Alternative splicing by hnRNP L as a new modulator of hematopoietic cell differentiation, survival and migration

Les modifications post-transcriptionnelles de l’ARN messager (ARNm), comme l’épissage alternatif, jouent un rôle important dans la régulation du développement embryonnaire, de la fonction cellulaire et de l’immunité. De nouvelles évidences révèlent que l’épissage alternatif serait également impliqué dans la régulation de la maturation et de l’activation des cellules du système hématopoïétique. Le facteur hnRNP L a été identifié comme étant le principal régulateur de l’épissage alternatif du gène codant pour le récepteur CD45 in vitro. Le récepteur CD45 est une tyrosine phosphatase exprimée par toutes les cellules du système hématopoïétique qui contrôle le développement et l’activation des lymphocytes T. Dans un premier temps, nous avons étudié la fonction du facteur hnRNP L dans le développement des lymphocytes T et dans l’épissage de l’ARNm de CD45 in vivo en utilisant des souris dont le gène de hnRNP L a été supprimé spécifiquement dans les cellules T. La délétion de hnRNP L dans les thymocytes résulte en une expression aberrante des différents isoformes de CD45 avec une prédominance de l'isoforme CD45RA qui est généralement absent dans le thymus. Une conséquence de la délétion de hnRNP L est une diminution de la cellularité du thymus causée par un blocage partiel du développement des cellules pré-T au stade DN4. Cette réduction du nombre de cellules dans le thymus n’est pas liée à une hausse de la mort cellulaire. Les thymocytes déficients pour hnRNP L démontrent plutôt une prolifération augmentée comparée aux thymocytes sauvages due à une hyper-activation des kinases Lck, Erk1/2 et Akt. De plus, la délétion de hnRNP L dans le thymus cause une perte des cellules T en périphérie. Les résultats des expériences in vitro suggèrent que cette perte est principalement due à un défaut de migration des thymocytes déficients pour hnRNP L du thymus vers la périphérie en réponse aux chimiokines. L’épissage alternatif de CD45 ne peut expliquer ce phénotype mais l’identification de cibles par RNA-Seq a révélé un rôle de hnRNP L dans la régulation de l’épissage alternatif de facteurs impliqués dans la polymérisation de l’actine. Dans un second temps, nous avons étudié le rôle de hnRNP L dans l’hématopoïèse en utilisant des souris dont la délétion de hnRNP L était spécifique aux cellules hématopoïétiques dans les foies fœtaux et la moelle osseuse. L’ablation de hnRNP L réduit le nombre de cellules progénitrices incluant les cellules progénitrices lymphocytaires (CLPs), myéloïdes (CMPs, GMPs) et mégakaryocytes-érythrocytaires (MEPs) et une perte des cellules hématopoïétiques matures. À l’opposé des cellules progénitrices multipotentes (MPPs) qui sont affectées en absence de hnRNP L, la population de cellules souches hématopoïétiques (HSCs) n’est pas réduite et prolifère plus que les cellules contrôles. Cependant, les HSCs n’exprimant pas hnRNP L sont positives pour l'Annexin V et expriment CD95 ce qui suggère une mort cellulaire prononcée. Comme pour les thymocytes, une analyse par RNA-Seq des foies fœtaux a révélé différents gènes cibles de hnRNP L appartenant aux catégories reliées à la mort cellulaire, la réponse aux dommages à l’ADN et à l’adhésion cellulaire qui peuvent tous expliquer le phénotype des cellules n’exprimant pas le gène hnRNP L. Ces résultats suggèrent que hnRNP L et l’épissage alternatif sont essentiels pour maintenir le potentiel de différenciation des cellules souches hématopoïétiques et leur intégrité fonctionnelle. HnRNP L est aussi crucial pour le développement des cellules T par la régulation de l’épissage de CD45 ainsi que pour leur migration.

Limited sampling strategies for estimation of cyclosporine exposure in pediatric hematopoietic stem cell transplant recipients : methodological improvement and introduction of sampling time deviation analysis.

