Neutrophil function and metabolism in individuals with diabetes mellitus

Neutrophils act as first-line-of-defense cells and the reduction of their functional activity contributes to the high susceptibilityto and severity of infections in diabetes mellitus. Clinical investigations in diabetic patients and experimental studies in diabetic rats and mice clearly demonstrated consistent defects of neutrophil chemotactic, phagocytic and microbicidal activities. Other alterations that have been reported to occur during inflammation in diabetes mellitus include: decreased microvascular responses to inflammatory mediators such as histamine and bradykinin, reduced protein leakage and edema formation, reduced mast cell degranulation, impairment of neutrophil adhesionto the endothelium and migration to the site of inflammation, production of reactive oxygen species and reduced release of cytokines and prostaglandin by neutrophils, increased leukocyte apoptosis, and reduction in lymph node retention capacity. Since neutrophil function requires energy, metabolic changes (i.e., glycolytic and glutaminolytic pathways) may be involved in the reduction of neutrophil function observed in diabetic states. Metabolic routes by which hyperglycemia is linked to neutrophil dysfunction include the advanced protein glycosylation reaction, the polyol pathway, oxygen-free radical formation, the nitric oxide-cyclic guanosine-3'-5'monophosphate pathway, and the glycolytic and glutaminolytic pathways. Lowering of blood glucose levels by insulin treatment of diabetic patients or experimental animals has been reported to have significant correlation with improvement of neutrophil functional activity. Therefore, changes might be primarily linked to a continuing insulin deficiency or to secondary hyperglycemia occurring in the diabetic individual. Accordingly, effective control with insulin treatment is likely to be relevant during infection in diabetic patients.

Endothelium-dependent and -independent hepatic artery vasodilatation is not impaired in a canine model of liver ischemia-reperfusion injury

We investigated whether hepatic artery endothelium may be the earliest site of injury consequent to liver ischemia and reperfusion. Twenty-four heartworm-free mongrel dogs of either sex exposed to liver ischemia/reperfusion in vivo were randomized into four experimental groups (N = 6): a) control, sham-operated dogs, b) dogs subjected to 60 min of ischemia, c) dogs subjected to 30 min of ischemia and 60 min of reperfusion, and d) animals subjected to 45 min of ischemia and 120 min of reperfusion. The nitric oxide endothelium-dependent relaxation of hepatic artery rings contracted with prostaglandin F2a and exposed to increasing concentrations of acetylcholine, calcium ionophore A23187, sodium fluoride, phospholipase-C, poly-L-arginine, isoproterenol, and sodium nitroprusside was evaluated in organ-chamber experiments. Lipid peroxidation was estimated by malondialdehyde activity in liver tissue samples and by blood lactic dehydrogenase (LDH), serum aspartate aminotransferase (AST) and serum alanine aminotransferase (ALT) activities. No changes were observed in hepatic artery relaxation for any agonist tested. The group subjected to 45 min of ischemia and 120 min of reperfusion presented marked increases of serum aminotransferases (ALT = 2989 ± 1056 U/L and AST = 1268 ± 371 U/L; P < 0.01), LDH = 2887 ± 1213 IU/L; P < 0.01) and malondialdehyde in liver samples (0.360 ± 0.020 nmol/mgPT; P < 0.05). Under the experimental conditions utilized, no abnormal changes in hepatic arterial vasoreactivity were observed: endothelium-dependent and independent hepatic artery vasodilation were not impaired in this canine model of ischemia/reperfusion injury. In contrast to other vital organs and in the ischemia/reperfusion injury environment, dysfunction of the main artery endothelium is not the first site of reperfusion injury.

Distribution of the human leukocyte antigen class II alleles in Brazilian patients with chronic hepatitis C virus infection

