Reprint of ""Dynamics of the expression of intermediate filaments vimentin and desmin during myofibroblast differentiation after corneal injury""

Previous studies have suggested that abnormal corneal wound healing in patients after photorefractive keratectomy (PRK) is associated with the appearance of myofibroblasts in the stroma between two and four weeks after surgery. The purpose of this study was to examine potential myofibroblast progenitor cells that might express other filament markers prior to completion of the differentiation pathway that yields alpha-smooth muscle actin (SMA)-expressing myofibroblasts associated with haze localized beneath the epithelial basement membrane after PRK. Twenty-four female rabbits that had -9 diopter PRK were sacrificed at 1 week, 2 weeks, 3 weeks or 4 weeks after surgery. Corneal rims were collected, frozen at -80 degrees C, and analyzed by immunocytochemistry using anti-vimentin, anti-desmin, and anti-SMA antibodies. Double immunostaining was performed for the co-localization of SMA with vimentin or desmin with SMA. An increase in vimentin expression in stromal cells is noted as early as 1 week after PRK in the rabbit cornea. As the healing response continues at two or three weeks after surgery, many stromal cells expressing vimentin also begin to express desmin and SMA. By 4 weeks after the surgery most, if not all, myofibroblasts express vimentin, desmin and SMA. Generalized least squares regression analysis showed that there was strong evidence that each of the marker groups differed in expression over time compared to the other two (p < 0.01). Intermediate filaments - vimentin and desmin co-exist in myofibroblasts along with SMA and may play an important role in corneal remodeling after photorefractive keratectomy. The earliest precursors of myofibroblasts destined to express SMA and desmin are detectible by staining for vimentin at 1 week after surgery. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Dynamics of the expression of intermediate filaments vimentin and desmin during myofibroblast differentiation after corneal injury

Previous studies have suggested that abnormal corneal wound healing in patients after photorefractive keratectomy (PRK) is associated with the appearance of myofibroblasts in the stroma between two and four weeks after surgery. The purpose of this study was to examine potential myofibroblast progenitor cells that might express other filament markers prior to completion of the differentiation pathway that yields a-smooth muscle actin (SMA)-expressing myofibroblasts associated with haze localized beneath the epithelial basement membrane after PRK. Twenty-four female rabbits that had -9 diopter PRK were sacrificed at I week, 2 weeks, 3 weeks or 4 weeks after surgery. Corneal rims were collected, frozen at -80 degrees C, and analyzed by immunocytochemistry using anti-vimentin, anti-desmin, and anti-SMA antibodies. Double immunostaining was performed for the co-localization of SMA with vimentin or desmin with SMA. An increase in vimentin expression in stromal cells is noted as early as 1 week after PRK in the rabbit cornea. As the healing response continues at two or three weeks after surgery, many stromal cells expressing vimentin also begin to express desmin and SMA. By 4 weeks after the surgery most, if not all, myofibroblasts express vimentin, desmin and SMA. Generalized least squares regression analysis showed that there was strong evidence that each of the marker groups differed in expression over time compared to the other two (p < 0.01). Intermediate filaments - vimentin and desmin co-exist in myofibroblasts along with SMA and may play an important role in corneal remodeling after photorefractive keratectomy. The earliest precursors of myofibroblasts destined to express SMA and desmin are detectible by staining for vimentin at I week after surgery. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Nonactivated versus thrombin-activated platelets on wound healing and fibroblast-to-myofibroblast differentiation in vivo and in vitro.

Background: Platelet preparations for tissue healing are usually preactivated before application to deliver concentrated growth factors. In this study, the authors investigated the differences between nonactivated and thrombin-activated platelets in wound healing.Methods: The healing effects (i.e., wound closure, myofibroblast formation, and angiogenesis) of nonactivated and thrombin-activated platelets were compared in experimental wounds in diabetic (db/db) animals. In vitro, fibroblast phenotype and function were tested in response to platelets and activated platelets. No treatment served as a negative control.Results: Wounds treated with platelets reached 90 percent closure after 15 days, faster than activated platelets (26 days), and with higher levels of myofibroblasts and angiogenesis. In vitro, platelets enhanced cell migration and induced twofold higher myofibroblast differentiation and contraction compared with activated platelets.Conclusions: Platelets stimulate wound healing more efficiently compared with activated platelets by enhancing fibroblast differentiation and contractile function. Similar levels of growth factors may induce different biological effects when delivered "on demand" rather than in an initial bolus. (Plast. Reconstr. Surg. 129: 46e, 2012.)

Recruitment of Matrix Metalloproteinase-9 (MMP-9) to the Fibroblast Cell Surface by Lysyl Hydroxylase 3 (LH3) Triggers Transforming Growth Factor-β (TGF-β) Activation and Fibroblast Differentiation.

