Functional analysis of different haematopoietic stem cell subsets

RÉSUMÉ : Elucider les bases moléculaires et cellulaires du fonctionnement des cellules souches s'avère crucial dans la compréhension de l'organisation cellulaire au sein des tissus et des organes ainsi que pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques en médecine régénérative et en oncologie. Les cellules souches adultes les mieux connues sont celles responsables de l'hématopoïèse, les cellules souches hématopoïétiques (CSH). Durant ces dernières années, la recherche a porté une attention particulière à l'isolation prospective de CSH dérivées de la moelle osseuse de souris en utilisant des marqueurs de surface cellulaire ainsi que des propriétés fonctionnelles alléguées. Par la suite, la capacité fonctionnelle des CSH a été vérifiée classiquement par leur transplantation intraveineuse dans des souris réceptrices conditionnées et par l'analyse de leur aptitude à reconstituer le système hématopoïétique à long terme. Des études récentes suggèrent que la transplantation des cellules directement dans la moelle osseuse pourrait non seulement aboutir à une prise de greffe plus rapide et plus efficace, mais pourrait même aider à l'identification de cellules qui ont certes des propriétés intrinsèques de CSH, mais qui n'ont pas la capacité de trouver leur niche au sein de la moelle osseuse et ont donc échoué dans les analyses classiques de reconstitution. Dans cette étude, nous comparons à deux niveaux la fonction de différents sous-groupes de cellules souches de la moelle osseuse, définis par leur phénotype de surface cellulaire. Premièrement, nous étudions leur capacité à reconstituer des souris létalement irradiées après injection soit intraveineuse soit intrafémorale. Deuxièmement, par analyse cytométrique de flux à 8 couleurs, nous comparons leur activité relative de « side population » (SP) par exclusion du colorant fluorescent Hoechst 33342. Nos résultats préliminaires renforcent en effet l'idée que la transplantation intrafémorale aboutit à une greffe plus rapide et plus efficace. Par contre, en utilisant cette approche, nous n'arrivons pas à identifier des cellules capables de prendre greffe spécifiquement quand elles sont injectées en intrafémorale. Finalement, bien qu'une confirmation in vivo soit encore nécessaire, nous suggérons sur la base de nos analyses cytométriques de flux, que les cellules SP Sca1t~és éie~~ CD48t~és bas sont très enrichies en CSH. Ceci permettrait l'isolation ex vivo de CSH de la moelle osseuse de souris par une stratégie à la fois nouvelle et simple. SUMMARY : Elucidating the molecular and cellular bases of stem cell function is crucial for the understanding of cellular organisation within tissues and organs as well as for the development of new therapeutic strategies in regenerative medicine and oncology. The best-known adult stem cells are those responsible for haematopoiesis, the haematopoietic stem cells (HSCs). In recent years, much effort has been put into the prospective isolation of mouse bone marrow (BM)-derived HSCs using cell-surface markers and alleged functional properties. Upon isolation, the functional capacity of putative HSCs has been classically assessed by intravenous transplantation into conditioned recipient mice and analysis of their ability to reconstitute the haematopoietic system at long-term. It has recently been suggested that transplanting the cells directly into the BM might not only result in more rapid and more effective engraftment, but even help to identify cells that have intrinsic HSC properties but lack the ability to home to their BM niche and have thus failed to succeed in classical reconstitution assays. In this study, we compare the function of different BM cell subsets, as defined by their cell surface phenotype, on two levels. Firstly, we assess their ability to reconstitute lethally irradiated mice, when injected either intravenously or intrafemorally. Secondly, using 8-colour flow cytometric analysis, we compare their relative side population (SP) activity by exclusion of the fluorescent dye Hoechst 33342. Our preliminary results indeed reinforce the idea that intrafemoral transplantation results in faster and more effective engraftment, however, using this approach, we are unable to identify cells that are capable of engrafting specifically when injected intrafemorally. Finally, although in vivo confirmation is still required, we propose, based on the results of our flow cytometric analyses, that SP Scat Very h'9h CD48Very'°W cells should be highly enriched for HSCs. This would allow for a simple new strategy for the isolation of mouse BM HSCs ex vivo.

Cis association of Ly49A with MHC class I restricts natural killer cell inhibition.

Natural killer (NK) cell function is negatively regulated by inhibitory receptors interacting with major histocompatibility complex class I molecules expressed on target cells. Here we show that the inhibitory Ly49A NK cell receptor not only binds to its H-2D(d) ligand expressed on potential target cells (in trans) but also is constitutively associated with H-2D(d) in cis (on the same cell). Cis association and trans interaction occur through the same binding site. Consequently, cis association restricts the number of Ly49A receptors available for binding of H-2D(d) on target cells and reduces NK cell inhibition through Ly49A. By lowering the threshold at which NK cell activation exceeds NK cell inhibition, cis interaction allows optimal discrimination of normal and abnormal host cells.