Hepatitis C virus (HCV) infection is a global medical problem. The current standard of treatment consists of the combination of peginterferon plus ribavirin. This regimen eradicates HCV in 55% of cases. The immune response to HCV is an important determinant of disease evolution and can be influenced by various host factors. HLA class II may play an important role in immune response against HCV. The objective of the present study was to determine the distribution of HLA class II (DRB1 and DQB1) alleles, their association with chronic HCV infection and their response to interferon therapy. One hundred and two unrelated white Brazilian patients with chronic HCV infection, 52 responders (45 males and 7 females) and 50 non-responders (43 males and 7 females) to antiviral treatment, were included in the study. Healthy Brazilian bone marrow donors of Caucasian origin from the same geographic area constituted the control group (HLA-DRB1, N = 99 and HLA-DQB1, N = 222 individuals). HLA class II genotyping was performed using a low-resolution DRB1, DQB1 sequence-specific primer amplification. There were higher frequencies of HLA-DRB1*13 (26.5 vs 14.1%) and HLA-DQB1*02 (52.9 vs 38.7%) in patients compared with controls; however, these were not significantly different after P correction (Pc = 0.39 and Pc = 0.082, respectively). There was no significant difference between the phenotypic frequencies of HLA-DRB1 (17.3 vs 14.0%) and HLA-DQB1 alleles in responder and non-responder HCV patients. The HLA-DRB1*07 allele was significantly more common in HCV patients (33.3 vs 12.1%) than in controls (Pc = 0.0039), suggesting that the HLA-DRB1*07 allele is associated with chronic HCV infection.

Effect of the human leukocyte antigen HLA-DRB1 and anti-cyclic citrullinated peptide on the outcome of rheumatoid arthritis patients

Our objective was to determine whether the presence of the human leukocyte antigen HLA-DRB1 locus is associated with production of anti-cyclic citrullinated peptide antibodies (anti-CCP Abs) and to what extent they are associated with increased susceptibility to and severity of rheumatoid arthritis (RA) in Egyptian patients. Twenty-nine RA patients gave informed consent to participate in a case-control study that was approved by the Ain Shams University Medical Ethics Committee. RA disease activity and severity were determined using the simplified disease activity index and Larsen scores, respectively. We used a wide scale national study on the pattern of HLA typing in normal Egyptians as a control study. Anti-CCP Abs and HLA-DRB1 typing were determined for all subjects. The alleles most strongly associated with RA were HLA-DRB1 [*01 , *04 and *06] (41.4%). RA patients with serum anti-CCP Ab titers above 60 U/mL had a significantly higher frequency of HLA-DRB1*01 (58.3%) and HLA-DRB1*04 alleles (83.3%). Significant positive correlations were found between serum and synovial anti-CCP Ab titer, RA disease activity, and severity (r = 0.87, 0.66 and 0.63, respectively; P < 0.05). HLA-DRB1 SE+ alleles [*01 and *04] were highly expressed among Egyptian RA patients. The presence of these alleles was associated with higher anti-CCP Ab titer, active and severe RA disease. Early determination of HLA-DRB1 SE+ alleles and serum anti-CCP Ab could facilitate the prediction of the clinical course and prognosis of RA when first evaluated leading to better disease control.

A key role for Na+/K+-ATPase in the endothelium-dependent oscillatory activity of mouse small mesenteric arteries

Oscillatory contractile activity is an inherent property of blood vessels. Various cellular mechanisms have been proposed to contribute to oscillatory activity. Mouse small mesenteric arteries display a unique low frequency contractile oscillatory activity (1 cycle every 10-12 min) upon phenylephrine stimulation. Our objective was to identify mechanisms involved in this peculiar oscillatory activity. First-order mesenteric arteries were mounted in tissue baths for isometric force measurement. The oscillatory activity was observed only in vessels with endothelium, but it was not blocked by L-NAME (100 µM) or indomethacin (10 µM), ruling out the participation of nitric oxide and prostacyclin, respectively, in this phenomenon. Oscillatory activity was not observed in vessels contracted with K+ (90 mM) or after stimulation with phenylephrine plus 10 mM K+. Ouabain (1 to 10 µM, an Na+/K+-ATPase inhibitor), but not K+ channel antagonists [tetraethylammonium (100 µM, a nonselective K+ channel blocker), Tram-34 (10 µM, blocker of intermediate conductance K+ channels) or UCL-1684 (0.1 µM, a small conductance K+ channel blocker)], inhibited the oscillatory activity. The contractile activity was also abolished when experiments were performed at 20°C or in K+-free medium. Taken together, these results demonstrate that Na+/K+-ATPase is a potential source of these oscillations. The presence of α-1 and α-2 Na+/K+-ATPase isoforms was confirmed in murine mesenteric arteries by Western blot. Chronic infusion of mice with ouabain did not abolish oscillatory contraction, but up-regulated vascular Na+/K+-ATPase expression and increased blood pressure. Together, these observations suggest that the Na+/K+ pump plays a major role in the oscillatory activity of murine small mesenteric arteries.

