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Background: Epidemiology, clinical trials and meta-analysis studies have established that Hyperhomocysteinemia (HHcy) is an independent risk factor for stroke. However, the exact molecular mechanism underlying the HHcy-induced risk of stroke is unclear. Our study aims to investigate the role of HHcy in stroke. Methods and results: We established a mice mode of focal ischemic stroke, termed transient Middle Cerebral Artery Occlusion (tMCAO) and conducted surgery on a mice model of HHcy (plasma homocysteine level ~150μM), in which a Zn2+ inducible human cystathionine β-synthase (CBS) transgene was introduced to circumvent the neonatal lethality of the CBS gene deficiency (Tg-hCBS Cbs-/- mice). Fourteen-week-old male mice were used in the experiment. A student’s t-test was used for the evaluation of the statistical significance between the two groups. For the comparison across multiple groups, one-way ANOVA was used. We found that HHcy 1) increased the infarction volume from 42.3 ± 4.9 mm / Pharmacology

Patients with chronic kidney disease (CKD) develop hyperhomocysteinemia (HHcy), have increased inflammatory monocytes (MC) and 10-times higher cardiovascular mortality than the general population. Here, we investigated HHcy-related MC differentiation in CKD. Twenty seven CKD and CVD, and 14 healthy subjects were recruited. CD40 was selected as a CKD-induced MC activation marker by mining for CKD-MC-mRNA screen database. We found that CD14++CD16+ MC, often denoted as inflammatory subset, soluble CD40 ligand (sCD40L), and TNFα/IL-6 levels were augmented in CVD and CKD subjects. CD40hiCD14++CD16+ MC, plasma homocysteine (Hcy) and S-adenosylhomocysteine (SAH) levels were increased in CVD and further elevated in CKD subjects. In cultured human peripheral blood mononuclear cells, CKD patient serum, Hcy, CD40L and TNFα/IL-6 induced CD40hiCD14++CD16+ MC differentiation, which was prevented by Hcy-lowering folic acid and neutralizing antibodies against TNFα and IL-6. Interestingly, CD14++CD16+ and CD40hiCD14++CD16+ MCs were negatively correlated with plasma S-adenosylmethionine/SAH (SAM/SAH) ratios, an indicator of methylation status, in CKD and CVD subjects. In white blood cells (WBC) isolated from CKD and CVD subjects with lower SAM/SAH ratios, hypomethylation was identified on the CG pair of NFκB consensus element in the core promoter located at the CpG island of CD40 gene by DNA methylation mapping using bisulfite converting pyrosequencing. Moreover, Hcy inhibited DNA methyltransferase-1 activity in cultured human blood MC. In conclusion, HHcy induces CD14++CD16+ and CD40hiCD14++CD16+ MC differentiation, at least in part, via sCD40L induction and CD40 DNA hypomethylation in CKD and CVD subjects. To study the role of CD40 in the development of kidney pathology and vascular disease, we then established mouse model of CKD-induced CVD (5/6 nephrectomy CKD model plus left carotid artery ligation) in CD40-/- mice. Bone marrow (BM)-derived cells were traced by the transplantation of BM cells from enhanced green fluorescent protein (EGFP) transgenic CD40+/+ mice after sublethal irradiation of the recipient CD40-/- mice. We demonstrated here that CKD accelerated carotid artery atherosclerosis, exacerbated metabolism, increased spleen weight and circulating CD40+ inflammatory MC, and further increased differentiation of mononuclear phagocytic cells (MPC); CD11b+F4/80- MC, CD11b+F4/80+ macrophage (Mϕ) and CD11c+CD11b+F4/80+ bone marrow-derived dendritic cell in the kidney and aorta, which were abolished by CD40-/- mice. We also found that CKD kidney elevated CD40 expression and induced MC chemotactic signals; CCL2, CCL12, and CCL5 chemokines, which were abolished in CD40-/- mice. In conclusion, our results suggest that CD40 induction in the chronic kidney disease mediates kidney chemokine production, which in turn contributes to acceleration of myeloid cell infiltration, MPC differentiation, and carotid artery atherosclerosis. / Pharmacology

Le suivi des changements dans les populations de cellules immunitaires tels que les lymphocytes, monocytes et cellules dendritiques (DC) au cours de maladies infectieuses comme le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) chez l’homme ou son équivalent chez le singe (VIS) est crucial. Grâce aux récentes avancées technologiques en cytométrie en flux, il est maintenant possible de mesurer et d’analyser simultanément jusqu'à 14 paramètres individuels à l’échelon cellulaire. L'objectif de ce travail consiste en la mise au point de 2 panels multicouleurs de 12 anticorps permettant d'analyser simultanément les principales populations de cellules immunitaires, respectivement chez l’humain et le macaque rhésus. Au terme de ce travail, il est maintenant possible