Solid tumor growth triggers a wound healing response. Similar to wound healing, fibroblasts in the tumor stroma differentiate into myofibroblasts (also referred to as cancer-associated fibroblasts) primarily, but not exclusively, in response to transforming growth factor-β (TGF-β). Myofibroblasts in turn enhance tumor progression by remodeling the stroma. Among proteases implicated in stroma remodeling, matrix metalloproteinases (MMPs), including MMP-9, play a prominent role. Recent evidence indicates that MMP-9 recruitment to the tumor cell surface enhances tumor growth and invasion. In the present work, we addressed the potential relevance of MMP-9 recruitment to and activity at the surface of fibroblasts. We show that recruitment of MMP-9 to the fibroblast cell surface occurs through its fibronectin-like (FN) domain and that the molecule responsible for the recruitment is lysyl hydroxylase 3 (LH3). Functional assays suggest that both pro- and active MMP-9 trigger α-smooth muscle actin expression in cultured fibroblasts, reflecting myofibroblast differentiation, possibly as a result of TGF-β activation. Moreover, the recombinant FN domain inhibited both MMP-9-induced TGF-β activation and α-smooth muscle actin expression by displacing MMP-9 from the fibroblast cell surface. Together our results uncover LH3 as a new docking receptor of MMP-9 on the fibroblast cell surface and demonstrate that the MMP-9 FN domain is essential for the interaction. They also show that the recombinant FN domain inhibits MMP-9-induced TGF-β activation and fibroblast differentiation, providing a potentially attractive therapeutic reagent toward attenuating tumor progression where MMP-9 activity is strongly implicated.

Stromal interleukin-1 expression in the cornea after haze-associated injury

The purpose of this study was to determine whether myofibroblasts or other cells in the stroma in the cornea produce interleukin (IL)-1 alpha or IL-1 beta that could modulate myofibroblast viability in corneas with haze after photorefractive keratectomy (PRK). Twenty-four female rabbits had haze-generating PRK for 9 diopters of myopia and were sacrificed at 1 week, 2 weeks, 3 weeks or 4 weeks after surgery. Corneal rims were removed, frozen in OCT at -80 degrees C, and analyzed by immunocytochemistry using primary antibodies to IL-1 alpha, IL-1 beta and alpha smooth muscle actin (SMA). Double immunostaining was performed for the co-localization of SMA with IL-1 alpha or IL-1 beta. Central dense haze and peripheral slight haze regions of each cornea were analyzed. SMA+ cells that expressed IL-1 alpha protein were detected in both regions of the corneas at most time points following PRK. However, in the haze region at the 1,3 and 4 week time points, significantly more (p < 0.01) SMA cells did not express IL-1 alpha. Also, in the haze region at all three time points, significantly more (p < 0.01) SMA- cells than SMA+ cells expressed interleukin-1 alpha protein. IL-1 beta expression patterns in SMA+ and SMA- stromal cells was similar to that of IL-1 alpha after PRK. Previous studies have demonstrated that IL-1 alpha or IL-1 beta triggers myofibroblast apoptosis in vitro, depending on the available concentration of apoptosis-suppressive TGFO. This study demonstrates that SMA- cells such as corneal fibroblasts, keratocytes, or inflammatory cells may produce IL-1 alpha and/or IL-1 beta that could act in paracrine fashion to regulate myofibroblast apoptosis-especially in the region where there is haze in the cornea after PRK was performed and SMA+ myofibroblasts are present at higher density. However, some SMA+ myofibroblasts themselves produce IL-1 alpha and/or IL-1 beta, suggesting that myofibroblast viability could also be regulated via autocrine mechanisms. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Nuclear factor I-C links platelet-derived growth factor and transforming growth factor beta1 signaling to skin wound healing progression.

Transforming growth factor beta (TGF-beta) and platelet-derived growth factor A (PDGFAlpha) play a central role in tissue morphogenesis and repair, but their interplay remain poorly understood. The nuclear factor I C (NFI-C) transcription factor has been implicated in TGF-beta signaling, extracellular matrix deposition, and skin appendage pathologies, but a potential role in skin morphogenesis or healing had not been assessed. To evaluate this possibility, we performed a global gene expression analysis in NFI-C(-/-) and wild-type embryonic primary murine fibroblasts. This indicated that NFI-C acts mostly to repress gene expression in response to TGF-beta1. Misregulated genes were prominently overrepresented by regulators of connective tissue inflammation and repair. In vivo skin healing revealed a faster inflammatory stage and wound closure in NFI-C(-/-) mice. Expression of PDGFA and PDGF-receptor alpha were increased in wounds of NFI-C(-/-) mice, explaining the early recruitment of macrophages and fibroblasts. Differentiation of fibroblasts to contractile myofibroblasts was also elevated, providing a rationale for faster wound closure. Taken together with the role of TGF-beta in myofibroblast differentiation, our results imply a central role of NFI-C in the interplay of the two signaling pathways and in regulation of the progression of tissue regeneration.

Nitric oxide synthase 2 is required for conversion of pro-fibrogenic inflammatory CD133+ progenitors into F4/80+ macrophages in experimental autoimmune myocarditis.

