Netting neutrophils in skin wounds recruit and activate plasmacytoid dentritic cells

Les mécanismes qui régulent le processus de guérison de la peau lésée ne sont pas entièrement compris. Nous avons précédemment montré que les cellules dendritiques plasmocytoïdes (pDCs) sont normalement absentes de la peau saine mais infiltrent rapidement la peau humaine ainsi que celle des souris après une blessure cutanée. Après avoir infiltré la peau, ces pDCs sont capables de détecter les acides nucléiques par l'expression des récepteurs de type Toll 7 et 9 ce qui les active à produire de 1' interféron (IFN) de type I. Ce processus est primordial pour la re- épithélisation des blessures cutanées. Cependant, les mécanismes conduisant à l'infiltration et à 1'activation des pDCs restent inconnus. Dans notre projet, nous montrons que la chimiokine CxcllO est responsable de l'infiltration des pDCs. De façon importante, nous démontrons que les neutrophiles qui infiltrent également la peau lésée sont la source majeure de cette chimiokine. La déplétion des neutrophiles abolit d'ailleurs le recrutement des pDCs confirmant ainsi que CxcllO produit par les neutrophiles est responsable de l'infiltration des pDCs dans la peau endommagée. De façon intéressante, nous avons trouvé que CxcllO en plus de son activité chimiotactique, est capable de former des complexes avec l'ADN et d'activer ainsi les pDCs à produire de l'IFN de type I. De plus, nous avons observé que les neutrophiles qui infiltrent la peau forment des Neutrophil Extracellular Traps (NETs). Ces NETs sont constitués de filaments extracellulaires d'ADN recouverts par de nombreuses protéines principalement d'origine granulaire. D'une manière frappante, le blocage de la NETose ou l'utilisation de souris déficientes pour la formation de NETs altère le recrutement et l'activation des pDCs ainsi que la réponse inflammatoire qui en découle ainsi que le processus de re-epithélisation qui s'ensuit. En prenant en compte toutes ces données, nos résultats démontrent que suite à une blessure de la peau, les neutrophiles par la production de CxcllO contrôlent l'infiltration des pDCs dans la peau lésée et par la formation de NETs, promeuvent l'activation des pDCs. Notre étude fournit donc de nouvelles informations sur les mécanismes de guérison de la peau et ouvre de nouvelles perspectives thérapeutiques quant à la réparation tissulaire de la peau soit dans le but de l'amplifier ou de l'inhiber. -- The mechanisms that regulate healing of the injured skin are not well understood. We have previously shown that plasmacytoid dendritic cells (pDCs) are normally absent from the healthy skin, but rapidly infiltrate both murine and human skin upon injury. Upon skin infiltration, pDCs sense nucleic acids via TLR7/TLR9 and are activated to produce type I interferon (IFN), a process that is crucial for re-epithelialisation of skin wounds. However, the mechanisms that drive pDCs recruitment and activation in injured skin remain unclear. We show that CxcllO is responsible for pDCs infiltration. Importantly, we demonstrate that skin infiltrating neutrophils are the major source of this chemokine. Neutrophils depletion completely abrogated pDCs recruitment confirming that CxcllO- driven pDCs recruitment is controlled by neutrophils. Interestingly, CxcllO was also found to form complexes with DNA and to activate pDCs to produce Type I IFN in addition to its chemotactic activity. Moreover, we observed that infiltrating neutrophils release Neutrophils Extracellular Traps (NETs) composed of DNA filaments decorated with neutrophils-derived proteins. Strikingly, blocking NETosis or using mice deficient for NETs production impaired pDCs recruitment and activation as well as the subsequent inflammatory response and the re-epithelialisation process. Altogether, these data demonstrate that upon skin injury, neutrophils control pDCs infiltration into the injured skin by the release of CxcllO and via the production of NETs, they allow complex formation between CxcllO and NET-DNA leading to pDCs activation. Our findings provide new insights into the mechanisms of wound healing and open new avenues for potential therapeutic interventions to boost or inhibit wound repair in the skin.

