The BTB/POZ Transcription Factor Miz-1 Is Required To Regulate The Commitment, Survival And Differentiation Of Early B And T Cell Lineages

Les lymphocytes B et T sont issus de cellules progénitrices lymphoïdes de la moelle osseuse qui se différencient grâce à l’action de facteurs de transcription, cytokines et voies de signalisation, dont l’interleukine-7 (IL-7)/IL-7 récepteur (IL-7R). Le facteur de transcription c-Myc est exprimé par les cellules lymphoïdes et contrôle leur croissance et leur différenciation. Cette régulation transcriptionnelle peut être coordonnée par le complexe c-Myc/Myc-Interacting Zinc finger protein-1 (Miz-1). Le but de ce projet était de comprendre les mécanismes qui impliquent Miz-1 et le complexe c-Myc/Miz-1 dans le développement des lymphocytes B et T. Pour réaliser ce projet, des souris déficientes pour le domaine de transactivation de Miz-1 (Miz-1POZ) et des souris à allèles mutantes pour c-MycV394D, mutation qui empêche l’interaction avec Miz-1, ont été générées. La caractérisation des souris Miz 1POZ a démontré que l’inactivation de Miz-1 perturbe le développement des lymphocytes B et T aux stades précoces de leur différenciation qui dépend de l’IL-7. L’analyse de la cascade de signalisation IL-7/IL-7R a montré que ces cellules surexpriment la protéine inhibitrice SOCS1 qui empêche la phosphorylation de STAT5 et perturbe la régulation à la hausse de la protéine de survie Bcl-2. De plus, Miz-1 se lie directement au promoteur de SOCS1 et contrôle son activité. En plus de contrôler l’axe IL-7/IL-7R/STAT5/Bcl-2 spécifiquement aux stades précoces du développement afin d’assurer la survie des progéniteurs B et T, Miz-1 régule l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B afin de coordonner les signaux nécessaires pour la différenciation des cellules immatures. La caractérisation des souris c-MycV394D a montré, quant à elle, que les fonctions de Miz-1 dans les cellules B et T semblent indépendantes de c-Myc. Les cellules T des souris Miz-1POZ ont un défaut de différenciation additionnel au niveau de la -sélection, étape où les signaux initiés par le TCR remplacent ceux induits par IL-7 pour assurer la prolifération et la différenciation des thymocytes en stades plus matures. À cette étape du développement, une forme fonctionnelle de Miz-1 semble être requise pour contrôler le niveau d’activation de la voie p53, induite lors du processus de réarrangement V(D)J du TCR. L’expression de gènes pro-apoptotiques PUMA, NOXA, Bax et du régulateur de cycle cellulaire p21CIP1 est régulée à la hausse dans les cellules des souris Miz-1POZ. Ceci provoque un débalancement pro-apoptotique qui empêche la progression du cycle cellulaire des cellules TCR-positives. La survie des cellules peut être rétablie à ce stade de différenciation en assurant une coordination adéquate entre les signaux initiés par l’introduction d’un TCR transgénique et d’un transgène codant pour la protéine Bcl-2. En conclusion, ces études ont montré que Miz-1 intervient à deux niveaux du développement lymphoïde: l’un précoce en contrôlant la signalisation induite par l’IL-7 dans les cellules B et T, en plus de l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B; et l’autre tardif, en coordonnant les signaux de survie issus par le TCR et p53 dans les cellules T. Étant donné que les thymocytes et lymphocytes B immatures sont sujets à plusieurs rondes de prolifération, ces études serviront à mieux comprendre l’implication des régulateurs du cycle cellulaire comme c-Myc et Miz-1 dans la génération des signaux nécessaires à la différenciation non aberrante et à la survie des ces cellules. Enfin, les modèles expérimentaux, souris déficientes ou à allèles mutantes, utilisés pour ce travail permettront de mieux définir les bases moléculaires de la transformation maligne des lymphocytes B et T et de révéler les mécanismes conduisant au lymphome.

neurogenin3 is required for the development of the four endocrine cell lineages of the pancreas