AIMS: Experimental autoimmune myocarditis (EAM) model mirrors important mechanisms of inflammatory dilated cardiomyopathy (iDCM). In EAM, inflammatory CD133(+) progenitors are a major cellular source of cardiac myofibroblasts in the post-inflammatory myocardium. We hypothesized that exogenous delivery of macrophage-colony-stimulating factor (M-CSF) can stimulate macrophage lineage differentiation of inflammatory progenitors and, therefore, prevent their naturally occurring myofibroblast fate in EAM. METHODS AND RESULTS: EAM was induced in wild-type (BALB/c) and nitric oxide synthase 2-deficient (Nos2(-/-)) mice and CD133(+) progenitors were isolated from inflamed hearts. In vitro, M-CSF converted inflammatory CD133(+) progenitors into nitric oxide-producing F4/80(+) macrophages and prevented transforming growth factor-β-mediated myofibroblast differentiation. Importantly, only a subset of heart-infiltrating CD133(+) progenitors expresses macrophage-specific antigen F4/80 in EAM. These CD133(+)/F4/80(hi) cells show impaired myofibrogenic potential compared with CD133(+)/F4/80(-) cells. M-CSF treatment of wild-type mice with EAM at the peak of disease markedly increased CD133(+)/F4/80(hi) cells in the myocardium, and CD133(+) progenitors isolated from M-CSF-treated mice failed to differentiate into myofibroblasts. In contrast, M-CSF was not effective in converting CD133(+) progenitors from inflamed hearts of Nos2(-/-) mice into macrophages, and M-CSF treatment did not result in increased CD133(+)/F4/80(hi) cell population in hearts of Nos2(-/-) mice. Accordingly, M-CSF prevented post-inflammatory fibrosis and left ventricular dysfunction in wild-type but not in Nos2(-/-) mice. CONCLUSION: Active and NOS2-dependent induction of macrophage lineage differentiation abrogates the myofibrogenic potential of heart-infiltrating CD133(+) progenitors. Modulating the in vivo differentiation fate of specific progenitors might become a novel approach for the treatment of inflammatory heart diseases.

Contribution of NFI-C to TGF-β1 signalling and tissue regeneration

Summary : Platelet Derived Growth Factor (PDGF) and Transforming Growth Factor-ß (TGF-ß) are two crucial growth factors in tissue repair and regeneration. They control migration and proliferation of macrophages and fibroblasts, as well as myofibroblast differentiation and synthesis of the new connective tissue. The transcription factor Nuclear Factor I-C (NFI-C) has been implicated in the TGF-ß pathway and regulation of extracellular matrix proteins in vitro. This suggests a possible implication of NFI-C in tissue repair. In this study, our purpose was to identify the NFI-C target genes in TGF-ß1 pathway activation and define the relationship between these two factors in cutaneous wound healing process. High-throughput genomic analysis in wild-type and NFI-C knock-out embryonic fibroblasts indicated that NFI-C acts as a repressor of the expression of genes which transcriptional activity is enhanced by TGF-ß. Interestingly, we found an over representation of genes involved in connective tissue inflammation and repair. In accordance with the genomic analysis, NFI-C-/- mice showed an improvement of skin healing during the inflammatory stage. Analysis of this new phenotype indicated that the expression of PDGFA and PDGF-Ra genes were increased in the wounds of NFI-C-/- mice resulting in early recruitment of macrophages and fibroblasts in the granulation tissue. In correlation with the stimulation effect of TGF-ß on myofibroblast differentiation we found an increased differentiation of these cells in null mice, providing a rationale for rapid wound closure. Thus, in the absence of NFI-C, both TGF-ß and PDGF pathways may be activated, leading to enhanced healing process. Therefore, the inhibition of NFI-C expression could constitute a suitable therapy for healing improvement. In addition, we identified a delay of hair follicle cycle initiation in NFI-C-/- mice. This prompted us to investigate the role of NFI-C in skin appendage. The transition from a quiescent to a proliferative phase requires a perfect timing of signalling modulation, leading to stem cell activation. As a consequence of cycle initiation delay in null mice, the activation of signalling involved in cell proliferation was also retarded. Interestingly, at the crucial moment of cell fate determination, we identified a decrease of CD34 gene in mutant mice. Since CD34 protein is involved in migration of multipotent cells, we suggest that NFI-C may be involved in stem cell mobilisation required for hair follicle renewal. Further investigations of the role of NFI-C in progenitor cell activation will lead to a better understanding of tissue regeneration and raise the possibility of treating alopecia with NFI-C-targeting treatment. In summary, this study demonstrates new regenerative functions of NFI-C in adult mice, which regulates skin repair and hair follicle renewal. Résumé : PDGF et TGF-ß sont des facteurs important du mécanisme de défense immunitaire. Ils influencent la prolifération et migration des macrophages et des fibroblastes, ainsi que la différenciation des myofibroblastes et la formation du nouveau tissu conjonctif. Le facteur de transcription NFI-C a été impliqué dans la voie de signalisation de TGF-ß et dans 1a régulation de l'expression des protéines de la matrice extracellulaire in vitro. Ces études antérieures laissent supposer que NFI-C serait un facteur important du remodelage tissulaire. Cependant le rôle de NFI-C dans un tissu comme la peau n'a pas encore été étudié. Dans ce travail, le but a été de d'identifier la relation qu'il existe entre I~1FI-C et TGF-ßl à un niveau transcriptionnel et dans le processus de cicatrisation cutanée in vivo. Ainsi, une analyse génétique à grande échelle, a permis d'indiquer que NFI-C agit comme un répresseur sur l'expression des gènes dont l'activité transcriptionnelle est activée par TGF-ß. De plus nous avons identifié un groupe de gènes qui controlent le développement et l'inflammation du tissue conjonctif. En relation avec ce résultat, l'absence de NFI-C dans la peau induit une cicatrisation plus rapide pendant la phase inflammatoire. Durant cette période, nous avons montré que les expressions de PDGFA et PDGFRa seraient plus élevées en absence de NFI-C. En conséquence, l'activation de la voie de PDGF induit une infiltration plus importante des macrophages et fibroblastes dans le tissue granuleux des souris mutantes. De plus, en corrélation avec le rôle de TGF-ßl dans la différenciation des myofibroblasts, nous avons observé une différenciation plus importante de ces cellules chez les animaux knock-out, ce qui peut expliquer une contraction plus rapide de la plaie. De plus, nous avons découvert que NFI-C est impliqué dans l'initiation du cycle folliculaire. La caractérisation de ce nouveau phénotype a montré un ralentissement de la transition telogène-anagène des souris NFI-C-/-. Or, un événement clé de cette transition est la modulation de plusieurs signaux moléculaires aboutissant à' l'activation des cellules souches. En corrélation avec le decalage du cycle, l'activation de ces signaux est également décalée dans les souris NFI-C-/-. Ainsi, au commencement de l'anagène, la prolifération des keratinocytes,NFI-C-/- est retardée et corrèle avec une diminution de l'expression de CD34, une protéine responsable de la détermination du migration des cellules multipotentes. Ainsi, NFI-C semble être impliqué dans la mobilisation des cellules souches qui sont nécessaires au renouvellement folliculaire. En résumé, NFI-C est impliqué dans la régulation des signaux moléculaires nécessaires à la réparation tissulaire et son inhibition pourrait constituer un traitement de la cicatrisation. L'analyse de son rôle dans l'activation des cellules souches permettrait de mieux comprendre le renouvellement tissulaire et, à long terme, d'améliorer les techniques de greffe des cellules souches épithéliales ou consituter une cible pour le traitement de l'alopecie.

