Autocrine Action of IGF2 Regulates Adult β-Cell Mass and Function.

Insulin-like growth factor 2 (IGF2), produced and secreted by adult β-cells, functions as an autocrine activator of the β-cell insulin-like growth factor 1 receptor signaling pathway. Whether this autocrine activity of IGF2 plays a physiological role in β-cell and whole-body physiology is not known. Here, we studied mice with β-cell-specific inactivation of Igf2 (βIGF2KO mice) and assessed β-cell mass and function in aging, pregnancy, and acute induction of insulin resistance. We showed that glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) was markedly reduced in old female βIGF2KO mice; glucose tolerance was, however, normal because of increased insulin sensitivity. While on a high-fat diet, both male and female βIGF2KO mice displayed lower GSIS compared with control mice, but reduced β-cell mass was observed only in female βIGF2KO mice. During pregnancy, there was no increase in β-cell proliferation and mass in βIGF2KO mice. Finally, β-cell mass expansion in response to acute induction of insulin resistance was lower in βIGF2KO mice than in control mice. Thus, the autocrine action of IGF2 regulates adult β-cell mass and function to preserve in vivo GSIS in aging and to adapt β-cell mass in response to metabolic stress, pregnancy hormones, and acute induction of insulin resistance.

Maintenance of the corneal epithelium is carried out by germinative cells of its basal stratum and not by presumed stem cells of the limbus

The purpose of this investigation was to analyze the proliferative behavior of rabbit corneal epithelium and establish if any particular region was preferentially involved in epithelial maintenance. [3H]-thymidine was injected intravitreally into both normal eyes and eyes with partially scraped corneal epithelium. Semithin sections of the anterior segment were evaluated by quantitative autoradiography. Segments with active replication (on) and those with no cell division (off) were intermingled in all regions of the tissue, suggesting that the renewal of the epithelial surface of the cornea followed an on/off alternating pattern. In the limbus, heavy labeling of the outermost layers was observed, coupled with a few or no labeled nuclei in the basal stratum. This suggests that this region is a site of rapid cell differentiation and does not contain many slow-cycling cells. The conspicuous and protracted labeling of the basal layer of the corneal epithelium suggests that its cells undergo repeated cycles of replication before being sent to the suprabasal strata. This replication model is prone to generate label-retaining cells. Thus, if these are adult stem cells, one must conclude that they reside in the corneal basal layer and not the limbal basal layer. One may also infer that the basal cells of the cornea and not of the limbus are the ones with the main burden of renewing the corneal epithelium. No particular role in this process could be assigned to the cells of the basal layer of the limbal epithelium.