Adhesion and transcellular migration of neutrophils and B lymphocytes on fibroblasts

During tissue inflammation, infiltrated leukocytes may have physical contacts with fibroblasts. We observed that neutrophils and B lymphocytes adhered in a larger proportion than T cells on cultured fibroblasts. Microscopy showed that adhesion was also characterized by leukocyte engulfment by the fibroblasts. In migration assays, only neutrophils and B lymphocytes were selectively able to migrate through a fibroblast barrier. Adhesion and migration were increased by stimulation with tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) and phorbol-12-myristate-13-acetate (PMA). Antibodies against ICAM-1/beta2 integrin blocked the interaction of neutrophils to fibroblasts. For B lymphocytes the couple VCAM-1/alpha4 integrin was also involved in this interaction. Human skin fibroblasts presented similar adhesion characteristics as rat cardiac fibroblasts. By measuring the distance between the border of migration holes and cadherin-positive adherens junctions, more than 65% of the holes correspond to the transcellular route over the paracellular route. Furthermore, vimentin staining revealed that the migration holes were highly nested by intermediate filaments in accordance with the transcellular route. Our results demonstrated that engulfment of neutrophils and B lymphocytes by fibroblasts resulted in selective passage by a transcellular route.

MicroRNA-34 induces cardiomyocyte apoptosis and accounts for the anti-apoptotic effect of Tanshinone IIA in myocardial infarction

MicroARN (miARN) ont récemment émergé comme un acteur central du gène réseau de régulation impliqués dans la prise du destin cellulaire. L'apoptose, un actif processus, par lequel des cellules déclenchent leur auto-destruction en réponse à un signal, peut être contrôlé par les miARN. Il a également été impliqué dans une variété de maladies humaines, comme les maladies du cœur, et a été pensé comme une cible pour le traitement de la maladie. Tanshinone IIA (TIIA), un monomère de phenanthrenequinones utilisé pour traiter maladies cardiovasculaires, est connu pour exercer des effets cardioprotecteurs de l'infarctus du myocarde en ciblant l'apoptose par le renforcement de Bcl-2 expression. Pour explorer les liens potentiels entre le miARN et l'action anti-apoptotique de TIIA, nous étudié l'implication possible des miARN. Nous avons constaté que l'expression de tous les trois membres de la famille miR-34, miR-34a, miR-34b et miR-34c ont été fortement régulée à la hausse après l'exposition soit à la doxorubicine, un agent endommageant l'ADN ou de pro-oxydant H2O2 pendant 24 heures. Cette régulation à la hausse causé significativement la mort cellulaire par apoptose, comme déterminé par fragmentation de l'ADN, et les effets ont été renversés par les ARNs antisens de ces miARN. Le prétraitement des cellules avec TIIA avant l'incubation avec la doxorubicine ou H2O2 a empêché surexpression de miR-34 et a réduit des apoptose. Nous avons ensuite établi BCL2L2, API5 et TCL1, en plus de BCL2, comme les gènes nouveaux cibles pour miR-34. Nous avons également élucidé que la répression des ces gènes par MiR-34 explique l'effet proapoptotique dans les cardiomyocytes. Ce que la régulation positive de ces gènes par TIIA realisée par la répression de l'expression de miR-34 est probable le mécanisme moléculaire de son effet bénéfique contre ischémique lésions cardiaques.

Effet des angiopoïétines sur la survie des neutrophiles

Nous avons identifié l’expression du récepteur des angiopoïétines, le récepteur Tie2, à la surface des neutrophiles humains. De plus, nous avons démontré qu’Ang1 et Ang2 induisent des activités pro-inflammatoires sur les neutrophiles, comme l’adhésion aux cellules endothéliales (CEs) et la synthèse du facteur d’activation plaquettaire (PAF). Puisque le PAF augmente la viabilité des neutrophiles et que les angiopoïétines modulent la survie des CEs, nous avons voulu évaluer l’effet des angiopoïétines sur la survie des neutrophiles. Des neutrophiles humains ont été isolés à partir du sang de donneurs sains en accord avec le comité d’éthique de l’Institut de cardiologie de Montréal. La viabilité des neutrophiles a été mesurée par cytométrie en flux à l’aide de marqueurs d’apoptose et de nécrose. Un traitement avec des témoins positifs, soit l’interleukine 8 (IL-8; 25 nM) ou le PAF (100 nM), a augmenté la survie basale des neutrophiles de 34 et 27%, respectivement. De plus, un traitement avec Ang1 (1 pM – 10 nM) a augmenté la survie des neutrophiles jusqu’à 35%, alors qu’Ang2 n’a eu aucun effet. La combinaison de l’IL-8 ou du PAF avec Ang1 (10 nM) a eu un effet additif sur la viabilité des neutrophiles et a augmenté la survie de 56 et 60%, respectivement. Un prétraitement avec des anticorps bloquants contre l’IL-8 a permis d’inhiber l’activité anti-apoptotique de l’IL-8 et d’Ang1 de 92 et 80%, respectivement. Ainsi, notre étude est la première à démontrer la capacité d’Ang1 à prolonger la viabilité des neutrophiles, qui est principalement causée par la relâche d’IL-8.

