Genetic dissection of c-Myc function during mouse organogenesis

Résumé Le gène c-myc est un des oncogènes les plus fréquemment mutés dans les tumeurs humaines. Même si plus de 70 % des cancers humains montrent une dérégulation de c-Myc, les connaissances sur son rôle physiologique pendant le développement, et dans la souris adulte restent très peu connus. Récemment, notre laboratoire a pu montrer que c-Myc contrôle l'équilibre entre le renouvellement et la différenciation des cellules souches hématopoïetiques (CSH) dans la souris adulte. Ceci est probablement dû à lacapacité de c-Myc de contrôler l'entrée et la sortie des CSH de leur niche de la moelle osseuse, en régulant plusieurs molécules d'adhésion, parmi lesquelles la cadhérine-N (Wilson et al., 2004; Wilson and Trumpp, 2006). Des études utilisant un mutant d'inactivation ont demontré que la protéine c-Myc est essentielle pour le développement au delà du jour embryonnaire E9.5. Les embryons c-Myc déficients sont plus petits que la normale et possèdent de nombreux défauts; en particulier ils ne peuvent établir un système hématopoietique embryonnaire primitif (Trumpp et al., 2001). Nous avons récemment découvert que le développement du placenta dépend de la présence de cMyc. Ceci permet de proposer que certains, sinon tous, les défauts embryonnaires puorraient dériver indirectement d'un défaut nutritionnel causé par la défaillance du placenta. Afin de répondre à cette question de manière génétique, nous avons utilisé l'allele conditionel c-mycflox (Trumpp et al., 2001) en combinaison avec l'allele Sox2-Cre (Hayashi et al., 2002). Celui-ci détermine l'expression de la récombinase Cre spécifiquement dans les cellules de l'épiblaste à partir de E6.5, tandis qu'il n'y a pas, ou seulement très peu, d'activité de la récombinase Cre dans les tissus extraembryonnaires.Alnsi, cette stratégie nous permet de générer des embryons sans c-Myc qui se développent en présence d'un compartment extraembryonnaire ou c-Myc est exprimé normalement (Sox2Cre;c-mycflox2) Ces embryons, Sox2Cre;c-mycflox2 se développent et grandissent normalement tout en formant un système vasculaire normal, mais meurent à E11.5 à cause d'un sévère manque de cellules hématopoïetiques. De façon très intéressante, la seule population qui semble être présente en nombre à peu près normal dans ces embryons est celle des précurseurs et des cellules souches. Les cellules qui forment cette population prolifèrent normalement mais ne peuvent pas former des colonies in vitro, ce qui montre que ces cellules ont perdu leur activité de cellules souches. Cependant, lorsque nous avons analysé ces cellules plus en détail en éxaminant l'expression des molécules d'intégrine nous avons découvert que l'integrine ß est sur-éxprimée à la surface des cellules c-Myc déficientes. Ceci pourrait indiquer un mécanisme par lequel c-Myc régule des molécules d'adhésion sur les cellules du sang. En conséquence, en absence de c-Myc, l'adhésion et la migration des cellules du sang de l'AGM (Aorte-Gonade-Mésonéphros) vers le foie de l'embryon, à travers le système vasculaire, est compromise. En outre, nous avons pu montrer que les hépatocytes du foie, qui constitue le site principal de formation des cellules hématopoïetiques pendant le développement, est sévèrement atteint dans des Sox2Cre;c-mycflox2 embryons. Ceci n'est pas du à un défaut propre aux cellules hépatiques qui ont perdu c-Myc, mais résulte plutôt de l'absence de cellules hématopoietïques qui normalement colonisent le foie à ce stade du développement. Ces résultats représentent la première preuve directe que le développement des hépatoblastes est dépendant de signaux provenant des cellules du sang. Summary The myc gene is one of the most frequently mutated oncogenes in human tumors. It is found to be mis-regulated in over 70% of all human cancers. However, our knowledge about its physiological role in mammalian development and adulthood remains limited. Recent work in our laboratory showed that c-Myc controls the balance between hematopoietic stem cell (HSC) self-renewal and differentiation in the adult mouse. This is likely due to the capacity of c-Myc to control entry and exit of HSCs from the bone marrow niche by regulating a number of cell adhesion molecules including N-cadherin (Wilson et al., 2004; Wilson and Trumpp 2006). During development knockout studies showed that c-Myc is required for embryonic development beyond embryonic day (E) 9.5. c-Myc deficient embryos are severely reduced in size and show multiple defects including the failure to establish a primitive hematopoietic system (Trumpp et al., 2001). Importantly, we recentry uncovered that placental development also seems to depend on normal c-Myc function, raising the possibility that some if not all of the embryonic defects observed could be mediated indirectly by a nutrition defect caused by placental failure. To address this possibility genetically, we took advantage of the conditional c-mycflox allele (Trumpp et al., 2001) in combination with the Sox2-Cre allele (Hayashi et al., 2002), in which Cre expression is specifically targeted to all epiblast cells by E6.5, while there is little or no Cre activity inextra-embryonic lineages. Thus, this strategy allows the generation of c-Myc deficient embryos, which develop within a normal c-Myc expressing extra-embryonic compartment (Sox2Cre;c-mycflox2) Such Sox2Cre;c-mycflox2 embryos develop and grow appropriately and form a normal vascular system but die at E11.5 due to a severe lack of blood cells. Interestingly, the only hematopoietic population that seems to be present in almost normal numbers in the embryo is the stem/progenitor cell population. Cells within this populatíon proliferate normal but can not give rise to hematopoietic colonies in vitro showing that functional hematopoietic stem cell (HSC) activity is lost. However, when we analyzed these phenotypic HSCs in more detail and examined integrin expression in mutant stem/progenitor cells, we observed that ß1-integrin is upregulated. This may point to a potential mechanism whereby c-Myc regulates adhesíon molecules on hematopoietic cells and thereby disturbs adhesion and migration from the AGM (aorta-gonads-mesonephros) through the vascular system to the liver. Furthermore, we uncovered that the fetal liver, the main site of hematopoietic expansion at that stage, is severely affected in Sox2Cre;c-mycflox2 embryos and that this is not due to a cell intrinsic defect of c-Myc deficient hepatocytes but rather due to the lack of hematopoietic cells that normally colonize the fetal liver at that stage of development. This provides first direct evidence that hepatoblast development depends on signals derived from blood cells.

