Rat Dlx5 is expressed in the subventricular zone and promotes neuronal differentiation

The molecular mechanisms and potential clinical applications of neural precursor cells have recently been the subject of intensive study. Dlx5, a homeobox transcription factor related to the distal-less gene in Drosophila, was shown to play an important role during forebrain development. The subventricular zone (SVZ) in the adult brain harbors the largest abundance of neural precursors. The anterior SVZ (SVZa) contains the most representative neural precursors in the SVZ. Further research is necessary to elucidate how Dlx5-related genes regulate the differentiation of SVZa neural precursors. Here, we employed immunohistochemistry and molecular biology techniques to study the expression of Dlx5 and related homeobox genes Er81 and Islet1 in neonatal rat brain and in in vitro cultured SVZa neural precursors. Our results show that Dlx5 and Er81 are also highly expressed in the SVZa, rostral migratory stream, and olfactory bulb. Islet1 is only expressed in the striatum. In cultured SVZa neural precursors, Dlx5 mRNA expression gradually decreased with subsequent cell passages and was completely lost by passage four. We also transfected a Dlx5 recombinant plasmid and found that Dlx5 overexpression promoted neuronal differentiation of in vitro cultured SVZa neural precursors. Taken together, our data suggest that Dlx5 plays an important role during neuronal differentiation.

MSX1 gene and nonsyndromic oral clefts in a Southern Brazilian population

Nonsyndromic oral clefts (NSOC) are the most common craniofacial birth defects in humans. The etiology of NSOC is complex, involving both genetic and environmental factors. Several genes that play a role in cellular proliferation, differentiation, and apoptosis have been associated with clefting. For example, variations in the homeobox gene family member MSX1, including a CA repeat located within its single intron, may play a role in clefting. The aim of this study was to investigate the association between MSX1CA repeat polymorphism and NSOC in a Southern Brazilian population using a case-parent triad design. We studied 182 nuclear families with NSOC recruited from the Hospital de Clínicas de Porto Alegre in Southern Brazil. The polymorphic region was amplified by the polymerase chain reaction and analyzed by using an automated sequencer. Among the 182 families studied, four different alleles were observed, at frequencies of 0.057 (175 bp), 0.169 (173 bp), 0.096 (171 bp) and 0.67 (169 bp). A transmission disequilibrium test with a family-based association test (FBAT) software program was used for analysis. FBAT analysis showed overtransmission of the 169 bp allele in NSOC (P=0.0005). These results suggest that the CA repeat polymorphism of theMSX1 gene may play a role in risk of NSOC in populations from Southern Brazil.

Régulation de l’expression du gène Six6 par les facteurs de transcription Lhx2 et Pax6 dans le contexte des cellules souches rétiniennes

La rétinogésèse des vertébrés est la culmination de processus biologiques complexes parfaitement exécutés. Cette délicate orchestration est principalement contrôlée par les facteurs de transcription qui permettent aux progéniteurs rétiniens de proliférer, de s’auto-renouveler et de se différencier de façon appropriée. Les facteurs de transcription à homéodomaine sont les protéines qui sont responsables de la démarcation du site du primordium optique et participeront même à la différenciation tardive des différents types cellulaires de la rétine. Le contrôle génétique concernant l‘activation de l’expression de facteurs de transcription est peu connu. Nous avons étudié les séquences génomique avoisinant le gène Six6 afin d’identifier et mieux comprendre son promoteur. Des expériences d’immunoprécipitation de chromatine et des essais luciférases ont confirmé la liaison et la transactivation synergique du promoteur potentiel de Six6 par Lhx2 et Pax6 in vitro. Cette présente étude confirme et précise également le rôle de Lhx2 au niveau du développement précoce de l’oeil. La compréhension détaillée des réseaux génétiques régulant les progéniteurs rétiniens à former une rétine fonctionnelle est essentielle. En effet, lorsque ces connaissances seront acquises, nous serons en mesure d’appliquer les thérapies cellulaires pour rétablir les fonctions rétiniennes lors de pathologies dégénératives.

