[Truncated abstract] There is limited intrinsic potential for repair in the adult human central nervous system (CNS). Dysfunction resulting from CNS injury is persistent and requires prolonged medical treatment and rehabilitation. The retina and optic nerve are CNSderived, and adult retinal ganglion cells (RGCs) and their axons are often used as a model in which to study the mechanisms associated with injury, neuroprotection and regeneration. In this study I investigated the effects of a variety of strategies on promoting RGC survival and axonal regeneration after optic nerve injury, including the use of reconstructed chimeric peripheral nerve (PN) grafts, gene therapy, and intraocular application of pharmacological agents and other factors . . . C3 transferase is an enzyme derived from Clostridium botulinum that inactivates Rho GTPase. Because SC myelin contains MAG and PN also contains CSPGs, I tested the effects of intraocular injection of a modified form of C3 (C3-11), provided by Dr Lisa McKerracher (CONFIDENTIAL data, under IP agreement with Bioaxone Therapeutic, Montreal) on RGC axonal regeneration into PN autografts. My results showed that there was significantly more RGC survival and axonal regeneration in PN autografts after repeated intraocular injection of C3. I also tested whether intraocular injections of CPT-cAMP and/or CNTF can act in concert with the C3 to further increase RGC survival and/or regeneration. Results showed that the effect of C3 and CPT-cAMP plus CNTF were synergistic and partially additive. The use of combination therapies therefore offers the best hope for robust and substantial regeneration. The overall results from my PhD project will help determine how best to reconstruct nerve pathways and use pharmacological interventions in the clinical treatment of CNS injury, hopefully leading to improved functional outcomes after neurotrauma.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’interleukine 6 (IL-6) est une cytokine qui joue un rôle essentiel dans l’inflammation. Son récepteur (IL-6R) est composé de la chaîne non signalétique IL-6Rα et de la chaîne transductrice du signal gp130, commune aux cytokines de la famille IL-6. La liaison de l’IL-6 à son récepteur permet l’activation de plusieurs voies de signalisation, notamment des voies Jak/STAT1 et préférentiellement Jak/STAT3. De façon complémentaire, nous avons démontré que l’IL-6 est capable d’activer la voie Jak/STAT5 dans les lymphocytes T CD4. L’activation de cette voie de signalisation pourrait être impliquée dans le rétrocontrôle des effets pro-inflammatoires de l’IL-6 sur les cellules T CD4. Le facteur neurotrophique ciliaire (CNTF) et la « cardiotrophin-like cytokine/cytokine-like factor 1 » (CLC/CLF) sont deux cytokines de la famille de l’IL-6 qui signalent à travers un récepteur commun, le récepteur au CNTF (CNTFR), composé du CNTFRα, « leukaemia inhibitory factor receptor β » (LIFRβ) et gp130. Toutes deux exercent des actions au niveau du système immunitaire, or la chaîne CNTFRα de leur récepteur n’y est pas exprimée. Il a été montré que le CNTFR humain peut également activer un récepteur formé des sous-unités IL-6Rα, LIFRβ et gp130. Nous avons comparé les effets du CNTF et du CLC/CLF de souris sur des transfectants exprimant LIFRβ et gp130 et les chaines α connues de la famille IL-6 (IL-6Rα, IL-11Rβ et CNTFRα). Nos résultats indiquent que le CNTF de souris, comme le CNTF humain est capable d’activer un récepteur formé de l’IL-6Rα, LIFRβ et gp130. Toutefois cette propriété n’est pas partagée par CLC/CLF et le récepteur impliqué dans les effets de cette cytokine sur le système immunitaire reste donc à identifier. L’IL-27 appartient à la famille de l’IL-6 composée d’une sous-unité cytokinique, p28, associée à un récepteur soluble « l’Epstein-Barr virus-induced gene 3» (EBI3). La sous-unité p28 peut s’associer avec le récepteur soluble CLF pour former une cytokine capable d’activer les lymphocytes T. Dans le but de caractériser cette cytokine, nous avons montré que p28/CLF agit aussi sur les lymphocytes B et