Osteoprotegerin and bone mineral density in hemodiafiltration patients.

A newly identified cytokine, osteoprotegerin (OPG) appears to be involved in the regulation of bone remodeling. In vitro studies suggest that OPG, a soluble member of the TNF receptor family of proteins, inhibits osteoclastogenesis by interrupting the intercellular signaling between osteoblastic stromal cells and osteoclast progenitors. As patients with chronic renal failure (CRF) often have renal osteodystrophy (ROD), we investigated the role of osteoprotegerin (OPG) in ROD, and investigated whether there was any relationship between serum OPG, intact parathyroid (PTH) (iPTH), vitamin D, and trabecular bone. Serum OPG combined with iPTH might be a useful tool in the noninvasive diagnosis of ROD, at least in cases in which the range of PTH values compromises reliable diagnosis. Thirty-six patients on maintenance hemodiafiltration (HDF) and a control group of 36 age and sex matched healthy subjects with no known metabolic bone disease were studied. The following assays were made on serum: iPTH, osteocalcin (BGP), bone alkaline phosphatase, 25(OH)-cholecalciferol, calcium, phosphate, OPG, IGF-1, estradiol, and free testosterone. Serum Ca++, P, B-ALP, BGP, IGF-1, iPTH, and OPG levels were significantly higher in HDF patients than in controls, while DXA measurements and quantitative ultrasound (QUS) parameters were significantly lower. On grouping patients according to their mean OPG levels, we observed significantly lower serum IGF-1, vitamin D3 concentrations, and lumbar spine and hip bone mineral density in the high OPG groups. No correlation was found between OPG and bone turnover markers, whereas a negative correlation was found between serum OPG and IGF-1 levels (r=-0.64, p=0.032). Serum iPTH concentrations were positively correlated with bone alkaline phosphatase (B-ALP) (r=0.69, p=0.038) and BGP (r=0.92, p<0.001). The findings made suggest that an increase in OPG levels may be a compensatory response to elevated bone loss. The low bone mineral density (BMD) levels found in the high OPG group might have been due to the significant decrease in serum IGF-1 and vitamin D3 observed. In conclusion, the findings made in the present study demonstrate that increased OPG in hemodiafiltration patients is only partly due to decreased renal clearance. As it may partly reflect a compensatory response to increased bone loss, this parameter might be helpful in the identification of patients with a marked reduction in trabecular BMD.

Cross-presenting dendritic cells are required for control of Leishmania major infection.

Leishmania major infection induces self-healing cutaneous lesions in C57BL/6 mice. Both IL-12 and IFN-γ are essential for the control of infection. We infected Jun dimerization protein p21SNFT (Batf3(-/-) ) mice (C57BL/6 background) that lack the major IL-12 producing and cross-presenting CD8α(+) and CD103(+) DC subsets. Batf3(-/-) mice displayed enhanced susceptibility with larger lesions and higher parasite burden. Additionally, cells from draining lymph nodes of infected Batf3(-/-) mice secreted less IFN-γ, but more Th2- and Th17-type cytokines, mirrored by increased serum IgE and Leishmania-specific immunoglobulin 1 (Th2 indicating). Importantly, CD8α(+) DCs isolated from lymph nodes of L. major-infected mice induced significantly more IFN-γ secretion by L. major-stimulated immune T cells than CD103(+) DCs. We next developed CD11c-diptheria toxin receptor: Batf3(-/-) mixed bone marrow chimeras to determine when the DCs are important for the control of infection. Mice depleted of Batf-3-dependent DCs from day 17 or wild-type mice depleted of cross-presenting DCs from 17-19 days after infection maintained significantly larger lesions similar to mice whose Batf-3-dependent DCs were depleted from the onset of infection. Thus, we have identified a crucial role for Batf-3-dependent DCs in protection against L. major.

Interferon-γ inhibits group B Streptococcus survival within human endothelial cells

Endothelial dysfunction is a major component of the pathophysiology of septicaemic group B Streptococcus (GBS) infections. Although cytokines have been shown to activate human umbilical vein endothelial cells (HUVECs), the capacity of interferon (IFN)-γ to enhance the microbicidal activity of HUVECs against GBS has not been studied. We report that the viability of intracellular bacteria was reduced in HUVECs activated by IFN-γ. Enhanced fusion of lysosomes with bacteria-containing vacuoles was observed by acid phosphatase and the colocalisation of Rab-5, Rab-7 and lysosomal-associated membrane protein-1 with GBS in IFN-γ-activated HUVECs. IFN-γ resulted in an enhancement of the phagosome maturation process in HUVECs, improving the capacity to control the intracellular survival of GBS.

