Cat translocation observed in single fibres during in vitro culture also occurs in cases of acute and chronic skeletal muscle regeneration in rodents and humans. We propose that Wnt proteins may be key factors that regulate the rate of satellite-cell proliferation on adult muscle fibres during the wound-healing response.

The long-term safety and efficacy of bilateral transplantation of human fetal striatal tissue in patients with mild to moderate Huntington's disease.

Huntington's disease (HD) is a fatal autosomal dominant neurodegenerative disease involving progressive motor, cognitive and behavioural decline, leading to death approximately 20 years after motor onset. The disease is characterised pathologically by an early and progressive striatal neuronal cell loss and atrophy, which has provided the rationale for first clinical trials of neural repair using fetal striatal cell transplantation. Between 2000 and 2003, the 'NEST-UK' consortium carried out bilateral striatal transplants of human fetal striatal tissue in five HD patients. This paper describes the long-term follow up over a 3-10-year postoperative period of the patients, grafted and non-grafted, recruited to this cohort using the 'Core assessment program for intracerebral transplantations-HD' assessment protocol. No significant differences were found over time between the patients, grafted and non-grafted, on any subscore of the Unified Huntington's Disease Rating Scale, nor on the Mini Mental State Examination. There was a trend towards a slowing of progression on some timed motor tasks in four of the five patients with transplants, but overall, the trial showed no significant benefit of striatal allografts in comparison with a reference cohort of patients without grafts. Importantly, no significant adverse or placebo effects were seen. Notably, the raclopride positron emission tomography (PET) signal in individuals with transplants, indicated that there was no obvious surviving striatal graft tissue. This study concludes that fetal striatal allografting in HD is safe. While no sustained functional benefit was seen, we conclude that this may relate to the small amount of tissue that was grafted in this safety study compared with other reports of more successful transplants in patients with HD.

An epigenetic signature of developmental potential in neural stem cells and early neurons.

A cardinal property of neural stem cells (NSCs) is their ability to adopt multiple fates upon differentiation. The epigenome is widely seen as a read-out of cellular potential and a manifestation of this can be seen in embryonic stem cells (ESCs), where promoters of many lineage-specific regulators are marked by a bivalent epigenetic signature comprising trimethylation of both lysine 4 and lysine 27 of histone H3 (H3K4me3 and H3K27me3, respectively). Bivalency has subsequently emerged as a powerful epigenetic indicator of stem cell potential. Here, we have interrogated the epigenome during differentiation of ESC-derived NSCs to immature GABAergic interneurons. We show that developmental transitions are accompanied by loss of bivalency at many promoters in line with their increasing developmental restriction from pluripotent ESC through multipotent NSC to committed GABAergic interneuron. At the NSC stage, the promoters of genes encoding many transcriptional regulators required for differentiation of multiple neuronal subtypes and neural crest appear to be bivalent, consistent with the broad developmental potential of NSCs. Upon differentiation to GABAergic neurons, all non-GABAergic promoters resolve to H3K27me3 monovalency, whereas GABAergic promoters resolve to H3K4me3 monovalency or retain bivalency. Importantly, many of these epigenetic changes occur before any corresponding changes in gene expression. Intriguingly, another group of gene promoters gain bivalency as NSCs differentiate toward neurons, the majority of which are associated with functions connected with maturation and establishment and maintenance of connectivity. These data show that bivalency provides a dynamic epigenetic signature of developmental potential in both NSCs and in early neurons. Stem Cells 2013;31:1868-1880.

Potential role of NF-kappaB in adult neural stem cells: the underrated steersman?

Neural stem cells are precursors of neurons and glial cells. During brain development, these cells proliferate, migrate and differentiate into specific lineages. Recently neural stem cells within the adult central nervous system were identified. Informations are now emerging about regulation of stem cell proliferation, migration and differentiation by numerous soluble factors such as chemokines and cytokines. However, the signal transduction mechanisms downstream of these factors are less clear. Here, we review potential evidences for a novel central role of the transcription factor nuclear factor kappa B (NF-kappaB) in these crucial signal transduction processes. NF-kappaB is an inducible transcription factor detected in neurons, glia and neural stem cells. NF-kappaB was discovered by David Baltimore's laboratory as a transcription factor in lymphocytes. NF-kappaB is involved in many biological processes such as inflammation and innate immunity, development, apoptosis and anti-apoptosis. It has been recently shown that members of the NF-kappaB family are widely expressed by neurons, glia and neural stem cells. In the nervous system, NF-kappaB plays a crucial role in neuronal plasticity, learning, memory consolidation, neuroprotection and neurodegeneration. Recent data suggest an important role of NF-kappaB on proliferation, migration and differentiation of neural stem cells. NF-kappaB is composed of three subunits: two DNA-binding and one inhibitory subunit. Activation of NF-kappaB takes place in the cytoplasm and results in degradation of the inhibitory subunit, thus enabling the nuclear import of the DNA-binding subunits. Within the nucleus, several target genes could be activated. In this review, we suggest a model explaining the multiple action of NF-kappaB on neural stem cells. Furthermore, we discuss the potential role of NF-kappaB within the so-called brain cancer stem cells.