Heteroplasmy in mammal mitochondrial deoxyribonucleic acid

La nature a développé diverses stratégies afin d’assurer le commencement de la vie dans des conditions d’homoplasmie, c’est-à-dire des conditions telles que les cellules sont dotées du même ADN mitochondrial. Toutefois, des nouveaux haplotypes de l’acide désoxyribonucléique mitochondrial (ADNmt) peuvent apparaitre et croître de plusieurs façons tout au long de la durée d’une vie menant à l’hétéroplasmie. Par exemple, l’hétéroplasmie de l’ADNmt peut être créée artificiellement par des technologies reproductives assistées, ainsi que naturellement par le processus de vieillissement. De ce fait, la thèse de ce doctorat fut divisée en deux principaux objectifs. Le premier étant celui d’analyser les changements survenus dans l’hétéroplasmie de l’ADNmt produit par le transfert nucléaire des cellules somatiques (SCNT) lors du développement de l’embryon jusqu’au fœtus et aux tissus adultes de bovins clonés. En ce qui concerne le second objectif, il s’agit d’analyser les changements survenus dans l’hétéroplasmie de l’ADNmt causés par le vieillissement dans une cellule somatique adulte et dans des tissus germinaux durant l’ovogénèse, ainsi qu’au début de l’embryogenèse et dans la procédure de culture in vitro sur des souris. Dans la première série d’expériences sur des bovins, des fibroblastes fœtaux transportant une mutation d’ADNmt (insertion de 66 pb) furent fusionnés avec des ovocytes receveurs transportant l’ADNmt du type sauvage. La présence d’ADNmt venant de la cellule donneuse a été analysée à différents stades de développement, soit sur des embryons âgés de 17 jours (n=17), des fœtus âgés de 40 jours (n=3), des fœtus âgés de 60 jours (n=3), un fœtus âgé de 240 jours et 3 clones post-nataux âgés de 18 à 24 mois. Chaque individu s’est avéré être hétéroplasmique et 99 % (103/104) des échantillons de tissus analysés étaient également hétéroplasmiques. Cependant, l’ovaire venant du fœtus de 240 jours fut le seul à être homoplasmique pour l’ADNmt de l’ovocyte receveur. Dans la plupart des échantillons analysés (95,2 %, soit 99/104) la moyenne d’hétéroplasmie était de 1,46 %. Par contre, un fœtus âgé de 40 jours a présenté un niveau élevé d’hétéroplasmie (20,9 %), indiquant ainsi que des évènements rares d’augmentation de l’ADNmt des cellules donneuses peuvent survenir. Étant donné que la majorité des clones SCNT montrait de l’hétéroplasmie de l’ADNmt à des proportions comparables à celles des cellules donneuses au moment de la reconstruction de l’embryon, on a pu conclure que l’hétéroplasmie produite par des techniques de transfert nucléaire utilisant des cellules somatiques est due à une ségrégation neutre de l’ADNmt. Dans la seconde série d’expériences sur des souris, des femelles de différents âges, c.à.d. jeunes (0 – 8 mois), moyennes (8 – 16 mois) et vieilles (16 – 24 mois), ont été synchronisées (gonadotrophines) et sacrifiées dans le but d’obtenir des ovocytes au stade de vésicule germinal, et des ovocytes au stade métaphase-II produits in vivo et in vitro. De plus, des embryons in vivo et in vitro au stade de deux-cellules et des embryons au stade de blastocystes ont été obtenus de femelles jeunes. Différents tissus somatiques, venant de femelles des trois stades d’âge ont été obtenus : cerveau, foie, muscle et du cumulus ovocytaire. De plus, l’effet du vieillissement a été mesuré selon la fertilité de la femelle. En effet, les effets sur l’hétéroplasmie du vieillissement, du stade de développement et de la culture in vitro ont été mesurés dans des ovocytes et dans des embryons. Les effets du vieillissement sur les mitochondries ont été mesurés par rapport au nombre total de copies de l’ADNmt, au pourcentage des délétions communes et sur l’expression de trois gènes : Ndufs4, Mt-nd2 and Mt-nd4. Il a été possible d’observer que la fertilité des femelles dans la colonie de souris diminuait avec l’âge. En fait, le vieillissement affectait l’ADNmt dans les tissus somatiques, cependant il n’avait pas d’effet sur le cumulus, les ovocytes et les embryons. Le nombre de délétions de l’ADNmt augmentait pendant la reprise de la méiose et celui-ci diminuait au début du développement embryonnaire. La culture in vitro n’affectait pas la quantité d’ADNmt dans la plupart des tissus germinaux. Puisque nous n’avons pas trouvé d’effet de l’âge dans la majorité des paramètres mitochondriaux analysés dans les ovocytes et les embryons, il est suggéré que la délétion commune de l’ADNmt dans les tissus germinaux est davantage reliée au statut cellulaire de la production d’énergie qu’au processus de vieillissement. Deux sources différentes de mutations de l’ADNmt produites dans les ovocytes normaux ou reconstitués ont produit différents résultats d’hétéroplasmie au début de l’embryogénèse. Chez les bovins, l’hétéroplasmie artificielle impliquant une petite insertion (66 pb) dans la région non codante (D-loop) de l’ADNmt a été vraisemblablement non nocive pour l’embryon, tolérant la persistance de l’ADNmt étranger pendant les différents stades du développement des clones. Chez les souris, l’hétéroplasmie naturelle produite par une grande délétion (4974 pb délétion commune) dans la région codante de l’ADNmt a été vraisemblablement nocive pour l’embryon et par conséquent éliminée pour assurer l’homoplasmie au début du développement embryonnaire.

Somatic Cell Therapy: A Genetic Rescue for a Tattered Immune System?