Role of the ASPP Family in the Regulation of p53-Mediated Apoptotic Death of Retinal Ganglion Cells after Optic Nerve Injury

Le glaucome est la première cause de cécité irréversible à travers le monde. À présent il n’existe aucun remède au glaucome, et les thérapies adoptées sont souvent inadéquates. La perte de vision causée par le glaucome est due à la mort sélective des cellules rétiniennes ganglionnaires, les neurones qui envoient de l’information visuelle de la rétine au cerveau. Le mécanisme principal menant au dommage des cellules rétiniennes ganglionnaires lors du glaucome n’est pas bien compris, mais quelques responsables putatifs ont été proposés tels que l’excitotoxicité, le manque de neurotrophines, la compression mécanique, l’ischémie, les astrocytes réactifs et le stress oxidatif, parmis d’autres. Indépendamment de la cause, il est bien établi que la perte des cellules rétiniennes ganglionnaires lors du glaucome est causée par la mort cellulaire programmée apoptotique. Cependant, les mécanismes moléculaires précis qui déclenchent l’apoptose dans les cellules rétiniennes ganglionnaires adultes sont mal définis. Pour aborder ce point, j’ai avancé l’hypothèse centrale que l’identification de voies de signalisations moléculaires impliquées dans la mort apoptotique des cellules rétiniennes ganglionnaires offrirait des avenues thérapeutiques pour ralentir ou même prévenir la mort de celles-ci lors de neuropathies oculaires telles que le glaucome. Dans la première partie de ma thèse, j’ai caractérisé le rôle de la famille de protéines stimulatrices d’apoptose de p53 (ASPP), protéines régulatrices de la famille p53, dans la mort apoptotique des cellules rétiniennes ganglionnaires. p53 est un facteur de transcription nucléaire impliqué dans des fonctions cellulaires variant de la transcription à l’apoptose. Les membres de la famille ASPP, soit ASPP1, ASPP2 et iASPP, sont des protéines de liaison de p53 qui régulent l’apoptose. Pourtant, le rôle de la famille des ASPP dans la mort des cellules rétiniennes ganglionnaires est inconnu. ASPP1 et ASPP2 étant pro-apoptotiques, l’hypothèse de cette première étude est que la baisse ciblée de ASPP1 et ASPP2 promouvrait la survie des cellules rétiniennes ganglionnaires après une blessure du nerf optique. Nous avons utilisé un modèle expérimental bien caractérisé de mort apoptotique neuronale induite par axotomie du nerf optique chez le rat de type Sprague Dawley. Les résultats de cette étude (Wilson et al. Journal of Neuroscience, 2013) ont démontré que p53 est impliqué dans la mort apoptotique des cellules rétiniennes ganglionnaires, et qu’une baisse ciblée de ASPP1 et ASPP2 par acide ribonucléique d’interference promeut la survie des cellules rétiniennes ganglionnaires. Dans la deuxième partie de ma thèse, j’ai caractérisé le rôle d’iASPP, le membre anti-apoptotique de la famille des ASPP, dans la mort apoptotique des cellules rétiniennes ganglionnaires. L’hypothèse de cette seconde étude est que la surexpression d’iASPP promouvrait la survie des cellules rétiniennes ganglionnaires après axotomie. Mes résultats (Wilson et al. PLoS ONE, 2014) démontrent que le knockdown ciblé de iASPP exacerbe la mort apoptotique des cellules rétiniennes ganglionnaires, et que la surexpression de iASPP par virus adéno-associé promeut la survie des cellules rétiniennes ganglionnaires. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes régulateurs sous-jacents la perte de cellules rétiniennes ganglionnaires par apoptose et pourraient fournir des pistes pour la conception de nouvelles stratégies neuroprotectrices pour le traitement de maladies neurodégénératives telles que le glaucome.

The pro-inflammatory oxidant hypochlorous acid induces Bax-dependent mitochondrial permeabilisation and cell death through AIF-/EndoG-dependent pathways