The role of dentritic cells in leishmania infection : use of novel DC lines for the development of monoclonal antibodies

Les cellules dendritiques (DCs) sont des cellules multifonctionnelles qui font le lien entre le sytème immunitaire inné et adaptatif chez les mammifères. Il existe plusieurs sous-types de DCs basés sur leurs fonctions et l'endroit où elles se situent dans le corps. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le rôle de ces cellules face à une infection parasitaire. La Leishmania est un parasite causant une maladie appelée Leishmaniose, maladie endémique de l'Afrique, de l'Asie et de certaines régions de l'Amérique du Sud. Certaines espèces causent des lésions cutanées, alors que d'autres causent des lésions dans les muqueuses ou dans les organes internes. Le système immunitaire répond en générant une réponse inflammatoire qui élimine l'infection. Lors d'une réponse non-inflammatoire (de type cytokines, chemokines), cela va amener à une persistance du parasite sur le long terme. Les DC s'activant en présence du parasite dans la peau, vont le transporter vers un ganglion. A cet endroit, se trouvent différents sous-types de DC qui ont la particularité de présenter l'antigène (spécifique à la Leishmaniose) aux lymphocytes T, ce qui va alors amener à une réponse immunitaire puissante contre le parasite. Nous avons comparé différentes espèces de Leishmaniose dans leur façon d'activer les DC et différents modèles de souris ont été utilisé dans ce but-là. Les souris du type C57BL/6 sont connues pour être résistantes à L. major et sensibles à L. mexicana, alors qu'au contraire, les souris Balb/c sont connues pour être sensibles à ces deux espèces. En utilisant des parasites fluorescents transgéniques, nous avons comparé ces deux espèces de parasites (L. major et L. mexicana) en recherchant quelles cellules elles sont capables d'infecter in-vivo dans un modèle murin. Le rôle général des DC dans une infection à L. major a déjà été décrit. Dans notre étude, nous avons étudié le besoin en DC CD8a+ dans les ganglions afin d'engendrer une réponse face à une infection à L. major. Les souris qui n'ont pas ce sous-type de DC sont beaucoup plus sensibles à l'infection : elles ont des marqueurs inflammatoires plus bas et des lésions plus grandes. Nous avons également remarqué que les DC CD8a+ jouent un rôle crucial dans une phase plus avancée de l'infection. Dans notre laboratoire, nous avons la chance d'avoir une source illimitée de DCs de sous-type CD8a+ provenant d'une souris génétiquement modifiée par nos soin. Grâce à cela, nous avons utilisé ces cellules CD8a+ pour immuniser des rats afin de produire des anticorps monoclonaux ayant des propriétés spécifiques comme l'identification de protéines uniques présentes à la surface des DC et qui ensuite, modulent une réponse immunitaire in-vivo. Nous sommes actuellement en phase de caractérisation de plus de 750 hybridomes générés dans notre laboratoire. - Les cellules dendritiques (DCs) constituent le lien entre le système inné et adaptatif de la réponse immunitaire, car elles sont capables de présenter l'antigène, de donner la co- stimulation et de relâcher des cytokines et chimokines. Au cours de cette thèse, nous avons exploré différentes familles de DC lors d'infections parasitaires, telles que la Leishmaniose, parasite intracellulaire qui infecte les mammifères. La plupart des lésions cutanées résistantes sont caractérisées par une réponse pro-inflammatoire générée par l'IL-12. A l'inverse, pour la forme non résistante, la réponse est générée par l'IL-4 et l'IL-10, dans les modèles murins vulnérables. L'infection avec Lmajor a été caractérisée chez la souris C57BL/6 (Thl) et chez la souris Balb/c (Th2). Chez la souris C57BL/6 la lésion guérit, alors que chez la souris Balb/c, la lésion est au contraire non-cicatrisante. Nous avons comparé l'activation causée dans l'ensemble des DC par différentes espéces de Leishmania, et plus spécifiquement dans les DC CD8a+ présentes dans les ganglions lymphatiques et leur rôle dans la vulnérabilité à L. major. Ces cellules sont spécialisées dans la présentation croisée d'antigènes exogènes par le CMH-I et le haut taux de production d'IL-12 après activation. En utilisant des DC dérivées de moelle osseuse, nous avons constaté que L. guyanensis V+ (transportant un retrovirus) était le plus efficace pour l'activation des DC in-vitro comparé à L. major, L. mexicana et L. guyanensis (V-). Toutefois, in-vivo, les souris infectées avec L. major ont vu la taille de leur ganglions lymphatiques drainants augmentée, 3-6 semaines après l'infection dans les deux espèces de souris (les C57BL/6 résistantes et les Balb/c sensibles). En utilisant un parasite fluorescent transgénique, nous avons trouvé que les souris C57BL/6 sensibles à Lmexicana ont un nombre plus important de cellules Β infectées et un plus petit nombre de DC dérivées des monocytes inflammatoires, comparé au souris infectées avec L. major. Les conséquences de ces observations sont encore à l'étude. Des souris déficientes en CD8ct+DC et CD103+ sont plus sensibles à L. major que les souris WT: leurs lésions sont plus grandes et la charge parasitaire est plus importante. Nous avons généré une chimère de moelles osseuse CD11-DTR et Batf3-/- en mélangeant les moelles de ces deux souris, afin de déterminer le temps après infection où le manque de DC's CD8a+ contribue le plus à l'augmentation de la vulnérabilité chez la souris KO. Ces souris produisent plus d'IgG1 et IgE, font une réponse Th2 plus forte et Thl moins forte. Nous avons constaté que les souris déficientes en DC CD8a+ au début de la réponse immunitaire adaptive (trois semaines après injection) maintiennent un haut taux de lésions de grande taille, semblable à celui des souris chez qui les cellules ont été déplétées avant l'injection. Cela indique que les DC CD8a+ sont nécessaires pour l'efficacité de l'immunité dans la phase chronique de l'infection à L. major. Parallèlement à cela, nous avons aussi commencé une génération d'anticorps monoclonaux dirigés contre les DC CD8a+ activés en utilisant des souches établies dans notre laboratoire. En partant d'une librairie de 763 hybridomes, nous avons identifié plusieurs clones dignes d'intérêt avec une capacité fonctionnelle à moduler la prolifération et la sécrétion de cytokines des cellules T, ainsi que les molécules de co-stimulation présentes à la surface des DC activées elle-même. - Dendritic cells (DCs) are the bridge between the innate and the adaptive arms of the immune systems. They are professional antigen presentation cells and have important cytokine/chemokine release functions. In this dissertation we have focussed on the study of the different subsets of DCs in parasitic infection immunity. Leishmania are intra-cellular parasites of many different species that infect mammals. Most cutaneous lesions that are self- healing are characterized with a pro-inflammatory response with IL-12 while high levels of cytokines such as IL-4 and IL-10 characterized in susceptible mouse models. In mice L. major infection has been well characterized in C57BL/6 mice (Thl) that form healing lesions while Balb/c mice (Th2) form non-healing lesions. This thesis is focussed on comparing DC activation at large by different strains of Leishmania and more specifically, dLN resident CD8a+ DCs and their role in L. major susceptibility. This subset is specialized in cross- presentation of exogenous antigens in the MHC-I pathway and produce high levels of EL-12. Using bone marrow derived DCs we found that L. guyanensis V+ (carrying a retro-virus) was the most efficient at activating DCs in-vitro. In-vivo however L. major infected mice had the largest dLNs 3-6 weeks after infection in both genetically resistant C57BL/6 and susceptible Balb/c mice. Using transgenic fluorescent parasites, we found that C57BL/6 mice which are susceptible to L. mexicana had more number of infected Β cells and fewer number of infected inflammatory monocyte derived DCs in contrast to L. major infection. Using mice deficient in CD8a+ DCs, we found that these mice were more susceptible to L. major than their WT counterparts. They made larger lesions, had higher parasite burdens, higher levels of Th2 indicating immunolgloblins as measured by higher serie IgE levels and lower CD4+ IFNy+ cells. A mixed bone marrow chimera system of CDllc-DTR and Batf3~'~ was generated to determine the time point at which the lack of CD8a+ DCs most contributes to the increased susceptibility in KO mice. We found that mice depleted of CD8a+ DCs at the advent of the adaptive response (3 weeks after infection) maintained the significantly higher lesion size similar to mice whose cells were depleted from the onset of infection. This indicates that CD8a+ DCs are required for effective immunity in the chronic phase of L. major infection. We also began the generation of a valuable tool of monoclonal antibodies against activated CD8a+ DCs using our in-house DC line. From a library of 763 hybridomas we have identified several interesting clones with a functional ability to modulate Τ cell proliferation and cytokine secretion as well as down-modulating co-stimulatory molecules on activated DC cells themselves.