Acute lead-induced vasoconstriction in the vascular beds of isolated perfused rat tails is endothelium-dependent

Chronic lead exposure induces hypertension in humans and animals, affecting endothelial function. However, studies concerning acute cardiovascular effects are lacking. We investigated the effects of acute administration of a high concentration of lead acetate (100 µΜ) on the pressor response to phenylephrine (PHE) in the tail vascular bed of male Wistar rats. Animals were anesthetized with sodium pentobarbital and heparinized. The tail artery was dissected and cannulated for drug infusion and mean perfusion pressure measurements. Endothelium and vascular smooth muscle relaxation were tested with acetylcholine (5 µg/100 µL) and sodium nitroprusside (0.1 µg/100 µL), respectively, in arteries precontracted with 0.1 µM PHE. Concentration-response curves to PHE (0.001-300 µg/100 µL) were constructed before and after perfusion for 1 h with 100 µΜ lead acetate. In the presence of endothelium (E+), lead acetate increased maximal response (Emax) (control: 364.4 ± 36, Pb2+: 480.0 ± 27 mmHg; P < 0.05) and the sensitivity (pD2; control: 1.98 ± 0.07, 2.38 ± 0.14 log mM) to PHE. In the absence of endothelium (E-) lead had no effect but increased baseline perfusion pressure (E+: 79.5 ± 2.4, E-: 118 ± 2.2 mmHg; P < 0.05). To investigate the underlying mechanisms, this protocol was repeated after treatment with 100 µM L-NAME, 10 µM indomethacin and 1 µM tempol in the presence of lead. Lead actions on Emax and pD2 were abolished in the presence of indomethacin, and partially abolished with L-NAME and tempol. Results suggest that acute lead administration affects the endothelium, releasing cyclooxygenase-derived vasoconstrictors and involving reactive oxygen species.

The methyl ester of rosuvastatin elicited an endothelium-independent and 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase-independent relaxant effect in rat aorta

The relaxant effect of the methyl ester of rosuvastatin was evaluated on aortic rings from male Wistar rats (250-300 g, 6 rats for each experimental group) with and without endothelium precontracted with 1.0 µM phenylephrine. The methyl ester presented a slightly greater potency than rosuvastatin in relaxing aortic rings, with log IC50 values of -6.88 and -6.07 M, respectively. Unlike rosuvastatin, the effect of its methyl ester was endothelium-independent. Pretreatment with 10 µM indomethacin did not inhibit, and pretreatment with 1 mM mevalonate only modestly inhibited the relaxant effect of the methyl ester. Nω-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME, 10 µM), the selective nitric oxide-2 (NO-2) inhibitor 1400 W (10 µM), tetraethylammonium (TEA, 10 mM), and cycloheximide (10 µM) partially inhibited the relaxant effect of the methyl ester on endothelium-denuded aortic rings. However, the combination of TEA plus either L-NAME or cycloheximide completely inhibited the relaxant effect. Inducible NO synthase (NOS-2) was only present in endothelium-denuded aortic rings, as demonstrated by immunoblot with methyl ester-treated rings. In conclusion, whereas rosuvastatin was associated with a relaxant effect dependent on endothelium and hydroxymethylglutaryl coenzyme A reductase in rat aorta, the methyl ester of rosuvastatin exhibited an endothelium-independent and only slightly hydroxymethylglutaryl coenzyme A reductase-dependent relaxant effect. Both NO produced by NOS-2 and K+ channels are involved in the relaxant effect of the methyl ester of rosuvastatin.

Dermatan sulfate reduces monocyte chemoattractant protein 1 and TGF-β production, as well as macrophage recruitment and myofibroblast accumulation in mice with unilateral ureteral obstruction