Notch regulation of lymphocyte development and function.

Notch proteins regulate a broad spectrum of cell fate decisions and differentiation processes during fetal and postnatal development. Mammals have four Notch receptors that bind five different ligands. The function of Notch signaling during lymphopoiesis and T cell neoplasia, based on gain-of-function and conditional loss-of-function approaches for the Notch1 receptor, indicates Notch1 is essential in T cell lineage commitment. Recent studies have addressed the involvement of other Notch receptors and ligands as well as their downstream targets, demonstrating additional functions of Notch signaling in embryonic hematopoiesis, intrathymic T cell development, B cell development and peripheral T cell function.

Complex interplay between LPS and IL-10 in dendritic cells: uncoupling of inflammatory chemokine receptors and positive effects on B cell chemokines

Abstract: Protective immune responses against pathogen invasion and transformed cells requires the coordinated action of distinct leukocyte subsets and soluble factors, overall termed immunological network. Among antigen-presenting cells (APC), a crucial role is played by dendritic cells (DC), which initiate, amplify and determine the outcome of the immune response. Micro-environmental conditions profoundly influence DC in such ways that the resulting immune response ranges from successful immune stimulation to abortive response or immune suppression. For instance, the presence in the milieu of anti-inflammatory cytokine interleukin-10 (IL-10) reverts most of the effects mediated on DC by even strong pro-inflammatory agents such as bacterial Lipopolysaccharide (LPS), in terms of differentiation, activation and functions. In an environment containing both LPS and IL-10, uncoupling of receptors for inflammatory chemokines already occurs after a few hours and in a reversible manner on DC, allowing scavenging of chemokines and, consequently, attenuation of the inflammatory process which could be deleterious to the organism. By studying the effects on DC of concomitant stimulation by LPS and IL-10 from the gene expression point of view, we were able to define four distinct transcriptional programs: A. the inhibition of inflammation and immunity, B. the regulation of tissue remodeling, C. the tuning of cytokine/growth factor receptors and G protein-coupled receptors, D. the stimulation of B cell function and lymphoid tissue neogenesis. Among the latter genes, we further demonstrated that IL-10 synergizes with Toll-like receptor ligands for the production of functionally active B cell attracting chemokine CXCL13. Our data provide evidence that the combined exposure of APC to LPS and IL-10, via the production of CXCL13, involves humoral immunity by attracting antibody-producing cells. It is well known that the persistent release of CXCL13 leads to the development of ectopic lymphoid tissue aggregates and production of high levels of antibodies, thus favoring the induction of auto-immunity. Our findings suggest that the IL-10 produced in chronic inflammatory conditions may promote lymphoid tissue neogenesis through increased release of CXCL13. IL-10 is an anti-inflammatory cytokine inhibiting cellular-mediated TH 1-polarized immune responses. In this study we demonstrate that IL- 10 strongly supports the development of humoral immunity. IL-10 and CXCL13 can thus be targets for specific therapies in auto-immune diseases.

New insights into the role of microRNAs in pancreatic ß-cell maturation and plasticity