T cells dampen innate immune responses through inhibition of NLRP1 and NLRP3 inflammasomes.

Inflammation is a protective attempt by the host to remove injurious stimuli and initiate the tissue healing process. The inflammatory response must be actively terminated, however, because failure to do so can result in 'bystander' damage to tissues and diseases such as arthritis or type-2 diabetes. Yet the mechanisms controlling excessive inflammatory responses are still poorly understood. Here we show that mouse effector and memory CD4(+) T cells abolish macrophage inflammasome-mediated caspase-1 activation and subsequent interleukin 1beta release in a cognate manner. Inflammasome inhibition is observed for all tested NLRP1 (commonly called NALP1) and NLRP3 (NALP3 or cryopyrin) activators, whereas NLRC4 (IPAF) inflammasome function and release of other inflammatory mediators such as CXCL2, interleukin 6 and tumour necrosis factor are not affected. Suppression of the NLRP3 inflammasome requires cell-to-cell contact and can be mimicked by macrophage stimulation with selected ligands of the tumour necrosis factor family, such as CD40L (also known as CD40LG). In a NLRP3-dependent peritonitis model, effector CD4(+) T cells are responsible for decreasing neutrophil recruitment in an antigen-dependent manner. Our findings reveal an unexpected mechanism of inflammasome inhibition, whereby effector and memory T cells suppress potentially damaging inflammation, yet leave the primary inflammatory response, crucial for the onset of immunity, intact.

Direct presentation of a melanocyte-associated antigen in peripheral lymph nodes induces cytotoxic CD8+ T cells.

