Caractérisation du système des endocannabinoïdes au niveau de la rétine adulte et en développement

Le système endocannaboïde (eCB) est constitué des ligands, des récepteurs – les plus étudiés étant les récepteurs CB1 et CB2 – et les enzymes de synthèse et de dégradation. Les ligands étant lipophiles, ils ne sont pas encapsulés dans des vésicules, ce qui place les enzymes de synthèse et de dégradation dans une position de régulateurs clés. Plusieurs études démontrent une participation du système eCB à des processus de développement dans le système nerveux central (SNC). La rétine est un modèle important pour l’étude de ces processus car elle contient plusieurs types cellulaires bien connus, dont le patron de développement est clairement établi. Pour l’instant très peu est connu sur l’expression du système eCB durant le développement rétinien. C’est dans ce cadre que les patrons d’expression du récepteur CB1 et de l’enzyme de dégradation FAAH ont été étudiés pendant le développement rétinien postnatal chez le rat. Pour identifier les types cellulaires exprimant ces protéines, des co-marquages ont été accomplis pour le récepteur CB1 ou FAAH et des marqueurs des types cellulaires rétiniens. À P1, les cellules ganglionnaires, amacrines, horizontales et mitotiques expriment le récepteur CB1. Les cellules ganglionnaires et amacrines cholinergiques sont FAAH-positives. Au cours du développement, certains types cellulaires démontrent une expression transitoire de ces deux protéines, suggérant une implication du système eCB dans les processus de développement. Nos données démontrent également une importante expression du système eCB dans la rétine adulte, ce qui soutient l’hypothèse de son implication dans la réponse rétinienne. En bref, des études fonctionnelles in vitro sur des rétines de non-mammifères ont révélées que le récepteur CB1 modulait la réponse des cônes et des cellules bipolaires. Malgré la récente démonstration de sa présence dans la rétine, il n’existe pas de d’étude sur le rôle du récepteur CB2 dans la rétine. Dans cette thèse, les conséquences fonctionnelles de l’élimination des récepteurs CB1 ou CB2 ont été évaluées chez des souris transgéniques. Les réponses rétiniennes ont été enregistrées par électrorétinographie chez des souris cnr1-/- (CB1R-KO) et cnr2-/- (CB2R-KO). Nos données suggèrent une implication différente pour chaque récepteur dans la formation de la réponse rétinienne

Production d'IgG sialylées en CHO et impact sur leurs fonctions effectrices

La sialylation des N-glycanes du fragment Fc des immunogobulines G (IgG) est une modification peu fréquente des IgG humaines. Pourtant, elle est l’objet de beaucoup d’attention depuis que deux articles fondateurs ont été publiés, qui montrent l’un que la sialylation des IgG diminue leur capacité à déclencher la cytotoxicité cellulaire dépendant de l’anticorps (ADCC), et l’autre que les IgG sialylées en α2,6 seraient la fraction efficace des IgG intraveineuses (IgIV) anti-inflammatoires. Les anticorps monoclonaux thérapeutiques, qui sont le plus souvent des IgG recombinantes produites en culture de cellules de mammifère, connaissent depuis la fin des années 90 un succès et une croissance phénoménaux sur le marché pharmaceutique. La maîtrise de la N-glycosylation du Fc des IgG est une clé de l’efficacité des anticorps monoclonaux. Si les IgG sialylées sont des molécules peu fréquentes in vivo, elles sont très rares en culture cellulaire. Dans cette étude, nous avons développé une méthode de production d’IgG avec une sialylation de type humain en cellules CHO. Nous avons travaillé principalement sur la mise au point d’une stratégie de production d’IgG sialylées par co-expression transitoire d’une IgG1 avec la β1,4-galactosyltransférase I (β4GTI) et la β-galactoside-α2,6-sialyltransférase I (ST6GalI). Nous avons montré que cette méthode permettait d’enrichir l’IgG1 en glycane fucosylé di-galactosylé mono-α2,6-sialylé G2FS(6)1, qui est le glycane sialylé présent sur les IgG humaines. Nous avons ensuite adapté cette méthode à la production d’IgG présentant des profils de glycosylation riches en acides sialiques, riches en galactose terminal, et/ou appauvris en fucosylation. L’analyse des profils de glycosylation obtenus par la co-expression de diverses combinaisons enzymatiques avec l’IgG1 native ou une version mutante de l’IgG1 (F243A), a permis de discuter des influences respectives de la sous-galactosylation des IgG1 en CHO et des contraintes structurales du Fc dans la limitation de la sialylation des IgG en CHO. Nous avons ensuite utilisé les IgG1 produites avec différents profils de glycosylation afin d’évaluer l’impact de la sialylation α2,6 sur l’interaction de l’IgG avec le récepteur FcγRIIIa, principal récepteur impliqué dans la réponse ADCC. Nous avons montré que la sialylation α2,6 augmentait la stabilité du complexe formé par l’IgG avec le FcγRIIIa, mais que ce bénéfice n’était pas directement traduit par une augmentation de l’efficacité ADCC de l’anticorps. Enfin, nous avons débuté le développement d’une plateforme d’expression stable d’IgG sialylées compatible avec une production à l’échelle industrielle. Nous avons obtenu une lignée capable de produire des IgG enrichies en G2FS(6)1 à hauteur de 400 mg/L. Cette étude a contribué à une meilleure compréhension de l’impact de la sialylation sur les fonctions effectrices des IgG, et a permis d’augmenter la maîtrise des techniques de modulation du profil de glycosylation des IgG en culture cellulaire.