In the mammalian pancreas, the endocrine cell types of the islets of Langerhans, including the α-, β-, δ-, and pancreatic polypeptide cells as well as the exocrine cells, derive from foregut endodermal progenitors. Recent genetic studies have identified a network of transcription factors, including Pdx1, Isl1, Pax4, Pax6, NeuroD, Nkx2.2, and Hlxb9, regulating the development of islet cells at different stages, but the molecular mechanisms controlling the specification of pancreatic endocrine precursors remain unknown. neurogenin3 (ngn3) is a member of a family of basic helix–loop–helix transcription factors that is involved in the determination of neural precursor cells in the neuroectoderm. ngn3 is expressed in discrete regions of the nervous system and in scattered cells in the embryonic pancreas. We show herein that ngn3-positive cells coexpress neither insulin nor glucagon, suggesting that ngn3 marks early precursors of pancreatic endocrine cells. Mice lacking ngn3 function fail to generate any pancreatic endocrine cells and die postnatally from diabetes. Expression of Isl1, Pax4, Pax6, and NeuroD is lost, and endocrine precursors are lacking in the mutant pancreatic epithelium. Thus, ngn3 is required for the specification of a common precursor for the four pancreatic endocrine cell types.

Investigating ontogenetic space with developmental cell lineages

Development plays a significant role in biological evolution, and is likely to prove an effective route to overcoming the limitations of direct genotype-phenotype mappings in artificial evolution. Nonetheless, the relationship between development and evolution is complex and still poorly understood. One question of current interest concerns the possible role that developmental processes may play in orienting evolution. A first step towards exploring this issue from a theoretical perspective is understanding the structure of ontogenetic space: the space of possible genotype-phenotype mappings. Using a quantitative model of development that enables ontogenetic space to be characterised in terms of complexity, we show that ontogenetic landscapes have a characteristic structure that varies with genotypic properties.

Generation and characterization of human insulin-releasing cell lines

Background: The in vitro culture of insulinomas provides an attractive tool to study cell proliferation and insulin synthesis and secretion. However, only a few human beta cell lines have been described, with long-term passage resulting in loss of insulin secretion. Therefore, we set out to establish and characterize human insulin-releasing cell lines. Results: We generated ex-vivo primary cultures from two independent human insulinomas and from a human nesidioblastosis, all of which were cultured up to passage number 20. All cell lines secreted human insulin and C-peptide. These cell lines expressed neuroendocrine and islets markers, confirming the expression profile found in the biopsies. Although all beta cell lineages survived an anchorage independent culture, none of them were able to invade an extracellular matrix substrate. Conclusion: We have established three human insulin-releasing cell lines which maintain antigenic characteristics and insulin secretion profiles of the original tumors. These cell lines represent valuable tools for the study of molecular events underlying beta cell function and dysfunction.

SOX2 is an amplified lineage-survival oncogene in lung and esophageal squamous cell carcinomas

Lineage-survival oncogenes are activated by somatic DNA alterations in cancers arising from the cell lineages in which these genes play a role in normal development(1,2). Here we show that a peak of genomic amplification on chromosome 3q26.33 found in squamous cell carcinomas (SCCs) of the lung and esophagus contains the transcription factor gene SOX2, which is mutated in hereditary human esophageal malformations(3), is necessary for normal esophageal squamous development(4), promotes differentiation and proliferation of basal tracheal cells(5) and cooperates in induction of pluripotent stem cells(6-8). SOX2 expression is required for proliferation and anchorage-independent growth of lung and esophageal cell lines, as shown by RNA interference experiments. Furthermore, ectopic expression of SOX2 here cooperated with FOXE1 or FGFR2 to transform immortalized tracheobronchial epithelial cells. SOX2-driven tumors show expression of markers of both squamous differentiation and pluripotency. These characteristics identify SOX2 as a lineage-survival oncogene in lung and esophageal SCC.

Dengue virus binding to human leukocyte cell lines: receptor usage differs between cell types and virus strains

Monocyte macrophages (M phi) are thought to be the principal target cells for the dengue viruses (DV), the cause of dengue fever and hemorrhagic fever. Cell attachment is mediated by the virus envelope (E) protein, but the host-cell receptors remain elusive. Currently, candidate receptor molecules include proteins, Fc receptors, glycosaminoglycans (GAGs) and lipopolysaccharide binding CD14-associated molecules. Here, we show that in addition to M phi, cells of the T- and B-cell lineages, and including cells lacking GAGs, can bind and become infected with DV. The level of virus binding varied widely between cell lines and, notably, between virus strains within a DV serotype. The latter difference may be ascribable to one or more amino acid differences in domain II of the E protein. Heparin had no significant effect on DV binding, while heparinase treatment of cells in all cases increased DV binding, further supporting the contention that GAGs are not required for DV binding and infection of human cells. In contrast to a recent report, we found that lipopolysaccharide (LPS) had either no effect or enhanced DV binding to, and infection of various human leukocyte cell lines, while in all virus-cell combinations, depletion of Ca2+/Mg2+ enhanced DV binding. This argues against involvement of beta (2) integrins in virus-host cell interactions, a conclusion in accord with the demonstration of three virus binding membrane proteins of < 75 kDa. Collectively, the results of this study question the purported exclusive importance of the E protein domain III in DV binding to host cells and point to a far more complex interaction between various target cells and, notably, individual DV strains. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Alpha beta lineage-committed thymocytes can be rescued by the gamma delta T cell receptor (TCR) in the absence of TCR beta chain.