Encounter of self-antigens in the periphery by mature T cells induces tolerance in the steady-state. Hence, it is not understood why the same peripheral antigens are also promiscuously expressed in the thymus to mediate central tolerance. Here, we analyzed CD8(+) T-cell tolerance to such an antigen constituted by ovalbumin under the control of the tyrosinase promoter. As expected, endogenous CD8(+) T-cell responses were altered in the periphery of transgenic mice, resulting from promiscuous expression of the self-antigen in mature medullary epithelial cells and deletion of high-affinity T cells in the thymus. In adoptive T-cell transfer experiments, we observed constitutive presentation of the self-antigen in peripheral lymph nodes. Notably, this self-antigen presentation induced persisting cytotoxic cells from high-affinity CD8(+) T-cell precursors. Lymph node resident melanoblasts expressing tyrosinase directly presented the self-antigen to CD8(+) T cells, independently of bone marrow-derived antigen-presenting cells. This peripheral priming was independent of the subcellular localization of the self-antigen, indicating that this mechanism may apply to other melanocyte-associated antigens. Hence, central tolerance by promiscuous expression of peripheral antigens is a mandatory, rather than a superfluous, mechanism to counteract the peripheral priming, at least for self-antigens that can be directly presented in lymph nodes. The peripheral priming by lymph node melanoblasts identified here may constitute an advantage for immunotherapies based on adoptive T-cell transfer.

The function of natural killer cells: education, reminders and some good memories.

The effector response of natural killer (NK) cells is determined by opposing signals received through activating and inhibitory receptors. A process termed NK cell education, which is guided by the recognition of Major Histocompatibility Complex class I (MHC-I) molecules, determines how efficiently activating receptors respond to stimulation. This ensures NK cell tolerance to healthy tissues while allowing robust responses to diseased host cells. It was thought that NK cells are educated during their development in the bone marrow and that education fixes the NK cells' functional properties. However, recent findings suggest that the function of mature peripheral NK cells can adapt to changes in their environment and that the persistent exposure to normal-self is essential to maintain NK cell reactivity. Notwithstanding, NK cell stimulation in the context of inflammation can stably improve the functional properties of NK cells.

Cytotoxic T cells deficient in both functional fas ligand and perforin show residual cytolytic activity yet lose their capacity to induce lethal acute graft-versus-host disease.

Graft-versus-host disease (GVHD) is the main complication after allogeneic bone marrow transplantation. Although the tissue damage and subsequent patient mortality are clearly dependent on T lymphocytes present in the grafted inoculum, the lethal effector molecules are unknown. Here, we show that acute lethal GVHD, induced by the transfer of splenocytes from C57BL/6 mice into sensitive BALB/c recipients, is dependent on both perforin and Fas ligand (FasL)-mediated lytic pathways. When spleen cells from mutant mice lacking both effector molecules were transferred to sublethally irradiated allogeneic recipients, mice survived. Delayed mortality was observed with grafted cells deficient in only one lytic mediator. In contrast, protection from lethal acute GVHD in resistant mice was exclusively perforin dependent. Perforin-FasL-deficient T cells failed to lyse most target cells in vitro. However, they still efficiently killed tumor necrosis factor alpha-sensitive fibroblasts, demonstrating that cytotoxic T cells possess a third lytic pathway.

Proangiogenic Factor PlGF Programs CD11b+ Myelomonocytes in Breast Cancer during Differentiation of Their Hematopoietic Progenitors.

Tumor-mobilized bone marrow-derived CD11b(+) myeloid cells promote tumor angiogenesis, but how and when these cells acquire proangiogenic properties is not fully elucidated. Here, we show that CD11b(+) myelomonocytic cells develop proangiogenic properties during their differentiation from CD34(+) hematopoietic progenitors and that placenta growth factor (PlGF) is critical in promoting this education. Cultures of human CD34(+) progenitors supplemented with conditioned medium from breast cancer cell lines or PlGF, but not from nontumorigenic breast epithelial lines, generate CD11b(+) cells capable of inducing endothelial cell sprouting in vitro and angiogenesis in vivo. An anti-Flt-1 mAb or soluble Flt-1 abolished the generation of proangiogenic activity during differentiation from progenitor cells. Moreover, inhibition of metalloproteinase activity, but not VEGF, during the endothelial sprouting assay blocked sprouting induced by these proangiogenic CD11b(+) myelomonocytes. In a mouse model of breast cancer, circulating CD11b(+) cells were proangiogenic in the sprouting assays. Silencing of PlGF in tumor cells prevented the generation of proangiogenic activity in circulating CD11b(+) cells, inhibited tumor blood flow, and slowed tumor growth. Peripheral blood of breast cancer patients at diagnosis, but not of healthy individuals, contained elevated levels of PlGF and circulating proangiogenic CD11b(+) myelomonocytes. Taken together, our results show that cancer cells can program proangiogenic activity in CD11b(+) myelomonocytes during differentiation of their progenitor cells in a PlGF-dependent manner. These findings impact breast cancer biology, detection, and treatment. Cancer Res; 71(11); 3781-91. ©2011 AACR.