Étude de cas / Case study

Effets de la reprogrammation sur le gène empreinté H19 chez les équins

Lors de la fécondation, le génome subit des transformations épigénétiques qui vont guider le développement et le phénotype de l’embryon. L'avènement des techniques de reprogrammation cellulaire, permettant la dédifférenciation d'une cellule somatique adulte, ouvre la porte à de nouvelles thérapies régénératives. Par exemple, les procédures de transfert nucléaire de cellules somatique (SCNT) ainsi que la pluripotence par induction (IP) visent à reprogrammer une cellule somatique adulte différentiée à un état pluripotent similaire à celui trouvé durant la fécondation chez l'embryon sans en impacter l'expression génique vitale au fonctionnement cellulaire. Cependant, la reprogrammation partielle est souvent associée à une mauvaise méthylation de séquences géniques responsables de la régulation des empreintes géniques. Ces gènes, étudiés chez la souris, le bovin et l'humain, sont exprimés de manière monoallélique, parent spécifique et sont vitaux pour le développement embryonnaire. Ainsi, nous avons voulu définir le statut épigénétique du gène empreinté H19 chez l'équin, autant chez le gamètes que les embryons dérivés de manière in vivo, SCNT ainsi que les cellules pluripotentes induites (iPSC). Une région contrôle empreinté (ICR) riche en îlots CpG a été observée en amont du promoteur. Couplé avec une analyse de transcrit parent spécifique du gène H19, nous avons confirmé que l'empreinte du gène H19 suit le modèle insulaire décrit chez les autres mammifères étudiés et résiste à la reprogrammation induite par SCNT ou IP. La déméthylation partielle de l'ICR observée chez certains échantillons reprogrammés n'était pas suffisante pour induire une expression biallélique, suggérant un contrôle des empreintes chez les équins durant la reprogrammation.

Régulation de la division asymétrique chez C. elegans

La division asymétrique est essentielle pour générer la diversité au cours du développement et permet aussi de réguler la balance entre renouvellement et différenciation des cellules souches chez l’adulte. Dans ces deux cas de figure, elle dépend respectivement d’une polarité intrinsèque ou d’une polarité extrinsèque. C. elegans est un excellent modèle pour étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires de la division asymétrique in vivo. Chez l’embryon, le maintien d’un axe de polarité antéro-postérieur dépend des protéines PAR conservées et localisées de façon asymétrique en deux groupes mutuellement exclusifs; le groupe antérieur avec PAR-3, PAR-6, PKC-3 et le groupe postérieur avec PAR-2 et PAR-1. L’absence d’une protéine PAR entraine une perte de polarité et une létalité embryonnaire. Lors d’un crible par ARN interférence mené par Jean-Claude Labbé pour identifier les suppresseurs de la létalité associée à la perte de PAR-2, deux cyclines de type B, CYB-2.1 et CYB-2.2 ont été trouvées. J’ai déterminé que CYB-2.1 et CYB-2.2 interviennent dans la polarité sans perturber le cycle cellulaire et agissent vraisemblablement avec leur kinase associée, CDK-1, pour stabiliser les niveaux protéiques de PAR-6. Ces travaux permettent de mieux définir les liens étroits entre polarité et cycle cellulaire. La lignée germinale de C. elegans est un excellent modèle pour étudier les divisions des cellules souches germinales in vivo. Par contre, l’absence d’orientation préférentielle de ces divisions laisse envisager que la complexité morphologique de la niche pourrait engendrer une diversité d’axe possible. J’ai étudié la régulation morphologique de cette niche, une unique cellule somatique appelée distal tip cell (DTC), qui arborise de longues extensions au stade adulte. Mes résultats préliminaires favorisent un modèle dans lequel les cellules souches et progéniteurs germinaux (CSPG) supportent la formation de ces extensions. Enfin, j’ai obtenu des conditions favorables à l’étude de la division asymétrique extrinsèque dans ce modèle, en simplifiant l’architecture de la niche dans des conditions qui préservent les divisions cellulaires des cellules souches. Mes travaux ont permis de mieux comprendre les liens unissant les différents processus biologiques impliqués dans la division asymétrique, d’une part par l’étude du rôle qu’y jouent des régulateurs clés du cycle cellulaire au cours du développement et d’autre part par la caractérisation d’une communication bidirectionnelle entre la niche et les cellules souches chez l’adulte.