Production d'IgG sialylées en CHO et impact sur leurs fonctions effectrices

La sialylation des N-glycanes du fragment Fc des immunogobulines G (IgG) est une modification peu fréquente des IgG humaines. Pourtant, elle est l’objet de beaucoup d’attention depuis que deux articles fondateurs ont été publiés, qui montrent l’un que la sialylation des IgG diminue leur capacité à déclencher la cytotoxicité cellulaire dépendant de l’anticorps (ADCC), et l’autre que les IgG sialylées en α2,6 seraient la fraction efficace des IgG intraveineuses (IgIV) anti-inflammatoires. Les anticorps monoclonaux thérapeutiques, qui sont le plus souvent des IgG recombinantes produites en culture de cellules de mammifère, connaissent depuis la fin des années 90 un succès et une croissance phénoménaux sur le marché pharmaceutique. La maîtrise de la N-glycosylation du Fc des IgG est une clé de l’efficacité des anticorps monoclonaux. Si les IgG sialylées sont des molécules peu fréquentes in vivo, elles sont très rares en culture cellulaire. Dans cette étude, nous avons développé une méthode de production d’IgG avec une sialylation de type humain en cellules CHO. Nous avons travaillé principalement sur la mise au point d’une stratégie de production d’IgG sialylées par co-expression transitoire d’une IgG1 avec la β1,4-galactosyltransférase I (β4GTI) et la β-galactoside-α2,6-sialyltransférase I (ST6GalI). Nous avons montré que cette méthode permettait d’enrichir l’IgG1 en glycane fucosylé di-galactosylé mono-α2,6-sialylé G2FS(6)1, qui est le glycane sialylé présent sur les IgG humaines. Nous avons ensuite adapté cette méthode à la production d’IgG présentant des profils de glycosylation riches en acides sialiques, riches en galactose terminal, et/ou appauvris en fucosylation. L’analyse des profils de glycosylation obtenus par la co-expression de diverses combinaisons enzymatiques avec l’IgG1 native ou une version mutante de l’IgG1 (F243A), a permis de discuter des influences respectives de la sous-galactosylation des IgG1 en CHO et des contraintes structurales du Fc dans la limitation de la sialylation des IgG en CHO. Nous avons ensuite utilisé les IgG1 produites avec différents profils de glycosylation afin d’évaluer l’impact de la sialylation α2,6 sur l’interaction de l’IgG avec le récepteur FcγRIIIa, principal récepteur impliqué dans la réponse ADCC. Nous avons montré que la sialylation α2,6 augmentait la stabilité du complexe formé par l’IgG avec le FcγRIIIa, mais que ce bénéfice n’était pas directement traduit par une augmentation de l’efficacité ADCC de l’anticorps. Enfin, nous avons débuté le développement d’une plateforme d’expression stable d’IgG sialylées compatible avec une production à l’échelle industrielle. Nous avons obtenu une lignée capable de produire des IgG enrichies en G2FS(6)1 à hauteur de 400 mg/L. Cette étude a contribué à une meilleure compréhension de l’impact de la sialylation sur les fonctions effectrices des IgG, et a permis d’augmenter la maîtrise des techniques de modulation du profil de glycosylation des IgG en culture cellulaire.

