Suppression of zebrafish VEGF gene by cytomegalovirus promoter-driven short hairpin constructs induces vascular development defects and down regulation NRP1 expression

The usage of RNA interference for gene knockdown in zebrafish through expression of the small interfering RNA mediators from DNA vectors has created a lot of excitement in the research community. In this work, the ability of human cytomegalovirus immediate early promoter (CMV promoter)-driven short hairpin RNA (shRNA) expression vector to induce shRNA against vascular endothelial growth factor (VEGF) gene in zebrafish was tested, and its effects on VEGF-mediated vasculogenesis and angiogenesis were evaluated. Altogether four vectors targeting various locations of VEGF gene were constructed, and pSI-V4 was proven to be the most effective one. Microinjection of pSI-V4 into the zebrafish embryos resulted in defective vascular formation and down regulation of VEGF expression. In situ hybridization analysis indicated that silencing VEGF gene expression by pSI-V4 resulted in down regulation of neuropilin-1 (NRP1), a potent VEGF receptor. Knockdown of VEGF expression by morpholino gave the same result. This provided evidence that the VEGF-mediated angiogenesis in zebrafish was in part dependent on NRP1 expression. The results contributed to a better understanding of molecular mechanisms of cardiovascular development and provided a potential promoter for making inducible knockdown in zebrafish.

Targeting neuropilin-1 to inhibit prostate cancer invasion and metastasis

Recent reports provide evidence that the epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) plays a key role in prostate cancer (PCa) metastasis and therapy resistance. We have recently identified the cell surface receptor, Neuropilin-1 (NRP1) to be increased during epithelial-mesenchymal transition (EMT) and this study aims to determine whether the inhibition of NRP1 will be a feasible therapeutic strategy for blocking PCa metastasis and therapy resistance.

VEGF gene silencing by cytomegalovirus promoter driven ShRNA expression vector results in vascular development defects in zebrafish

Zebrafish has been generally considered as an excellent model in case of drug screening, disease model establishment, and vertebrate embryonic development study. In this work, the ability of human cytomegalovirus immediate early promoter (CMV promoter)-driven short hairpin RNA (shRNA) expression vector to induce shRNA against VEGF gene in zebrafish was tested, and its effect on vascular development was assed, too. Using RT-qPCR, blood vessel staining, and in situ hybridization, we confirmed certain transcriptional activity and down regulation of gene expression by the vector. In situ hybridization analysis indicated selective inhibition of NRP1 expression in the VEGF gene loss of function model, which might imply in turn that VEGF could not only activate endothelial cells directly but also could contribute to stimulating angiogenesis in vivo by a mechanism that involved up-regulation of its cognate receptor expression in zebrafish. This contributed to a better understanding of molecular mechanisms of cardiovascular development. The system improved the success rate in making inducible knockdown and widened the possibilities for better therapeutic targets in zebrafish.

