The extent of heterocellular communication mediated by gap junctions is predictive of bystander tumor cytotoxicity in vitro.

Herpes simplex virus thymidine kinase (HSV-tk)/ganciclovir (GCV) viral-directed enzyme prodrug gene therapy causes potent, tumor-selective cytotoxicity in animal models in which HSV-tk gene transduction is limited to a minority of tumor cells. The passage of toxic molecules from HSV-tk+ cells to neighboring HSV-tk- cells during GCV therapy is one mechanism that may account for this "bystander" cytotoxicity. To investigate whether gap junction-mediated intercellular coupling could mediate this bystander effect, we used a flow cytometry assay to quantitate the extent of heterocellular coupling between HSV-tk+ murine fibroblasts and both rodent and human tumor cell lines. Bystander tumor cytotoxicity during GCV treatment in a coculture assay was highly correlated (P < 0.001) with the extent of gap junction-mediated coupling. These findings show that gap junction-mediated intercellular coupling contributes to the in vitro bystander effect during HSV-tk/GCV therapy and that retroviral transduction of tumor cells is not required for bystander cytotoxicity.

An astrocytic binding site for neuronal Thy-1 and its effect on neurite outgrowth.

Thy-1, a member of the immunoglobulin superfamily, is one of the most abundant glycoproteins on mammalian neurons. Nevertheless, its role in the peripheral or central nervous system is poorly understood. Certain monoclonal antibodies to Thy-1 promote neurite outgrowth by rodent central nervous system neurons in vitro, suggesting that Thy-1 functions, in part, by modulating neurite outgrowth. We describe a binding site for Thy-1 on astrocytes. This Thy-1-binding protein has been characterized by immunofluroesence with specific anti-idiotype monoclonal antibodies and by three competitive binding assays using (i) anti-idiotype antibodies, (ii) purified Thy-1, and (iii) Thy-1-transfected cells. The Thy-1-binding protein may participate in axonal or dendritic development in the nervous system.

Mixing of connexins in gap junction membrane channels.

Gap junctions are plaque-like clusters of intercellular channels that mediate intercellular communication. Each of two adjoining cells contains a connexon unit which makes up half of the whole channel. Gap junction channels are formed from a multigene family of proteins called connexins, and different connexins may be coexpressed by a single cell type and found within the same plaque. Rodent gap junctions contain two proteins, connexins 32 and 26. Use of a scanning transmission electron microscope for mass analysis of rodent gap junction plaques and split gap junctions prvided evidence consistent with a model in which the channels may be made from (i) solely connexin 26, (ii) solely connexin 32, or (iii) mixtures of connexin 26 and connexin 32 in which the two connexons are made entirely of connexin 26 and connexin 32. The different types of channels segregate into distinct domains, implying tha connexon channels self-associate to give a non-random distribution within tissues. Since each connexin confers distinct physiological properties on its membrane channels, these results imply that the physiological properties of channels can be tailored by mixing the constituent proteins within these macromolecular structures.

Molecular characterization of a second melatonin receptor expressed in human retina and brain: the Mel1b melatonin receptor.

A G protein-coupled receptor for the pineal hormone melatonin was recently cloned from mammals and designated the Mel1a melatonin receptor. We now report the cloning of a second G protein-coupled melatonin receptor from humans and designate it the Mel1b melatonin receptor. The Mel1b receptor cDNA encodes a protein of 362 amino acids that is 60% identical at the amino acid level to the human Mel1a receptor. Transient expression of the Mel1b receptor in COS-1 cells results in high-affinity 2-[125I]iodomelatonin binding (Kd = 160 +/- 30 pM). In addition, the rank order of inhibition of specific 2-[125I]iodomelatonin binding by eight ligands is similar to that exhibited by the Mel1a melatonin receptor. Functional studies of NIH 3T3 cells stably expressing the Mel1b melatonin receptor indicate that it is coupled to inhibition of adenylyl cyclase. Comparative reverse transcription PCR shows that the Mel1b melatonin receptor is expressed in retina and, to a lesser extent, brain. PCR analysis of human-rodent somatic cell hybrids maps the Mel1b receptor gene (MTNR1B) to human chromosome 11q21-22. The Mel1b melatonin receptor may mediate the reported actions of melatonin in retina and participate in some of the neurobiological effects of melatonin in mammals.

Intratumoral injection of an adenovirus expressing interleukin 2 induces regression and immunity in a murine breast cancer model.