L’effet de HOXB4 sur l’expansion et la différenciation des progéniteurs myéloïdes

La surexpression rétrovirale du facteur de transcription HOXB4 résulte en une expansion sélective des cellules souches hématopoïétiques (CSH) in vitro et in vivo et ce, sans induire de leucémie. Par contre, la demi-vie intracellulaire de la protéine est de seulement une heure et le fait que la protéine disparaît du milieu de culture après environ 4 heures représente un obstacle majeur à l’utilisation clinique de la protéine HOXB4. Trois mutants HOXB4 ayant une substitution d`un seul acides aminés (AA) parmi les 31 premiers AA ont démontré une augmentation de la stabilité de la protéine. Nous avons donc évalué l’effet de HOXB4 et de ses trois mutants sur la production de cellules progénitrices myéloïdes. L’expression ectopique de HOXB4 sauvage (s-HOXB4) et HOXB4 mutant (m-HOXB4) a un effet comparable sur la fréquence des cellules progénitrices myéloïdes en essai clonogénique. Par contre, la capacité de prolifération des cellules progénitrices myéloïdes qui surexpriment s-HOXB4 et 1423 m-HOXB4 a été supérieure à celle des cellules contrôles (GFP seul) et des deux autres mutants. De plus, malgré le fait que toutes les variantes de HOXB4 confèrent une capacité d’autorenouvellement similaire aux cellules progénitrices multipotents (GEMM), la production des progéniteurs granulocytaires (CFU-G) est compromise lorsque les cellules surexpriment 1426 et 1427 m-HOXB4. D’autre part, la densité cellulaire des colonies myéloïdes qui surexpriment ces deux mutants est diminuée, ce qui suggère que ces mutations ont non seulement augmenté sa stabilité, mais potentiellement affecté certaines fonctions biologiques de s-HOXB4. Enfin, 1423 m-HOXB4 semble n’avoir perdu aucune fonction de s-HOXB4 dans nos évaluations clonogéniques in vitro, ce qui fait de ce mutant une molécule intéressante pour des applications cliniques d’expansion des cellules progénitrices hématopoïétiques.

Rôles du stress du réticulum endoplasmique et de l'immunité innée dans l'inhibition de la transcription du gène de l'insuline : étude du facteur de transcription ATF6 et du récepteur TLR4

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens.

Caractérisation de nouveaux mécanismes transcriptionnels impliqués dans la biologie osseuse

Le développement et l'homéostasie des os requièrent l'orchestration spatio-temporelle d'un grand nombre de signaux moléculaires. Ces signaux entraînent l'activation ou l'inhibition de différents facteurs de transcription, lesquels sont en mesure de contrôler la prolifération et la différenciation des ostéoblastes et des chondrocytes. L'intégrité de ces différents mécanismes se doit d'être maintenu tout au long de la vie. Ainsi, une anomalie dans l'un de ces mécanismes conduit à l'apparition de pathologies osseuses et métaboliques telles qu’une hypophosphatémie, l'ostéoporose ou l'ostéoarthrite (OA). Afin d'en apprendre davantage sur la biologie osseuse, le projet décrit dans cette thèse a pour objectif de caractériser de nouveaux mécanismes de régulation transcriptionnelle pour deux gènes importants dans le développement des os et le maintien de leur intégrité. Il s’agit du Paired-like Homeodomain Transcription Factor 1 (PITX1) et du Phosphate-regulating gene with homology to endopeptidase on the X chromosome (PHEX). Le premier mécanisme présenté dans cette thèse concerne la régulation transcriptionnelle du gène PITX1, un facteur de transcription à homéodomaine nécessaire, notamment, au développement des os des membres inférieurs et au maintien de l'intégrité du cartilage articulaire chez l'adulte. Ainsi, dans les chondrocytes articulaires, on note que l'expression de PITX1 est assurée par le recrutement du facteur de transcription E2F1 à deux éléments de réponse présents dans la région proximale du promoteur de PITX1. Aussi, dans les chondrocytes articulaires de patients souffrant d'OA, dans lesquels l'expression de PITX1 est fortement diminuée, un mécanisme de répression transcriptionnelle, lequel implique la protéine multifonctionnelle Prohibitin (PHB1), semble être activé. En effet, dans ces chondroytes, on note une forte accumulation nucléaire de PHB1 comparativement aux chondrocytes articulaires de sujets sains. Le second mécanisme présenté dans cette thèse concerne la répression transcriptionnelle de PHEX, la peptidase mutée dans le syndrome d'hypophosphatémie lié au chromosome X (X-Linked Hypophosphatemia, XLH), lequel se caractérise par une hypophosphatémie et une ostéomalacie. Le traitement d'ostéoblastes à la Parathyroid hormone-related protein (PTHrP) permet d’observer la répression de PHEX. Afin de caractériser le mécanisme responsable de cette répression, des expériences de gènes rapporteurs ont révélé la présence de deux éléments de réponse pour le répresseur transcriptionnel E4BP4 dans le promoteur de PHEX. La suppression de l'expression d'E4BP4 par l'utilisation d'ARN d'interférence a permis de valider que ce facteur de transcription est responsable de la répression de PHEX suite au traitement d'ostéoblastes à la PTHrP. En somme ces nouveaux mécanismes de régulation transcriptionnelle permettent de mieux comprendre la régulation de l'expression de PITX1 et de PHEX. Aussi, cette nouvelle implication de PHB1 dans la pathogenèse de l'OA offre de nouvelles possibilités de traitement et pourrait servir pour le diagnostic précoce de cette pathologie. Enfin, la caractérisation d'E4BP4 en tant que médiateur pour la répression de PHEX par la PTHrP suggère que ce répresseur transcriptionnel pourrait être impliqué dans le contrôle de la minéralisation des os et des niveaux de phosphate sanguin.