Le suivi thérapeutique est recommandé pour l’ajustement de la dose des agents immunosuppresseurs. La pertinence de l’utilisation de la surface sous la courbe (SSC) comme biomarqueur dans l’exercice du suivi thérapeutique de la cyclosporine (CsA) dans la transplantation des cellules souches hématopoïétiques est soutenue par un nombre croissant d’études. Cependant, pour des raisons intrinsèques à la méthode de calcul de la SSC, son utilisation en milieu clinique n’est pas pratique. Les stratégies d’échantillonnage limitées, basées sur des approches de régression (R-LSS) ou des approches Bayésiennes (B-LSS), représentent des alternatives pratiques pour une estimation satisfaisante de la SSC. Cependant, pour une application efficace de ces méthodologies, leur conception doit accommoder la réalité clinique, notamment en requérant un nombre minimal de concentrations échelonnées sur une courte durée d’échantillonnage. De plus, une attention particulière devrait être accordée à assurer leur développement et validation adéquates. Il est aussi important de mentionner que l’irrégularité dans le temps de la collecte des échantillons sanguins peut avoir un impact non-négligeable sur la performance prédictive des R-LSS. Or, à ce jour, cet impact n’a fait l’objet d’aucune étude. Cette thèse de doctorat se penche sur ces problématiques afin de permettre une estimation précise et pratique de la SSC. Ces études ont été effectuées dans le cadre de l’utilisation de la CsA chez des patients pédiatriques ayant subi une greffe de cellules souches hématopoïétiques. D’abord, des approches de régression multiple ainsi que d’analyse pharmacocinétique de population (Pop-PK) ont été utilisées de façon constructive afin de développer et de valider adéquatement des LSS. Ensuite, plusieurs modèles Pop-PK ont été évalués, tout en gardant à l’esprit leur utilisation prévue dans le contexte de l’estimation de la SSC. Aussi, la performance des B-LSS ciblant différentes versions de SSC a également été étudiée. Enfin, l’impact des écarts entre les temps d’échantillonnage sanguins réels et les temps nominaux planifiés, sur la performance de prédiction des R-LSS a été quantifié en utilisant une approche de simulation qui considère des scénarios diversifiés et réalistes représentant des erreurs potentielles dans la cédule des échantillons sanguins. Ainsi, cette étude a d’abord conduit au développement de R-LSS et B-LSS ayant une performance clinique satisfaisante, et qui sont pratiques puisqu’elles impliquent 4 points d’échantillonnage ou moins obtenus dans les 4 heures post-dose. Une fois l’analyse Pop-PK effectuée, un modèle structural à deux compartiments avec un temps de délai a été retenu. Cependant, le modèle final - notamment avec covariables - n’a pas amélioré la performance des B-LSS comparativement aux modèles structuraux (sans covariables). En outre, nous avons démontré que les B-LSS exhibent une meilleure performance pour la SSC dérivée des concentrations simulées qui excluent les erreurs résiduelles, que nous avons nommée « underlying AUC », comparée à la SSC observée qui est directement calculée à partir des concentrations mesurées. Enfin, nos résultats ont prouvé que l’irrégularité des temps de la collecte des échantillons sanguins a un impact important sur la performance prédictive des R-LSS; cet impact est en fonction du nombre des échantillons requis, mais encore davantage en fonction de la durée du processus d’échantillonnage impliqué. Nous avons aussi mis en évidence que les erreurs d’échantillonnage commises aux moments où la concentration change rapidement sont celles qui affectent le plus le pouvoir prédictif des R-LSS. Plus intéressant, nous avons mis en exergue que même si différentes R-LSS peuvent avoir des performances similaires lorsque basées sur des temps nominaux, leurs tolérances aux erreurs des temps d’échantillonnage peuvent largement différer. En fait, une considération adéquate de l'impact de ces erreurs peut conduire à une sélection et une utilisation plus fiables des R-LSS. Par une investigation approfondie de différents aspects sous-jacents aux stratégies d’échantillonnages limités, cette thèse a pu fournir des améliorations méthodologiques notables, et proposer de nouvelles voies pour assurer leur utilisation de façon fiable et informée, tout en favorisant leur adéquation à la pratique clinique.