Le diabète est une maladie chronique caractérisée par une élévation du taux de sucre dans le sang aussi appelé « glycémie » reflétant un état pathologique. L'élévation de la glycémie au long cours a des répercussions délétères sur nombreux de nos tissus et organes d'où l'apparition de complications sévères chez les sujets diabétiques pouvant atteindre les yeux, les reins, le système nerveux, le système cardiovasculaire et les membres inférieurs. La carence en une hormone essentielle à notre organisme, l'insuline, est au coeur du développement de la maladie. L'insuline induit la captation du glucose circulant dans le sang en excès suite à une prise alimentaire riche en glucides et favorise son utilisation et éventuellement son stockage dans les tissus tels que le foie, le tissu adipeux et les muscles. Ainsi, l'insuline est vitale pour réguler et maintenir stable notre niveau de glycémie. Les cellules bêta du pancréas sont les seules entités de notre corps capables de produire de l'insuline et une perte de fonctionnalité associée à leur destruction ont été mises en cause dans le processus pathologique du diabète de type 2. Cependant la pleine fonctionnalité et la maturation des cellules bêta n'apparaissent qu'après la naissance lorsque le pancréas en développement a atteint sa masse adulte définitive. Enfin, une fois la masse des cellules bêta définitive établie, leur nombre et volume restent relativement constants au cours de la vie adulte chez un sujet sain. Néanmoins, au cours de périodes critiques les besoins en insuline sont augmentés tel qu'observé chez les femmes enceintes et les personnes obèses qui ont une perte de sensibilité à l'insuline qui se traduit par la nécessité de sécréter plus d'insuline afin de maintenir une glycémie normale. Dans l'hypothèse où la compensation n'a pas lieu ou n'est pas aboutie, le diabète se développe. Le processus de maturation postnatale ainsi que les événements compensatoires sont donc des étapes essentielles et de nombreuses questions sont encore non résolues concernant l'identification des mécanismes les régulant. Parmi les acteurs potentiels figurent de petites molécules d'ARN découvertes récemment appelées microARNs et qui ont été rapidement suggérées très prometteuses dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans le cadre du diabète et d'autres pathologies. Les microARNs vont réguler l'expression de notre génome sans en modifier la séquence, phénomène également appelé épigénétique, ce qui résulte en des différences de comportement et de fonction cellulaires. Les microARNs sont donc susceptibles de jouer un rôle clé dans l'ensemble des processus biologiques et notre environnement associé à nos prédispositions génétiques peuvent grandement modifier leur niveau et donc leur action, qui à son tour se répercutera sur notre état physiologique. En effet nous avons identifié des changements de microARNs dans les cellules d'îlots pancréatiques de modèles animaux (rats et souris) associés à un état de résistance à l'insuline (grossesse et obésité). Par le biais d'expériences in vitro sur des cellules bêta extraites de rats et conservées en culture, nous avons pu analyser de plus près l'implication des microARNs dans la capacité des cellules bêta à sécréter de l'insuline mais aussi à se multiplier et à survivre au sein d'un environnement toxique. Ainsi, nous avons identifié des microARNs qui participent positivement à la compensation des cellules bêta, sous la direction d'hormones telles les estrogènes ou d'une hormone libérée par l'intestin au cours de la digestion (l'inerétine GLP1) et qui est largement utilisée comme agent thérapeutique dans la médication contre le diabète. Dans un second temps nous avons utilisé une stratégie similaire afin de déterminer le rôle de microARNs préalablement détectés comme étant changés au cours du développement postnatal des cellules bêta chez le rat. Cette étude a également mené à l'identification de microARNs participant à la maturation et à l'expansion de la masse des cellules bêta sous l'influence de la composition du régime alimentaire et des besoins en insuline adéquats qui en dépendent. Ces études apportent la vision de nouveaux mécanismes moléculaires impliquant les microARNs et démontrant leur importance pour le bon fonctionnement des cellules bêta et leur capacité d'adaptation à l'environnement. -- Les cellules bêta sont une composante des îlots pancréatiques de Langerhans et sont des cellules hautement différenciées qui ont l'unique capacité de sécréter de l'insuline sous l'influence des nutriments suite à une prise alimentaire. L'insuline facilite l'incorporation de glucose dans ses tissus cibles tels le foie, le tissu adipeux et les muscles. Bien que les besoins en insuline soient relativement constants au cours de la vie d'un individu sain, certaines conditions associées à un état de résistance à l'insuline, telles la grossesse ou l'obésité, requièrent une libération d'insuline majorée. En cas de résistance à l'insuline, une dysfonction des cellules bêta plus ou moins associée à leur mort cellulaire, conduisent à une sécrétion d'insuline insuffisante et au développement d'une hyperglycémie chronique, caractéristique du diabète de type 2. Jusqu'à présent, les mécanismes moléculaires sous- jacents à la compensation des cellules bêta ou encore menant à leur dysfonction restent peu connus. Découverts récemment, les petits ARNs non-codant appelés microARNs (miARNs), suscitent un intérêt grandissant de par leur potentiel thérapeutique pour la prise en charge et le traitement du diabète. Les miARNs sont de puissants régulateurs de l'expression génique qui lient directement le 3'UTR de leurs ARN messagers cibles afin d'inhiber leur traduction ou d'induire leur dégradation, ce qui leur permet de contrôler des fonctions biologiques multiples. Ainsi, nous avons pris pour hypothèse que les miARNs pourraient jouer un rôle essentiel en maintenant la fonction des cellules bêta et des processus compensatoires afin de prévenir le développement du diabète. Lors d'une première étude, une analyse transcriptomique a permis l'identification de miARNs différemment exprimés au sein d'îlots pancréatiques de rattes gestantes. Parmi eux, le miR-338-3p a démontré la capacité de promouvoir la prolifération et la survie des cellules bêta exposées à des acides gras saturés et des cytokines pro-inflammatoires, sans altérer leur propriété sécrétrice d'insuline. Nous avons également identifié deux hormones reconnues pour leurs propriétés bénéfiques pour la physiologie de la cellule bêta, l'estradiol et l'incrétine GLP1, qui régulent les niveaux du miR-338-3p. Ce miARN intègre parfaitement les voies de signalisation de ces deux hormones dépendantes de l'AMP cyclique, afin de contrôler l'expression de nombreux gènes conduisant à son action biologique. Dans un projet ultérieur, notre objectif était de déterminer la contribution de miARNs dans l'acquisition de l'identité fonctionnelle des cellules bêta en période postnatale. En effet, directement après la naissance les cellules bêta sont reconnues pour être encore immatures et incapables de sécréter de l'insuline spécifiquement en réponse à l'élévation de la glycémie. Au contraire, la réponse insulinique induite par les acides aminés ainsi que la biosynthèse d'insuline sont déjà fonctionnelles. Nos recherches ont permis de montrer que les changements de miARNs corrélés avec l'apparition du phénotype sécrétoire en réponse au glucose, sont régis par la composition nutritionnelle du régime alimentaire et des besoins en insuline qui en découlent. En parallèle, le taux de prolifération des cellules bêta est considérablement réduit. Les miARNs que nous avons étudiés coordonnent des changements d'expression de gènes clés impliqués dans l'acquisition de propriétés vitales de la cellule bêta et dans la maintenancé de son identité propre. Enfin, ces études ont permis de clairement démontrer l'importance des miARNs dans la régulation de la fonction des cellules bêta pancréatiques. -- Beta-cells are highly differentiated cells localized in the pancreatic islets and are characterized by the unique property of secreting insulin in response to nutrient stimulation after meal intake. Insulin is then in charge of facilitating glucose uptake by insulin target tissues such as liver, adipose tissue and muscles. Despite insulin needs stay more or less constant throughout life of healthy individuals, there are circumstances such as during pregnancy or obesity which are associated to insulin resistance, where insulin needs are increased. In this context, defects in beta-cell function, sometimes associated with beta-cell loss, may result in the release of inappropriate amounts of insulin leading to chronic hyperglycemia, properly defined as type 2 diabetes mellitus. So far, the mechanisms underlying beta- cell compensation as well as beta-cell failure remain to be established. The recently discovered small non-coding RNAs called microRNAs (miRNAs) are emerging as interesting therapeutic targets and are bringing new hope for the treatment of diabetes. miRNAs display a massive potential in regulating gene expression by directly binding to the 3'UTR of messenger RNAs and by inhibiting their translation and/or stability, enabling them to modify a wide range of biological functions. In view of this, we hypothesized that miRNAs may play an essential role in preserving the functional beta-cell mass and permitting to fight against beta-cell exhaustion and decompensation that can lead to diabetes development. In a first study, global profiling in pancreatic islets of pregnant rats, a model of insulin resistance, led to the identification of a set of differentially expressed miRNAs. Among them, miR-338- 3p was found to promote beta-cell proliferation and survival upon exposure of islet cells to pro- apoptotic stimuli such as saturated fatty acids or pro-inflammatory cytokines, without impairment in their capacity to release insulin. We also discovered that miR-338-3p changes are driven by two hormones, the estradiol and the incretin GLP1, both well known for their beneficial impact on beta- cell physiology. Consistently, we found that miR-338-3p integrates the cAMP-dependent signaling pathways regulated by these two hormones in order to control the expression of numerous genes and execute its biological functions. In a second project, we aimed at determining whether miRNAs contribute to the acquisition of beta-cell identity. Indeed, we confirmed that right after birth beta-cells are still immature and are unable to secrete insulin specifically in response to elevated concentrations of glucose. In contrast, amino acid-stimulated insulin release as well as insulin biosynthesis are already fully functional. In parallel, newborn beta-cells are proliferating intensively within the expanding pancreas. Interestingly, we demonstrated that the miRNA changes and the subsequent acquisition of glucose responsiveness is influenced by the diet composition and the resulting insulin needs. At the same time, beta-cell proliferation declines. The miRNAs that we have identified orchestrate expression changes of essential genes involved in the acquisition of specific beta-cell properties and in the maintenance of a mature beta-cell identity. Altogether, these studies clearly demonstrate that miRNAs play important roles in the regulation of beta-cell function.