La collaboration entre l'oncogène E2A-PBX1 et Hoxa9 lors de l'induction de B-ALL implique l'activation de Flt3

La protéine de fusion E2A-PBX1 induit une leucémie lymphoblastique aigüe des cellules B pédiatrique chez l’humain. E2A-PBX1 possède de puissantes propriétés de trans-activation et peut se lier à l’ADN ainsi qu’aux protéines homéotiques (HOX) via des domaines conservés dans sa portion PBX1, ce qui suggère qu’une dérégulation des gènes cibles de HOX/PBX1 contribue à la leucémogénèse. Précédemment, Bijl et al. (2008) ont démontré que certains gènes Hox collaborent de manière oncogénique avec E2A-PBX1, et que ces interactions sont cellules-spécifiques et varient en fonction du gène Hox impliqué. Une mutagénèse d’insertion provirale suggère et supporte la collaboration des gènes Hoxa et E2A-PBX1 lors de la leucémogénèse des cellules B. La présence de ces interactions dans les cellules B et leur implication dans l’induction des B-ALL est pertinente pour la compréhension de la maladie humaine, et reste encore mal comprise. Notre étude démontre qu’Hoxa9 confère un avantage prolifératif aux cellules B E2A-PBX1. Des expériences de transplantation à l’aide de cellules B E2A-PBX1/Hoxa9 positives isolées de chimères de moelle osseuse démontrent qu’Hoxa9 collabore avec E2A-PBX1 en contribuant à la transformation oncogénique des cellules, et qu’Hoxa9 seul n’induit aucune transformation. Une analyse par Q-RT-PCR nous a permis de démontrer une forte inhibition de gènes spécifiques aux cellules B dans les leucémies co-exprimant Hoxa9 et E2A-PBX1, en plus d’une activation de Flt3, suggérant une inhibition de la différenciation des cellules B accompagnée d’une augmentation de la prolifération. De plus, la surexpression de Hoxa9 dans des cellules leucémiques de souris transgéniques E2A-PBX1, confère aussi un avantage prolifératif aux cellules in vitro, qui semblent être influencé par une augmentation de l’expression de Flt3 et Pdgfδ. En conclusion, nous démontrons pour la première fois à l’aide d’un modèle murin qu’Hoxa9 collabore avec E2A-PBX1 lors de la transformation oncogénique des cellules B et que la signalisation via Flt3 est impliquée, ce qui est potentiellement pertinent pour la maladie humaine.

Rôle de l’enzyme PAS kinase dans la régulation du facteur de transcription PDX-1 dans la cellule bêta pancréatique.