The Expanded Human Kallikrein (KLK) gene family : genomic organisation, tissue specific expression and potential functions

The tissue kallikreins are serine proteases encoded by highly conserved multigene families. The rodent kallikrein (KLK) families are particularly large, consisting of 13 26 genes clustered in one chromosomal locus. It has been recently recognised that the human KLK gene family is of a similar size (15 genes) with the identification of another 12 related genes (KLK4-KLK15) within and adjacent to the original human KLK locus (KLK1-3) on chromosome 19q13.4. The structural organisation and size of these new genes is similar to that of other KLK genes except for additional exons encoding 5 or 3 untranslated regions. Moreover, many of these genes have multiple mRNA transcripts, a trait not observed with rodent genes. Unlike all other kallikreins, the KLK4-KLK15 encoded proteases are less related (25–44%) and do not contain a conventional kallikrein loop. Clusters of genes exhibit high prostatic (KLK2-4, KLK15) or pancreatic (KLK6-13) expression, suggesting evolutionary conservation of elements conferring tissue specificity. These genes are also expressed, to varying degrees, in a wider range of tissues suggesting a functional involvement of these newer human kallikrein proteases in a diverse range of physiological processes.

Development of a Rep-inducible, BBTV-based expression system in banana

Banana bunchy top is regarded as the most important viral disease of banana, causing significant yield losses worldwide. The disease is caused by Banana bunchy top virus (BBTV), which is a circular ssDNA virus belonging to the genus Babuvirus in the family Nanoviridae. There are currently few effective control strategies for this and other ssDNA viruses. “In Plant Activation” (InPAct) is a novel technology being developed at QUT for ssDNA virus-activated suicide gene expression. The technology exploits the rolling circle replication mechanism of ssDNA viruses and is based on a unique “split” gene design such that suicide gene expression is only activated in the presence of the viral Rep. This PhD project aimed to develop a BBTV-based InPAct system as a suicide gene strategy to control BBTV. The BBTV-based InPAct vector design requires a BBTV intergenic region (IR) to be embedded within an intron in the gene expression cassette. To ensure that the BBTV IR would not interfere with intron splicing, a TEST vector was initially generated that contained the entire BBTV IR embedded within an intron in a β-glucuronidase (GUS) expression vector. Transient GUS assays in banana embryogenic cell suspensions indicated that cryptic intron splice sites were present within the IR. Transcript analysis revealed two cryptic intron splice sites in the Domain III sequence of the CR-M within the IR. Removal of the CR-M from the TEST vector resulted in an enhancement of GUS expression suggesting that the cryptic intron splice sites had been removed. An InPAct GUS vector was subsequently generated that contained the modified BBTV IR, with the CR-M (minus Domain III) repositioned within the InPAct cassette. Using transient histochemical and fluorometric GUS assays in banana embryogenic cells, the InPAct GUS vector was shown to be activated in the presence of the BBTV Rep. However, the presence of both BBTV Rep and Clink was shown to have a deleterious effect on GUS expression suggesting that these proteins were cytotoxic at the levels expressed. Analysis of replication of the InPAct vectors by Southern hybridisation revealed low levels of InPAct cassette-based episomal DNA released from the vector through the nicking/ligation activity of BBTV Rep. However, Rep-mediated episomal replicons, indicative of rolling circle replication of the released circularised cassettes, were not observed. The inability of the InPAct cassette to be replicated was further investigated. To examine whether the absence of Domain III of the CR-M was responsible, a suite of modified BBTV-based InPAct GUS vectors was constructed that contained the CR-M with the inclusion of Domain III, the CR-M with the inclusion of Domain III and additional upstream IR sequence, or no CR-M. Analysis of replication by Southern hybridisation revealed that neither the presence of Domain III, nor the entire CR-M, had an effect on replication levels. Since the InPAct cassette was significantly larger than the native BBTV genomic components (approximately 1 kb), the effect of InPAct cassette size on replication was also investigated. A suite of size variant BBTV-based vectors was constructed that increased the size of a replication competent cassette to 1.1 kbp through to 2.1 kbp.. Analysis of replication by Southern hybridisation revealed that an increase in vector size above approximately 1.5 - 1.7 kbp resulted in a decrease in replication. Following the demonstration of Rep-mediated release, circularisation and expression from the InPAct GUS vector, an InPAct vector was generated in which the uidA reporter gene was replaced with the ribonuclease-encoding suicide gene, barnase. Initially, a TEST vector was generated to assess the cytotoxicity of Barnase on banana cells. Although transient assays revealed a Barnase-induced cytotoxic effect in banana cells, the expression levels were sub-optimal. An InPAct BARNASE vector was generated and tested for BBTV Rep-activated Barnase expression using transient assays in banana embryogenic cells. High levels of background expression from the InPAct BARNASE vector made it difficult to accurately assess Rep-activated Barnase expression. Analysis of replication by Southern hybridisation revealed low levels of InPAct cassette-based episomal DNA released from the vector but no Rep-mediated episomal replicons indicative of rolling circle replication of the released circularised cassettes were again observed. Despite the inability of the InPAct vectors to replicate to enable high level gene expression, the InPAct BARNASE vector was assessed in planta for BBTV Rep-mediated activation of Barnase expression. Eleven lines of transgenic InPAct BARNASE banana plants were generated by Agrobacterium-mediated transformation and were challenged with viruliferous Pentalonia nigronervosa. At least one clonal plant in each line developed bunchy top symptoms and infection was confirmed by PCR. No localised lesions were observed on any plants, nor was there any localised GUS expression in the one InPAct GUS line challenged with viruliferous aphids. The results presented in this thesis are the first study towards the development of a BBTV-based InPAct system as a Rep-activatable suicide gene expression system to control BBTV. Although further optimisation of the vectors is necessary, the preliminary results suggest that this approach has the potential to be an effective control strategy for BBTV. The use of iterons within the InPAct vectors that are recognised by Reps from different ssDNA plant viruses may provide a broad-spectrum resistance strategy against multiple ssDNA plant viruses. Further, this technology holds great promise as a platform technology for the molecular farming of high-value proteins in vitro or in vivo through expression of the ssDNA virus Rep protein.