LKB1 and AMPK differentially regulate pancreatic β-cell identity.

Fully differentiated pancreatic β cells are essential for normal glucose homeostasis in mammals. Dedifferentiation of these cells has been suggested to occur in type 2 diabetes, impairing insulin production. Since chronic fuel excess ("glucotoxicity") is implicated in this process, we sought here to identify the potential roles in β-cell identity of the tumor suppressor liver kinase B1 (LKB1/STK11) and the downstream fuel-sensitive kinase, AMP-activated protein kinase (AMPK). Highly β-cell-restricted deletion of each kinase in mice, using an Ins1-controlled Cre, was therefore followed by physiological, morphometric, and massive parallel sequencing analysis. Loss of LKB1 strikingly (2.0-12-fold, E<0.01) increased the expression of subsets of hepatic (Alb, Iyd, Elovl2) and neuronal (Nptx2, Dlgap2, Cartpt, Pdyn) genes, enhancing glutamate signaling. These changes were partially recapitulated by the loss of AMPK, which also up-regulated β-cell "disallowed" genes (Slc16a1, Ldha, Mgst1, Pdgfra) 1.8- to 3.4-fold (E<0.01). Correspondingly, targeted promoters were enriched for neuronal (Zfp206; P=1.3×10(-33)) and hypoxia-regulated (HIF1; P=2.5×10(-16)) transcription factors. In summary, LKB1 and AMPK, through only partly overlapping mechanisms, maintain β-cell identity by suppressing alternate pathways leading to neuronal, hepatic, and other characteristics. Selective targeting of these enzymes may provide a new approach to maintaining β-cell function in some forms of diabetes.-Kone, M., Pullen, T. J., Sun, G., Ibberson, M., Martinez-Sanchez, A., Sayers, S., Nguyen-Tu, M.-S., Kantor, C., Swisa, A., Dor, Y., Gorman, T., Ferrer, J., Thorens, B., Reimann, F., Gribble, F., McGinty, J. A., Chen, L., French, P. M., Birzele, F., Hildebrandt, T., Uphues, I., Rutter, G. A. LKB1 and AMPK differentially regulate pancreatic β-cell identity.