The role of MMP-9 and its fibronectin-like domain in tumor growth & invasion : certainties, controversies & discrepancies

Tumors are often compared to wounds that do not heal, where the crosstalk between tumor cells and their surrounding stroma is crucial at all stages of development, from the initial primary growth to metastasis. Similar to wound healing, fibroblasts in the tumor stroma differentiate into myofibroblasts, also referred to as "cancer-associated fibroblasts" (CAFs), primarily, but not exclusively, in response to transforming growth factor-ß (TGF-ß). Myofibroblasts in turn enhance tumor progression by remodeling the stroma. Among molecules implicated in stroma remodeling, matrix metalloproteinases (MMPs), and MMP-g in particular, play a prominent role. However, the mechanisms that regulate MMP-g activation and function remain poorly understood. Recent evidence indicates that tumor cell surface association of MMP-g is an important event in its activation, and more generally in tumor growth and invasion. In the present work we address the potential association of MMP-g activity with cell-surface recruitment to human fibroblasts. We show for the first time that recruitment of MMP-g to the MRC-5 fibroblast cell surface occurs through the fibronectin-like (FN) domain, shared only by MMP-g and MMP-2 among all the MMPs. Functional assays suggest that both the pro- and active form of MMP-g trigger a-smooth muscle actin (aSMA) expression in resting fibroblasts that reflects myofibroblast differentiation, possibly through TGF-ß activation. Moreover, the FN domain of MMP-g inhibits both MMP-g-induced TGF-ß activation and aSMA expression by sequestering MMP-g. Xenograft experiments in NOD/SCID mice using HT1080 fibrosarcoma or MDA-MD231 breast adenocarcinoma cells stably expressing the FN domain of MMP-g revealed no changes in primary tumor growth. However, in the context of metastasis, expression of the FN domain by these same tumor cells dramatically increased their metastatic proclivity whereas expression of wt MMP-g either promoted no change or actually reduced the number of metastases. We observed a decrease of an active form of MMP-g in MDA-MB231 cells overexpressing the FN domain suggesting that the FN domain may inhibit MMP-g activity in Tumors are often compared to wounds that do not heal, where the crosstalk between tumor cells and their surrounding stroma is crucial at all stages of development, from the initial primary growth to metastasis. Similar to wound healing, fibroblasts in the tumor stroma differentiate into myofibroblasts, also referred to as "cancer-associated fibroblasts" (CAFs), primarily, but not exclusively, in response to transforming growth factor-ß (TGF-ß). Myofibroblasts in turn enhance tumor progression by remodeling the stroma. Among molecules implicated in stroma remodeling, matrix metalloproteinases (MMPs), and MMP-g in particular, play a prominent role. However, the mechanisms that regulate MMP-g activation and function remain poorly understood. Recent evidence indicates that tumor cell surface association of MMP-g is an important event in its activation, and more generally in tumor growth and invasion. In the present work we address the potential association of MMP-g activity with cell-surface recruitment to human fibroblasts. We show for the first time that recruitment of MMP-g to the MRC-5 fibroblast cell surface occurs through the fibronectin-like (FN) domain, shared only by MMP-g and MMP-2 among all the MMPs. Functional assays suggest that both the pro- and active form of MMP-g trigger a-smooth muscle actin (aSMA) expression in resting fibroblasts that reflects myofibroblast differentiation, possibly through TGF-ß activation. Moreover, the FN domain of MMP-g inhibits both MMP-g-induced TGF-ß activation and aSMA expression by sequestering MMP-g. Xenograft experiments in NOD/SCID mice using HT1080 fibrosarcoma or MDA-MD231 breast adenocarcinoma cells stably expressing the FN domain of MMP-9 revealed no changes in primary tumor growth. However, in the context of metastasis, expression of the FN domain by these same tumor cells dramatically increased their metastatic proclivity whereas expression of wt MMP-g either promoted no change or actually reduced the number of metastases. We observed a decrease of an active form of MMP-9 in MDA-MB231 cells overexpressing the FN domain suggesting that the FN domain may inhibit MMP-9 activity in those cells and therefore prevent MMP-9-induced activation of TGF-b, which results in increased invasion. Curiously, xenografts of SW480 colorectal adenocarcinoma cells stably expressing the FN domain of MMP-9 displayed reduced growth at both the primary (subcutaneous) injection site and the lungs of NOD/SCID mice, in experimental metastasis assays, whilst the same cells overexpressing wt MMP-9 showed enhanced growth and dissemination. Gelatin zymography of conditioned medium revealed that these effects may be due to the FN domain, which displaces MMP-9 from SW480 cell surface. These observations suggest a dual role of MMP-9 and its FN domain in primary tumor growth and metastasis, underscoring the notion that the effect of MMP-9 on tumor cells may depend on the cell type and highlighting possible protective effects of MMPs in tumor progression.