de mesurer précisément tous les principaux acteurs du système immunitaire, à savoir les lymphocytes T CD4+ et T CD8+, les lymphocytes B, les cellules NK et NKT, les sous-populations de monocytes, et toutes les sous-populations de cellules dendritiques connues à ce jour, en utilisant une approche multiparamétrique de cytométrie en flux. Ce protocole d’analyse est réalisé sur du sang total, il est rapide, il n’implique pas de technique d’isolation cellulaire, et requiert une quantité minimum de sang. De plus, l’analyse de chaque population cellulaire est plus précise grâce à une contamination minimum entre les populations séparées. L’intérêt de ce travail est d’étudier les interactions entre les différentes populations de cellules immunitaires durant l’infection par VIH chez l’homme, ou VIS chez le singe ou potentiellement d‘autres maladies, et en particulier de mieux comprendre le rôle important que les cellules dendritiques jouent dans la progression de ces maladies. / Monitoring changes in immune cell populations such as lymphocytes, monocytes and dendritic cells (DC) during infectious diseases like human immunodeficiency virus (HIV) or its counterpart in rhesus monkeys (SIV) is crucial. Thanks to recent technological advances in flow cytometry, it is now possible to measure and analyze simultaneously up to 14 individual parameters at the single cell level.The goal of this work is to develop 2 multicolor flow cytometry panels comprising of 12 antibodies, allowing measuring simultaneously the main immune cells population, respectively in humans and rhesus monkeys. After 2 years of development and optimization, we can now measure precisely all the main actors of the immune system, that is CD4+ and CD8+ T lymphocytes, B lymphocytes, NK and NKT cells, the 3 monocyte subsets, and all the dendritic cell subsets known today, by using a multicolor flow cytometry approach. This assay is done on whole blood, it is rapid to do, it does not involve a cell isolation technique, and it requires only a minimum amount of blood. Moreover, the analysis of each population is much more precise because of a minimum contamination between different cell populations. The advantage of this work is to study interactions between different cell populations of immune cells during HIV infection in humans, or SIV infection in monkeys, or potentially other diseases, and in particular to better understand the important role that dendritic cells might play in disease progression.

CSF-1R (colony-stimulating factor 1 receptor) est un récepteur transmembranaire à activité tyrosine kinase exprimé à la surface des monocytes, des macrophages et de leurs progéniteurs. Son ligand, CSF-1, oriente les cellules souches hématopoïétiques vers le lignage myéloïde et permet la différenciation des monocytes en macrophages. Une localisation nucléaire de CSF-1R a été décrite dans certaines lignées tumorales, dans des tumeurs mammaires primitives et dans les macrophages murins. Dans le noyau de ces cellules, CSF-1R régulerait la phosphorylation de protéines nucléaires et l'expression de gènes de la prolifération. Nous avons identifié une localisation nucléaire de CSF-1R dans les monocytes primaires humains par différentes approches et différents anticorps. La forme nucléaire de CSF-1R correspond à la protéine entière monomérique qui est transportée depuis la membrane plasmique vers le noyau, de manière rétrograde, après activation par son ligand et avec celui-ci. L'utilisation d'inhibiteurs de l'activité kinase de CSF-1R diminue la quantité de récepteur dans le noyau. En revanche le blocage des mécanismes d'export nucléaire dépendant de CRM1 par la leptomycine B conduit à l'accumulation de la protéine dans ce compartiment. Dans les monocytes, CSF-1R est localisé sur la chromatine, dans les régions intergéniques et introniques et colocalise avec la marque H3K4me1 présente au niveau des enhancers activés. CSF-1R est situé à proximité de gènes régulant la morphogénèse, le développement du système nerveux, l'ossification et la différenciation cellulaire. Le récepteur est présent sur le promoteur du gène PU.1, facteur de transcription clé dans la différenciation myéloïde et la génération des monocytes, ainsi que sur des gènes impliqués dans la différenciation, la polarisation, la survie et les fonctions des macrophages. Au niveau de la chromatine, CSF-1R interagit avec des facteurs de transcription comme EGR1 sur lequel il exerce un effet co-répresseur. Cette localisation nucléaire de CSF-1R est conservée lorsque les monocytes se différencient en macrophages en réponse à CSF-1. CSF-1R nucléaire est alors relocalisé vers les régions promotrices et exoniques où il colocalise avec la marque H3K4me3. Il est présent à proximité de gènes régulant la vascularisation, la phagocytose, le métabolisme, la