Autocrine secretion of IGF2 regulates adult ß cell functional plasticity

In the pathogenesis of type 2 diabetes, hyperglycemia appears when ß cell mass and insulin secretory capacity are no longer sufficient to compensate for insulin resistance. The reduction in ß cell mass results from increased apoptosis. Therefore, finding strategies to preserve ß cell mass and function may be useful for the treatment or prevention of diabetes. Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) protects ß cells against apoptosis, increases their glucose competence, and induces their proliferation. Previous studies in the lab of Prof. Bernard Thorens showed that the GLP-1 anti- apoptotic effect was mediated by robust up-regulation of IGF-1R expression, and this was paralleled with an increase in Akt phosphorylation. This effect was dependent not only on increased IGF-1R expression but also on the autocrine secretion of insulin-like growth factor 2 (IGF2). They also demonstrated that GLP-1 up-regulated IGF-1R expression by a protein a kinase A-dependent translational control mechanism. The main aim of this PhD work has been to further investigate the role of the IGF2/IGF-1 Receptor autocrine loop in ß cell function and to determine the physiological role of IGF2 in ß cell plasticity and its regulation by nutrients. This PhD thesis is divided in 3 chapters. The first chapter describes the role of IGF2/IGF-1R autocrine loop in ß cell glucose competence and proliferation. Here using MIN6 cells and primary mouse islets as an experimental model we demonstrated that the glucose competence of these cells was dependent on the level of IGF-1R expression and on IGF2 secretion. Furthermore, we showed that GLP-1-induced primary ß cell proliferation was significantly reduced by Igf-lr gene inactivation and by IGF2 immunoneutralization or knockdown. In the second chapter we examined the role of this IGF2/IGF-1R autocrine loop on the ß cell functional plasticity during ageing, pregnancy, and in response to acute induction of insulin resistance using mice with ß cell-specific inactivation of ig/2. Here we showed a gender-dependent role of ß cell IGF2 in ageing and high fat diet-induced metabolic stress; we demonstrated that the autocrine secretion of IGF2 is essential for ß cell mass adaptation during pregnancy. Further we also showed that this autocrine loop plays an important role in ß cell expansion in response to acute induction of insulin resistance. The aim of the third chapter was to investigate whether we can modulate the expression and secretion of IGF2 by nutrients in order to increase the activity of autocrine loop. Here we showed that glutamine induces IGF2 biosynthesis and its fast secretion through the regulated pathway, a mechanism enhanced in the presence of glucose. Furthermore, we demonstrated that glutamine-mediated Akt phosphorylation is dependent on IGF2 secretion, indicating that glutamine controls the activity of the IGF2/IGF1R autocrine loop through IGF2 up-regulation. In summary, this PhD work highlights that autocrine secretion of IGF2 is required for compensatory ß cell adaptation to ageing, pregnancy, and insulin resistance. Moreover IGF2/IGF1R autocrine loop is regulated by two feeding-related cues, GLP-1 to increase IGF-1R expression and glutamine to control IGF2 biosynthesis and secretion. -- Dans le diabète de type 2, lorsque la sécrétion d'insuline des cellules Beta du pancréas n'est plus suffisante pour compenser la résistance à l'insuline, une hyperglycémie est observée. Cette baisse de sécrétion d'insuline est Causée par la diminution de la masse de cellules Beta suite à l'augmentation du phénomène de mort cellulaire ou « apoptose ». En diabétologie, une des stratégies médicales concerne la préservation des cellules Beta du pancréas. Une des protéines intervenant dans cette fonction est GLP-1 (Glucagon-like peptide-1). GLP-1 est capable de protéger les cellules Beta contre la mort cellulaire et d'induire leur prolifération. Des études précédemment menées dans le laboratoire du Professeur Bernard Thorens ont montrées que l'activité « anti-apoptotique » de GLP-1 est le résultat l'une augmentation de l'expression du gène IGF-1R sous la dépendance de la sécrétion autocrine d'IGF2 (Insulin-Like Growth Factor). Le but de mon travail de thèse aura été d'étudier le mécanisme de la régulation de GLP-1 par IGF2 et plus précisément de déterminer le rôle physiologique d'IGF2 dans la plasticité des cellules ß ainsi que sa régulation par les nutriments. Ce manuscrit est ainsi divisé en trois chapitres : Le premier chapitre décrit la fonction d'IGF2/IGF- R1 dans la réponse des cellules Beta au glucose ainsi que dans leur capacité à proliférer. Dans ce chapitre nous avons montré l'importance du niveau d'expression d'IGFR-1 et de la sécrétion d'IGF2 dans la régulation du métabolisme du glucose. Dans un deuxième chapitre, nous étudions la boucle de régulation IGF2/IGF-R1 sur la plasticité des cellules Beta lors du vieillissement, de la grossesse ainsi que dans un modèle de souris résistantes à l'insuline. Cette étude met en évidence un dimorphisme sexuel dans le rôle d'IGF2 lors du vieillissement et lors d'un stress métabolique. Nous montrons également l'importance d'IGF2 pour l'adaptation des cellules Beta tout au long de la grossesse ou lors du phénomène de résistance à l'insuline. Dans un troisième chapitre, nous mettons en évidence la possibilité de moduler l'expression et la sécrétion d'IGF2 par les nutriments. En conclusion, ce travail de thèse aura permis de mettre en évidence l'importance d'IGF2 dans la plasticité des cellules ß, une plasticité indispensable lors du vieillissement, de la grossesse ou encore dans le cas d'une résistance à l'insuline.