Le diabète de type 2 (DT2) se caractérise par une production insuffisante d'insuline par le pancréas ainsi qu'une résistance des tissus périphériques à l'action de l'insuline. Dans les cellules bêta pancréatiques, le glucose stimule la production de l'insuline en induisant la transcription de son gène et la traduction ainsi que la sécrétion de sa protéine. Paradoxalement, une exposition prolongée et simultanée de ces cellules à de hautes concentrations de glucose en présence d'acides gras conduit à la détérioration de la fonction bêta pancréatique et au développement du DT2. Toutefois, les mécanismes moléculaires responsables de ces effets du glucose ne sont que partiellement connus. L'objectif du travail décrit dans cette thèse est d'identifier les mécanismes responsables de la régulation de la transcription du gène de l'insuline. PDX-1 (de l’anglais pour pancreatic and duodenal homeobox 1) est un facteur de transcription majeur et essentiel tant pour le développement du pancréas que pour le maintien de sa fonction à l'état adulte. En réponse au glucose, PDX-1 se lie au promoteur du gène de l'insuline et induit sa transcription. Ceci est inhibé par l'acide gras palmitate. Dans la première partie des travaux effectués dans le cadre de cette thèse, nous avons identifié deux mécanismes de régulation de la transcription du gène de l'insuline: le premier via ERK1/2 (de l'anglais pour extracellular-signal-regulated protein kinases 1 and 2) et le second par l’enzyme PASK (pour per-arnt-sim kinase). Nous avons également mis en évidence l'existence d'un troisième mécanisme impliquant l'inhibition de l'expression du facteur de transcription MafA par le palmitate. Nos travaux indiquent que la contribution de la signalisation via PASK est majeure. L'expression de PASK est augmentée par le glucose et inhibée par le palmitate. Sa surexpression dans les cellules MIN6 et les îlots isolés de rats, mime les effets du glucose sur l'expression du gène de l'insuline ainsi que sur l'expression de PDX-1 et prévient les effets délétères du palmitate. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons identifié un nouveau mécanisme par lequel PASK augmente la stabilité protéique de PDX-1, soit via la phosphorylation et l'inactivation de la protéine kinase GSK3 bêta (de l'anglais pour glycogen synthase kinase 3 beta). Le glucose induit la translocation de PDX-1 du cytoplasme vers le noyau, ce qui est essentiel à sa liaison au promoteur de ses gènes cibles. L'exclusion nucléaire de PDX-1 a été observée dans plusieurs modèles ex vivo et in vivo de dysfonction de la cellule bêta pancréatique. Dans le dernier volet de cette thèse, nous avons démontré l'importance de l'utilisation de cellules primaires (îlots isolés et dispersés) pour étudier la translocation nucléaire de PDX-1 endogène étant donné que ce mode de régulation est absent dans les lignées insulino-sécrétrices MIN6 et HIT-T15. Ces études nous ont permis d'identifier et de mieux comprendre les mécanismes régulant la transcription du gène de l'insuline via le facteur de transcription PDX-1. Les cibles moléculaires ainsi identifiées pourraient contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour le traitement du diabète de type 2. Mots-clés : Diabète, îlots de Langerhans, cellule bêta pancréatique, gène de l'insuline, PDX-1, PASK, GSK3 bêta, ERK1/2, PKB, glucose, palmitate.

Caractérisation du rôle et des mécanismes d’action des gènes Hoxa dans l’hématopoïèse adulte