permet leur différenciation en plasmocytes. Le partage de l’IL-6R par l’IL-6 et p28/CLF semble être à l’origine de la similarité des effets de ces deux cytokines. De plus, nous avons observé des effets semblables à ceux de l’IL-6 suite à l’association de la sous-unité p28 seule avec la chaîne IL-6Rα. En effet, afin de mieux caractériser la cytokine p28/CLF, nous avons étudié les effets dus au recrutement de la chaîne IL-6Rα par la sous-unité p28. Les cytokines de la famille de l’IL-6 sont composées de quatre hélices α disposées de façon anti-parallèle deux à deux. La sous-unité p28 possède, au niveau d’une boucle reliant deux hélices α, un motif de plusieurs acides glutamiques consécutifs (motif polyE) qui n’est retrouvé dans aucune autre cytokine de cette famille. Nous avons démontré que ce motif est impliqué dans la liaison de cette sous-unité avec l’hydroxyapatite et l’os. Cette caractéristique de p28 pourrait permettre un ciblage de l’IL-27 (p28/EBI3) et de p28/CLF préférentiellement vers la niche endostéale des cellules souches et des cellules immunitaires. / Interleukin 6 (IL-6) is a well known cytokine, characterized for its essential function in inflammation. IL-6 receptor (IL-6R) is composed of IL-6Rα, an unsignalling chain, associated with the signaling transducing chain gp130. This glycoprotein is shared by all IL-6 family cytokines. After binding with its receptor, IL-6 preferentially induces the activation of the Jak/STAT3 pathway but can also activate the Jak/STAT1 pathway. Unexpectedly we demonstrated that IL-6 can activate the Jak/STAT5 pathway in CD4 T cells. This STAT5 could act as negative feedback mechanism in response to the pro-inflammatory effects induced by an excess of IL-6. Ciliary neurotrophic factor (CNTF) and cardiotrophin-like cytokine (CLC/CLF) both belong to the IL-6 cytokine family and share the same receptor, the CNTF receptor (CNTFR). CNTFR is composed of CNTFRα, leukaemia inhibitory factor receptor β (LIFRβ) and the glycoprotein gp130. Interestingly, the CNTFRα chain is not expressed by immune cells even though CNTF and CLC/CLF are active on these cells. These effects can be due to the formation of a complex between cytokine and CNTFRα, which can be shedded. This complex can then activate cells expressing only gp130 and LIFRβ. In human, it has been demonstrated that the CNTFRα chain can be substitute with IL-6Rα. Here, we compare mouse CNTF- and CLC/CLF-induced effects in transfected cells expressing LIFRβ, gp130 and different α chains belonging to the IL-6 family (IL-6Rα, IL-11Rα or CNTFRα). Our data demonstrate that like human CNTF, mouse CNTF is able to activate a receptor comprising of IL-6Rα, gp130 and LIFRβ. However, this property is not shared with CLC/CLF. Therefore, second receptor for this cytokine within the immune system still remains to be identify. Interleukin 27 (IL-27) belongs to the IL-6 cytokine family and is composed of the cytokine subunit p28 associated with a soluble receptor chain Epstein-Barr virus-induced gene 3 (EBI3). We demonstrate that the p28 subunit can bind the soluble receptor CLF to form a new dimeric cytokine named p28/CLF. This cytokine is active on T cells and our study demonstrates its activity on B cells. Our results show that p28/CLF sustains plasma cell differentiation. Those IL-6-like properties can be explained by the use of a common receptor, IL-6R. Moreover, our findings demonstrate that p28 has IL-6-like properties when associated with IL-6Rα. In order to better characterize p28/CLF, we next studied effects of to the recruitment of the IL-6Rα chain by p28 subunit. Cytokines belonging to the IL-6 family share a structural particularity by forming a four helix bundle cytokines family. The p28 subunit uniquely expresses a motif composed of a dozen of glutamic acids (polyE motif). We demonstrate that this motif permits p28 binding to hydroxyapatite and bone matrix. This observation could allow a preferential targeting to bone of IL-27 (p28/EBI3) and p28/CLF, and specifically a targeting of stem or immune cells to endosteal niches.