Expression of Potato virus Y cytoplasmic inclusion protein in tobacco results in disorganization of parenchyma cells, distortion of epidermal cells, and induces mitochondrial and chloroplast abnormalities, formation of membrane whorls and atypical lipid accumulation

Infection of plant cells by potyviruses induces the formation of cytoplasmic inclusions ranging in size from 200 to 1000 nm. To determine if the ability to form these ordered, insoluble structures is intrinsic to the potyviral cytoplasmic inclusion protein, we have expressed the cytoplasmic inclusion protein from Potato virus Y in tobacco under the control of the chrysanthemum ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase small subunit promoter, a highly active, green tissue promoter. No cytoplasmic inclusions were observed in the leaves of transgenic tobacco using transmission electron microscopy, despite being able to clearly visualize these inclusions in Potato virus Y infected tobacco leaves under the same conditions. However, we did observe a wide range of tissue and sub-cellular abnormalities associated with the expression of the Potato virus Y cytoplasmic inclusion protein. These changes included the disruption of normal cell morphology and organization in leaves, mitochondrial and chloroplast internal reorganization, and the formation of atypical lipid accumulations. Despite these significant structural changes, however, transgenic tobacco plants were viable and the results are discussed in the context of potyviral cytoplasmic inclusion protein function.

Stem cell regulatory gene expression in human adult dental pulp and periodontal ligament cells undergoing odontogenic/osteogenic differentiation

Introduction During development and regeneration, odontogenesis and osteogenesis are initiated by a cascade of signals driven by several master regulatory genes. Methods In this study, we investigated the differential expression of 84 stem cell–related genes in dental pulp cells (DPCs) and periodontal ligament cells (PDLCs) undergoing odontogenic/osteogenic differentiation. Results Our results showed that, although there was considerable overlap, certain genes had more differential expression in PDLCs than in DPCs. CCND2, DLL1, and MME were the major upregulated genes in both PDLCs and DPCs, whereas KRT15 was the only gene significantly downregulated in PDLCs and DPCs in both odontogenic and osteogenic differentiation. Interestingly, a large number of regulatory genes in odontogenic and osteogenic differentiation interact or crosstalk via Notch, Wnt, transforming growth factor β (TGF-β)/bone morphogenic protein (BMP), and cadherin signaling pathways, such as the regulation of APC, DLL1, CCND2, BMP2, and CDH1. Using a rat dental pulp and periodontal defect model, the expression and distribution of both BMP2 and CDH1 have been verified for their spatial localization in dental pulp and periodontal tissue regeneration. Conclusions This study has generated an overview of stem cell–related gene expression in DPCs and PDLCs during odontogenic/osteogenic differentiation and revealed that these genes may interact through the Notch, Wnt, TGF-β/BMP, and cadherin signalling pathways to play a crucial role in determining the fate of dental derived cell and dental tissue regeneration. These findings provided a new insight into the molecular mechanisms of the dental tissue mineralization and regeneration