Chez les humains, un large pourcentage de leucémies myéloïdes et lymphoïdes exprime des gènes Homéobox (Hox) de façon aberrante, principalement ceux du groupe des gènes Hoxa. Cette dérégulation de l’expression des gènes Hox peut provenir directement des translocations impliquant des gènes Hox ou indirectement par d’autres protéines ayant un potentiel oncogénique. De plus, plusieurs études indiquent que les gènes Hox jouent un rôle essentiel dans l'initiation de diverses leucémies. Comprendre le fonctionnement des gènes Hox dans l'hématopoïèse normale est donc une condition préalable pour élucider leurs fonctions dans les leucémies, ce qui pourrait éventuellement conduire à l’élaboration de nouveaux traitements contre cette maladie. Plusieurs études ont tenté d’élucider les rôles exacts des gènes Hox dans l'hématopoïèse via l’utilisation de souris mutantes pour un seul gène Hox. Or, en raison du phénomène de redondance fonctionnelle chez cette famille de gènes, ces études ont été peu concluantes. Il a été précédemment démontré que dans une population de cellules enrichies en cellules souches hématopoïétiques (CSH), les gènes du cluster Hoxa sont plus exprimés que les gènes Hox des autres clusters. Aussi, il a été établi que les gènes du cluster Hoxb sont non essentiels à l’hématopoïèse définitive puisque les CSH mutantes pour les gènes Hoxb1-9 conservent leur potentiel de reconstitution à long terme. En nous basant sur ces données, nous avons émis l'hypothèse suivante : les gènes Hoxa sont essentiels pour l'hématopoïèse normale adulte. Pour tester notre hypothèse, nous avons choisi d’utiliser un modèle de souris comportant une délétion pour l’ensemble des gènes Hoxa. Dans le cadre de cette recherche, nous avons démontré que les CSH, les progéniteurs primitifs et les progéniteurs des cellules B sont particulièrement sensibles au niveau d'expression des gènes Hoxa. Plus particulièrement, une baisse de la survie et une différenciation prématurée semblent être à l’origine de la perte des CSH Hoxa-/- dans la moelle osseuse. L’analyse du profil transcriptionnel des CSH par séquençage de l'ARN a révélé que les gènes Hoxa sont capables de réguler un vaste réseau de gènes impliqués dans divers processus biologiques. En effet, les gènes Hoxa régulent l’expression de plusieurs gènes codant pour des récepteurs de cytokine. De plus, les gènes Hoxa influencent l’expression de gènes jouant une fonction dans l’architecture de la niche hématopoïétique. L’expression de plusieurs molécules d’adhésion est aussi modulée par les gènes Hoxa, ce qui peut affecter la relation des CSH avec la niche hématopoïétique. L’ensemble de ces résultats démontre que les gènes Hoxa sont d'importants régulateurs de l'hématopoïèse adulte puisqu’ils sont nécessaires au maintien des CSH et des progéniteurs grâce à leurs effets sur plusieurs processus biologiques comme l'apoptose, le cycle cellulaire et les interactions avec la niche.

Genesis and expansion of metazoan transcription factor gene classes

We know little about the genomic events that led to the advent of a multicellular grade of organization in animals, one of the most dramatic transitions in evolution. Metazoan multicellularity is correlated with the evolution of embryogenesis, which presumably was underpinned by a gene regulatory network reliant on the differential activation of signaling pathways and transcription factors. Many transcription factor genes that play critical roles in bilaterian development largely appear to have evolved before the divergence of cnidarian and bilaterian lineages. In contrast, sponges seem to have a more limited suite of transcription factors, suggesting that the developmental regulatory gene repertoire changed markedly during early metazoan evolution. Using whole- genome information from the sponge Amphimedon queenslandica, a range of eumetazoans, and the choanoflagellate Monosiga brevicollis, we investigate the genesis and expansion of homeobox, Sox, T- box, and Fox transcription factor genes. Comparative analyses reveal that novel transcription factor domains ( such as Paired, POU, and T- box) arose very early in metazoan evolution, prior to the separation of extant metazoan phyla but after the divergence of choanoflagellate and metazoan lineages. Phylogenetic analyses indicate that transcription factor classes then gradually expanded at the base of Metazoa before the bilaterian radiation, with each class following a different evolutionary trajectory. Based on the limited number of transcription factors in the Amphimedon genome, we infer that the genome of the metazoan last common ancestor included fewer gene members in each class than are present in extant eumetazoans. Transcription factor orthologues present in sponge, cnidarian, and bilaterian genomes may represent part of the core metazoan regulatory network underlying the origin of animal development and multicellularity.