L’interleukine 6 (IL-6) est une cytokine qui joue un rôle essentiel dans l’inflammation. Son récepteur (IL-6R) est composé de la chaîne non signalétique IL-6Rα et de la chaîne transductrice du signal gp130, commune aux cytokines de la famille IL-6. La liaison de l’IL-6 à son récepteur permet l’activation de plusieurs voies de signalisation, notamment des voies Jak/STAT1 et préférentiellement Jak/STAT3. De façon complémentaire, nous avons démontré que l’IL-6 est capable d’activer la voie Jak/STAT5 dans les lymphocytes T CD4. L’activation de cette voie de signalisation pourrait être impliquée dans le rétrocontrôle des effets pro-inflammatoires de l’IL-6 sur les cellules T CD4. Le facteur neurotrophique ciliaire (CNTF) et la « cardiotrophin-like cytokine/cytokine-like factor 1 » (CLC/CLF) sont deux cytokines de la famille de l’IL-6 qui signalent à travers un récepteur commun, le récepteur au CNTF (CNTFR), composé du CNTFRα, « leukaemia inhibitory factor receptor β » (LIFRβ) et gp130. Toutes deux exercent des actions au niveau du système immunitaire, or la chaîne CNTFRα de leur récepteur n’y est pas exprimée. Il a été montré que le CNTFR humain peut également activer un récepteur formé des sous-unités IL-6Rα, LIFRβ et gp130. Nous avons comparé les effets du CNTF et du CLC/CLF de souris sur des transfectants exprimant LIFRβ et gp130 et les chaines α connues de la famille IL-6 (IL-6Rα, IL-11Rβ et CNTFRα). Nos résultats indiquent que le CNTF de souris, comme le CNTF humain est capable d’activer un récepteur formé de l’IL-6Rα, LIFRβ et gp130. Toutefois cette propriété n’est pas partagée par CLC/CLF et le récepteur impliqué dans les effets de cette cytokine sur le système immunitaire reste donc à identifier. L’IL-27 appartient à la famille de l’IL-6 composée d’une sous-unité cytokinique, p28, associée à un récepteur soluble « l’Epstein-Barr virus-induced gene 3» (EBI3). La sous-unité p28 peut s’associer avec le récepteur soluble CLF pour former une cytokine capable d’activer les lymphocytes T. Dans le but de caractériser cette cytokine, nous avons montré que p28/CLF agit aussi sur les lymphocytes B et permet leur différenciation en plasmocytes. Le partage de l’IL-6R par l’IL-6 et p28/CLF semble être à l’origine de la similarité des effets de ces deux cytokines. De plus, nous avons observé des effets semblables à ceux de l’IL-6 suite à l’association de la sous-unité p28 seule avec la chaîne IL-6Rα. En effet, afin de mieux caractériser la cytokine p28/CLF, nous avons étudié les effets dus au recrutement de la chaîne IL-6Rα par la sous-unité p28. Les cytokines de la famille de l’IL-6 sont composées de quatre hélices α disposées de façon anti-parallèle deux à deux. La sous-unité p28 possède, au niveau d’une boucle reliant deux hélices α, un motif de plusieurs acides glutamiques consécutifs (motif polyE) qui n’est retrouvé dans aucune autre cytokine de cette famille. Nous avons démontré que ce motif est impliqué dans la liaison de cette sous-unité avec l’hydroxyapatite et l’os. Cette caractéristique de p28 pourrait permettre un ciblage de l’IL-27 (p28/EBI3) et de p28/CLF préférentiellement vers la niche endostéale des cellules souches et des cellules immunitaires. / Interleukin 6 (IL-6) is a well known cytokine, characterized for its essential function in inflammation. IL-6 receptor (IL-6R) is composed of IL-6Rα, an unsignalling chain, associated with the signaling transducing chain gp130. This glycoprotein is shared by all IL-6 family cytokines. After binding with its receptor, IL-6 preferentially induces the activation of the Jak/STAT3 pathway but can also activate the Jak/STAT1 pathway. Unexpectedly we demonstrated that IL-6 can activate the Jak/STAT5 pathway in CD4 T cells. This STAT5 could act as negative feedback mechanism in response to the pro-inflammatory effects induced by an excess of IL-6. Ciliary neurotrophic factor (CNTF) and cardiotrophin-like cytokine (CLC/CLF) both belong to the IL-6 cytokine family and share the same receptor, the CNTF receptor (CNTFR). CNTFR is