Selectins play an essential role in most inflammatory reactions, mediating the initial leukocyte-rolling event on activated endothelium. Heparin and dermatan sulfate (DS) bind and block P- and L-selectin function in vitro. Recently, we reported that subcutaneous administration of DS inhibits colon inflammation in rats by reducing macrophage and T-cell recruitment and macrophage activation. In the present study, we examined the effect of porcine intestinal mucosa DS on renal inflammation and fibrosis in mice after unilateral ureteral obstruction (UUO). Twenty-four adult male Swiss mice weighing 20-25 g were divided into 4 groups: group C (N = 6) was not subjected to any surgical manipulation; group SH (N = 6) was subjected to surgical manipulation but without ureter ligation; group UUO (N = 6) was subjected to unilateral ureteral obstruction and received no treatment; group UUO plus DS (N = 6) was subjected to UUO and received DS (4 mg/kg) subcutaneously daily for 14 days. An immunoblot study was also performed for TGF-β. Collagen (stained area ~3700 µm²), MCP-1 (stained area ~1700 µm²), TGF-β (stained area ~13% of total area), macrophage (number of cells ~40), and myofibroblast (stained area ~1900 µm²) levels were significantly (P < 0.05) higher in the UUO group compared to control. DS treatment significantly (P < 0.05) reduced the content of collagen (stained area ~700 µm²), MCP-1 (stained area ~160 µm²) and TGF-β (stained area ~5% of total area), in addition to myofibroblast (stained area ~190 µm²) and macrophage (number of cells ~32) accumulation in the obstructed kidney. Overall, these results indicate that DS attenuates kidney inflammation by reducing macrophage recruitment, myofibroblast population and fibrosis in mice submitted to UUO.

Inhibition of PKC-dependent extracellular Ca2+ entry contributes to the depression of contractile activity in long-term pressure-overloaded endothelium-denuded rat aortas

We examined the contractile responsiveness of rat thoracic aortas under pressure overload after long-term suprarenal abdominal aortic coarctation (lt-Srac). Endothelium-dependent angiotensin II (ANG II) type 2 receptor (AT2R)-mediated depression of contractions to ANG II has been reported in short-term (1 week) pressure-overloaded rat aortas. Contractility was evaluated in the aortic rings of rats subjected to lt-Srac or sham surgery (Sham) for 8 weeks. ANG I and II levels and AT2R protein expression in the aortas of lt-Srac and Sham rats were also evaluated. lt-Srac attenuated the contractions of ANG II and phenylephrine in the aortas in an endothelium-independent manner. However, lt-Srac did not influence the transient contractions induced in endothelium-denuded aortic rings by ANG II, phenylephrine, or caffeine in Ca2+-free medium or the subsequent tonic constrictions induced by the addition of Ca2+ in the absence of agonists. Thus, the contractions induced by Ca2+ release from intracellular stores and Ca2+ influx through stored-operated channels were not inhibited in the aortas of lt-Srac rats. Potassium-elicited contractions in endothelium-denuded aortic rings of lt-Srac rats remained unaltered compared with control tissues. Consequently, the contractile depression observed in aortic tissues of lt-Srac rats cannot be explained by direct inhibition of voltage-operated Ca2+ channels. Interestingly, 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate-induced contractions in endothelium-denuded aortic rings of lt-Srac rats were depressed in the presence but not in the absence of extracellular Ca2+. Neither levels of angiotensins nor of AT2R were modified in the aortas after lt-Srac. The results suggest that, in rat thoracic aortas, lt-Srac selectively inhibited protein kinase C-mediated activation of contraction that is dependent on extracellular Ca2+ entry.

Hormonal therapy with estradiol and drospirenone improves endothelium-dependent vasodilation in the coronary bed of ovariectomized spontaneously hypertensive rats

Drospirenone (DRSP) is a progestin with anti-aldosterone properties and it reduces blood pressure in hypertensive women. However, the effects of DRSP on endothelium-dependent coronary vasodilation have not been evaluated. This study investigated the effects of combined therapy with estrogen (E2) and DRSP on endothelium-dependent vasodilation of the coronary bed of ovariectomized (OVX) spontaneously hypertensive rats. Female spontaneously hypertensive rats (n=87) at 12 weeks of age were randomly divided into sham operated (Sham), OVX, OVX treated with E2 (E2), and OVX treated with E2 and DRSP (E2+DRSP) groups. Hemodynamic parameters were directly evaluated by catheter insertion into the femoral artery. Endothelium-dependent vasodilation in response to bradykinin in the coronary arterial bed was assessed using isolated hearts according to a modified Langendorff method. Coronary protein expression of endothelial nitric oxide synthase and estrogen receptor alpha (ER-α) was assessed by Western blotting. Histological slices of coronary arteries were stained with hematoxylin and eosin, and morphometric parameters were analyzed. Oxidative stress was assessed in situ by dihydroethidium fluorescence. Ovariectomy increased systolic blood pressure, which was only prevented by E2+DRSP treatment. Estrogen deficiency caused endothelial dysfunction, which was prevented by both treatments. However, the vasodilator response in the E2+DRSP group was significantly higher at the three highest concentrations compared with the OVX group. Reduced ER-α expression in OVX rats was restored by both treatments. Morphometric parameters and oxidative stress were augmented by OVX and reduced by E2 and E2+DRSP treatments. Hormonal therapy with E2 and DRSP may be an important therapeutic option in the prevention of coronary heart disease in hypertensive post-menopausal women.