Commitment of the alpha beta and gamma delta T cell lineages within the thymus has been studied in T cell receptor (TCR)-transgenic and TCR mutant murine strains. TCR gamma delta-transgenic or TCR beta knockout mice, both of which are unable to generate TCR alpha beta-positive T cells, develop phenotypically alpha beta-like thymocytes in significant proportions. We provide evidence that in the absence of functional TCR beta protein, the gamma delta TCR can promote the development of alpha beta-like thymocytes, which, however, do not expand significantly and do not mature into gamma delta T cells. These results show that commitment to the alpha beta lineage can be determined independently of the isotype of the TCR, and suggest that alpha beta versus gamma delta T cell lineage commitment is principally regulated by mechanisms distinct from TCR-mediated selection. To accommodate our data and those reported previously on the effect of TCR gamma and delta gene rearrangements on alpha beta T cell development, we propose a model in which lineage commitment occurs independently of TCR gene rearrangement.

Absolute requirement for the pre-T cell receptor alpha chain during NK1.1+ TCRalphabeta cell development.

Most natural killer T (NKT) cells express a highly skewed alphabeta TCR repertoire, consisting of an invariant V alpha14-J alpha281 chain paired preferentially with a polyclonal Vbeta8.2 chain. This repertoire is positively selected by the monomorphic CD1d molecule expressed on cells of hematopoietic origin. The origin of NKT cells and their lineage relationship to conventional T cells is controversial. We show here that the development of NKT cells is absolutely dependent on expression of the pre-TCRalpha chain, in marked contrast to conventional T cells which arise in significant numbers even in the absence of a functional pre-TCR. Distinct developmental requirements for pre-TCR expression in the NKT and T cell lineages may reflect differences in the ability of the TCRalphabeta to substitute functionally for the pre-TCR in immature precursor cells.

The C76R transmembrane activator and calcium modulator cyclophilin ligand interactor mutation disrupts antibody production and B-cell homeostasis in heterozygous and homozygous mice.

BackgroundMutations in TNFRSF13B, the gene encoding transmembrane activator and calcium modulator cyclophilin ligand interactor (TACI), are found in 10% of patients with common variable immunodeficiency. However, the most commonly detected mutation is the heterozygous change C104R, which is also found in 0.5% to 1% of healthy subjects. The contribution of the C104R mutation to the B-cell defects observed in patients with common variable immunodeficiency therefore remains unclear.ObjectiveWe sought to define the functional consequences of the C104R mutation on B-cell function.MethodsWe performed in vitro studies of TACI C104R expression and signaling. A knock-in mouse with the equivalent mutation murine TACI (mTACI) C76R was generated as a physiologically relevant model of human disease. We examined homozygous and heterozygous C76R mutant mice alongside wild-type littermates and studied specific B-cell lineages and antibody responses to T cell-independent and T cell-dependent challenge.ResultsC104R expression and ligand binding are significantly diminished when the mutant protein is expressed in 293T cells or in patients' cell lines. This leads to defective nuclear factor κB activation, which is proportionally restored by reintroduction of wild-type TACI. Mice heterozygous and homozygous for mTACI C76R exhibit significant B-cell dysfunction with splenomegaly, marginal zone B-cell expansion, diminished immunoglobulin production and serological responses to T cell-independent antigen, and abnormal immunoglobulin synthesis.ConclusionsThese data show that the C104R mutation and its murine equivalent, C76R, can significantly disrupt TACI function, probably through haploinsufficiency. Furthermore, the heterozygous C76R mutation alone is sufficient to disturb B-cell function with lymphoproliferation and immunoglobulin production defects.