Expression of the guanine nucleotide exchange factor, mr-gef, is regulated during the differentiation of specific subsets of telencephalic neurons

We have performed a screen combining subtractive hybridization with PCR to isolate genes that are regulated when neuroepithelial (NE) cells differentiate into neurons. From this screen, we have isolated a number of known genes that have not previously been associated with neurogenesis, together with several novel genes. Here we report that one of these genes, encoding a guanine nucleotide exchange factor (GEF), is regulated during the differentiation of distinct neuronal populations. We have cloned both rat and mouse GEF genes and shown that they are orthologs of the human gene, MR-GEF, which encodes a GEF that specifically activates the small GTPase, Rap1. We have therefore named the rat gene rat mr-gef (rmr-gef) and the mouse gene mouse mr-gef (mmr-gef). Here, we will collectively refer to these two rodent genes as mr-gef. Expression studies show that mr-gef is expressed by young neurons of the developing rodent CNS but not by progenitor cells in the ventricular zone (VZ). The expression pattern of mr-gef during early telencephalic neurogenesis is strikingly similar to that of GABA and the LIM homeobox gene Lhx6, a transcription factor expressed by GABAergic interneurons generated in the ventral telencephalon, some of which migrate into the cortex during development. These observations suggest that mr-gef encodes a protein that is part of a signaling pathway involved in telencephalic neurogenesis; particularly in the development of GABAergic interneurons.

Expression of Pancreatic Endocrine Markers by Mesenchymal Stem Cells From Human Umbilical Cord Vein

Background. Mesenchymal stem cells (MSCs) from human umbilical cord vein have great potential for use in cell therapy because of their ease of isolation, expansion, and differentiation, in addition to their relative acceptance from the ethical point of view. Obtaining the umbilical cord at birth does not present any risk to either mother or child. Objective. To isolate and promote in vitro expansion and differentiation of MSCs from human umbilical cord vein into cells with a pancreatic endocrine phenotype. Methods. Mesenchymal stem cells obtained from human umbilical cord vein via collagenase digestion were characterized at cytochemistry and fluorescent-activated cell sorting, and expanded in vitro. Differentiation of MSCs into an endocrine phenotype was induced using high-glucose (23 mmol/L) medium containing nicotinamide, exendin-4, and 2-mercaptoethanol. Expression of insulin, somatostatin, glucagon, and pancreatic and duodenal homeobox 1 was analyzed using immunofluorescence. Results. Cells isolated from the umbilical cord vein were MSCs as confirmed at cytochemistry and fluorescent-activated cell sorting. Expression of somatostatin, glucagon, and pancreatic and duodenal homeobox 1 by differentiated cells was demonstrated using immunofluorescence. Insulin was not expressed. Conclusions. The MSC differentiation protocol used in the present study induced expression of some endocrine markers. Insulin was not produced by these cells, probably because of incomplete induction of differentiation.

Expression of Pancreatic Endocrine Markers by Prolactin-Treated Rat Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells

Background. Mesenchymal stem cells (MSCs) are an attractive source for generation of cells with beta-cell properties. Previous studies have demonstrated the ability of prolactin to induce an increase in beta-cell mass and maturation, which suggests beneficial effects of its use in MSC differentiation protocols. Objective. To evaluate the expression of endocrine differentiation markers in rat MSCs treated in vitro with prolactin. Methods. Mesenchymal stem cells from bone marrow of Wistar rats were isolated, expanded, and characterized. Differentiation of MSCs was induced in medium containing 23 mmol/L of glucose, and nicotinamide, 2-mercaptoethanol, and exendin-4, in the presence or absence of 500 ng/mL of rat recombinant prolactin. Expression of endocrine markers and prolactin receptor genes was evaluated using real-time polymerase chain reaction, and compared between culture stages and presence vs absence of prolactin in the culture medium. Expression of insulin, somatostatin, glucagon, and pancreatic and duodenal homeobox 1 was also evaluated at immunofluorescence microscopy. Results. Isolated cells were mostly MSCs, as confirmed at fluorescent-activated cell sorting and cytochemistry. Pax6, Ngn-3, Isl1, NeuroD1, Nkx2.2, and Nkx6.1 exhibited varied expression during culture stages. The long form of the prolactin receptor messenger RNA was induced in prolactin-treated cultures (P < .05). The somatostatin gene was induced in early stages of differentiation (P < .05), and its expression was induced by prolactin, as confirmed using immunofluorescence. Conclusion. Culture of rat bone marrow MSCs in differentiation medium induces expression of pancreatic endocrine-specific genes, and somatostatin and prolactin receptor expression was also induced by prolactin.