Acute but not chronic metabolic acidosis potentiates the acetylcholine-induced reduction in blood pressure: an endothelium-dependent effect

Metabolic acidosis has profound effects on vascular tone. This study investigated the in vivo effects of acute metabolic acidosis (AMA) and chronic metabolic acidosis (CMA) on hemodynamic parameters and endothelial function. CMA was induced by ad libitum intake of 1% NH4Cl for 7 days, and AMA was induced by a 3-h infusion of 6 M NH4Cl (1 mL/kg, diluted 1:10). Phenylephrine (Phe) and acetylcholine (Ach) dose-response curves were performed by venous infusion with simultaneous venous and arterial blood pressure monitoring. Plasma nitrite/nitrate (NOx) was measured by chemiluminescence. The CMA group had a blood pH of 7.15±0.03, which was associated with reduced bicarbonate (13.8±0.98 mmol/L) and no change in the partial pressure of arterial carbon dioxide (PaCO2). The AMA group had a pH of 7.20±0.01, which was associated with decreases in bicarbonate (10.8±0.54 mmol/L) and PaCO2 (47.8±2.54 to 23.2±0.74 mmHg) and accompanied by hyperventilation. Phe or ACh infusion did not affect arterial or venous blood pressure in the CMA group. However, the ACh infusion decreased the arterial blood pressure (ΔBP: -28.0±2.35 mm Hg [AMA] to -4.5±2.89 mmHg [control]) in the AMA group. Plasma NOx was normal after CMA but increased after AMA (25.3±0.88 to 31.3±0.54 μM). These results indicate that AMA, but not CMA, potentiated the Ach-induced decrease in blood pressure and led to an increase in plasma NOx, reinforcing the effect of pH imbalance on vascular tone and blood pressure control.

Comparison of a leukocyte esterase test with endometrial cytology for the diagnosis of subclinical endometritis and correlation with first service pregnancy rate in postpartum Holstein cows

L’objectif de la présente étude était d’évaluer un test d’estérase leucocytaire (LE) pour le diagnostic de l’endométrite subclinique chez les vaches Holstein en période postpartum. Les tests effectués à partir d’échantillons provenant soit de l’endomètre (UtLE) ou du col utérin (CxLE) ont été comparés à la cytologie endométriale (CE). Par ailleurs, deux méthodes d’évaluation des lames ont été comparées. Deux cent quatre vingt-cinq vaches Holstein de 5 troupeaux laitiers commerciaux ont été évaluées entre 21 et 47 jours en lait (JEL). Soixante sept vaches ont été diagnostiquées avec une endométrite clinique suite à un examen transrectal et vaginoscopique et ont été exclues de l’étude. Deux cent dix-huit vaches ont eu des prélèvements pour la CE et le test LE. La fonction ovarienne a été déterminée à la palpation transrectale. La banque de données utilisée pour chacune des vaches a été effectuée à partir du logiciel DSA (Dossier de Santé Animale) laitier. Le pourcentage de neutrophiles était significativement corrélé avec les scores de LE utérin et cervical. L’activité de CxLE et UtLE diminuait significativement avec les JEL, mais n’était pas associée au risque de gestation à 90 JEL (n= 186). Le pourcentage de neutrophiles mesuré à la CE entre 32 et 47 JEL était associé significativement au risque de gestation à 90 JEL (n=94, P=0.04). Pour la même période, selon une analyse de survie, les vaches avec >2,6% de neutrophiles à la CE étaient définies comme étant atteintes d’une endométrite subclinique avec une prévalence de 56%. Les résultats indiquent que le test d’estérase utérin ou cervical a une bonne concordance avec le pourcentage de neutrophiles à la CE. Une endométrite subclinique diagnostiquée par cytologie endometriale entre 32 et 47 JEL est associée à une réduction du risque de gestation au premier service.