靶向斑马鱼VEGF的shRNA表达载体的构建及其对斑马鱼胚胎血管发育的影响

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是一种多功能的细胞因子，其主要作用是促进血管内皮细胞增殖和增加血管通透性，是肿瘤及正常组织血管生成的中心调控因素，以VEGF为靶点的肿瘤血管靶向性治疗成为近几年肿瘤治疗的新途径。RNAi是近年来新发展的一项反向遗传学技术，是一种研究基因功能的有力工具。斑马鱼作为一种重要的模式生物，被广泛用于胚胎的分子发育机制、疾病模型的构建以及药物筛选等研究中。然而在斑马鱼中运用RNAi技术进行基因功能研究是一个相对较新的领域，研究资料较少，并且目前进行的斑马鱼RNAi实验中，siRNA大都是通过化学方法或体外转录合成的。体外合成的siRNA在进入体内后会被降解而无法达到持久阻抑基因表达的目的。因此本研究旨在探讨VEGF特异性siRNA表达载体对斑马鱼VEGF基因的沉默作用，通过分析表型及相关细胞因子的变化，阐明VEGF对斑马鱼胚胎血管生成的影响及作用机制。 研究通过计算机辅助设计软件，针对斑马鱼VEGF mRNA不同位点设计合成了4段含siRNA特异序列的DNA单链，经退火，克隆入pSilencer 4.1-CMV neo载体CMV启动子下游，构建了重组质粒pS1-VEGF、pS2-VEGF、pS3-VEGF及pS4-VEGF。 通过显微注射的方法将载体导入1-2细胞期斑马鱼体内，于胚胎发育的48 h采用RT-PCR的方法检测VEGF基因的表达量，研究不同干扰序列对VEGF基因表达的干涉作用。结果显示，针对不同位点的表达载体对VEGF基因表达的抑制效率有显著差异。它们对VEGF mRNA的抑制率分别为80.5%，42.8%，12.5%，40.7%。通过筛选我们得到了一条具有高效抑制作用的载体pS1-VEGF，该载体的相应序列靶向斑马鱼两个主要异构体VEGF165和VEGF121的共有外显子序列。 形态学检测结果显示，注射了pS1-VEGF的胚胎出现了心包膜水肿、血流速度减慢、循环红细胞堆积等症状。定量碱性磷酸酶染色显示，注射pS1-VEGF能够抑制斑马鱼胚胎新生血管的形成，当注射剂量为0.4 ng时，血管生成的抑制率为31.8%。NBT/BCIP血管染色显示，注射该载体后72 h，50%的斑马鱼肠下静脉、节间血管以及其它血管的发育受到不同程度的抑制。随着注射剂量的加大，血管发育受抑制的情况也随之加重，当注射剂量为1 ng时，只有心脏、头部及卵黄有血液循环。对干扰效果的特异性进行了研究，结果表明pS1-VEGF对斑马鱼内源基因胸苷酸合成酶（thymidylate synthase, TS）基因的表达没有明显的抑制作用。针对TS基因的shRNA表达载体及与斑马鱼没有同源性的对照载体对VEGF基因表达也没有明显的抑制作用。浓度梯度实验表明在0-1.2 ng的范围内干扰效果具有剂量依赖性。 以胚胎整体原位杂交的方法检测质粒对VEGF基因受体NRP1基因表达的影响，发现VEGF特异性shRNA表达载体能够引起NRP1基因表达的降低，说明斑马鱼中VEGF所介导的血管生成作用至少在部分上是依赖于NRP通路所调节的。 本研究工作为进一步研究斑马鱼基因功能、VEGF调控网络提供了一个快速、有效的手段，为阐明斑马鱼的血管生成机制提供了新的资料，为采用RNAi技术，以VEGF为靶点，以斑马鱼为模型对肿瘤进行基因治疗研究奠定了基础。

Estudo da resistência estrutural remanescente de painéis reforçados sujeitos à encurvadura

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Stimulation of MMP-1 and CCL2 by NAMPT in PDL cells

Periodontitis is an inflammatory disease caused by pathogenic microorganisms and characterized by the destruction of the periodontium. Obese individuals have an increased risk of periodontitis, and elevated circulating levels of adipokines, such as nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT), may be a pathomechanistic link between both diseases. The aim of this in vitro study was to examine the regulation of periodontal ligament (PDL) cells by NAMPT and its production under inflammatory and infectious conditions. NAMPT caused a significant upregulation of 9 genes and downregulation of 3 genes, as analyzed by microarray analysis. Eight of these genes could be confirmed by real-time PCR: NAMPT induced a significant upregulation of EGR1, MMP-1, SYT7, ITPKA, CCL2, NTM, IGF2BP3, and NRP1. NAMPT also increased significantly the MMP-1 and CCL2 protein synthesis. NAMPT was significantly induced by interleukin-1β and the periodontal microorganism P. gingivalis. NAMPT may contribute to periodontitis through upregulation of MMP-1 and CCL2 in PDL cells. Increased NAMPT levels, as found in obesity, may therefore represent a mechanism whereby obesity could confer an increased risk of periodontitis. Furthermore, microbial and inflammatory signals may enhance the NAMPT synthesis in PDL cells and thereby contribute to the increased gingival and serum levels of this adipokine, as found in periodontitis. © 2013 Marjan Nokhbehsaim et al.

Stimulation of MMP-1 and CCL2 by NAMPT in PDL cells

Periodontitis is an inflammatory disease caused by pathogenic microorganisms and characterized by the destruction of the periodontium. Obese individuals have an increased risk of periodontitis, and elevated circulating levels of adipokines, such as nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT), may be a pathomechanistic link between both diseases. The aim of this in vitro study was to examine the regulation of periodontal ligament (PDL) cells by NAMPT and its production under inflammatory and infectious conditions. NAMPT caused a significant upregulation of 9 genes and downregulation of 3 genes, as analyzed by microarray analysis. Eight of these genes could be confirmed by real-time PCR: NAMPT induced a significant upregulation of EGR1, MMP-1, SYT7, ITPKA, CCL2, NTM, IGF2BP3, and NRP1. NAMPT also increased significantly the MMP-1 and CCL2 protein synthesis. NAMPT was significantly induced by interleukin-1 β and the periodontal microorganism P. gingivalis. NAMPT may contribute to periodontitis through upregulation of MMP-1 and CCL2 in PDL cells. Increased NAMPT levels, as found in obesity, may therefore represent a mechanism whereby obesity could confer an increased risk of periodontitis. Furthermore, microbial and inflammatory signals may enhance the NAMPT synthesis in PDL cells and thereby contribute to the increased gingival and serum levels of this adipokine, as found in periodontitis.