Rodent tumor cells engineered to secrete cytokines such as interleukin 2 (IL-2) or IL-4 are rejected by syngeneic recipients due to an enhanced antitumor host immune response. An adenovirus vector (AdCAIL-2) containing the human IL-2 gene has been constructed and shown to direct secretion of high levels of human IL-2 in infected tumor cells. AdCAIL-2 induces regression of tumors in a transgenic mouse model of mammary adenocarcinoma following intratumoral injection. Elimination of existing tumors in this way results in immunity against a second challenge with tumor cells. These findings suggest that adenovirus vectors expressing cytokines may form the basis for highly effective immunotherapies of human cancers.

kappa-Opioid receptor in humans: cDNA and genomic cloning, chromosomal assignment, functional expression, pharmacology, and expression pattern in the central nervous system.

Using the mouse delta-opioid receptor cDNA as a probe, we have isolated genomic clones encoding the human mu- and kappa-opioid receptor genes. Their organization appears similar to that of the human delta receptor gene, with exon-intron boundaries located after putative transmembrane domains 1 and 4. The kappa gene was mapped at position q11-12 in human chromosome 8. A full-length cDNA encoding the human kappa-opioid receptor has been isolated. The cloned receptor expressed in COS cells presents a typical kappa 1 pharmacological profile and is negatively coupled to adenylate cyclase. The expression of kappa-opioid receptor mRNA in human brain, as estimated by reverse transcription-polymerase chain reaction, is consistent with the involvement of kappa-opioid receptors in pain perception, neuroendocrine physiology, affective behavior, and cognition. In situ hybridization studies performed on human fetal spinal cord demonstrate the presence of the transcript specifically in lamina II of the dorsal horn. Some divergences in structural, pharmacological, and anatomical properties are noted between the cloned human and rodent receptors.

Characterization of a voltage-gated K+ channel beta subunit expressed in human heart.

Voltage-gated K+ channels are important modulators of the cardiac action potential. However, the correlation of endogenous myocyte currents with K+ channels cloned from human heart is complicated by the possibility that heterotetrameric alpha-subunit combinations and function-altering beta subunits exist in native tissue. Therefore, a variety of subunit interactions may generate cardiac K+ channel diversity. We report here the cloning of a voltage-gated K+ channel beta subunit, hKv beta 3, from adult human left ventricle that shows 84% and 74% amino acid sequence identity with the previously cloned rat Kv beta 1 and Kv beta 2 subunits, respectively. Together these three Kv beta subunits share > 82% identity in the carboxyl-terminal 329 aa and show low identity in the amino-terminal 79 aa. RNA analysis indicated that hKv beta 3 message is 2-fold more abundant in human ventricle than in atrium and is expressed in both healthy and diseased human hearts. Coinjection of hKv beta 3 with a human cardiac delayed rectifier, hKv1.5, in Xenopus oocytes increased inactivation, induced an 18-mV hyperpolarizing shift in the activation curve, and slowed deactivation (tau = 8.0 msec vs. 35.4 msec at -50 mV). hKv beta 3 was localized to human chromosome 3 by using a human/rodent cell hybrid mapping panel. These data confirm the presence of functionally important K+ channel beta subunits in human heart and indicate that beta-subunit composition must be accounted for when comparing cloned channels with endogenous cardiac currents.

Maintenance of protective immunity against malaria by persistent hepatic parasites derived from irradiated sporozoites.

Immunization of rodents and humans with irradiation-attenuated malaria sporozoites confers preerythrocytic stage-specific protective immunity to challenge infection. This immunity is directed against intrahepatic parasites and involves T cells and interferon gamma, which prevent development of exoerythrocytic stages and subsequent blood infection. The present study was undertaken to determine how protective immunity is achieved after immunization of rodent hosts with irradiated Plasmodium berghei sporozoites. We present evidence that irradiated parasites persist in hepatocytes of rats and mice for up to 6 months after immunization. A relationship between the persistence of parasites and the maintenance of protective immunity was observed. Protective immunity was abrogated in irradiated-sporozoite-immunized rats following the application of chemotherapy to remove preexisting liver parasites. Additionally, protective immunity against sporozoite challenge was established in rats vaccinated with early and late hepatic stages of irradiated parasites. These results show that irradiation-attenuated sporozoites produce persistent intrahepatic stages in vivo necessary for the induction and maintenance of protective immunity.

Physiological and Morphological Similarities between the Octodon Degus Retina and the Human Retina

Octodon degus is a rodent with diurnal crepuscular activity. Here we compare the function and morphology of the retina of this diurnal rodent with the retinas of nocturnal rodents and humans.