From diabetes to heart disease : studies on dyslipidemia-induced B-cell dysfunction, immunomodulation in heart transplantation, and cardiac stem cell therapy

Diabetes is a growing epidemic with devastating human, social and economic impact. It is associated with significant changes in plasma concentrations of lipoproteins. We tested the hypothesis that lipoproteins modulate the function and survival of insulin-secreting cells. We first detected the presence of several receptors that participate in the binding and processing of plasma lipoproteins and confirmed the internalization of fluorescent LDL and HDL particles in insulin-secreting β-cells. Purified human VLDL and LDL particles reduced insulin mRNA levels and β-cell proliferation, and induced a dose-dependent increase in the rate of apoptosis. In mice lacking the LDL receptor, islets showed a dramatic decrease in LDL uptake and were partially resistant to apoptosis caused by LDL. VLDL-induced apoptosis of β-cells involved caspase-3 cleavage and reduction in levels of the c-Jun N-terminal (JNK) Interacting Protein-1 (IB1/JIP-1). In contrast, the pro-apoptotic signaling of lipoproteins was antagonized by HDL particles or by a small peptide inhibitor of JNK. The protective effects of HDL were mediated, in part, by inhibition of caspase-3 cleavage and activation of the protein kinase Akt/PKB. Heart disease is a major cause of morbidity and mortality among patients with diabetes. When heart failure is refractory to medical therapy and cannot be improved by electrical resynchronization, percutaneous angioplasty or coronary graft bypass surgery, heart transplantation remains a "last resort" therapy. Nevertheless, it is limited by the side effects of immunosuppressive drugs and chronic rejection. Localized expression of immunomodulatory genes in the donor organ can create a state of immune privilege within the graft, and was performed in rodent hearts by infecting cells with an adenovirus encoding indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), the rate-limiting enzyme in the catabolism of tryptophane. Other strategies are based on genetic manipulation of dendritic cells (DCs) with immunosuppressive genes and in vitro exposure of DCs to agents that prevent their maturation by inflammatory cytokines. Finally, we used 5-bromo-2'-deoxyuridine, which is incorporated into DNA and diluted with cell division, to identify long-term label retaining cells in the adult rodent heart. The majority of these cells were positive for the stem cell antigen-1 (Sca-1) and negative for the endothelial precursor marker CD31. They formed cardiospheres in vitro and showed differentiation potential into mesenchymal cell lineages. When cultured in cardiomyogenic differentiation medium, they expressed cardiac-specific genes. Taken together, these data provide evidence of slow-cycling stem cells in the rodent heart. Chronic shortage of donor organs opens the way to cardiac stem cell therapy in humans, although the long way from animal experimentation to routine therapy in patients may still take several years. - Du diabète de type 2 à la maladie coronarienne : trois études sur les dysfonctions de la cellule sécrétrice d'insuline induites par les dyslipidémies, l'immunomodulation dans la transplantation cardiaque, et la thérapie par des cellules souches myocardiques. Le diabète de type 2 a pris les dimensions d'une épidémie, avec des conséquences sociales et économiques dont nous n'avons pas encore pris toute la mesure. La maladie s'accompagne souvent d'une dyslipidémie caractérisée par une hypertriglycéridémie, des taux abaissés de cholestérol HDL, et des concentrations de cholestérol LDL à la limite supérieure de ce qui est considéré comme acceptable. L'hypothèse à la base de cette étude est qu'une modification des taux plasmatiques de lipoprotéines pourrait avoir une influence directe sur la cellule β sécrétrice d'insuline en modifiant sa fonction, sa durée de vie et son taux de régénération. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence, sur la cellule β, la présence de plusieurs récepteurs impliqués dans la captation des lipoprotéines. Nous avons confirmé la fonctionnalité de ces récepteurs en suivant l'internalisation de LDL et de HDL marqués. En présence de VLDL ou de LDL humains, nous avons observé une diminution de la transcription du gène de l'insuline, une prolifération cellulaire réduite, et une augmentation de l'apoptose, toutes fonctions de la dose et du temps d'exposition. L'apoptose induite par les VLDL passe par une activation de la caspase-3 et une réduction du taux de la protéine IB1/JIP-1 (Islet Brain1/JNK Interacting Protein 1), dont une mutation est associée à une forme monogénique de diabète de type 2. Par opposition, les HDL, ainsi que des peptides inhibiteurs de JNK, sont capables de contrer la cascade pro-apoptotique déclenchée, respectivement, par les LDL et les VLDL. Ces effets protecteurs comprennent l'inhibition du clivage de la caspase-3 et l'activation de la protéine kinase Akt/PKB. En conclusion, les lipoprotéines sont des éléments clés de la survie de la cellule β, et pourraient contribuer au dysfonctionnement observé dans le pancréas endocrine au cours du développement du diabète. La maladie cardiaque, et plus particulièrement la maladie coronarienne, est une cause majeure de morbidité et de mortalité chez les patients atteints de diabète. Plusieurs stratégies sont utilisées quotidiennement pour pallier les atteintes cardiaques: traitements médicamenteux, électromécaniques par resynchronisation électrique, ou communément appelés « interventionnels » lorsqu'ils font appel à l'angioplastie percutanée. La revascularisation du myocarde par des pontages coronariens donne également de très bons résultats dans certaines situations. Il existe toutefois des cas où plus aucune de ces approches n'est suffisante. La transplantation cardiaque est alors la thérapie de choix pour un nombre restreint de patients. La thérapie génique, en permettant l'expression locale de gènes immunomodulateurs dans l'organe greffé, permet de diminuer les réactions de rejet inhérentes à toute transplantation (à l'exception de celles réalisées entre deux jumeaux homozygotes). Nous avons appliqué chez des rongeurs cette stratégie en infectant le coeur greffé avec un adénovirus codant pour l'enzyme indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO), une enzyme clé dans le catabolisme du tryptophane. Nous avons procédé de manière identique in vitro en surexprimant IDO dans les cellules dendritiques, dont le rôle est de présenter les antigènes aux lymphocytes Τ du receveur. Des expériences similaires ont été réalisées en traitant les cellules dendritiques avec des substances capables de prévenir, en partie du moins, leur maturation par des agents pro-inflammatoires. Finalement, nous avons exploré une stratégie utilisée couramment en hématologie, mais qui n'en est encore qu'à ses débuts au niveau cardiaque : la thérapie par des cellules souches. En traitant des rongeurs avec un marqueur qui s'incorpore dans l'ADN nucléaire, le 5-bromo- 2'-deoxyuridine, nous avons identifié une population cellulaire se divisant rarement, positive en grande partie pour l'antigène embryonnaire Sca-1 et négative pour le marqueur endothélial CD31. En culture, ces cellules forment des cardiosphères et sont capables de se différencier dans les principaux types tissulaires mésenchymateux. Dans un milieu de differentiation adéquat, ces cellules expriment des gènes cardiomyocytaires. En résumé, ces données confirment la présence chez le rongeur d'une population résidente de précurseurs myocardiques. En addenda, on trouvera deux publications relatives à la cellule β productrice d'insuline. Le premier article démontre le rôle essentiel joué par la complexine dans l'insulino-sécrétion, tandis que le second souligne l'importance de la protéine IB1/JIP-1 dans la protection contre l'apoptose de la cellule β induite par certaines cytokines.