Establishing a Robust In Vitro Embryonic Stem Cell Differentiation Assay to Monitor the Hematopoietic Potential of DELES Clones

Afin d’effectuer des études fonctionnelles sur le génome de la souris, notre laboratoire a généré une bibliothèque de clones de cellules souches embryonnaires (ESC) présentant des suppressions chromosomiques chevauchantes aléatoires – la bibliothèque DELES. Cette bibliothèque contient des délétions couvrant environ 25% du génome murin. Dans le laboratoire, nous comptons identifier de nouveaux déterminants du destin des cellules hématopoïétiques en utilisant cet outil. Un crible primaire utilisant la benzidine pour démontrer la présence d'hémoglobine dans des corps embryoïdes (EBS) a permis d’identifier plusieurs clones délétés présentant un phénotype hématopoïétique anormal. Comme cet essai ne vérifie que la présence d'hémoglobine, le but de mon projet est d'établir un essai in vitro de différenciation des ESC permettant de mesurer le potentiel hématopoïétique de clones DELES. Mon hypothèse est que l’essai de différenciation hématopoïétique publié par le Dr Keller peut être importé dans notre laboratoire et utilisé pour étudier l'engagement hématopoïétique des clones DELES. À l’aide d’essais de RT-QPCR et de FACS, j’ai pu contrôler la cinétique de différenciation hématopoïétique en suivant l’expression des gènes hématopoïétiques et des marqueurs de surface comme CD41, c-kit, RUNX1, GATA2, CD45, β-globine 1 et TER-119. Cet essai sera utilisé pour valider le potentiel hématopoïétique des clones DELES candidats identifiés dans le crible principal. Mon projet secondaire vise à utiliser la même stratégie rétro-virale a base de Cre-loxP utilisée pour générer la bibliothèque DELES pour générer une bibliothèque de cellules KBM-7 contenant des suppressions chromosomiques chevauchantes. Mon but ici est de tester si la lignée cellulaire leuémique humaine presque haploïde KBM-7 peut être exploitée en utilisant l'approche DELES pour créer cette bibliothèque. La bibliothèque de clones KBM-7 servira à définir les activités moléculaires de drogues anti-leucémiques potentielless que nous avons identifiées dans le laboratoire parce qu’elles inhibent la croissance cellulaire dans plusieurs échantillons de leucémie myéloïde aiguë dérivés de patients. Elle me permettra également d'identifier les voies de signalisation moléculaires qui, lorsque génétiquement perturbées, peuvent conférer une résistance à ces drogues.

MicroRNAs Modulate Hematopoietic Lineage Differentiation

MicroRNAs (miRNAs), an abundant class of ~22 nucleotide non-coding RNAs, are thought to play an important regulatory role in animal and plant development at the posttranscriptional level. Many miRNAs cloned from mouse bone marrow cells are differentially regulated in various hematopoietic lineages, suggesting that they might influence hematopoietic lineage differentiation. Some human miRNAs are linked to leukemias: the miR-15a/miR-16 locus is frequently deleted or down-regulated in patients with B-cell chronic lymphocytic leukemia and miR-142 is at a translocation site found in a case of aggressive B-cell leukemia. miR-181, a miRNA upregulated only in the B cell lineage of mouse bone marrow cells, promotes B cell differentiation and inhibits production of CD8⁺ T cells when expressed in hematopoietic stem/progenitor cells. In contrast miR-142s inhibits production of both CD4⁺ and CD8⁺ T cells and does not affect B cells. Collectively, these results indicate that microRNAs are components of the molecular circuitry controlling mouse hematopoiesis and suggest that other microRNAs have similar regulatory roles during other facets of vertebrate development.

Prion Protein is Expressed on Long-term Repopulating Hematopoietic Stem Cells and is Necessary for their Self-renewal

We show that the prion protein (PrP) is expressed on the surface of bone marrow cell populations enriched in long-term repopulating hematopoietic stem cells. Affinity purification of the PrP-positive and PrP-negative fractions from these populations, followed by competitive reconstitution assays, show that all long-term repopulating hematopoietic stem cells express PrP. Hematopoietic stem cells from PrP null bone marrow exhibit impaired self-renewal in serial competitive transplantation experiments, and premature exhaustion when exposed to cell cycle-specific myelotoxic injury. Therefore, PrP is a novel marker for hematopoietic stem cells and regulates their self-renewal.