Tumor necrosis factor alpha triggers proliferation of adult neural stem cells via IKK/NF-kappaB signaling

BACKGROUND: Brain inflammation has been recognized as a complex phenomenon with numerous related aspects. In addition to the very well-described neurodegenerative effect of inflammation, several studies suggest that inflammatory signals exert a potentially positive influence on neural stem cell proliferation, migration and differentiation. Tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) is one of the best-characterized mediators of inflammation. To date, conclusions about the action of TNF on neural stem or progenitor cells (NSCs, NPCs) have been conflicting. TNF seems to activate NSC proliferation and to inhibit their differentiation into NPCs. The purpose of the present study was to analyze the molecular signal transduction mechanisms induced by TNF and resulting in NSC proliferation. RESULTS: Here we describe for the first time the TNF-mediated signal transduction cascade in neural stem cells (NSCs) that results in increased proliferation. Moreover, we demonstrate IKK-alpha/beta-dependent proliferation and markedly up-regulated cyclin D1 expression after TNF treatment. The significant increase in proliferation in TNF-treated cells was indicated by increased neurosphere volume, increased bromodeoxyuridin (BrdU) incorporation and a higher total cell number. Furthermore, TNF strongly activated nuclear factor-kappa B (NF-kappaB) as measured by reporter gene assays and by an activity-specific antibody. Proliferation of control and TNF-treated NSCs was strongly inhibited by expression of the NF-kappaB super-repressor IkappaB-AA1. Pharmacological blockade of IkappaB ubiquitin ligase activity led to comparable decreases in NF-kappaB activity and proliferation. In addition, IKK-beta gene product knock-down via siRNA led to diminished NF-kappaB activity, attenuated cyclin D1 expression and finally decreased proliferation. In contrast, TGFbeta-activated kinase 1 (TAK-1) is partially dispensable for TNF-mediated and endogenous proliferation. Understanding stem cell proliferation is crucial for future regenerative and anti-tumor medicine. CONCLUSION: TNF-mediated activation of IKK-beta resulted in activation of NF-kappaB and was followed by up-regulation of the bona-fide target gene cyclin D1. Activation of the canonical NF-kappaB pathway resulted in strongly increased proliferation of NSCs.

Adult palatum as a novel source of neural crest-related stem cells

Somatic neural and neural crest stem cells are promising sources for cellular therapy of several neurodegenerative diseases. However, because of practical considerations such as inadequate accessibility of the source material, the application of neural crest stem cells is strictly limited. The secondary palate is a highly regenerative and heavily innervated tissue, which develops embryonically under direct contribution of neural crest cells. Here, we describe for the first time the presence of nestin-positive neural crest-related stem cells within Meissner corpuscles and Merkel cell-neurite complexes located in the hard palate of adult Wistar rats. After isolation, palatal neural crest-related stem cells (pNC-SCs) were cultivated in the presence of epidermal growth factor and fibroblast growth factor under serum-free conditions, resulting in large amounts of neurospheres. We used immunocytochemical techniques and reverse transcriptase-polymerase chain reaction to assess the expression profile of pNC-SCs. In addition to the expression of neural crest stem cell markers such as Nestin, Sox2, and p75, we detected the expression of Klf4, Oct4, and c-Myc. pNC-SCs differentiated efficiently into neuronal and glial cells. Finally, we investigated the potential expression of stemness markers within the human palate. We identified expression of stem cell markers nestin and CD133 and the transcription factors needed for reprogramming of somatic cells into pluripotent cells: Sox2, Oct4, Klf4, and c-Myc. These data show that cells isolated from palatal rugae form neurospheres, are highly plastic, and express neural crest stem cell markers. In addition, pNC-SCs may have the ability to differentiate into functional neurons and glial cells, serving as a starting point for therapeutic studies.

Neural stem cells adopt tumorigenic properties by constitutively activated NF-kappaB and subsequent VEGF up-regulation