A cell therapy approach for erythropoietin delivery using encapsulated human primary fibroblasts

Summary Cell therapy has emerged as a strategy for the treatment of various human diseases. Cells can be transplanted considering their morphological and functional properties to restore a tissue damage, as represented by blood transfusion, bone marrow or pancreatic islet cells transplantation. With the advent of the gene therapy, cells also were used as biological supports for the production of therapeutic molecules that can act either locally or at distance. This strategy represents the basis of ex vivo gene therapy characterized by the removal of cells from an organism, their genetic modification and their implantation into the same or another individual in a physiologically suitable location. The tissue or biological function damage dictates the type of cells chosen for implantation and the required function of the implanted cells. The general aim of this work was to develop an ex vivo gene therapy approach for the secretion of erythropoietin (Epo) in patients suffering from Epo-responsive anemia, thus extending to humans, studies previously performed with mouse cells transplanted in mice and rats. Considering the potential clinical application, allogeneic primary human cells were chosen for practical and safety reasons. In contrast to autologous cells, the use of allogeneic cells allows to characterize a cell lineage that can be further transplanted in many individuals. Furthermore allogeneic cells avoid the potential risk of zoonosis encountered with xenogeneic cells. Accordingly, the immune reaction against this allogeneic source was prevented by cell macro- encapsulation that prevents cell-to-cell contact with the host immune system and allows to easy retrieve the implanted device. The first step consisted in testing the survival of various human primary cells that were encapsulated and implanted for one month in the subcutaneous tissue of immunocompetent and naturally or therapeutically immunodepressed mice, assuming that xenogeneic applications constitute a stringent and representative screening before human transplantation. A fibroblast lineage from the foreskin of a young donor, DARC 3.1 cells, showed the highest mean survival score. We have then performed studies to optimize the manufacturing procedures of the encapsulation device for successful engraftment. The development of calcifications on the polyvinyl alcohol (PVA) matrix serving as a scaffold for enclosed cells into the hollow fiber devices was reported after one month in vivo. Various parameters, including matrix rinsing solutions, batches of PVA and cell lineages were assessed for their respective role in the development of the phenomenon. We observed that the calcifications could be totally prevented by using ultra-pure sterile water instead of phosphate buffer saline solution in the rinsing procedure of the PVA matrix. Moreover, a higher lactate dehydrogenase activity of the cells was found to decrease calcium depositions due to more acidic microenvironment, inhibiting the calcium precipitation. After the selection of the appropriate cell lineage and the optimization of encapsulation conditions, a retroviral-based approach was applied to DARC 3.1 fibroblasts for the transduction of the human Epo cDNA. Various modifications of the retroviral vector and the infection conditions were performed to obtain clinically relevant levels of human Epo. The insertion of a post-transcriptional regulatory element from the woodchuck hepatitis virus as well as of a Kozak consensus sequence led to a 7.5-fold increase in transgene expression. Human Epo production was further optimized by increasing the multiplicity of infection and by selecting high producer cells allowing to reach 200 IU hEpo/10E6 cells /day. These modified cells were encapsulated and implanted in vivo in the same conditions as previously described. All the mouse strains showed a sustained increase in their hematocrit and a high proportion of viable cells were observed after retrieval of the capsules. Finally, in the perspective of human application, a syngeneic model using encapsulated murine myoblasts transplanted in mice was realized to investigate the roles of both the host immune response and the cells metabolic requirements. Various loading densities and anti-inflammatory as well as immunosuppressive drugs were studied. The results showed that an immune process is responsible of cell death in capsules loaded at high cell density. A supporting matrix of PVA was shown to limit the cell density and to avoid early metabolic cell death, preventing therefore the immune reaction. This study has led to the development of encapsulated cells of human origin producing clinically relevant amounts of human EPO. This work resulted also to the optimization of cell encapsulation technical parameters allowing to begin a clinical application in end-stage renal failure patients. Résumé La thérapie cellulaire s'est imposée comme une stratégie de traitement potentiel pour diverses maladies. Si l'on considère leur morphologie et leur fonction, les cellules peuvent être transplantées dans le but de remplacer une perte tissulaire comme c'est le cas pour les transfusions sanguines ou les greffes de moelle osseuse ou de cellules pancréatiques. Avec le développement de la thérapie génique, les cellules sont également devenues des supports biologiques pour la production de molécules