Régulation du processus métastatique tumoral par l'oxyde nitrique (NO), le TGF-β el les cellules de l'hôte

RESUME Nous avons étudié le rôle de deux molécules, le Transfon-ning Growth Factor (TGF-β) et l'oxyde nitrique (NO), dans le processus métastatique. Deux clones tumoraux ont été sélectionnés à partir d'un carcinome du côlon pour leur différence de potentiel tumorigénique dans des rats syngéniques. La croissance tumorale du clone progressif PROb a été corrélée à sa capacité à sécréter le TGF-β actif Cependant, la transfection du clone régressif REGb, sécrétant du TGF-β latent, par une vecteur codant pour le TGF-β bio-actif n'a pas permis d'induire le développement tumoral. Les deux clones tumoraux présentent des activités des protéases MMP-2, APN et DPPIV identiques et qui ne semblent pas modifiées par le TGF-β. L'interaction des cellules tumorales avec l'endothélium et l'activité de la NO synthase (iNOS) responsable de la synthèse de NO sont impliqués dans la progression de nombreux cancers. Le clone PROb, mais pas le clone REGb, inhibe l'activation de la iNOS des cellules endothéliales par sa sécrétion de TGF-β actif Les deux clones montrent cependant des propriétés d'adhésion identiques aux cellules endothéliales et sont capables d'inhiber par contact cellulaire direct l'activation de la iNOS endothéliale. Ceci suggère que ces contacts directs pourraient créer un micro-environnement favorable à la conversion du TGF-β latent en TGF-β actif ou à d'autres interactions moléculaires pouvant réguler l'activation endothéliale. Par ailleurs, les deux clones activent des macrophages du système nerveux central, organe où ils ne forment pas de métastases, mais pas les macrophages circulants, illustrant des mécanismes différentiels et spécifiques dans l'activation de différents types de cellules immunitaires. Afin de mieux comprendre le rôle du NO dans la dissémination métastatique, deux clones cellulaires différant par le taux d'activité de la iNOS ont été sélectionnés à partir de la lignée murine parentale de carcinome du sein EMT-6. Bien que le NO soit un inhibiteur potentiel de la prolifération cellulaire, les deux clones montrent des propriétés prolifératives identiques in vitro. Les cellules EMT-6H qui produisent peu de NO in vitro forment de nombreux nodules tumoraux pulmonaires in vivo corrélés à une mortalité significative des souris syngéniques injectées. Les cellules EMT-6J qui présentent une expression élevée de iNOS et de NO induisent de rares nodules tumoraux pulmonaires et peu de mortalité. Dans ce modèle, l'expression tumorale de NO semble donc défavoriser la croissance tumorale. Les deux clones cellulaires ont des propriétés identiques d'adhésion et de prolifération mesurées in vitro sur des cellules endothéliales primaires isolées de différents organes et in vivo par une colocalisation identique dans les poumons de souris syngéniques 48h après leur injection. Les cellules EMT-6H présentent une activité MMP-2 plus élevée alors que les activités des protéases APN et DPPIV sont identiques dans les deux clones cellulaires. Le TGF-β soluble ainsi que les fibroblastes primaires bloquent la prolifération des deux clones cellulaires. Cependant, l'activation préalable des fibroblastes par du TGF-β restaure partiellement la prolifération du clone EMT-6H mais pas celle du clone EMT-6J. Ces résultats montrent que le rôle de molécules telles que le TGF-β et le NO tumoral dans la progression tumorale doit être considéré dans un contexte d'interactions des cellules tumorales avec les différentes types cellulaires de l'hôte: en particulier, notre travail souligne que les macrophages et les fibroblastes sont déterminants dans la progression métastatique des carcinomes du côlon ou du sein. RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLIC Les métastases tumorales, disséminées et intraitables par chirurgie, représentent un problème majeur dans le traitement clinique du cancer. Elles sont dues à des cellules tumorales qui ont migré de leur site tumoral primaire, circulé et survécu dans le système vasculaire de l'hôte, échappé au système immunitaire, adhéré à et survécu sur l'endothélium des vaisseaux, et envahi le tissu sous-jacent où elles ont proliféré. Cette capacité à former des métastases implique de nombreux facteurs dont certains ont été identifiés mais dont le rôle reste controversé dans les différentes études. Nous nous sommes intéressés au rôle de l'oxyde nitrique (NO) et du facteur de croissance et de transformation cellulaire TGF-β. Dans les carcinomes du sein, l'expression des enzymes responsables de la synthèse de NO a été corrélée avec l'invasion tumorale mais aussi avec un pronostic favorable selon les études. Deux clones cellulaires ont été isolés à partir de la tumeur mammaire EMT-6 chez la souris. Le clone EMT-6H sécrète peu de NO et forme de nombreuses tumeurs dans les poumons des souris *entraînant leur décès. Le clone EMT-6J sécrète beaucoup de NO et ne se développe que peu dans les poumons. Dans ce modèle expérimental, le NO semble donc défavoriser la croissance tumorale. L'analyse des interactions avec les cellules de l'hôte rencontrées lors de la formation de métastases pulmonaires a montré que les deux clones cellulaires adhérent et prolifèrent de manière similaire sur les cellules endothéliales tapissant l'intérieur des vaisseaux sanguins. L'arrêt des cellules tumorales dans les poumons ne permet donc pas d'expliquer la différence de croissance tumorale. Cependant, le clone agressif EMT-6H présente une activité élevée d'une protéase (MMP-2) qui lui permettrait par la suite d'envahir le tissu pulmonaire. Par ailleurs, l'activation des fibroblastes du tissu pulmonaire par le TGF-β, une molécule observée dans des conditions inflammatoires, permet au clone agressif EMT-6H de proliférer mais inhibe la croissance du clone EMT-6J. Dans un modèle expérimental de carcinome du côlon, le TGF-β est considéré favorable à la croissance tumorale. Isolées à partir de la même tumeur initiale, deux lignées de cellules ont des comportements opposés lorsqu'elles sont injectées sous la peau des rats. La capacité de la lignée PROb à former des tumeurs a été corrélée à la sécrétion de TGF-β actif L'introduction du gène codant pour le TGF-β actif dans la lignée REGb, qui ne sécrète pas de TGF-β actif et ne forme pas de tumeurs chez le rat, ne restaure pas leur potentiel tumorigénique. Dans ce modèle, l'expression de TGF-β actif ne semble donc pas suffisante à la croissance tumorale. Les interactions avec différents types cellulaires de l'hôte ont été étudiées. Les deux lignées tumorales adhérent de manière similaire sur les cellules endothéliales et sont capables d'inhiber leur activation, un mécanisme qui pourrait participer à la destruction. Les deux lignées activent les cellules immunitaires du système nerveux central, un organe où elles ne forment pas de métastase. Ces résultats suggèrent que la sélection des cellules métastatiques ne s'effectue pas sur l'endothélium des vaisseaux sanguins mais à des étapes ultérieures dans le micro- environnement cellulaire du nouvel organe colonisé. SUMMARY Metastasis results from the migration of tumor cells from their primary tumor, circulation through the bloodstream, attachment to the endothelium, and invasion of the surrounding tissue where they create a microenvironnement favoring their growth. This multistep process implies various cellular interactions and molecules. Among those, we were interested in the role of the Transforming Growth Factor beta (TGF-β) and the nitric oxide (NO). Two cell lines were isolated from a rat colon tumor and assessed for their metastatic potential in vivo. The PROb cell line that expresses active TGF-β formed subcutaneous tumors in rats while the REGb cell line that expresses only latent TGF-β did not. Transfection of REGb cells with a plasmid encoding for the active form of TGF-β failed to restore their metastatic ability. Thus TGF-β secretion is not sufficient to induce colon carcinoma progression. Activities of various proteases such as APN, DPPIV and MMP were similar in both cell lines and were not regulated by TGF-β. Interactions with the endothelium as well as NO synthase activity (iNOS) and local NO concentrations are believed to be crucial steps in cancer metastasis. Coculture of the two clones with endothelial cells inhibited the cytokine-triggered activation of the iNOS enzyme in primary rat endothelial cells but only PROb cells were capable of increasing the expression of IL-6, a protumoral interleukin that may participate in the impairment of the anti-tumoral immune response of the host. Both cell lines exhibited potential to activate microglial cells but not bone marrow-derived macrophages, pointing to a differential regulation of specialized immune cells. To better understand the conflicting role of NO in breast cancer progression, two cell clones were selected from the murine tumorigenic cell line EMT-6 based on their iNOS activity and NO secretion. Although NO has been shown to inhibit cell proliferation, the two cell clones exhibited similar proliferation rates in vitro. The EMT-6H cells expressed little NO and grew actively in the lungs of syngenic mice, leading to their death. Opposite results were observed with the EMT-6J cells. In these in vivo conditions, NO seems to impair tumor growth. Both clones exhibited similar in vitro adhesive properties to primary endothelial cells isolated from various mouse organs and similar localization in the lungs of mice 48 hours after injection. Sustained metalloproteinase MMP-2 activity was detected in the tumorigenic EMT-6H clone, but not in the EMT-6J cells while other proteases such as APN and DPPIV showed no difference. These results suggested that the two clones differed in invasion steps following adhesion to the endothelium and that NO did not participate in previous steps. Consistent with this, both soluble TGF-β and supernatants of cultures of mouse primary lung fibroblasts inhibited the growth of the two clones. However, previous activation of these fibroblasts with TGF-β restored the growth of the tumorigenic EMT-6H cells, but not of EMT-6J cells. Altogether, these results indicate that the role of a given molecule, such as NO or TGF-β, must be considered in a context of interaction of tumor cells with host cells. They further imply that interaction of tumor cells with specialized immune cells and with stromal cells of the colonized organ, rather than with the endothelium, are critical in regulating metastasis.