One of the challenges in stem cell research is to avoid transformation during cultivation. We studied high passage subventricular zone derived neural stem cells (NSCs) cultures of adult rats in the absence of growth factors epidermal growth factor (EGF) and basic fibroblast growth factor (bFGF). We termed this culture exogenous growth factor independent neural stem cells (GiNSCs). GiNSCs expressed stemness markers, displayed a high constitutive NF-kappaB activity and an increased, aberrant, polyploid DNA content. GiNSCs showed a tumorigenic phenotype and formed colonies in a soft agar assay. Microarray analysis showed the up-regulation of the NF-kappaB target gene vascular endothelial growth factor (VEGF). In contrast, proneuronal genes were down-regulated. Under neuronal differentiation conditions GiNSCs adopted a glioma-like phenotype, with nuclear p53, preserving high amounts of Nestin positive cells and prolonged proliferation. Neutralization of VEGF strongly inhibited proliferation and induced differentiation. In a gain of function approach, the transfection of NSCs with constitutively active upstream kinase IKK-2 led to constitutively activated NF-kappaB, proliferation in absence of growth factors and augmented VEGF secretion. In a rescue experiment a reduction of NF-kappaB activity by overexpression of IkappaB-AA1 was able to shift the morphology toward an elongated cell form, increased cell death, and decreased proliferation. Thus GiNSCs may provide a potent tool in cancer research, as their exogenous cytokine independent proliferation and their constitutively high NF-kappaB expression presumes cancerous properties observed in gliomas. In addition, this study might add a novel mechanism for detecting oncogenic transformation in therapeutic stem cell cultures.

Isolation of novel multipotent neural crest-derived stem cells from adult human inferior turbinate

Adult human neural crest-derived stem cells (NCSCs) are of extraordinary high plasticity and promising candidates for the use in regenerative medicine. Here we describe for the first time a novel neural crest-derived stem cell population within the respiratory epithelium of human adult inferior turbinate. In contrast to superior and middle turbinates, high amounts of source material could be isolated from human inferior turbinates. Using minimally-invasive surgery methods isolation is efficient even in older patients. Within their endogenous niche, inferior turbinate stem cells (ITSCs) expressed high levels of nestin, p75(NTR), and S100. Immunoelectron microscopy using anti-p75 antibodies displayed that ITSCs are of glial origin and closely related to nonmyelinating Schwann cells. Cultivated ITSCs were positive for nestin and S100 and the neural crest markers Slug and SOX10. Whole genome microarray analysis showed pronounced differences to human ES cells in respect to pluripotency markers OCT4, SOX2, LIN28, and NANOG, whereas expression of WDR5, KLF4, and c-MYC was nearly similar. ITSCs were able to differentiate into cells with neuro-ectodermal and mesodermal phenotype. Additionally ITSCs are able to survive and perform neural crest typical chain migration in vivo when transplanted into chicken embryos. However ITSCs do not form teratomas in severe combined immunodeficient mice. Finally, we developed a separation strategy based on magnetic cell sorting of p75(NTR) positive ITSCs that formed larger neurospheres and proliferated faster than p75(NTR) negative ITSCs. Taken together our study describes a novel, readily accessible source of multipotent human NCSCs for potential cell-replacement therapy.

Adult craniofacial stem cells: sources and relation to the neural crest

During the process of development, neural crest cells migrate out from their niche between the newly formed ectoderm and the neural tube. Thereafter, they give rise not only to ectodermal cell types, but also to mesodermal cell types. Cell types with neural crest ancestry consequently comprise a number of specialized varieties, such as ectodermal neurons, melanocytes and Schwann cells, as well as mesodermal osteoblasts, adipocytes and smooth muscle cells. Numerous recent studies suggest that stem cells with a neural crest origin persist into adulthood, especially within the mammalian craniofacial compartment. This review discusses the sources of adult neural crest-derived stem cells (NCSCs) derived from the cranium, as well as their differentiation potential and expression of key stem cell markers. Furthermore, the expression of marker genes associated with embryonic stem cells and the issue of multi- versus pluripotency of adult NCSCs is reviewed. Stringent tests are proposed, which, if performed, are anticipated to clarify the issue of adult NCSC potency. Finally, current pre-clinical and clinical data are discussed in light of the clinical impact of adult NCSCs.

Generation of Schwann cell-derived multipotent neurospheres isolated from intact sciatic nerve

Schwann cells (SCs) are the supporting cells of the peripheral nervous system and originate from the neural crest. They play a unique role in the regeneration of injured peripheral nerves and have themselves a highly unstable phenotype as demonstrated by their unexpectedly broad differentiation potential. Thus, SCs can be considered as dormant, multipotent neural crest-derived progenitors or stem cells. Upon injury they de-differentiate via cellular reprogramming, re-enter the cell cycle and participate in the regeneration of the nerve. Here we describe a protocol for efficient generation of neurospheres from intact adult rat and murine sciatic nerve without the need of experimental in vivo pre-degeneration of the nerve prior to Schwann cell isolation. After isolation and removal of the connective tissue, the nerves are initially plated on poly-D-lysine coated cell culture plates followed by migration of the cells up to 80% confluence and a subsequent switch to serum-free medium leading to formation of multipotent neurospheres. In this context, migration of SCs from the isolated nerve, followed by serum-free cultivation of isolated SCs as neurospheres mimics the injury and reprograms fully differentiated SCs into a multipotent, neural crest-derived stem cell phenotype. This protocol allows reproducible generation of multipotent Schwann cell-derived neurospheres from sciatic nerve through cellular reprogramming by culture, potentially marking a starting point for future detailed investigations of the de-differentiation process.