thérapeutiques. Cette stratégie représente le fondement de la thérapie génique ex vivo, caractérisée par le prélèvement de cellules d'un organisme, leur modification génétique et leur implantation dans le même individu ou dans un autre organisme. Le choix du type de cellule et la fonction qu'elle doit remplir pour un traitement spécifique dépend du tissu ou de la fonction biologique atteintes. Le but général de ce travail est de développer .une approche par thérapie génique ex vivo de sécrétion d'érythropoïétine (Epo) chez des patients souffrant d'anémie, prolongeant ainsi des travaux réalisés avec des cellules murines implantées chez des souris et des rats. Dans cette perpective, notre choix s'est porté sur des cellules humaines primaires allogéniques. En effet, contrairement aux cellules autologues, une caractérisation unique de cellules allogéniques peut déboucher sur de nombreuses applications. Par ailleurs, l'emploi de cellules allogéniques permet d'éviter les riques de zoonose que l'on peut rencontrer avec des cellules xénogéniques. Afin de protéger les cellules allogéniques soumises à une réaction immunitaire, leur confinement dans des macro-capsules cylindriques avant leur implantation permet d'éviter leur contact avec les cellules immunitaires de l'hôte, et de les retrouver sans difficulté en cas d'intolérance ou d'effet secondaire. Dans un premier temps, nous avons évalué la survie de différentes lignées cellulaires humaines primaires, une fois encapsulées et implantées dans le tissu sous-cutané de souris, soit immunocompétentes, soit immunodéprimées naturellement ou par l'intermédiaire d'un immunosuppresseur. Ce modèle in vivo correspond à des conditions xénogéniques et représente par conséquent un environnement de loin plus hostile pour les cellules qu'une transplantation allogénique. Une lignée fibroblastique issue du prépuce d'un jeune enfant, nommée DARC 3 .1, a montré une remarquable résistance avec un score de survie moyen le plus élevé parmi les lignées testées. Par la suite, nous nous sommes intéressés aux paramètres intervenant dans la réalisation du système d'implantation afin d'optimaliser les conditions pour une meilleure adaptation des cellules à ce nouvel environnement. En effet, en raison de l'apparition, après un mois in vivo, de calcifications au niveau de la matrice de polyvinyl alcohol (PVA) servant de support aux cellules encapsulées, différents paramètres ont été étudiés, tels que les procédures de fabrication, les lots de PVA ou encore les lignées cellulaires encapsulées, afin de mettre en évidence leur rôle respectif dans la survenue de ce processus. Nous avons montré que l'apparition des calcifications peut être totalement prévenue par l'utilisation d'eau pure au lieu de tampon phosphaté lors du rinçage des matrices de PVA. De plus, nous avons observe qu'un taux de lactate déshydrogénase cellulaire élevé était corrélé avec une diminution des dépôts de calcium au sein de la matrice en raison d'un micro-environnement plus acide inhibant la précipitation du calcium. Après sélection de la lignée cellulaire appropriée et de l'optimisation des conditions d'encapsulation, une modification génétique des fibroblastes DARC 3.1 a été réalisée par une approche rétrovirale, permettant l'insertion de l'ADN du gène de l'Epo dans le génome cellulaire. Diverses modifications, tant au niveau génétique qu'au niveau des conditions d'infection, ont été entreprises afin d'obtenir des taux de sécrétion d'Epo cliniquement appropriés. L'insertion dans la séquence d'ADN d'un élément de régulation post¬transcriptionnelle dérivé du virus de l'hépatite du rongeur (« woodchuck ») ainsi que d'une séquence consensus appelée « Kozak » ont abouti à une augmentation de sécrétion d'Epo 7.5 fois plus importante. De même, l'optimisation de la multiplicité d'infection et la sélection plus drastique des cellules hautement productrices ont permis finalement d'obtenir une sécrétion correspondant à 200 IU d'Epo/10E6 cells/jour. Ces cellules génétiquement modifiées ont été encapsulées et implantées in vivo dans les mêmes conditions que celles décrites plus haut. Toutes les souris transplantées ont montré une augmentation significative de leur hématocrite et une proportion importante de cellules présentait une survie conservée au moment de l'explantation des capsules. Finalement, dans la perspective d'une application humaine, un modèle syngénique a été proposé, basé sur l'implantation de myoblastes murins encapsulés dans des souris, afin d'investiguer les rôles respectifs de la réponse immunitaire du receveur et des besoins métaboliques cellulaires sur leur survie à long terme. Les cellules ont été encapsulées à différentes densités et les animaux transplantés se sont vus administrer des injections de molécules anti-inflammatoires ou immunosuppressives. Les résultats ont démontré qu'une réaction immunologique péri-capsulaire était à la base du rejet cellulaire dans le cas de capsules à haute densité cellulaire. Une matrice de PVA peut limiter cette densité et éviter une mort cellulaire précoce due à une insuffisance métabolique et par conséquent prévenir la réaction immunitaire. Ce travail a permis le développement de cellules encapsulées d'origine humaine sécrétant des taux d'Epo humaine adaptés à des traitements cliniques. De pair avec l'optimalisation des paramètres d'encapsulation, ces résultats ont abouti à l'initiation d'une application clinique destinée à des patients en insuffisance rénale terminale.