Linkage analyses of event-related potential slow wave phenotypes recorded in a working memory task

Working memory is an essential component of wide-ranging cognitive functions. It is a complex genetic trait probably influenced by numerous genes that individually have only a small influence. These genes may have an amplified influence on phenotypes closer to the gene action. In this study, event-related potential (ERP) phenotypes recorded during a working-memory task were collected from 656 adolescents from 299 families for whom genotypes were available. Univariate linkage analyses using the MERLIN variance-components method were conducted on slow wave phenotypes recorded at multiple sites while participants were required to remember the location of a target. Suggestive linkage (LOD > 2.2) was found on chromosomes 4, 5, 6, 10, 17, and 20. After correcting for multiple testing, suggestive linkage remained on chromosome 10. Empirical thresholds were computed for the most promising phenotypes. Those on chromosome 10 remained suggestive. A number of genes reported to regulate neural differentiation and function (i.e. NRP1, ANK3, and CHAT) were found under these linkage peaks and may influence the levels of neural activity occurring in individuals participating in a spatial working-memory task.

Rôles de deux corécepteurs impliqués dans le maintien des cellules T mémoires CD8+ et la maturation des cellules dendritiques

La reconnaissance d’un antigène présenté par les cellules présentatrices d’antigène induit la prolifération et la différenciation des lymphocytes T naïfs en lymphocytes T effecteurs et mémoires. Cette reconnaissance se fait par l’interaction du récepteur des cellules T (TCR) des lymphocytes T et le complexe CMH-peptide présent à la surface des DC. Cependant, des signaux additionnels sont requis, une meilleure activation des lymphocytes T implique des corécepteurs présents à la surface de ces deux types cellulaires. Après l’élimination de l’antigène, la plupart des lymphocytes T effecteurs vont mourir. Une petite population de lymphocytes T va persister pour se différencier en lymphocytes T mémoires capables de protéger l’organisme contre une réinfection. Les signaux qui contrôlent le maintien des lymphocytes T mémoires sont encore mal compris. Pour comprendre le rôle de la molécule de costimulation 4-1BB dans le maintien des lymphocytes T CD8 mémoires, nous avons émis l’hypothèse que l’état de phosphorylation de la protéine adaptatrice TRAF1, qui se lie à 4-1BB, module le maintien des lymphocytes T CD8 mémoires. Ainsi, nous avons montré par des expériences de spectrométrie de masse que TRAF1 s’associe préférentiellement à TBK1 lorsqu’elle n’est pas phosphorylée. Nous avons aussi montré que la présence de TRAF1 est requise pour stabiliser TBK1 au récepteur 4-1BB après stimulation des lymphocytes T. Par ailleurs, les lymphocytes T CD8 OT-I TRAF1-/- reconstituées avec un mutant phospho-déficient de TRAF1 (S139A) et ensuite différenciées en lymphocytes T mémoires in vitro induisent une activation de la voie de signalisation NF-ĸB contrairement à ceux exprimant la forme phospho-mimétique de TRAF1 (S139D). Ces premières études démontrent l’importance de l’état de phosphorylation de TRAF1 en aval de 4-1BB dans les cellules T. Dans la seconde partie, nous avons évalué le rôle d’un autre corécepteur; la neuropiline 1, dans la maturation des DC. A cet effet, nous avons émis l’hypothèse que l’interaction de la neuropiline 1 et ses ligands contribuerait à la fonction des DC. Nous avons démontré que l’absence de la neuropiline 1 n’a pas d’effet sur la maturation au LPS des DC. Cependant, la présence du VEGF (un ligand de Nrp-1) inhibe la maturation des DC dérivées de la moelle osseuse. Notre étude a démontré que VEGF inhibe l’expression des molécules de costimulation, la sécrétion des cytokines pro inflammatoires et la signalisation TLR4 principalement les voies MAP Kinase et NF-ĸB. Contrairement aux résultats avec les cellules WT, VEGF n’est pas capable d’affecter la maturation, la sécrétion des cytokines et la signalisation TLR4 des DC Nrp1-Lyz où la neuropiline 1 est délétée. Ainsi, nos résultats ont démontré que VEGF inhibe la maturation des DC de façon Nrp1-dépendante. Enfin, l’analyse des molécules partenaires de la neuropiline 1 montre que Nrp1, VEGF et TLR4 se retrouvent dans le même complexe. Nos résultats démontrent que VEGF, en présence de la neuropiline 1 est capable d’interagir avec TLR4 pour inhiber la maturation des DC. Toutefois, en absence de la neuropiline1, VEGF n’est pas capable de recruter TLR4 pour réduire l’expression des molécules de costimulation. Ces études sur les corécepteurs pourraient être importantes dans l’élaboration de nouvelles approches vaccinales.