Positive impact of inhibitory Ly49 receptor-MHC class I interaction on NK cell development.

NK cells can kill MHC-different or MHC-deficient but not syngeneic MHC-expressing target cells. This MHC class I-specific tolerance is acquired during NK cell development. MHC recognition by murine NK cells largely depends on clonally distributed Ly49 family receptors, which inhibit NK cell function upon ligand engagement. We investigated whether these receptors play a role for the development of NK cells and provide evidence that the expression of a Ly49 receptor transgene on developing NK cells endowed these cells with a significant developmental advantage over NK cells lacking such a receptor, but only if the relevant MHC ligand was present in the environment. The data suggest that the transgenic Ly49 receptor accelerates and/or rescues the development of NK cells which would otherwise fail to acquire sufficient numbers of self-MHC-specific receptors. Interestingly, the positive effect on NK cell development is most prominent when the MHC ligand is simultaneously present on both hemopoietic and nonhemopoietic cells. These findings correlate with functional data showing that MHC class I ligand on all cells is required to generate functionally mature NK cells capable of reacting to cells lacking the respective MHC ligand. We conclude that the engagement of inhibitory MHC receptors during NK cell development provides signals that are important for further NK cell differentiation and/or maturation.

Microbial influences on epithelial integrity and immune function as a basis for inflammatory diseases.

Certain autoimmune diseases as well as asthma have increased in recent decades, particularly in developed countries. The hygiene hypothesis has been the prevailing model to account for this increase; however, epidemiology studies also support the contribution of diet and obesity to inflammatory diseases. Diet affects the composition of the gut microbiota, and recent studies have identified various molecules and mechanisms that connect diet, the gut microbiota, and immune responses. Herein, we discuss the effects of microbial metabolites, such as short chain fatty acids, on epithelial integrity as well as immune cell function. We propose that dysbiosis contributes to compromised epithelial integrity and disrupted immune tolerance. In addition, dietary molecules affect the function of immune cells directly, particularly through lipid G-protein coupled receptors such as GPR43.

Nervous glucose sensing regulates postnatal β cell proliferation and glucose homeostasis.

How glucose sensing by the nervous system impacts the regulation of β cell mass and function during postnatal development and throughout adulthood is incompletely understood. Here, we studied mice with inactivation of glucose transporter 2 (Glut2) in the nervous system (NG2KO mice). These mice displayed normal energy homeostasis but developed late-onset glucose intolerance due to reduced insulin secretion, which was precipitated by high-fat diet feeding. The β cell mass of adult NG2KO mice was reduced compared with that of WT mice due to lower β cell proliferation rates in NG2KO mice during the early postnatal period. The difference in proliferation between NG2KO and control islets was abolished by ganglionic blockade or by weaning the mice on a carbohydrate-free diet. In adult NG2KO mice, first-phase insulin secretion was lost, and these glucose-intolerant mice developed impaired glucagon secretion when fed a high-fat diet. Electrophysiological recordings showed reduced parasympathetic nerve activity in the basal state and no stimulation by glucose. Furthermore, sympathetic activity was also insensitive to glucose. Collectively, our data show that GLUT2-dependent control of parasympathetic activity defines a nervous system/endocrine pancreas axis that is critical for β cell mass establishment in the postnatal period and for long-term maintenance of β cell function.