At sites of chronic inflammation, such as in the inflamed rheumatoid joint, activated neutrophils release hydrogen peroxide (H2O2) and the enzyme myeloperoxidase to catalyse the formation of hypochlorous acid (HOCl). 3-chlorotyrosine, a marker of HOCl in vivo, has been observed in synovial fluid proteins from rheumatoid arthritis patients. However the mechanisms of HOCl-induced cytotxicity are unknown. We determined the molecular mechanisms by which HOCl induced cell death in human mesenchymal progenitor cells (MPCs) differentiated into a chondrocytic phenotype as a model of human cartilage cells and show that HOCl induced rapid Bax conformational change, mitochondrial permeability and release of intra-mitochondrial pro-apoptotic proteins which resulted in nuclear translocation of AIF and EndoG. siRNA-mediated knockdown of Bax substantially prevented mitochondrial permeability, release of intra-mitochondrial pro-apoptotic proteins. Cell death was inhibited by siRNA-mediated knockdown of Bax, AIF or EndoG. Although we observed several biochemical markers of apoptosis, caspase activation was not detected either by western blotting, fluorescence activity assays or by using caspase inhibitors to inhibit cell death. This was further supported by findings that (1) in vitro exposure of recombinant human caspases to HOCl caused significant inhibition of caspase activity and (2) the addition of HOCl to staurosporine-treated MPCs inhibited the activity of cellular caspases. Our results show for the first time that HOCl induced Bax-dependent mitochondrial permeability which led to cell death without caspase activity by processes involving AIF/EndoG-dependent pathways. Our study provides a novel insight into the potential mechanisms of cell death in the inflamed human joint. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

Activation of pro-survival Akt and ERK1/2 signalling pathways underlie the anti-apoptotic effects of flavanones in cortical neurons

There is growing interest in the potential beneficial effects of flavonoids in the aging and diseased brain. We have investigated the potential of the flavanone hesperetin and two of its metabolites, hesperetin-7-O-beta-D-glucuronide and 5-nitro-hesperetin, to inhibit oxidative stress-induced neuronal apoptosis. Exposure of cortical neurons to hydrogen peroxide led to the activation of apoptosis signal-regulating kinase 1 via its de-phosphorylation at Ser963, the phosphorylation of c-jun N-terminal kinase and c-Jun (Ser73) and the activation of caspase 3 and caspase 9. Whilst hesperetin glucuronide failed to exert protection, both hesperetin and 5-nitro-hesperetin were effective at preventing neuronal apoptosis via a mechanism involving the activation/phosphorylation of both Akt/protein kinase B and extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK1/2). Protection against oxidative injury and the activation of Akt and ERK1/2 followed a bell-shaped response and was most apparent at 100 nmol/L concentrations. The activation of ERK1/2 and Akt by flavanones led to the inhibition of the pro-apoptotic proteins, apoptosis signal-regulating kinase 1, by phosphorylation at Ser83 and Bad, by phosphorylation at both Ser136 and Ser112 and to the inhibition of peroxide-induced caspase 9 and caspase 3 activation. Thus, flavanones may protect neurons against oxidative insults via the modulation of neuronal apoptotic machinery.

Novel titanocene anti-cancer drugs and their effect on apoptosis and the apoptotic pathway in prostate cancer cells

Advanced prostate cancer is not curable by current treatment strategies indicating a significant need for new chemotherapeutic options. Highly substituted ansatitanocene compounds have shown promising cytotoxic activity in a range of cancers. The objectives of this study are to examine the effects of these titanocene compounds on prostate cancer cells. Prostate cell lines were treated with three novel titanocene compounds and compared to titanocene dichloride and cisplatin. Percent apoptosis, viability and cell cycle were assessed using propidium iodide DNA incorporation with flow cytometry. Cytochrome C was assessed by western blotting of mitochondrial and cytoplasmic fractions. Apoptosis Inducing Factor was assessed by confocal microscopy. These novel compounds induced more apoptosis compared to cisplatin in a dose dependent manner. Compound Y had the most significant effect on cell cycle and apoptosis. Despite the release of cytochrome C from the mitochondrial fraction there was no inhibition of apoptosis with the pan caspase inhibitor, ZVAD-FMK. AIF was shown to translocate from the cytosol to the nucleus mediating a caspase independent cell death. Bcl-2 over expressing PC-3 cells, which were resistant to cisplatin induced apoptosis, underwent apoptosis following treatment with all the titanocene compounds. This study demonstrates possible mechanisms by which these novel titanocene compounds can mediate their apoptotic effect in vitro. The fact that they can induce more apoptosis than cisplatin in advanced cancer cell lines would confer an advantage over cisplatin. They represent exciting new agents with future potential for the treatment of advanced prostate cancer.

Phenol-soluble modulins of Staphylococcus aureus lure neutrophils into battle

Epidemics of community-acquired Staphylococcus aureus are caused by strains producing high concentrations of phenol-soluble modulins (PSMs). How neutrophils sense PSMs is revealed in this issue of Cell Host & Microbe. Such interactions are key to infection outcome and may be the basis for development of new treatment strategies.