Hematopoietic stem cells, overview and pathways implied on their self-renewal mechanisms

Blood tissue is composed approximately in 45% by cells and its derivatives, with a life span of around 120 days for erythrocytes and 3 years for certain type of lymphocytes. This lost is compensated with the hematopoietic system activity and the presence of an immature primitive cell population known as Hematopoietic Stem Cells (HSCs) which perform the hematopoiesis, a process that is active from the beginning of the fetal life and produces near to 2 x 1011 eritrocytes and 1010 white blood cells per day (1). Hematopoietic Stem Cells are capable of both self-renewal and differentiation into multiple lineages, are located in a particular niche and are identified by their own cell surface markers, as the CD34 antigen. Recently it has been possible to advance in the understanding of self-renewal, differentiation and proliferation processes and in the involvement of the signaling pathways Hedgehog, Notch and Wnt. Studying the influence of these mechanisms on in vivo and in vitro behavior and the basic biology of HSCs, has given valuable tools for the generation of alternative therapies for hematologic disorders as leukemias.

Neurokinin-B transcription in erythroid cells - Direct activation by the hematopoietic transcription factor GATA-1

The GATA family of transcription factors establishes genetic networks that control developmental processes including hematopoiesis, vasculogenesis, and cardiogenesis. We found that GATA-1 strongly activates transcription of the Tac-2 gene, which encodes proneurokinin-B, a precursor of neurokinin-B (NK-B). Neurokinins function through G protein-coupled transmembrane receptors to mediate diverse physiological responses including pain perception and the control of vascular tone. Whereas an elevated level of NK-B was implicated in pregnancy-associated pre-eclampsia ( Page, N. M., Woods, R. J., Gardiner, S. M., Lomthaisong, K., Gladwell, R. T., Butlin, D. J., Manyonda, I. T., and Lowry, P. J. ( 2000) Nature 405, 797 - 800), the regulation of NK-B synthesis and function are poorly understood. Tac-2 was expressed in normal murine erythroid cells and was induced upon ex vivo erythropoiesis. An estrogen receptor fusion to GATA-1 (ER-GATA-1) and endogenous GATA-1 both occupied a region of Tac-2 intron-7, which contains two conserved GATA motifs. Genetic complementation analysis in GATA-1-null G1E cells revealed that endogenous GATA-2 occupied the same region of intron-7, and expression of ER-GATA-1 displaced GATA-2 and activated Tac-2 transcription. Erythroid cells did not express neurokinin receptors, whereas aortic and yolk sac endothelial cells differentially expressed neurokinin receptor subtypes. Since NK-B induced cAMP accumulation in yolk sac endothelial cells, these results suggest a new mode of vascular regulation in which GATA-1 controls NK-B synthesis in erythroid cells.

Effect of Age on Outcome of Reduced-Intensity Hematopoietic Cell Transplantation for Older Patients With Acute Myeloid Leukemia in First Complete Remission or With Myelodysplastic Syndrome

Purpose Acute myelogenous leukemia (AML) and myelodysplastic syndrome (MDS) primarily afflict older individuals. Hematopoietic cell transplantation (HCT) is generally not offered because of concerns of excess morbidity and mortality. Reduced-intensity conditioning (RIC) regimens allow increased use of allogeneic HCT for older patients. To define prognostic factors impacting long-term outcomes of RIC regimens in patients older than age 40 years with AML in first complete remission or MDS and to determine the impact of age, we analyzed data from the Center for International Blood and Marrow Transplant Research (CIBMTR). Patients and Methods We reviewed data reported to the CIBMTR (1995 to 2005) on 1,080 patients undergoing RIC HCT. Outcomes analyzed included neutrophil recovery, incidence of acute or chronic graft-versus-host disease (GVHD), nonrelapse mortality (NRM), relapse, disease-free survival (DFS), and overall survival (OS). Results Univariate analyses demonstrated no age group differences in NRM, grade 2 to 4 acute GVHD, chronic GVHD, or relapse. Patients age 40 to 54, 55 to 59, 60 to 64, and >= 65 years had 2-year survival rates as follows: 44% (95% Cl, 37% to 52%), 50% (95% Cl, 41% to 59%), 34% (95% Cl, 25% to 43%), and 36% (95% Cl, 24% to 49%), respectively, for patients with AML (P = .06); and 42% (95% Cl, 35% to 49%), 35% (95% Cl, 27% to 43%), 45% (95% Cl, 36% to 54%), and 38% (95% Cl, 25% to 51%), respectively, for patients with MDS (P = .37). Multivariate analysis revealed no significant impact of age on NRM, relapse, DFS, or OS (all P>.3). Greater HLA disparity adversely affected 2-year NRM, DFS, and OS. Unfavorable cytogenetics adversely impacted relapse, DFS, and OS. Better pre-HCT performance status predicted improved 2-year OS. Conclusion With these similar outcomes observed in older patients, we conclude that older age alone should not be considered a contraindication to HCT.