Modulation de la réponse immunitaire dans le cerveau par la barrière hémato-encéphalique : implication en sclérose en plaques

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie inflammatoire du système nerveux central (SNC) caractérisée par une infiltration périvasculaire de cellules mononucléaires, telles que les lymphocytes T CD4+ et CD8+, les lymphocytes B ainsi que les cellules myéloïdes qui comprend les monocytes, les macrophages et les cellules dendritiques (DCs). Ce phénomène d’infiltration est dû à une fragilisation de la barrière hémato-encéphalique (BHE). L’entrée des cellules immunitaires au SNC va mener à la destruction de la gaine de myéline et donc à l’apparition de plaques de démyélinisation. Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que la migration des divers sous-types de cellules immunitaires du sang périphérique à travers la BHE est contrôlée par des mécanismes moléculaires distincts et spécifiques à chaque type cellulaire. Afin de répondre à cette hypothèse, quatre différentes études ont été mises sur pieds. En premier lieu, nous démontrons un effet bénéfique des statines sur la BHE en SEP, en diminuant la migration des lymphocytes T et des monocytes, et en diminuant la diffusion de marqueurs moléculaire soluble. Ce phénomène s’opère via la suppression du processus d’isoprenylation, et en empêchant probablement la contraction des cellules endothéliales de la BHE. De plus, nous démontrons que les monocytes qui migrent au SNC en condition inflammé sont en mesures de se différencier en DCs et d’induire une réponse inflammatoire de la part des lymphocytes T CD4+. La migration des monocytes à travers la BHE est contrôlée par une nouvelle molécule d’adhérence nommée Ninjurin-1. Le blocage de Ninjurin-1 conduit à une inhibition spécifique de la migration des monocytes in vitro, ainsi qu’à une amélioration des signes cliniques du modèle animal de la SEP, soit l’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). Finalement, nous démontrons que la migration des lymphocytes T CD8+ au SNC s’effectue via l’intégrine alpha-4. De plus, la majorité des lymphocytes T CD8+ que l’on retrouve dans le liquide céphalo-rachidien de patients SEP, dans le SNC de souris EAE ainsi que dans le SNC de souris infectée au virus de l’hépatite murine portent un phénotype effecteur mémoire. Ces données pourraient expliquer l’émergence de leucoencéphalopathie multifocale progressive observée chez certains patients SEP traités au natalizumab, un anticorps dirigé contre l’intégrine alpha-4. En conclusion, notre étude a permis de démontrer l’importance des monocytes provenant de la périphérie dans le processus inflammatoire prenant part au SNC en SEP. L’inhibition d’entrée de ces cellules pourrait s’avérer bénéfique en SEP tout en permettant l’immuno-surveillance du cerveau, ce que l’anti-alpha-4 intégrine ne permet pas. Les statines pourraient s’avérer une autre option intéressante puisqu’elles agissent sur les processus inflammatoires impliqués dans la SEP.

Regenerative potential of corneal endothelium from patients with fuchs endothelial corneal dystrophy