La fibrose en deux parties : de la paillasse à la souris

L’apoptose des cellules endothéliales (CE) représente un évènement initial dans le développement de plusieurs pathologies fibrotiques telles que le rejet chronique d’allogreffe et la sclérose systémique. Nous avons démontré que les médiateurs issus des CE apoptotiques entraîne la différenciation myofibroblastique et la résistance à l’apoptose, deux mécanismes centraux à la fibrogénèse. L’activation de PI3K (phospatidylinositol-3 kinase) caractérise ces deux mécanismes. Un fragment C-terminal du perlécan (LG3) produit par les CE apoptotiques inhibe l’apoptose des fibroblastes. Les objectifs de ce travail étaient de : 1. définir les récepteurs et la signalisation impliqués dans la réponse anti-apoptotique et 2. caractériser les médiateurs fibrogéniques responsables de la différenciation myofibroblastique. En ce qui a trait à la réponse anti-apoptotique, l’inhibition des intégrines 21 ou des kinases de la famille Src (SFK) chez les fibroblastes prévient la résistance à l’apoptose et la phosphorylation d’Akt normalement induites par le milieu conditionné par des CE apoptotiques (SSC) ou le LG3. Ces résultats suggèrent que le LG3 produit par les CE apoptotiques initie un état de résistance à l’apoptose chez les fibroblastes par des voies α2β1integrines/SFK/PI3K dépendantes. Le LG3 n’induit cependant pas la différenciation myofibroblastique. Nous avons donc caractérisé le milieu SSC de façon à identifier les médiateurs responsables de la différenciation myofibroblastique. Les milieux conditionnés par des CE apoptotiques et non-apoptotiques (respectivement SSC et SSC-ZVAD) ont été analysés comparativement par chromatographie liquide bi-dimensionnelle, immunobuvardage et spectrométrie de masse. Le connective tissue growth factor (CTGF) est le seul facteur fibrogénique connu augmenté dans le milieu SSC. L’inhibition de la caspase-3 chez les CE prévient la relâche de CTGF. Au niveau du fibroblaste, l’inhibition de SFK ou de Pyk2 (proline-rich tyrosine kinase-2) prévient la différenciation myofibroblastique induite par le SSC ou le CTGF in vitro. L’anticorps neutralisant contre le TGF- (Transforming growth factor beta) n’est pas en mesure de bloquer la différenciation myofibroblastique induite par le SSC ou le CTGF. Des injections quotidiennes sous-cutanées de SSC chez la souris C3H pour 3 semaines entraîne une augmentation de l’épaisseur de la peau et des niveaux protéiques d’SMA, de vimentine et de collagène I. Cette réponse fibrogénique est réduite chez les souris qui ont reçu le SSC-ZVAD ou le SSC immunodéplété de son CTGF. Ces résultats apportent de nouvelles issues mécanistiques au niveau de la réponse fibrogénique activée par la mort des CE. L’activation des caspases chez les CE apoptotiques entraîne la production de LG3 et de CTGF qui, à leur tour, activent des voies de signalisation pro-fibrotiques SFK/PI3K dépendantes chez les fibroblastes, et ce indépendamment du TGF-.

Revêtement anti-apoptotique à base de chondroïtine sulfate : vers un stent-graft bioactif