Tissue- specific DNA methylation profiles in newborns

Experimental and epidemiological studies demonstrate that fetal growth restriction and low birth weight enhance the risk of chronic diseases in adulthood. Derangements in tissue-specific epigenetic programming of fetal and placental tissues are a suggested mechanism of which DNA methylation is best understood. DNA methylation profiles in human tissue are mostly performed in DNA from white blood cells. The objective of this study was to assess DNA methylation profiles of IGF2 DMR and H19 in DNA derived from four tissues of the newborn. We obtained from 6 newborns DNA from fetal placental tissue (n = 5), umbilical cord CD34+ hematopoietic stem cells (HSC) and CD34- mononuclear cells (MNC) (n = 6), and umbilical cord Wharton jelly (n = 5). HCS were isolated using magnetic-activated cell separation. DNA methylation of the imprinted fetal growth genes IGF2 DMR and H19 was measured in all tissues using quantitative mass spectrometry. ANOVA testing showed tissue-specific differences in DNA methylation of IGF2 DMR (p value 0.002) and H19 (p value 0.001) mainly due to a higher methylation of IGF2 DMR in Wharton jelly (mean 0.65, sd 0.14) and a lower methylation of H19 in placental tissue (mean 0.25, sd 0.02) compared to other tissues. This study demonstrates the feasibility of the assessment of differential tissue specific DNA methylation. Although the results have to be confirmed in larger sample sizes, our approach gives opportunities to investigate epigenetic profiles as underlying mechanism of associations between pregnancy exposures and outcome, and disease risks in later life.

Paracrine effects of TLR4-polarised mesenchymal stromal cells are mediated by extracellular vesicles

Mesenchymal stromal cells (MSCs) are adult stem cells able to give rise to bone, cartilage and fat cells. In addition, they possess immunomodulatory and immunosuppressive properties that are mainly mediated through secretion of extracellular vesicles (EVs). In a previous issue of Journal of Translational Medicine, Ti and colleagues demonstrated that preconditioning of MSCs with bacterial lipopolysaccharides results in secretion of EVs that can polarise mac‑ rophages towards anti-inflammatory M2 phenotype. Moreover, the authors suggest that EVs of lipopolysaccharide (LPS)-treated MSCs are superior to EVs of untreated MSCs concerning their ability to support wound healing. Our commentary critically discusses parallel efforts of other laboratories to generate conditioned media from stem cells for therapeutic applications, and highlights impact and significance of the study of Ti et al. Finally, we summarise its limitations and spotlight areas that need to be addressed to better define the underlying molecular mechanisms.

Production of Bovine Hand-Made Cloned Embryos by Zygote-Oocyte Cytoplasmic Hemi-complementation

The aim of this study was to evaluate the effect of the cytoplast type and activation process on development of cloned embryos. Bovine oocytes (MII) or zygotes at the one-cell stage (IVF) were manually bisected and segregated in MII or IVF hemi-cytoplasts or hemi-karyoplasts. Adult skin cells from a bovine female were used as nucleus donors (SC). Experimental groups were composed of IVF embryos; parthenogenetic embryos; handmade cloned (HMC) embryos; and reconstructed HMC embryos using IVF hemi-cytoplast + MII hemi-cytoplast + SC (G-I); IVF hemi-cytoplast + IVF hemi-cytoplast + SC (G-II); MII hemi-cytoplast + IVF hemi-karyoplast (G-III); and IVF hemi-cytoplast + IVF hemi-karyoplast (G-IV). Embryos from G-I to G-IV were allocated to subgroups as sperm-activated (SA) or were further chemically activated (SA + CA). Embryos from all groups and subgroups were in vitro cultured in the WOW system. Blastocyst development in subgroup G-I SA (28.2%) was similar to IVF (27.0%) and HMC (31.4%) controls, perhaps due to a to a more suitable activation process and/or better complementation of cytoplasmic reprogramming factors, with the other groups and subgroups having lower levels of development. No blastocyst development was observed when using IVF hemi-karyoplasts (G-III and G-IV), possibly due to the manipulation process during a sensitive biological period. In summary, the presence of cytoplasmic factors from MII hemi-oocytes and the sperm activation process from hemi-zygotes appear to be necessary for adequate in vitro development, as only the zygote-oocyte hemi-complementation was as efficient as controls for the generation of bovine cloned blastocysts.

Isolation, Characterization, and Differentiation Potential of Canine Adipose-Derived Stem Cells

Adipose tissue may represent a potential source of adult stem cells for tissue engineering applications in veterinary medicine. It can be obtained in large quantities, under local anesthesia, and with minimal discomfort. In this study, canine adipose tissue was obtained by biopsy from subcutaneous adipose tissue or by suction-assisted lipectomy (i.e., liposuction). Adipose tissue was processed to obtain a fibroblast-like population of cells similar to human adipose-derived stem cells (hASCs). These canine adipose-derived stem cells (cASCs) can be maintained in vitro for extended periods with stable population doubling and low levels of senescence. Immunofluorescence and flow cytometry show that the majority of cASCs are of mesodermal or mesenchymal origin. cASCs are able to differentiate in vitro into adipogenic, chondrogenic, myogenic, and osteogenic cells in the presence of lineage-specific induction factors. In conclusion, like human lipoaspirate, canine adipose tissue may also contain multipotent cells and represent an important stem cell source both for veterinary cell therapy as well as preclinical studies.