Growth and differentiation of bone marrow hematopoietic cells in mice bearing Ehrlich ascite tumor and treated with Dicyclopentadienildichiorotitanium (IV)

In this work we have:investigated the growth and differentiation of bone marrow stem cells in mice bearing Ehrlich ascites tumor-and treated with three dose-regimens of Dicyclopentadienyldichlorotitanium (IV) (DDCT). We also: studied the presence of colony stimulating factors In the serum of PDCT-treated animals as well-as the effects-of the drug on the survival of the tumor-bearing mice. The-results demonstrated that the myelosuppression developed in the tumor-bearing animals is prevented by the administration:of 1, 2 or 3 doses of 15 mg/kg DDCT. In the treatment with three doses, however, 23 % of the animals died. Moreover, DDCT treatment in normal animals resulted in increased numbers of CFU-GM. We observed the presence of stimulating factors in the serum of drug-treated animals which induced the growth and differentiation of bone marrow progenitor cells from normal animals in vitro. on the other hand, in vitro addition of the drug to these cultures had no effect. Thus, we conclude that the drug protects against the myelosuppression induced by the tumor and that this protection may be related to an indirect action of the drug. (C) 1998 International Society for Immunopharmacology. Published by Elsevier B.V. Ltd.

A phase III randomized double-blind placebo-controlled clinical trial to determine the efficacy of low level laser therapy for the prevention of oral mucositis in patients undergoing hematopoietic cell transplantation

Introduction Oral mucositis (OM) is a significant early complication of hematopoietic cell transplantation (HCT). This phase III randomized double-blind placebo-controlled study was designed to compare the ability of 2 different low level GaAlAs diode lasers (650 nm and 780 nm) to prevent oral mucositis in HCT patients conditioned with chemotherapy or chemoradiotherapy.Materials and methods Seventy patients were enrolled and randomized into 1 of 3 treatment groups: 650 nm laser, 780 nm laser or placebo. All active laser treatment patients received daily direct laser treatment to the lower labial mucosa, right and left buccal mucosa, lateral and ventral surfaces of the tongue, and floor of mouth with energy densities of 2 J/cm(2). Study treatment began on the first day of conditioning and continued through day +2 post HCT. Mucositis and oral pain was measured on days 0, 4, 7, 11, 14, 18, and 21 post HCT.Results the 650 nm wavelength reduced the severity of oral mucositis and pain scores. Low level laser therapy was well-tolerated and no adverse events were noted.Discussion While these results are encouraging, further study is needed to truly establish the efficacy of this mucositis prevention strategy. Future research needs to determine the effects of modification of laser parameters (e.g., wavelength, fluence, repetition rate of energy delivery, etc.) on the effectiveness of LLE laser to prevent OM.

Increased Levels of NOTCH1, NF-kappa B, and Other Interconnected Transcription Factors Characterize Primitive Sets of Hematopoietic Stem Cells

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

Clinical outcome in chronic myeloid leukemia after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation: The experience of the Bone Marrow Transplantation Unit of FUNFARME/BRAZIL using FISH

Investigation of the efficacy of allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (allo-HSCT) in chronic myeloid leukemia patients is essential to predict prognosis and survival. In 20 patients treated at the Bone Marrow Transplantation Unit of São José do Rio Preto (São Paulo, Brazil), we used fluorescence in situ hybridization (FISH) to investigate the frequency of cells with BCR/ABL rearrangement at diagnosis and at distinct intervals after allo-HSCT until complete cytogenetic remission (CCR). We investigated the disease-free survival, overall survival in 3 years and transplant-related mortality rates, too. Bone marrow samples were collected at 1, 2, 3, 4, 6, 12, and 24 months after transplantation and additional intervals as necessary. Success rate of the FISH analyses was 100%. CCR was achieved in 75% of the patients, within on average of 3.9 months; 45% patients showed CCR within 60 days after HSCT. After 3 years of the allo-HSCT, overall survival rate was 60%, disease-free survival was 50% and the transplant-related mortality rate was 40%. The study demonstrated that the BCR-ABL FISH assay is useful for follow-up of chronic myeloid leukemia patients after HSCT and that the clinical outcome parameters in our patient cohort were similar to those described for other bone marrow transplantation units. ©FUNPEC-RP.