Multiple roles of mouse Numb in tuning developmental cell fates.

BACKGROUND: Notch signaling regulates multiple differentiation processes and cell fate decisions during both invertebrate and vertebrate development. Numb encodes an intracellular protein that was shown in Drosophila to antagonize Notch signaling at binary cell fate decisions of certain cell lineages. Although overexpression experiments suggested that Numb might also antagonize some Notch activity in vertebrates, the developmental processes in which Numb is involved remained elusive. RESULTS: We generated mice with a homozygous inactivation of Numb. These mice died before embryonic day E11.5, probably because of defects in angiogenic remodeling and placental dysfunction. Mutant embryos had an open anterior neural tube and impaired neuronal differentiation within the developing cranial central nervous system (CNS). In the developing spinal cord, the number of differentiated motoneurons was reduced. Within the peripheral nervous system (PNS), ganglia of cranial sensory neurons were formed. Trunk neural crest cells migrated and differentiated into sympathetic neurons. In contrast, a selective differentiation anomaly was observed in dorsal root ganglia, where neural crest--derived progenitor cells had migrated normally to form ganglionic structures, but failed to differentiate into sensory neurons. CONCLUSIONS: Mouse Numb is involved in multiple developmental processes and required for cell fate tuning in a variety of lineages. In the nervous system, Numb is required for the generation of a large subset of neuronal lineages. The restricted requirement of Numb during neural development in the mouse suggests that in some neuronal lineages, Notch signaling may be regulated independently of Numb.