La dystrophie cornéenne endothéliale de Fuchs (FECD, pour l’abréviation du terme anglais « Fuchs endothelial corneal dystrophy ») est une maladie de l'endothélium cornéen. Sa pathogenèse est mal connue. Aucun traitement médical n’est efficace. Le seul traitement existant est chirurgical et consiste dans le remplacement de l’endothélium pathologique par un endothélium sain provenant de cornées de la Banque des yeux. Le traitement chirurgical, en revanche, comporte 10% de rejet immunologique. Des modèles expérimentaux sont donc nécessaires afin de mieux comprendre cette maladie ainsi que pour le développement de traitements alternatifs. Le but général de cette thèse est de développer un modèle expérimental de la FECD en utilisant le génie tissulaire. Ceci a été réalisé en trois étapes. 1) Tout d'abord, l'endothélium cornéen a été reconstruit par génie tissulaire en utilisant des cellules endothéliales en culture, provenant de patients atteints de FECD. Ce modèle a ensuite été caractérisé in vitro. Brièvement, les cellules endothéliales cornéennes FECD ont été isolées à partir de membranes de Descemet prélevées lors de greffes de cornée. Les cellules au deuxième ou troisième passages ont ensuite été ensemencées sur une cornée humaine préalablement décellularisée. Suivant 2 semaines de culture, les endothélia cornéens reconstruits FECD (n = 6) ont été évalués à l'aide d'histologie, de microscopie électronique à transmission et d’immunomarquages de différentes protéines. Les endothélia cornéens reconstruits FECD ont formé une monocouche de cellules polygonales bien adhérées à la membrane de Descemet. Les immunomarquages ont démontré la présence des protéines importantes pour la fonctionnalité de l’endothélium cornéen telles que Na+-K+/ATPase α1 et Na+/HCO3-, ainsi qu’une expression faible et uniforme de la protéine clusterine. 2) Deux techniques chirurgicales (DSAEK ; pour « Descemet stripping automated endothelial keratoplasty » et la kératoplastie pénétrante) ont été comparées pour la transplantation cornéenne dans le modèle animal félin. Les paramètres comparés incluaient les défis chirurgicaux et les résultats cliniques. La technique « DSAEK » a été difficile à effectuer dans le modèle félin. Une formation rapide de fibrine a été observée dans tous les cas DSAEK (n = 5). 3) Finalement, la fonctionnalité in vivo des endothélia cornéens reconstruits FECD a été évaluée (n = 7). Les évaluations in vivo comprenaient la transparence, la pachymétrie et la tomographie par cohérence optique. Les évaluations post-mortem incluaient la morphométrie des cellules endothéliales, la microscopie électronique à transmission et des immunomarquage de protéines liées à la fonctionnalité. Après la transplantation, la pachymétrie a progressivement diminué et la transparence a progressivement augmenté. Sept jours après la transplantation, 6 des 7 greffes étaient claires. La microscopie électronique à transmission a montré la présence de matériel fibrillaire sous-endothélial dans toutes les greffes d’endothelia reconstruits FECD. Les endothélia reconstruits exprimaient aussi des protéines Na+-K+/ATPase et Na+/HCO3-. En résumé, cette thèse démontre que les cellules endothéliales de la cornée à un stade avancé FECD peuvent être utilisées pour reconstruire un endothélium cornéen par génie tissulaire. La kératoplastie pénétrante a été démontrée comme étant la procédure la plus appropriée pour transplanter ces tissus reconstruits dans l’œil du modèle animal félin. La restauration de l'épaisseur cornéenne et de la transparence démontrent que les greffons reconstruits FECD sont fonctionnels in vivo. Ces nouveaux modèles FECD démontrent une réhabilitation des cellules FECD, permettant d’utiliser le génie tissulaire pour reconstruire des endothelia fonctionnels à partir de cellules dystrophiques. Les applications potentielles sont nombreuses, y compris des études physiopathologiques et pharmacologiques.