Countermanding in rats as a practical model for investigation of adaptive control of behaviour, lifespan changes in behavioural control and neurotransmitter function

The countermanding paradigm was designed to investigate the ability to cancel a prepotent response when a stop signal is presented and allows estimation of the stop signal response time (SSRT), an otherwise unobservable behaviour. Humans exhibit adaptive control of behaviour in the countermanding task, proactively lengthening response time (RT) in expectation of stopping and reactively lengthening RT following stop trials or errors. Human performance changes throughout the lifespan, with longer RT, SSRT and greater emphasis on post-error slowing reported for older compared to younger adults. Inhibition in the task has generally been improved by drugs that increase extracellular norepinephrine. The current thesis examined a novel choice response countermanding task in rats to explore whether rodent countermanding performance is a suitable model for the study of adaptive control of behaviour, lifespan changes in behavioural control and the role of neurotransmitters in these behaviours. Rats reactively adjusted RT in the countermanding task, shortening RT after consecutive correct go trials and lengthening RT following non-cancelled, but not cancelled stop trials, in sessions with a 10 s, but not a 1 s post-error timeout interval. Rats proactively lengthened RT in countermanding task sessions compared to go trial-only sessions. Together, these findings suggest that rats strategically lengthened RT in the countermanding task to improve accuracy and avoid longer, unrewarded timeout intervals. Next, rats exhibited longer RT and relatively conserved post-error slowing, but no significant change in SSRT when tested at 12, compared to 7 months of age, suggesting that rats exhibit changes in countermanding task performance with aging similar to those observed in humans. Finally, acute administration of yohimbine (1.25, 2.5 mg/kg) and d-amphetamine (0.25, 0.5 mg/kg), which putatively increase extracellular norepinephrine and dopamine respectively, resulted in RT shortening, baseline-dependent effects on SSRT, and attenuated adaptive RT adjustments in rats in the case of d-amphetamine. These findings suggest that dopamine and norepinephrine encouraged motivated, reward-seeking behaviour and supported inhibitory control in an inverted-U-like fashion. Taken together, these observations validate the rat countermanding task for further study of the neural correlates and neurotransmitters mediating adaptive control of behaviour and lifespan changes in behavioural control.

Implications physiopathologiques de la Nestine lors du remodelage pulmonaire et cardiaque à la suite de l’infarctus du myocarde, du diabète et de l’hypertension pulmonaire

Il est reconnu que la protéine filamenteuse intermédiaire Nestine est exprimée lors du processus de cicatrisation et du remodelage fibrotique. De plus, nous avons identifié l’expression de la Nestine au sein de deux populations distinctes qui sont directement impliquées dans les réponses de fibroses réparative et réactive. Ainsi, une population de cellules souches neurales progénitrices résidentes du coeur de rat adulte exprime la Nestine et a été identifiée à titre de substrat de l’angiogenèse et de la neurogenèse cardiaque. Également, la Nestine est exprimée par les myofibroblastes cicatriciels cardiaques et il a été établi que la protéine filamenteuse intermédiaire joue un rôle dans la prolifération de ces cellules. Ainsi, l’objectif général de cette thèse était de mieux comprendre les évènements cellulaires impliqués dans la réponse neurogénique des cellules souches neurales progénitrices résidentes cardiaques Nestine(+) (CSNPRCN(+)) lors de la fibrose réparative cardiaque et d’explorer si l’apparition de fibroblastes Nestine(+) est associée avec la réponse de fibrose réactive secondaire du remodelage pulmonaire. Une première publication nous a permis d’établir qu’il existe une régulation à la hausse de l’expression de la GAP43 (growth associated protein 43) et que cet événement transitoire précède l’acquisition d’un phénotype neuronal par les CSNPRCN(+) lors du processus de cicatrisation cardiaque chez le rat ayant subi un infarctus du myocarde. De plus, la surimposition de la condition diabétique de type 1, via l’injection unique de Streptozotocine chez le rat, abolit la réponse neurogénique des CSNPRCN(+), qui est normalement induite à la suite de l’ischémie cardiaque ou de l’administration de 6-hydroxydopamine. Le second article a démontré que le développement aigu de la fibrose pulmonaire secondaire de l’infarctus du myocarde chez le rat est associé avec une augmentation de l’expression protéique de la Nestine et de l’apparition de myofibroblastes pulmonaires Nestine(+). Également, le traitement de fibroblastes pulmonaires avec des facteurs de croissances peptidiques pro-fibrotiques a augmenté l’expression de la Nestine par ces cellules. Enfin, le développement initial de la condition diabétique de type 1 chez le rat est associé avec une absence de fibrose réactive pulmonaire et à une réduction significative des niveaux protéiques et d’ARN messager de la Nestine pulmonaire. Finalement, la troisième étude représentait quant à elle un prolongement de la deuxième étude et a alors examiné le remodelage pulmonaire chronique chez un modèle établi d’hypertension pulmonaire. Ainsi, les poumons de rats adultes mâles soumis à l’hypoxie hypobarique durant 3 semaines présentent un remodelage vasculaire, une fibrose réactive et une augmentation des niveaux d’ARN messager et de la protéine Nestine. De plus, nos résultats ont démontré que la Nestine, plutôt que l’alpha-actine du muscle lisse, est un marqueur plus approprié des diverses populations de fibroblastes pulmonaires activés. Également, nos données suggèrent que les fibroblastes pulmonaires activés proviendraient en partie de fibroblastes résidents, ainsi que des processus de transition épithélio-mésenchymateuse et de transition endothélio-mésenchymateuse. Collectivement, ces études ont démontré que des populations distinctes de cellules Nestine(+) jouent un rôle majeur dans la fibrose réparative cardiaque et la fibrose réactive pulmonaire.

Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

Investigation du rôle de Myo9b dans la migration des interneurones GABAergiques corticaux

Les encéphalopathies épileptogènes sont des maladies graves de l’enfance associant une épilepsie, souvent réfractaire, et un retard de développement. Les mécanismes sous-tendant ces maladies sont peu connus. Cependant, nous postulons que ces épilepsies puissent être causées par une dysfonction du réseau inhibiteur. En effet, des défauts de migration ou de maturation des interneurones GABAergiques (INs) corticaux induisent l’épilepsie, tant chez l’humain que chez la souris. Dans le but d’étudier les causes génétiques des encéphalopathies épileptogènes sporadiques inexpliquées, le laboratoire de la Dre Rossignol a procédé au séquençage d’exome entier d’une cohorte d’enfants atteints. Cela a permis d’identifier, chez un patient, une nouvelle mutation de novo, possiblement pathogène, dans le gène MYO9b. MYO9b est impliqué dans la migration de cellules immunitaires et cancéreuses et est exprimée durant le développement cérébral. Nous émettons l’hypothèse voulant que MYO9b puisse être importante pour la migration des INs corticaux. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent que Myo9b est exprimé dès le stade embryonnaire par les progéniteurs des INs corticaux et que son expression se restreint aux INs dans le cortex mature. De plus, nous démontrons que la répression ex vivo de Myo9b sélectivement dans les INs au sein de tranches corticales organotypiques embryonnaires mène à des défauts morphologiques majeurs de ces cellules en migration. En effet, ces cellules présentent une morphologie multipolaire et des neurites rostraux plus longs et plus complexes. Ces changements morphologiques pourraient avoir un impact majeur sur la migration des INs et ainsi perturber le développement des réseaux inhibiteurs.

Live and let die: manipulation of host hepatocytes by exoerythrocytic Plasmodium parasites

The generation of rodent Plasmodium strains expressing fluorescent proteins in all life cycle stages has had a big impact on malaria research. With this tool in hand, for the first time it was possible to follow in real time by in vivo microscopy the infection route of Plasmodium sporozoites transmitted to the mammalian host by Anopheles mosquitoes. Recently, this work has been extended to the analysis of both hepatocyte infection by Plasmodium sporozoites, as well as liver merozoite transport into blood vessels. The stunning results of these studies have considerably changed our understanding of hepatocyte invasion and parasite liberation. Here, we describe the most important findings of the last years and in addition, we elaborate on the molecular events during the intracellular development of Plasmodium exoerythrocytic forms that give rise to erythrocyte infecting merozoites.

Alteration of the parasite plasma membrane and the parasitophorous vacuole membrane during exo-erythrocytic development of malaria parasites

The rodent malaria parasite Plasmodium berghei develops in hepatocytes within 48-52h from a single sporozoite into up to 20,000 daughter parasites, so-called merozoites. The cellular and molecular details of this extensive proliferation are still largely unknown. Here we have used a transgenic, RFP-expressing P. berghei parasite line and molecular imaging techniques including intravital microscopy to decipher various aspects of parasite development within the hepatocyte. In late schizont stages, MSP1 is expressed and incorporated into the parasite plasma membrane that finally forms the membrane of developing merozoites by continuous invagination steps. We provide first evidence for activation of a verapamil-sensitive Ca(2+) channel in the plasma membrane of liver stage parasites before invagination occurs. During merozoite formation, the permeability of the parasitophorous vacuole membrane changes considerably before it finally becomes completely disrupted, releasing merozoites into the host cell cytoplasm.