Cell lineage relationship in the stomach of normal and genetically manipulated mice

The oxyntic mucosa of the mouse stomach is lined with a heterogeneous population of cells that form numerous short pits continuous with long tubular glands. Tritiated thymidine radioautography has made it possible to pinpoint the origin of all cell types and to follow the differentiation/migration of different cell lineages along the pit-gland unit. The proliferating multipotent stem cells functionally anchored in the upper glandular region, the isthmus, give rise to three main lineage precursors: 1) pre-pit cells, which migrate upward to the pit while differentiating into mucus-producing pit cells; 2) pre-neck cells, which migrate downward to the glandular neck while differentiating into mucus-producing neck cells that, by approaching the glandular base, gradually change their phenotype into pepsinogen- and intrinsic factor-producing zymogenic cells; 3) pre-parietal cells, which differentiate into acid-producing parietal cells in the isthmus and then undergo bipolar migration towards the pit and the glandular base. Thus, parietal cells are the only cells that complete their differentiation in the isthmus and then migrate to be scattered throughout the pit-gland unit. To determine whether parietal cells play a role in controlling decisions about cell fate within the pit-gland unit, the gastric epithelium has been examined in transgenic mice expressing the H,K-ATPase ß-subunit-1035 to +24/simian virus 40 large T antigen fusion gene. The blockade in parietal cell differentiation in these mice produces an amplification of lineage precursors, a marked depletion of zymogenic cells and an increase in pit cell census. Ablation of parietal cells in another transgenic mouse model expressing the H,K-ATPase ß-subunit-1035 to +24/diphtheria toxin fragment A fusion gene also produces amplification of lineage precursors, and similar effects on zymogenic and pit cell census. These findings strongly suggest that parietal cells produce regulatory signals that control the cellular differentiation program of both pit and zymogenic cell lineages, and would hopefully improve our ability to identify the cellular pathways leading to malignant transformation

Protein-energy malnutrition halts hemopoietic progenitor cells in the G0/G1 cell cycle stage, thereby altering cell production rates

Protein energy malnutrition (PEM) is a syndrome that often results in immunodeficiency coupled with pancytopenia. Hemopoietic tissue requires a high nutrient supply and the proliferation, differentiation and maturation of cells occur in a constant and balanced manner, sensitive to the demands of specific cell lineages and dependent on the stem cell population. In the present study, we evaluated the effect of PEM on some aspects of hemopoiesis, analyzing the cell cycle of bone marrow cells and the percentage of progenitor cells in the bone marrow. Two-month-old male Swiss mice (N = 7-9 per group) were submitted to PEM with a low-protein diet (4%) or were fed a control diet (20% protein) ad libitum. When the experimental group had lost about 20% of their original body weight after 14 days, we collected blood and bone marrow cells to determine the percentage of progenitor cells and the number of cells in each phase of the cell cycle. Animals of both groups were stimulated with 5-fluorouracil. Blood analysis, bone marrow cell composition and cell cycle evaluation was performed after 10 days. Malnourished animals presented anemia, reticulocytopenia and leukopenia. Their bone marrow was hypocellular and depleted of progenitor cells. Malnourished animals also presented more cells than normal in phases G0 and G1 of the cell cycle. Thus, we conclude that PEM leads to the depletion of progenitor hemopoietic populations and changes in cellular development. We suggest that these changes are some of the primary causes of pancytopenia in cases of PEM.

Global gene expression of the inner cell mass and trophectoderm of the bovine blastocyst

Background: The first distinct differentiation event in mammals occurs at the blastocyst stage when totipotent blastomeres differentiate into either pluripotent inner cell mass (ICM) or multipotent trophectoderm (TE). Here we determined, for the first time, global gene expression patterns in the ICM and TE isolated from bovine blastocysts. The ICM and TE were isolated from blastocysts harvested at day 8 after insemination by magnetic activated cell sorting, and cDNA sequenced using the SOLiD 4.0 system.Results: A total of 870 genes were differentially expressed between ICM and TE. Several genes characteristic of ICM (for example, NANOG, SOX2, and STAT3) and TE (ELF5, GATA3, and KRT18) in mouse and human showed similar patterns in bovine. Other genes, however, showed differences in expression between ICM and TE that deviates from the expected based on mouse and human.Conclusion: Analysis of gene expression indicated that differentiation of blastomeres of the morula-stage embryo into the ICM and TE of the blastocyst is accompanied by differences between the two cell lineages in expression of genes controlling metabolic processes, endocytosis, hatching from the zona pellucida, paracrine and endocrine signaling with the mother, and genes supporting the changes in cellular architecture, stemness, and hematopoiesis necessary for development of the trophoblast.