Optimal CD8 T cell responsiveness is controlled within a defined TCR affinity window

Protective immune responses relyon TCR-mediated recognition of antigenspresented by MHC molecules. Tcells directed against tumor antigensare thought to express TCRs of loweraffinity/avidity than pathogen-specificT lymphocytes. An attractivestrategy to improve anti-tumor T cellresponses is to adoptively transferCD8+ T cells engineered with TCRsof optimized affinity. However, themechanisms that control optimal Tcell activation and responsiveness remainpoorly defined. We aim at characterizingTCR-pMHC binding parametersand downstream signalingevents that regulate T cell functionalityby using an in silico designedpanel of tumor antigen-specific TCRsof incremental affinity for pMHC(Kd100 M- 15 nM).We found that optimalT cell responses (cytokine secretionand target cell killing) occurredwithin a well-defined window ofTCR-pMHC binding affinity (5 M-1 M), while drastic functional declinewas detected in T cells expressingvery low and very high TCRaffinities,which was not caused by any increasein apoptosis. Whole-genomemicroarray analysis revealed that Tcells with optimal TCR affinitieshighly up-regulated transcription ofgenes typical of T cell activation (i.e.IFN-, NF-B and TNFR), while reducedexpression was detected in Tcells of very low or very high TCR affinity.Strikingly, hierarchical clusteringshowed that the latter two variantsclustered together with the un-stimulatedcontrol Tcells.Yet, despite commonclustering, several genes seemedto be differentially expressed, suggestingthat the mechanisms involvedin this "unresponsiveness state" maydiffer between those two variants. Finally,calcium influx assays also demonstratedattenuated responses in Tcells of very high TCR affinity. Ourresults indicate that optimal T cellfunction is tightly controlled within adefinedTCRaffinity window throughvery proximal TCR-mediated mechanisms,possibly at the TCR-pMHCbinding interface. Uncovering themechanisms regulating optimal/maximalT cell function is essential to understandand promote therapeutic designlike adoptive T cell therapy.

Role of MicroRNAs in Islet Beta-Cell Compensation and Failure during Diabetes.

Pancreatic beta-cell function and mass are markedly adaptive to compensate for the changes in insulin requirement observed during several situations such as pregnancy, obesity, glucocorticoids excess, or administration. This requires a beta-cell compensation which is achieved through a gain of beta-cell mass and function. Elucidating the physiological mechanisms that promote functional beta-cell mass expansion and that protect cells against death, is a key therapeutic target for diabetes. In this respect, several recent studies have emphasized the instrumental role of microRNAs in the control of beta-cell function. MicroRNAs are negative regulators of gene expression, and are pivotal for the control of beta-cell proliferation, function, and survival. On the one hand, changes in specific microRNA levels have been associated with beta-cell compensation and are triggered by hormones or bioactive peptides that promote beta-cell survival and function. Conversely, modifications in the expression of other specific microRNAs contribute to beta-cell dysfunction and death elicited by diabetogenic factors including, cytokines, chronic hyperlipidemia, hyperglycemia, and oxidized LDL. This review underlines the importance of targeting the microRNA network for future innovative therapies aiming at preventing the beta-cell decline in diabetes.

Stable masking by H-2Dd cis ligand limits Ly49A relocalization to the site of NK cell/target cell contact.

Ly49A is an inhibitory receptor, which counteracts natural killer (NK) cell activation on the engagement with H-2D(d) (D(d)) MHC class I molecules (MHC-I) on target cells. In addition to binding D(d) on apposed membranes, Ly49A interacts with D(d) ligand expressed in the plane of the NK cells' membrane. Indeed, multivalent, soluble MHC-I ligand binds inefficiently to Ly49A unless the NK cells' D(d) complexes are destroyed. However, it is not known whether masked Ly49A remains constitutively associated with cis D(d) also during target cell interaction. Alternatively, it is possible that Ly49A has to be unmasked to significantly interact with its ligand on target cells. These two scenarios suggest distinct roles of Ly49A/D(d) cis interaction for NK cell function. Here, we show that Ly49A contributes to target cell adhesion and efficiently accumulates at synapses with D(d)-expressing target cells when NK cells themselves lack D(d). When NK cells express D(d), Ly49A no longer contributes to adhesion, and ligand-driven recruitment to the cellular contact site is strongly reduced. The destruction of D(d) complexes on NK cells, which unmasks Ly49A, is necessary and sufficient to restore Ly49A adhesive function and recruitment to the synapse. Thus, cis D(d) continuously sequesters a considerable fraction of Ly49A receptors, preventing efficient Ly49A recruitment to the synapse with D(d)+ target cells. The reduced number of Ly49A receptors that can functionally interact with D(d) on target cells explains the modest inhibitory capacity of Ly49A in D(d) NK cells. This property renders Ly49A NK cells more sensitive to react to diseased host cells.