La réparation endovasculaire (EVAR) est une technique minimalement invasive permettant de traiter l’anévrisme de l’aorte abdominale (AAA) par l’entremise d’un stent- graft (SG). L’utilisation d’EVAR est actuellement limitée par de fréquentes complications liées à une guérison inadéquate autour de l’implant. Ce manque de guérison est principalement dû au type de recouvrement polymérique des SG, au milieu pro-apoptotique des AAA et à l’accès réduit aux nutriments et à l’oxygène après EVAR. L’objectif de cette thèse consistait à concevoir un revêtement bioactif permettant d’inhiber l’apoptose et stimuler la croissance des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), pour ainsi favoriser la guérison des tissus vasculaires autour des SG. La chondroïtine-4-sulfate (CS) a d’abord été choisie, car elle a été identifiée comme un médiateur important de la réparation vasculaire. Il a été démontré que la CS en solution influence directement la résistance à l’apoptose des CMLV, en plus de favoriser la différenciation myofibroblastique chez les fibroblastes. Dans le cadre de ce projet, un premier revêtement à base de CS et de collagène a été créé. Bien que le revêtement permettait d’induire une résistance à l’apoptose chez les CMLV, il se désintégrait trop rapidement dans des conditions aqueuses. Une nouvelle méthodologie a donc été adaptée afin de greffer la CS directement sur des surfaces aminées, à l’aide d’un système utilisant un carbodiimide. Dans le but d’accroître la croissance des CMLV à la surface des revêtements, le facteur de croissance de l’épiderme (EGF) a ensuite été sélectionné. En plus de ses propriétés mitogéniques et chimiotactiques, l’EGF stimule la production d’éléments de la matrice extracellulaire, comme le collagène et la fibronectine. De plus, l’activation du récepteur de l’EGF inhibe également l’apoptose des CMLV. L’EGF a donc été greffé sur la CS. Le revêtement de CS+EGF a démontré une bonne uniformité et bioactivité sur des surfaces de verre aminé. iii iv Dans une 3ème étape, afin de permettre de transposer ce revêtement bioactif sur des implants, plusieurs méthodes permettant de créer des groupements d’amines primaires sur les biomatériaux polymériques comme le PET ou le ePTFE ont été étudiées. La polymérisation par plasma a été choisie pour créer le revêtement CS+EGF à la surface de PET. Une fois de plus, celui-ci a permis d’inhiber l’apoptose des CMLV, dans des conditions pro-apoptotiques, et de favoriser la croissance des cellules. Le revêtement de CS et d’EGF, déposé sur des surfaces aminées, possède des caractéristiques biologiques intéressantes et semble donc prometteur pour favoriser une meilleure guérison autour des SG.

The role of Microsomal prostaglandin synthase-1 (mPGES-1) and Ephrin B2 in Scleroderma