Carbon monoxide mediates the anti-apoptotic effects of heme oxygenase-1 in medulloblastoma DAOY cells via K+ channel inhibition

Tumor cell survival and proliferation is attributable in part to suppression of apoptotic pathways, yet the mechanisms by which cancer cells resist apoptosis are not fully understood. Many cancer cells constitutively express heme oxygenase-1 (HO-1), which catabolizes heme to generate biliverdin, Fe(2+), and carbon monoxide (CO). These breakdown products may play a role in the ability of cancer cells to suppress apoptotic signals. K(+) channels also play a crucial role in apoptosis, permitting K(+) efflux which is required to initiate caspase activation. Here, we demonstrate that HO-1 is constitutively expressed in human medulloblastoma tissue, and can be induced in the medulloblastoma cell line DAOY either chemically or by hypoxia. Induction of HO-1 markedly increases the resistance of DAOY cells to oxidant-induced apoptosis. This effect was mimicked by exogenous application of the heme degradation product CO. Furthermore we demonstrate the presence of the pro-apoptotic K(+) channel, Kv2.1, in both human medulloblastoma tissue and DAOY cells. CO inhibited the voltage-gated K(+) currents in DAOY cells, and largely reversed the oxidant-induced increase in K(+) channel activity. p38 MAPK inhibition prevented the oxidant-induced increase of K(+) channel activity in DAOY cells, and enhanced their resistance to apoptosis. Our findings suggest that CO-mediated inhibition of K(+) channels represents an important mechanism by which HO-1 can increase the resistance to apoptosis of medulloblastoma cells, and support the idea that HO-1 inhibition may enhance the effectiveness of current chemo- and radiotherapies.

Suppression of a pro-apoptotic K+ channel as a mechanism for hepatitis C virus persistence

An estimated 3% of the global population are infected with hepatitis C virus (HCV), and the majority of these individuals will develop chronic liver disease. As with other chronic viruses, establishment of persistent infection requires that HCV-infected cells must be refractory to a range of pro-apoptotic stimuli. In response to oxidative stress, amplification of an outward K(+) current mediated by the Kv2.1 channel, precedes the onset of apoptosis. We show here that in human hepatoma cells either infected with HCV or harboring an HCV subgenomic replicon, oxidative stress failed to initiate apoptosis via Kv2.1. The HCV NS5A protein mediated this effect by inhibiting oxidative stress-induced p38 MAPK phosphorylation of Kv2.1. The inhibition of a host cell K(+) channel by a viral protein is a hitherto undescribed viral anti-apoptotic mechanism and represents a potential target for antiviral therapy.

Applying robust control theory to solve problems in bio-medical sciences: study of an apoptotic model

Biological models of an apoptotic process are studied using models describing a system of differential equations derived from reaction kinetics information. The mathematical model is re-formulated in a state-space robust control theory framework where parametric and dynamic uncertainty can be modelled to account for variations naturally occurring in biological processes. We propose to handle the nonlinearities using neural networks.

The neurotoxicity of 5-S-cysteinyldopamine is mediated by the early activation of ERK1/2 followed by the subsequent activation of ASK1/JNK1/2 pro-apoptotic signalling

Parkinson's disease is characterized by the progressive and selective loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. It has been postulated that endogenously formed CysDA (5-S-cysteinyldopamine) and its metabolites may be, in part, responsible for this selective neuronal loss, although the mechanisms by which they contribute to such neurotoxicity are not understood. Exposure of neurons in culture to CysDA caused cell injury, apparent 12-48 h post-exposure. A portion of the neuronal death induced by CysDA was preceded by a rapid uptake and intracellular oxidation of CysDA, leading to an acute and transient activation of ERK2 (extracellular-signal-regulated kinase 2) and caspase 8. The oxidation of CysDA also induced the activation of apoptosis signal-regulating kinase 1 via its de-phosphorylation at Ser967, the phosphorylation of JNK (c-Jun N-terminal kinase) and c-Jun (Ser73) as well as the activation of p38, caspase 3, caspase 8, caspase 7 and caspase 9. Concurrently, the inhibition of complex I by the dihydrobenzothiazine DHBT-1 [7-(2-aminoethyl)-3,4-dihydro-5-hydroxy-2H-1,4-benzothiazine-3-carboxylic acid], formed from the intracellular oxidation of CysDA, induces complex I inhibition and the subsequent release of cytochrome c which further potentiates pro-apoptotic mechanisms. Our data suggest a novel comprehensive mechanism for CysDA that may hold relevance for the selective neuronal loss observed in Parkinson's disease.