Régulation moléculaire de la barrière hémo-encéphalique

La Sclérose en plaques (SEP) est une maladie auto-immune inflammatoire démyélinisante du système nerveux central (SNC), lors de laquelle des cellules inflammatoires du sang périphérique infiltrent le SNC pour y causer des dommages cellulaires. Dans ces réactions neuroinflammatoires, les cellules immunitaires traversent le système vasculaire du SNC, la barrière hémo-encéphalique (BHE), pour avoir accès au SNC et s’y accumuler. La BHE est donc la première entité que rencontrent les cellules inflammatoires du sang lors de leur migration au cerveau. Ceci lui confère un potentiel thérapeutique important pour influencer l’infiltration de cellules du sang vers le cerveau, et ainsi limiter les réactions neuroinflammatoires. En effet, les interactions entre les cellules immunitaires et les parois vasculaires sont encore mal comprises, car elles sont nombreuses et complexes. Différents mécanismes pouvant influencer la perméabilité de la BHE aux cellules immunitaires ont été décrits, et représentent aujourd’hui des cibles potentielles pour le contrôle des réactions neuro-immunes. Cette thèse a pour objectif de décrire de nouveaux mécanismes moléculaires opérant au niveau de la BHE qui interviennent dans les réactions neuroinflammatoires et qui ont un potentiel thérapeutique pour influencer les interactions neuro-immunologiques. Ce travail de doctorat est séparé en trois sections. La première section décrit la caractérisation du rôle de l’angiotensine II dans la régulation de la perméabilité de la BHE. La seconde section identifie et caractérise la fonction d’une nouvelle molécule d’adhérence de la BHE, ALCAM, dans la transmigration de cellules inflammatoires du sang vers le SNC. La troisième section traite des propriétés sécrétoires de la BHE et du rôle de la chimiokine MCP-1 dans les interactions entre la BHE et les cellules souches. Dans un premier temps, nous démontrons l’importance de l’angiotensinogène (AGT) dans la régulation de la perméabilité de la BHE. L’AGT est sécrété par les astrocytes et métabolisé en angiotensine II pour pouvoir agir au niveau des CE de la BHE à travers le récepteur à l’angiotensine II, AT1 et AT2. Au niveau de la BHE, l’angiotensine II entraîne la phosphorylation et l’enrichissement de l’occludine au sein de radeaux lipidiques, un phénomène associé à l’augmentation de l’étanchéité de la BHE. De plus, dans les lésions de SEP, on retrouve une diminution de l’expression de l’AGT et de l’occludine. Ceci est relié à nos observations in vitro, qui démontrent que des cytokines pro-inflammatoires limitent la sécrétion de l’AGT. Cette étude élucide un nouveau mécanisme par lequel les astrocytes influencent et augmentent l’étanchéité de la BHE, et implique une dysfonction de ce mécanisme dans les lésions de la SEP où s’accumulent les cellules inflammatoires. Dans un deuxième temps, les techniques établies dans la première section ont été utilisées afin d’identifier les protéines de la BHE qui s’accumulent dans les radeaux lipidiques. En utilisant une technique de protéomique nous avons identifié ALCAM (Activated Leukocyte Cell Adhesion Molecule) comme une protéine membranaire exprimée par les CE de la BHE. ALCAM se comporte comme une molécule d’adhérence typique. En effet, ALCAM permet la liaison entre les cellules du sang et la paroi vasculaire, via des interactions homotypiques (ALCAM-ALCAM pour les monocytes) ou hétérotypiques (ALCAM-CD6 pour les lymphocytes). Les cytokines inflammatoires augmentent le niveau d’expression d’ALCAM par la BHE, ce qui permet un recrutement local de cellules inflammatoires. Enfin, l’inhibition des interactions ALCAM-ALCAM et ALCAM-CD6 limite la transmigration des cellules inflammatoires (monocytes et cellules T CD4+) à travers la BHE in vitro et in vivo dans un modèle murin de la SEP. Cette deuxième partie identifie ALCAM comme une cible potentielle pour influencer la transmigration de cellules inflammatoires vers le cerveau. Dans un troisième temps, nous avons pu démontrer l’importance des propriétés sécrétoires spécifiques à la BHE dans les interactions avec les cellules souches neurales (CSN). Les CSN représentent un potentiel thérapeutique unique pour les maladies du SNC dans lesquelles la régénération cellulaire est limitée, comme dans la SEP. Des facteurs qui limitent l’utilisation thérapeutique des CSN sont le mode d’administration et leur maturation en cellules neurales ou gliales. Bien que la route d’administration préférée pour les CSN soit la voie intrathécale, l’injection intraveineuse représente la voie d’administration la plus facile et la moins invasive. Dans ce contexte, il est important de comprendre les interactions possibles entre les cellules souches et la paroi vasculaire du SNC qui sera responsable de leur recrutement dans le parenchyme cérébral. En collaborant avec des chercheurs de la Belgique spécialisés en CSN, nos travaux nous ont permis de confirmer, in vitro, que les cellules souches neurales humaines migrent à travers les CE humaines de la BHE avant d’entamer leur différenciation en cellules du SNC. Suite à la migration à travers les cellules de la BHE les CSN se différencient spontanément en neurones, en astrocytes et en oligodendrocytes. Ces effets sont notés préférentiellement avec les cellules de la BHE par rapport aux CE non cérébrales. Ces propriétés spécifiques aux cellules de la BHE dépendent de la chimiokine MCP-1/CCL2 sécrétée par ces dernières. Ainsi, cette dernière partie suggère que la BHE n’est pas un obstacle à la migration de CSN vers le SNC. De plus, la chimiokine MCP-1 est identifiée comme un facteur sécrété par la BHE qui permet l’accumulation et la différentiation préférentielle de cellules souches neurales dans l’espace sous-endothélial. Ces trois études démontrent l’importance de la BHE dans la migration des cellules inflammatoires et des CSN vers le SNC et indiquent que de multiples mécanismes moléculaires contribuent au dérèglement de l’homéostasie du SNC dans les réactions neuro-immunes. En utilisant des modèles in vitro, in situ et in vivo, nous avons identifié trois nouveaux mécanismes qui permettent d’influencer les interactions entre les cellules du sang et la BHE. L’identification de ces mécanismes permet non seulement une meilleure compréhension de la pathophysiologie des réactions neuroinflammatoires du SNC et des maladies qui y sont associées, mais suggère également des cibles thérapeutiques potentielles pour influencer l’infiltration des cellules du sang vers le cerveau