Inadequate T follicular cell help impairs B cell immunity during HIV infection.

The majority of HIV-infected individuals fail to produce protective antibodies and have diminished responses to new immunizations. We report here that even though there is an expansion of follicular helper T (TFH) cells in HIV-infected individuals, the cells are unable to provide adequate B cell help. We found a higher frequency of programmed cell death ligand 1 (PD-L1)(+) germinal center B cells from lymph nodes of HIV-infected individuals suggesting a potential role for PD-1-PD-L1 interaction in regulating TFH cell function. In fact, we show that engagement of PD-1 on TFH cells leads to a reduction in cell proliferation, activation, inducible T-cell co-stimulator (ICOS) expression and interleukin-21 (IL-21) cytokine secretion. Blocking PD-1 signaling enhances HIV-specific immunoglobulin production in vitro. We further show that at least part of this defect involves IL-21, as addition of this cytokine rescues antibody responses and plasma cell generation in vitro. Our results suggest that deregulation of TFH cell-mediated B cell help diminishes B cell responses during HIV infection and may be related to PD-1 triggering on TFH cells. These results demonstrate a role for TFH cell impairment in HIV pathogenesis and suggest that enhancing their function could have a major impact on the outcome and control of HIV infection, preventing future infections and improving immune responses to vaccinations.

Modulation of pancreatic β-cell mass and insulin secretion by PPARβ/δ

SUMMARY : Peroxisome proliferator-activated receptor ß/δ protects against obesity by reducing dyslipidemia and insulin resistance via effects in various organs, including muscle, adipose tissue and liver. However, nothing is known about the function of PPARß in pancreas, a prime organ in the control of glucose homeostasis. To gain insight into so far hypothetical functions of this PPAR isotype in ß-cell function, we specifically ablated Pparß in the whole epithelial compartment of the pancreas. The mutated mice presented expanded ß-cell mass, possibly, this is due to increased burst of ß-cell proliferation at 2 weeks of age. These PPARß null pancreas mice exhibit hyperinsulinemia-hypoglycaemia starting at 4 weeks of age, due to hyperfunctionality of ß-cell. Gene expression profiling indicated a broad repressive function of PPARß impacting the vesicular and granular compartment, actin cytoskeleton, and metabolism of glucose and fatty acids. Analyses of insulin release from isolated islets revealed accelerated second-phase of glucose-stimulated insulin secretion. Higher levels of PKD and PKCS in mutated animals, in concert with F-actin disassembly, lead to an increased insulin secretion and its associated systemic effects. Enhanced palmitate potentiation of glucose-stimulated insulin secretion in PPARß mutant islets, suggests an important role of this receptor in lipid/glucose metabolism in ß-cell. Taken together, these results provide evidence for PPARß playing a repressive role on ß-cell growth and insulin exocytosis, and shed new light on its metabolic .action. RESUME : Le récepteur nucléaire PPARß (Peroxisome proliferator-activated receptor ß/δ) protège contre l'obésité en réduisant la dyslipidémie et la résistance à l'insuline dans différents organes, comme le muscle, le tissue adipeux et le foie. Cependant, il y a, à ce jour, très peu de connaissance par rapport au rôle de PPARß dans le pancréas, qui est un organe très important dans le contrôle homéostatique du glucose. Afin de comprendre le rôle de cet isotype de PPAR dans le fonctionnement des cellules beta du pancréas, nous avons invalidé le gène Pparß dans tout le compartiment pancréatique de la souris. Ces souris mutantes présentent une augmentation de la masse totale de cellules beta; Cela serait dû à une intense prolifération des cellules beta à 2 semaines après la naissance. Également, ces souris présentent une hyperinsulinémie et une hypoglycémie qui commencent à l'âge de 4 semaines; la raison de ce phénotype serait une hyperactivité des cellules beta. Le profil d'expression génique indique une fonction répressive globale de PPARß en se référant aux compartiments vésiculaire et granulaire, au cytosquelette d'actine, et au métabolisme du glucose et des acides gras. L'analyse de la sécrétion d'insuline par les cellules beta a démontré que la deuxième phase de sécrétion d'insuline après stimulation au glucose est augmentée. Les niveaux élevés de PKD et PKCS dans les îlots pancréatiques de souris mutantes, ainsi qu'une augmentation de la dépolymérisation des filaments d'active génèrent un surplus de sécrétion d'insuline après stimulation au glucose. Les îlots pancréatiques des souris mutantes secrètent plus d'insuline après stimulation au glucose et au palmitate que les îlots de souris contrôles. Ceci suggère un rôle important de PPARß dans le métabolisme des lipides et du glucose des cellules beta. En résumé, ces résultats mettent en évidence un rôle répressif de PPARß dans la croissance des cellules beta et dans l'exocytose d'insuline.