The kinetics of donor cell mtDNA in embryonic and somatic donor cell-derived bovine embryos

The mechanisms controlling the outcome of donor cell-derived mitochondrial DNA (mtDNA) in cloned animals remain largely unknown. This research was designed to investigate the kinetics of somatic and embryonic mtDNA in reconstructed bovine embryos during preimplantation development, as well as in cloned animals. The experiment involved two different procedures of embryo reconstruction and their evaluation at five distinct phases of embryo development to measure the proportion of donor cell mtDNA (Bos indicus), as well as the segregation of this mtDNA during cleavage. The ratio of donor cell (B. indicus) to host oocyte (B. taurus) mtDNA (heteroplasmy) from blastomere- (NT-B) and fibroblast- (NT-F) reconstructed embryos was estimated using an allele-specific PCR with fluorochrome-stained specific primers in each sampled blastomere, in whole blastocysts, and in the tissues of a fibroblast-derived newborn clone. NT-B zygotes and blastocysts show similar levels of heteroplasmy (11.0% and 14.0%, respectively), despite a significant decrease at the 9-16 cell stage (5.8%; p < 0.05). Heteroplasmy levels in NT-F reconstructed zygotes, however, increased from an initial low level (4.7%), to 12.9% (p < 0.05) at the 9-16 cell stage. The NT-F blastocysts contained low levels of heteroplasmy (2.2%) and no somatic-derived mtDNA was detected in the gametes or the tissues of the newborn calf cloned. These results suggest that, in contrast to the mtDNA of blastomeres, that of somatic cells either undergoes replication or escapes degradation during cleavage, although it is degraded later after the blastocyst stage or lost during somatic development, as revealed by the lack of donor cell mtDNA at birth.

Chemically Assisted Enucleation Results in Higher G6PD Expression in Early Bovine Female Embryos Obtained by Somatic Cell Nuclear Transfer

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Structural and ultrastructural characterization of buffalo fetus (Bubalus bubalis) ovarian germinative cells

The objective of the present study was to characterize ovogones, primary oocytes and preantral follicles of buffalo fetus in different ages of gestation. For this, 29 fetuses were collected from a slaughterhouse (Frigol, Brazil) and crown-rump lengths were measured to estimate the fetal age (0-3, 4-6, 7-10 months of gestation). The ovaries were removed and ovarian tissue was processed for classic histology and transmission eletron microscopy examination. The structural evaluation demonstrated that in the first period of the gestation (0-3 months) the buffalo fetus showed ovogones (in mitotic division) and in some cases, the primary oocytes surrounded by somatic cells. In the second period (4-6 months), it was verified that the preantral follicles were completely formed. In the last period (70 month to the end of gestation) the ovaries contained a large amount of preantral follicles, and in some fetuses, antral follicles were observed. The ultrastructural analysis of the ovogones, primary oocytes and preantral follicles showed that these cells have few organelles and the quantity of mitochondria, endoplasmatic reticulum and apparatus Golgi complex is increased as the germinative cells passing from one stage to another.

Scaling-Up of Dental Pulp Stem Cells Isolated from Multiple Niches

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Differentiation of the worker's ovary in Apis mellifera L. (Hymenoptera, Apidae) during life of the larvae

The aim of the present study is to characterize the way worker and queen ovaries differentiate in, Apis mellifera, a species with trophic determination of female castes. A morphological study carried out with light and transmission electron microscopy showed that the differences in ovary development between the two castes begin as soon as the differential nursing of larvae is initiated. The decrease in ovariole number in worker ovaries is due to a process of cell death occurring in germinative cells and autophagic regression of somatic cells in the ovarioles that commence in the third instar larvae and proceed until the fifth instar where the process is more intense. Germinative cell death leads to ovariole disintegration and incorporation of the remaining somatic cells of the latter into the stromatic cells in such a way that the total volume of the ovary is little affected during larval development, although the ovariole number decreases. By the end of the larval stage, loss of cells is observed among the stromatic cells of the ovary. As a result, the ovary starts to decrease in volume and takes on the adult form.