La sclérodermie (sclérose systémique, ScS) est une maladie auto-immune du tissu conjonctif caractérisée  par  l’épaississement  de  la  peau,  l’apparition  spontanée de lésions cicatricielles, des maladies   des   vaisseaux   sanguins,   divers   degrés   d’inflammation,   en   association   avec   un   système   immunitaire hyperactif. La pathogénèse exacte de cette maladie est inconnue et aucun traitement approprié   n’est   disponible.   La fibrose est un élément distinctif de la maladie de ScS et est considérée   résulter   d’une   incapacité   à   mettre   fin   de   façon   appropriée   à   la   réponse   normale   de   réparation   des   plaies.   L’analyse   histologique   du   stade   initial   de   la   ScS   révèle   une   infiltration   périvasculaire de cellules mononucléaires dans le derme, associée à une synthèse accrue de collagène dans les fibroblastes environnants. Ainsi, la compréhension des moyens de contrôler le stade inflammatoire de la ScS pourrait être bénéfique pour contrôler la progression de la maladie peu après son apparition. La mPGES-1 est une enzyme inductible qui agit en aval de la cyclo- oxygénase (COX) pour catalyser spécifiquement la conversion de la prostaglandine (PG) H2 en PGE2. La mPGES-1  joue  un  rôle  clé  dans  l’inflammation,  la  douleur  et  l’arthrite;;  toutefois,  le   rôle de la mPGES-1 dans les mécanismes de fibrose, spécifiquement en rapport avec la ScS humaine, est inconnu. Mon laboratoire a précédemment montré que les souris à mPGES-1 nulle sont résistantes à la fibrose   cutanée   induite   par   la   bléomycine,   à   l’inflammation,   à   l’épaississement  cutané,  à  la  production  de  collagène  et  à  la  formation  de  myofibroblastes.  Sur  la   base  de  ces  résultats,  j’ai  formulé  l’hypothèse  que  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1 régulera à la baisse la production de médiateurs pro-inflammatoires et pro-fibreux au cours de la maladie   de   ScS.   Afin   d’explorer   le   rôle   de   la   mPGES-1   dans   l’inflammation   et   la   fibrose   associées  à  la  maladie  de  ScS,  j’ai  d’abord  examiné  l’expression  de  la  mPGES-1 dans la peau normale comparativement à des biopsies de peau extraites de patients atteints de ScS. Mes résultats ont montré que la mPGES-1 est nettement élevée dans la peau de patients atteints de ScS en comparaison avec la peau humaine normale. De plus, les niveaux de PGE2 dérivés de la mPGES-1 étaient également significativement plus élevés dans les fibroblastes cutanés isolés de patients  atteints  de  ScS  comparativement  aux  fibroblastes  isolés  de  témoins  sains.  J’ai  également   étudié  l’effet  de  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1  sur  l’expression  de  marqueurs  pro- fibreux.   Mes   études   ont   montré   que   l’expression   de   médiateurs   pro-fibreux clés (α-SMA, endothéline-1, collagène de type 1 et facteur de croissance du tissu conjonctif (FCTC)) est élevée dans les fibroblastes cutanés ScS en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. Un traitement avec un inhibiteur de la mPGES-1 a eu pour effet de réduire significativement l’expression  de  l’α-SMA,  de  l’endothéline-1, du collagène de type 1 mais pas du FCTC dans les fibroblastes  ScS,  sans  effet  significatif  sur  les  fibroblastes  normaux.  J’ai  en  outre  examiné  l’effet   de  l’inhibition  de  la  mPGES-1 sur des cytokines pro-inflammatoires clés impliquées dans la pathologie de la ScS, incluant IL-6, IL-8 et MCP-1.  L’inhibition  pharmacologique  de  la  mPGES- 1 a eu pour effet de réduire significativement les niveaux de production de cytokines pro- inflammatoires IL6, IL8 et MCP-1 dans les fibroblastes avec lésion ScS comparativement à des fibroblastes non traités. De plus, les patients atteints de ScS ont présenté des niveaux plus élevés de p-AKT, de p-FAK et de p-SMAD3 en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. L’inhibiteur  de  la  mPGES-1 a pu réguler à la baisse cette expression accrue de p-AKT et de p- FAK, mais pas de p-SMAD3,  dans  les  fibroblastes  ScS.  Ces  résultats  ont  suggéré  que  l’inhibition   de la mPGES-1 pourrait être une méthode viable pour réduire le développement de sclérose cutanée et constituent une cible thérapeutique potentielle pour contrôler les mécanismes fibreux et inflammatoires associés à la pathophysiologie de la maladie de ScS. L’un   des   autres   processus   critiques   reliés   à   l’évolution de la réponse fibreuse associée à la maladie de ScS est la différenciation des fibroblastes en des cellules activées spécialisées iii iv appelées myofibroblastes, responsables de déclencher une signalisation adhésive excessive et le dépôt excessif de matrice extracellulaire,   conduisant   à   la   destruction   de   l’architecture   de   l’organe.   Ainsi,   l’identification   des   facteurs   endogènes   qui   initient/   favorisent   la   différenciation   fibroblaste-myofibroblaste peut mener à des stratégies thérapeutiques prometteuses pour contrôler  l’excès  de  signalisation  adhésive  et  de  fibrose  associé  à  la  maladie  de  ScS.  Des  études   antérieures  dans  le  domaine  de  la  biologie  du  cancer  ont  suggéré  que  l’éphrine  B2,  une  protéine   transmembranaire appartenant à la famille des éphrines, est impliquée dans la signalisation adhésive   et   le   remodelage   extracellulaire.   Cependant,   son   rôle   dans   la   fibrose   n’a   jamais   été   exploré.   Dans   la   deuxième   partie   de   mon   étude,   j’ai   donc   étudié   le   rôle   de   l’éphrine   B2   dans   la   fibrose.   Mes   études   montrent   que   l’expression   de   l’éphrine   B2   est   significativement   augmentée   dans la peau humaine ScS comparativement à la peau normale. Plus important encore, le traitement in vitro de   fibroblastes   de   la   peau   humaine   normale   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante est capable de transformer des fibroblastes en cellules myofibroblastiques manifestant toutes les caractéristiques myofibroblastiques typiques, incluant la formation accrue de  fibres  de  tension,  des  adhérences  focales,  l’activation  accrue  de  la  FAK,  un  accroissement  de   l’expression  et  de  la  migration  de  fibroblastes  et  de  leur  adhérence  à  la  fibronectine  à  la  fois  chez   les   fibroblastes   cutanés   normaux   et   ScS.   En   outre,   j’ai   traité   des   souris   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante et montré que ces souris ont développé une fibrose cutanée significative associée à une épaisseur dermique et à une synthèse de collagène augmentées, une teneur en hydroxyproline (teneur en collagène) accrue et un nombre accru de myofibroblastes exprimant de   l’α-SMA, une activation augmentée de la FAK et de marqueurs pro-fibreux incluant le collagène de type 1 et le FCTC. Dans  l’ensemble,  mes  études  ont  identifié  deux  médiateurs  endogènes  cruciaux  impliqués  dans  la   propagation  de  l’inflammation  et  de  la  fibrose  associées  à  la  maladie  de  ScS.  L’inhibition  de  la   mPGES-1   pourrait   représenter   une   bonne   stratégie   alternative   pour   contrer   l’inflammation   et   la   fibrose au moins durant les stades précoces de la maladie de ScS. De plus, une signalisation excessive   de   l’éphrine B2 favorise la signalisation adhésive et fibreuse en déclenchant la différenciation   de   fibroblastes   en   myofibroblastes   par   l’activation   de   la   voie   de   signalisation   de   la  FAK.  Ainsi,  l’inhibition  d’éphrine  B2  bloquera  la  formation  de  fibroblastes-myofibroblastes et régulera à la baisse la fibrose associée à la maladie de ScS. En somme, la mPGES-1  et  l’éphrine   B2 semblent toutes deux des cibles attrayantes pour le traitement de la ScS et des troubles fibreux qui y sont reliés.

Rôle de MTORC2 dans la sénescence et la différenciation myofibroblastique induites par l'autophagie