Studies of aberrant phyllotaxy1 Mutants of Maize Indicate Complex Interactions between Auxin and Cytokinin Signaling in the Shoot Apical Meristem

One of the most fascinating aspects of plant morphology is the regular geometric arrangement of leaves and flowers, called phyllotaxy. The shoot apical meristem (SAM) determines these patterns, which vary depending on species and developmental stage. Auxin acts as an instructive signal in leaf initiation, and its transport has been implicated in phyllotaxy regulation in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). Altered phyllotactic patterns are observed in a maize (Zea mays) mutant, aberrant phyllotaxy1 (abph1, also known as abphyl1), and ABPH1 encodes a cytokinin-inducible type A response regulator, suggesting that cytokinin signals are also involved in the mechanism by which phyllotactic patterns are established. Therefore, we investigated the interaction between auxin and cytokinin signaling in phyllotaxy. Treatment of maize shoots with a polar auxin transport inhibitor, 1-naphthylphthalamic acid, strongly reduced ABPH1 expression, suggesting that auxin or its polar transport is required for ABPH1 expression. Immunolocalization of the PINFORMED1 (PIN1) polar auxin transporter revealed that PIN1 expression marks leaf primordia in maize, similarly to Arabidopsis. Interestingly, maize PIN1 expression at the incipient leaf primordium was greatly reduced in abph1 mutants. Consistently, auxin levels were reduced in abph1, and the maize PIN1 homolog was induced not only by auxin but also by cytokinin treatments. Our results indicate distinct roles for ABPH1 as a negative regulator of SAM size and a positive regulator of PIN1 expression. These studies highlight a complex interaction between auxin and cytokinin signaling in the specification of phyllotactic patterns and suggest an alternative model for the generation of altered phyllotactic patterns in abph1 mutants. We propose that reduced auxin levels and PIN1 expression in abph1 mutant SAMs delay leaf initiation, contributing to the enlarged SAM and altered phyllotaxy of these mutants.

CDX2, a highly sensitive and specific marker of adenocarcinomas of intestinal origin - An immunohistochemical survey of 476 primary and metastatic carcinomas

CDX2 is a recently cloned homeobox gene that encodes an intestine-specific transcription factor, expressed in the nuclei of epithelial cells throughout the intestine, from duodenum to rectum. While expression of CDX2 protein in primary and metastatic colorectal carcinomas has been previously documented, neither the sensitivity nor the specificity of CDX2 expression, as determined by immunohistochemistry, for colorectal adenocarcinoma has been determined. We performed an immunohistochemical survey of 476 tumors with a monoclonal antibody, CDX2-88, including 89 tumors from the colon and duodenum and 95 tumors from other gastrointestinal sites, including the esophagus, stomach, pancreatobiliary system, gastrointestinal carcinoids, and liver. CDX2 was expressed uniformly (that is, in 76-100% of tumor cells) in all but one of the evaluated colorectal and duodenal tumors. High-level expression of CDX2 was also found, however, in mucinous ovarian carcinomas and adenocarcinomas primary to the urinary bladder of which 64% and 100% were positive, respectively. Gastric, gastroesophageal, and pancreatic adenocarcinomas and cholangiocarcinomas all showed similar, heterogeneous patterns of CDX2 expression. Most tumors in each group showed CDX2 expression by a minority of cells, whereas a substantial minority of cases in each group was completely negative and a smaller minority was uniformly positive. Gastrointestinal carcinoids gave similarly varied results, but the majority (58%) was negative. Hepatocellular carcinomas showed no expression of CDX2. Only very rare examples of carcinomas of the genitourinary and gynecologic tracts, breast, lung, and head and neck showed significant levels of CDX2 expression. In this study of primary and metastatic epithelial tumors, uniform CDX2 expression is demonstrated to be an exquisitely sensitive and highly, but incompletely, specific marker of intestinal adenocarcinomas. Compared with villin, a previously described marker of GI adenocarcinomas, CDX2 demonstrated superior sensitivity and comparable specificity. CDX2 expression can be seen, however, in selected non-GI adenocarcinomas such as mucinous ovarian carcinomas and adenocarcinomas of the urinary bladder.