réponse au stress et à l'hypoxie. Il interagit avec les facteurs de transcription ELK1 et YY1, et joue un rôle de co-activateur. Lorsque les monocytes sont différenciés en macrophages par une autre cytokine, le GM-CSF, CSF-1R reste dans le noyau des cellules mais sa localisation sur la chromatine et ses interacteurs diffèrent de ceux des monocytes et des macrophages générés par CSF-1, démontrant un régulation différentielle de CSF-1R nucléaire selon le stade de différenciation et les signaux environnementaux. Dans des monocytes de patients atteints de leucémie myélomonocytaire chronique, l’expression, la localisation sur l’ADN et les interacteurs de CSF-1R sont modifiés, indiquant une dérégulation des fonctions nucléaires du récepteur en condition pathologique. CSF-1R est donc localisé dans le noyau des monocytes et des macrophages où il exerce un rôle de régulation de l'expression des gènes dont PU.1. Des résultats préliminaires suggèrent une localisation nucléaire du récepteur dans certaines populations de progéniteurs myéloïdes où il pourrait participer à la regulation de la différenciation. De nombreux inhibiteurs de CSF-1R sont en développement afin de cibler les macrophages infiltrant les tumeurs. Nos résultats démontrent que certains inhibiteurs ont la capacité de cibler la forme membranaire et la forme nucléaire du récepteur et donc d'inhiber l'ensemble des activités de CSF-1R dans les cellules, renforçant l'activité potentielle de ces traitements. / CSF-1R (colony-stimulating factor 1 receptor) is a transmembrane receptor with a tyrosine kinase activity. It is expressed at the cell surface of monocytes, macrophages and their progenitors. Its ligand, CSF-1, has an instructive role on hematopoietic stem cells to direct their differentiation into the myeloid lineage. CSF-1R is also able to differentiate monocytes into macrophages. A nuclear location was described for CSF-1R in cancer cell lines, primary breast tumors and murine macrophages. In the cell nucleus, CSF-1R was suggested to regulate nuclear protein phosphorylation and gene expression. We demonstrate that a small part of CSF-1R is in the nucleus of primary human monocytes, using different antibodies and technical approaches. Nuclear CSF-1R corresponds to full length monomeric receptor. After activation by its ligand, CSF-1R is translocated form cell surface to the nucleus through a retrograde transport, together with CSF-1. Kinase activity inhibitors impaired this process while inhibitors of CRM1-dependant nuclear export (leptomycin B) can revert this effect. In monocytes, CSF-1R is localized on chromatin, mainly on intergenic and intronic regions. It colocalizes with H3K4me1 mark which signs active enhancers. The receptor is present around genes involved in morphogenesis, nervous system development, ossification and cell differentiation. CSF-1R is also located on PU.1 promoter, which is a master transcription factor involved in myeloid and monocyte differentiation. CSF- 1R is also present on genes implicated in macrophage functions, differentiation, polarization and survival. At the chromatin level, CSF-1R interacts with different transcription factors like EGR1 and exerts a co-repressive role to decrease or limit gene expression. CSF-1R nuclear localization persists in macrophages generated by exposure of monocytes to CSF-1. It entails CSF-1R relocalization on promoter-TSS and exonic regions where it colocalizes with H3K4me3 mark. The receptor is close to genes regulating vascularization, phagocytosis, metabolism, stress and hypoxia responses. CSF-1R interacts with ELK1 and YY1 to promote macrophage functions. When monocytes are differentiated into macrophages with GM-CSF, CSF-1R also remains in the nucleus. However, its chromatin localization and interactions change compared to monocytes and CSF-1 differentiated macrophages. This indicates that nuclear CSF-1R is differentially regulated, depending on the cytokine that triggers cell differentiation. In monocytes from chronic myelomonocytic leukemia, CSF-1R expression, chromatin localization and interactors are modified, indicating a deregulated CSF-1R nuclear function under pathological state. Altogether, we showed that CSF-1R is localized in the nucleus of human monocytes and macrophages where it regulates gene expression including PU.1. Preliminary results suggest CSF-1R nuclear location in myeloid progenitor subsets where the receptor could directly regulate the expression of myeloid differentiation genes. Targeting CSF-1R is currently tested as a therapeutic strategy to impair tumor infiltrating macrophages. Our results show that CSF-1R inhibitors are able to target both membrane and nuclear forms and thus to inhibit all CSF-1R activities in the cells, enhancing the potential therapeutic effects of these molecules.