Il a été suggéré que l’autophagie pouvait participer au processus fibrotique en favorisant la différenciation du fibroblaste en myofibroblaste. La sénescence cellulaire a aussi été montrée comme impliquée dans la réparation tissulaire et la fibrose. Des liens ont été établis entre autophagie et sénescence. Cette étude a pour but d’investiguer les liens possibles entre autophagie, sénescence et différenciation myofibroblastique afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires régulant la réparation tissulaire et la fibrose. Les fibroblastes carencés en sérum pendant quatre jours montrent des ratios LC3B-II/-I élevés et des niveaux de SQSTM1/p62 diminués. L’augmentation de l’autophagie est accompagnée d’une augmentation de l’expression des marqueurs de différenciation myofibroblastique ACTA2/αSMA et collagènes de type 1 et 3 et de la formation de fibres de stress. Les fibroblastes autophagiques expriment les marqueurs de sénescence CDKN1A (p21) et p16INK4a (p16) et montrent une augmentation de l’activité beta-galactosidase associée à la sénescence. L’inhibition de l’autophagie à l’aide de différents inhibiteurs de phosphoinositide 3-kinase de classe I et de phosphatidylinositol 3-kinase de classe III (PtdIns3K) ou par inhibition génique à l’aide d’ARN interférant ATG7 bloquent l’expression des marqueurs de différenciation et de sénescence. L’expression et la sécrétion de CTGF (connective tissue growth factor) sont augmentées chez les fibroblastes autophagiques. L’inhibition de l’expression du CTGF par interférence génique prévient la différenciation myofibroblastique, démontrant l’importance de ce facteur pro-fibrotique pour la différenciation induite par l’autophagie. La phosphorylation de la kinase RPS6KB1/p70S6K, cible du complexe MTORC1, est abolie dans les fibroblastes autophagiques. La phosphorylation d’AKT à la Ser473, une cible du complexe MTORC2, diminue lors de la carence en sérum des fibroblastes mais est suivie d’une rephosphorylation après 2 jours. Ce résultat suggère la réactivation de MTORC2 lors d’une autophagie prolongée. Ceci a été vérifié par inhibition de l’autophagie dans les fibroblastes carencés en sérum. Les inhibiteurs de PtdIns3K et le siRNA ATG7 bloquent la rephosphorylation d’AKT. L’inhibition de la réactivation de MTORC2, et donc de la rephosphorylation d’AKT, est aussi obtenue par exposition des fibroblastes à la rapamycine, le Torin 1 ou par inhibition génique de RICTOR. Ces traitements inhibent l’augmentation de l’expression du CTGF ainsi que des marqueurs de différenciation et de sénescence, démontrant le rôle central joué par MTORC2 dans ces processus. Le stress oxydant peut induire la sénescence et la carence en sérum est connue pour augmenter la quantité de ROS (reactive oxygen species) dans les cellules. Afin d’investiguer le rôle des ROS dans la différenciation et la sénescence induites par l’autophagie, nous avons incubés les fibroblastes carencés en sérum en présence de N-acetyl-L-cysteine (NAC). Le NAC diminue la production de ROS, diminue les marqueurs d’autophagie, de sénescence et de différenciation myofibroblastique. Le NAC inhibe aussi la phosphorylation d’AKT Ser473. L’ensemble de ces résultats identifient les ROS en association avec une autophagie prolongée comme des nouveaux activateurs du complexe MTORC2. MTORC2 est central pour l’activation subséquente de la sénescence et de la différenciation myofibroblastique.

Estudo imuno-histoquímico da presença de miofibroblastos e da expressão do fator transformador de crescimento-beta1, interferon gama, metaloproteinase de matriz 13 e indutor de metaloproteinases de matriz em lesões odontogênicas epiteliais

Myofibroblasts are cells that exhibit a hybrid phenotype, sharing the morphological characteristics of fibroblasts and smooth muscle cells, which is acquired during a process called differentiation. These cells then start to express -SMA, a marker that can be used for their identification. Studies suggest that myofibroblasts are related to the aggressiveness of different tumors and that TGF-1 and IFN- play a role in myofibroblast differentiation, stimulating or inhibiting this differentiation, respectively. The objective of this study was to investigate the role of myofibroblasts in epithelial odontogenic tumors, correlating the presence of these cells with the aggressiveness of the tumor. Immunohistochemistry was used to evaluate the expression of TGF-1 and IFN- in myofibroblast differentiation, as well as the expression of MMP-13, which is activated by myofibroblasts, and of EMMPRIN (extracellular matrix metalloproteinase inducer) as a precursor of this MMP. The sample consisted of 20 solid ameloblastomas, 10 unicystic ameloblastomas, 20 odontogenic keratocysts, and 20 adenomatoid odontogenic tumors. For evaluation of myofibroblasts, anti- -SMA-immunoreactive cells were quantified in connective tissue close to the epithelium. Immunoexpression of TGF-1, IFN-, MMP-13 and EMMPRIN was evaluated in the epithelial and connective tissue components, attributing scores of 0 to 4. The results showed a higher concentration of myofibroblasts in solid ameloblastomas (mean of 30.55), followed by odontogenic keratocysts (22.50), unicystic ameloblastomas (20.80), and adenomatoid odontogenic tumors (19.15) (p=0.001). No significant correlation between TGF-1 and IFN- was observed during the process of myofibroblast differentiation. There was also no correlation between the quantity of myofibroblasts and MMP-13 expression. Significant correlations were found between MMP-13 and TGF-1 (r=0.087; p=0.011), between MMP- 13 and IFN- (r=0.348; p=0.003), as well as between EMMPRIN and MMP-13 (r=0.474; p<0.001) and between EMMPRIN and IFN- (r=0.393; p=0.001). The higher quantity of myofibroblasts observed in solid ameloblastomas, odontogenic keratocysts and unicystic ameloblastomas suggests that these cells are one of the factors responsible for the more aggressive biological behavior of these tumors, although the myofibroblast population was not correlated with TGF-1, IFN-, MMP-13 or EMMPRIN. The correlation between MMP- 13 and TGF-1 suggests that the latter induces the expression of this metalloproteinase. The present results also support the well-established role of EMMPRIN as an inducer of MMP-13. Furthermore, the relationship between EMMPRIN and IFN- and between MMP-13 and IFN- suggests synergism in the antifibrotic effect of these markers