Basic calcium phosphate crystals induce monocyte/macrophage IL-1(beta) secretion through the NLRP3 inflammasome in vitro.

Basic calcium phosphate (BCP) crystals are associated with severe osteoarthritis and acute periarticular inflammation. Three main forms of BCP crystals have been identified from pathological tissues: octacalcium phosphate, carbonate-substituted apatite, and hydroxyapatite. We investigated the proinflammatory effects of these BCP crystals in vitro with special regard to the involvement of the NLRP3-inflammasome in THP-1 cells, primary human monocytes and macrophages, and mouse bone marrow-derived macrophages (BMDM). THP-1 cells stimulated with BCP crystals produced IL-1β in a dose-dependent manner. Similarly, primary human cells and BMDM from wild-type mice also produced high concentrations of IL-1β after crystal stimulation. THP-1 cells transfected with short hairpin RNA against the components of the NLRP3 inflammasome and mouse BMDM from mice deficient for NLRP3, apoptosis-associated speck-like protein, or caspase-1 did not produce IL-1β after BCP crystal stimulation. BCP crystals induced macrophage apoptosis/necrosis as demonstrated by MTT and flow cytometric analysis. Collectively, these results demonstrate that BCP crystals induce IL-1β secretion through activating the NLRP3 inflammasome. Furthermore, we speculate that IL-1 blockade could be a novel strategy to inhibit BCP-induced inflammation in human disease.