Rôles de deux corécepteurs impliqués dans le maintien des cellules T mémoires CD8+ et la maturation des cellules dendritiques

La reconnaissance d’un antigène présenté par les cellules présentatrices d’antigène induit la prolifération et la différenciation des lymphocytes T naïfs en lymphocytes T effecteurs et mémoires. Cette reconnaissance se fait par l’interaction du récepteur des cellules T (TCR) des lymphocytes T et le complexe CMH-peptide présent à la surface des DC. Cependant, des signaux additionnels sont requis, une meilleure activation des lymphocytes T implique des corécepteurs présents à la surface de ces deux types cellulaires. Après l’élimination de l’antigène, la plupart des lymphocytes T effecteurs vont mourir. Une petite population de lymphocytes T va persister pour se différencier en lymphocytes T mémoires capables de protéger l’organisme contre une réinfection. Les signaux qui contrôlent le maintien des lymphocytes T mémoires sont encore mal compris. Pour comprendre le rôle de la molécule de costimulation 4-1BB dans le maintien des lymphocytes T CD8 mémoires, nous avons émis l’hypothèse que l’état de phosphorylation de la protéine adaptatrice TRAF1, qui se lie à 4-1BB, module le maintien des lymphocytes T CD8 mémoires. Ainsi, nous avons montré par des expériences de spectrométrie de masse que TRAF1 s’associe préférentiellement à TBK1 lorsqu’elle n’est pas phosphorylée. Nous avons aussi montré que la présence de TRAF1 est requise pour stabiliser TBK1 au récepteur 4-1BB après stimulation des lymphocytes T. Par ailleurs, les lymphocytes T CD8 OT-I TRAF1-/- reconstituées avec un mutant phospho-déficient de TRAF1 (S139A) et ensuite différenciées en lymphocytes T mémoires in vitro induisent une activation de la voie de signalisation NF-ĸB contrairement à ceux exprimant la forme phospho-mimétique de TRAF1 (S139D). Ces premières études démontrent l’importance de l’état de phosphorylation de TRAF1 en aval de 4-1BB dans les cellules T. Dans la seconde partie, nous avons évalué le rôle d’un autre corécepteur; la neuropiline 1, dans la maturation des DC. A cet effet, nous avons émis l’hypothèse que l’interaction de la neuropiline 1 et ses ligands contribuerait à la fonction des DC. Nous avons démontré que l’absence de la neuropiline 1 n’a pas d’effet sur la maturation au LPS des DC. Cependant, la présence du VEGF (un ligand de Nrp-1) inhibe la maturation des DC dérivées de la moelle osseuse. Notre étude a démontré que VEGF inhibe l’expression des molécules de costimulation, la sécrétion des cytokines pro inflammatoires et la signalisation TLR4 principalement les voies MAP Kinase et NF-ĸB. Contrairement aux résultats avec les cellules WT, VEGF n’est pas capable d’affecter la maturation, la sécrétion des cytokines et la signalisation TLR4 des DC Nrp1-Lyz où la neuropiline 1 est délétée. Ainsi, nos résultats ont démontré que VEGF inhibe la maturation des DC de façon Nrp1-dépendante. Enfin, l’analyse des molécules partenaires de la neuropiline 1 montre que Nrp1, VEGF et TLR4 se retrouvent dans le même complexe. Nos résultats démontrent que VEGF, en présence de la neuropiline 1 est capable d’interagir avec TLR4 pour inhiber la maturation des DC. Toutefois, en absence de la neuropiline1, VEGF n’est pas capable de recruter TLR4 pour réduire l’expression des molécules de costimulation. Ces études sur les corécepteurs pourraient être importantes dans l’élaboration de nouvelles approches vaccinales.