composed of CNTFRα, leukaemia inhibitory factor receptor β (LIFRβ) and the glycoprotein gp130. Interestingly, the CNTFRα chain is not expressed by immune cells even though CNTF and CLC/CLF are active on these cells. These effects can be due to the formation of a complex between cytokine and CNTFRα, which can be shedded. This complex can then activate cells expressing only gp130 and LIFRβ. In human, it has been demonstrated that the CNTFRα chain can be substitute with IL-6Rα. Here, we compare mouse CNTF- and CLC/CLF-induced effects in transfected cells expressing LIFRβ, gp130 and different α chains belonging to the IL-6 family (IL-6Rα, IL-11Rα or CNTFRα). Our data demonstrate that like human CNTF, mouse CNTF is able to activate a receptor comprising of IL-6Rα, gp130 and LIFRβ. However, this property is not shared with CLC/CLF. Therefore, second receptor for this cytokine within the immune system still remains to be identify. Interleukin 27 (IL-27) belongs to the IL-6 cytokine family and is composed of the cytokine subunit p28 associated with a soluble receptor chain Epstein-Barr virus-induced gene 3 (EBI3). We demonstrate that the p28 subunit can bind the soluble receptor CLF to form a new dimeric cytokine named p28/CLF. This cytokine is active on T cells and our study demonstrates its activity on B cells. Our results show that p28/CLF sustains plasma cell differentiation. Those IL-6-like properties can be explained by the use of a common receptor, IL-6R. Moreover, our findings demonstrate that p28 has IL-6-like properties when associated with IL-6Rα. In order to better characterize p28/CLF, we next studied effects of to the recruitment of the IL-6Rα chain by p28 subunit. Cytokines belonging to the IL-6 family share a structural particularity by forming a four helix bundle cytokines family. The p28 subunit uniquely expresses a motif composed of a dozen of glutamic acids (polyE motif). We demonstrate that this motif permits p28 binding to hydroxyapatite and bone matrix. This observation could allow a preferential targeting to bone of IL-27 (p28/EBI3) and p28/CLF, and specifically a targeting of stem or immune cells to endosteal niches.

Ciliary neurotrophic factor (CNTF) is produced by astrocytes which have been implicated in regulating stress responses. We found that CNTF in the medial amygdala (MeA) promotes despair or passive coping, i.e., immobility in an acute forced swim stress, in female mice, while having no effect in males. Neutralizing CNTF antibody injected into the MeA of wildtype females reduced activation of downstream STAT3 (Y705) 24 and 48 h later. In concert, the antibody reduced immobility in the swim test in females and only after MeA injection, but not when injected in the central or basolateral amygdala. Antibody injected into the male MeA did not affect immobility. These data reveal a unique role of CNTF in female MeA in promoting despair or passive coping behavior. Moreover, 4 weeks of chronic unpredictable stress (CUS) increased immobility in the swim test and reduced sucrose preference in wildtype CNTF+/+, but not CNTF-/- littermate, females. Following CUS, 10 min of restraint stress increased plasma corticosterone levels only in CNTF+/+ females. In males, the CUS effects were present in both genotypes. Further, CUS increased CNTF expression in the MeA of female, but not male, mice. CUS did not alter CNTF in the female hippocampus, hypothalamus and bed nucleus of stria terminalis. This suggests that MeA CNTF has a female-specific role in promoting CUS-induced despair or passive coping, behavioral anhedonia and neuroendocrine responses. Compared to CNTF+/+ mice, CNTF-/- mice did not show differences in CUS-induced anxiety-like behavior and sensorimotor gating function as measured by elevated T-Maze, open field and pre-pulse inhibition of the acoustic startle response. Together, this study reveals a novel CNTF-mediated female-specific mechanism in stress responses and points to opportunities for developing treatments for stress-related disorders in women.