Species-Specific Recognition of Aspergillus fumigatus by Toll-like Receptor 1 and Toll-like Receptor 6.

Background. Aspergillus fumigatus causes invasive aspergillosis, a potentially fatal infection in oncohematological patients. Innate immune detection of A. fumigatus involves Toll-like receptor (TLR) 4 and TLR2, which forms a heterodimer with either TLR1 or TLR6. The role of those coreceptors in Aspergillus sensing is unknown. Methods. Cytokine production was measured in bone marrow-derived macrophages (BMDMs) from wild-type (WT) and TLR-deficient mice after incubation with a WT and an immunogenic RodA-deficient (ΔrodA-47) strain of A. fumigatus and in lungs from these mice after intranasal mold inoculation. Aspergillus fumigatus-mediated NF-κB activation was measured in HEK293T cells transfected with plasmids expressing mouse or human TLRs. Results. Bone marrow-derived macrophages from TLR1- and TLR6-deficient mice produced lower amounts of interleukin 12p40, CXCL2, interleukin 6, and tumor necrosis factor α than BMDMs from WT mice after stimulation with A. fumigatus. Lungs from TLR1- and TLR6-deficient mice had diminished CXCL1 and CXCL2 production and increased fungal burden after intranasal inoculation of ΔrodA A. fumigatus compared with lungs from WT mice. ΔrodA strain-mediated NF-κB activation was observed in HEK293T cells expressing mouse TLR2/1, mouse TLR2/6, and human TLR2/1 but not human TLR2/6. Conclusions. Innate immune detection of A. fumigatus is mediated by TLR4 and TLR2 together with TLR1 or TLR6 in mice and TLR1 but not TLR6 in humans.

Analysis of the transcriptional activity of endogenous NFAT5 in primary cells using transgenic NFAT-luciferase reporter mice

Background: The transcription factor NFAT5/TonEBP regulates the response of mammalian cells to hypertonicity. However, little is known about the physiopathologic tonicity thresholds that trigger its transcriptional activity in primary cells. Wilkins et al. recently developed a transgenic mouse carrying a luciferase reporter (9xNFAT-Luc) driven by a cluster of NFAT sites, that was activated by calcineurin-dependent NFATc proteins. Since the NFAT site of this reporter was very similar to an optimal NFAT5 site, we tested whether this reporter could detect the activation of NFAT5 in transgenic cells.Results: The 9xNFAT-Luc reporter was activated by hypertonicity in an NFAT5-dependent manner in different types of non-transformed transgenic cells: lymphocytes, macrophages and fibroblasts. Activation of this reporter by the phorbol ester PMA plus ionomycin was independent of NFAT5 and mediated by NFATc proteins. Transcriptional activation of NFAT5 in T lymphocytes was detected at hypertonic conditions of 360–380 mOsm/kg (isotonic conditions being 300 mOsm/kg) and strongly induced at 400 mOsm/kg. Such levels have been recorded in plasma in patients with osmoregulatory disorders and in mice deficient in aquaporins and vasopressin receptor. The hypertonicity threshold required to activate NFAT5 was higher in bone marrow-derived macrophages (430 mOsm/kg) and embryonic fibroblasts (480 mOsm/kg). Activation of the 9xNFAT-Luc reporter by hypertonicity in lymphocytes was insensitive to the ERK inhibitor PD98059, partially inhibited by the PI3-kinase inhibitor wortmannin (0.5 μM) and the PKA inhibitor H89, and substantially downregulated by p38 inhibitors (SB203580 and SB202190) and by inhibition of PI3-kinase-related kinases with 25 μM LY294002. Sensitivity of the reporter to FK506 varied among cell types and was greater in primary T cells than in fibroblasts and macrophages.Conclusion: Our results indicate that NFAT5 is a sensitive responder to pathologic increases in extracellular tonicity in T lymphocytes. Activation of NFAT5 by hypertonicity in lymphocytes was mediated by a combination of signaling pathways that differed from those required in other cell types. We propose that the 9xNFAT-Luc transgenic mouse model might be useful to study the physiopathological regulation of both NFAT5 and NFATc factors in primary cells.

Notch1 deficiency dissociates the intrathymic development of dendritic cells and T cells.

Thymic dendritic cells (DCs) form a discrete subset of bone marrow (BM)-derived cells, the function of which is to mediate negative selection of autoreactive thymocytes. The developmental origin of thymic DCs remains controversial. Although cell transfer studies support a model in which T cells and thymic DCs develop from the same intrathymic pluripotential precursor, it remains possible that these two types of cells develop from independent intrathymic precursors. Notch proteins are cell surface receptors involved in the regulation of cell fate specification. We have recently reported that T cell development in inducible Notch1-deficient mice is severely impaired at an early stage, before the expression of T cell lineage markers. To investigate whether development of thymic DCs also depends on Notch1, we have constructed mixed BM chimeric mice. We report here that thymic DC development from Notch1(-/)- BM precursors is absolutely normal (in terms of absolute number and phenotype) in this competitive situation, despite the absence of Notch1(-/)- T cells. Furthermore, we find that peripheral DCs and Langerhans cells are also not affected by Notch1 deficiency. Our results demonstrate that the development of DCs is totally independent of Notch1 function, and strongly suggest a dissociation between intrathymic T cell and DC precursors.