Depuis quelques décennies, le syndrome d'immunodéficience acquise a causé la mort de millions de personnes. La recherche des dernières années a permis de caractériser l'agent causal, le virus de l'immunodéficience humaine, d'identifier des cibles thérapeutiques ainsi que de développer des drogues permettant de contrôler la réplication de ce virus. Toutefois, nous constatons l'émergence de souches virales résistantes à un ou plusieurs des médicaments disponibles. De plus, bien qu'elle permette de bien contrôler la réplication du virus, la thérapie actuelle ne permet pas son éradication et il n'existe aucun vaccin efficace pour la prévention de l'infection. Le virus persiste ainsi dans certaines cellules infectées, lesquelles formeront un réservoir viral. Les monocytes représentent une population cellulaire favorable à la formation d'un tel réservoir viral. Leur dissémination et leur accumulation dans les ganglions lymphatiques constitueraient une étape critique dans la persistance du virus. Les mécanismes menant à la migration des monocytes vers les ganglions lymphatiques sont actuellement méconnus. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse avaient pour objectif de mieux comprendre les évènements immunologiques et moléculaires contrôlant la migration des monocytes vers les ganglions lymphatiques. Dans un premier temps, nous avons démontré le rôle de la prostaglandine E[indice inférieur 2], une cytokine produite massivement au cours de l'infection, dans le contrôle de l'expression du récepteur de chimiokine CCR7 chez les monocytes. Ce récepteur est responsable de la migration des leucocytes vers les ganglions lymphatiques sous l'action chimiotactique des chimiokines CCL19 et CCL21. Nous avons démontré qu'une exposition des monocytes à la prostaglandine E[indice inférieur 2] entraînait une augmentation de leur migration vers ces chimiokines. Nous avons caractérisé les voies de signalisation intracellulaire activées par la prostaglandine E[indice inférieur 2] menant à l'expression de CCR7 chez les monocytes. Nous avons ainsi établi que la synthèse d'AMPc résultant de l'activation des récepteurs EP[indice inférieur 2] et EP[indice inférieur 4] entraînait l'expression de CCR7 chez les monocytes. Nous avons ensuite démontré l'implication des kinases PKA, ERK et p38 dans ce processus. Dans un second temps, nous avons vérifié l'effet de l'infection par le virus de l'immunodéficience humaine sur l'expression et la fonctionnalité du récepteur CCR7 chez les monocytes exposés à la prostaglandine E[indice inférieur 2]. Notre modèle expérimental démontre que l'exposition des monocytes au virus de l'immunodéficience humaine diminue le niveau de surface ainsi que la fonctionnalité du récepteur CCR7. Toutefois, la prostaglandine E[indice inférieur 2] augmente l'expression de CCR7 à la surface des monocytes exposés au virus, ce qui résulte en une augmentation de la sensibilité des monocytes pour la chimiokine CCL19. Nos résultats suggèrent que lors de la transmission mucosale du virus de l'immunodéficience humaine, l'exposition des monocytes au virus ainsi qu'à la prostaglandine E[indice inférieur 2] pourrait favoriser la dissémination du virus vers les ganglions lymphatiques. Une meilleure compréhension de la pathogenèse du virus ainsi que des mécanismes menant à la dissémination virale pourrait conduire à l'amélioration de l'approche thérapeutique actuelle.

Abdominal aortic aneurysm (AAA) disease involves a dilation of the aorta below the renal arteries. If the aneurysm becomes sufficiently dilated and tissue strength is less than vascular pressure, rupture of the aorta occurs entailing a high mortality rate. Despite improvements in surgical technique, the mortality rate for emergency repair remains high and so an accurate predictor of rupture risk is required. Inflammation and the associated recruitment of monocytes into the aortic wall are critical in the pathology of AAA disease, stimulating the degradation and remodeling of the vessel wall. Areas with high concentrations of macrophages may experience an increase in tissue degradation and therefore an increased risk of rupture. Determining the magnitude and distribution of monocyte recruitment can help us understand the pathology of AAA disease and add spatial accuracy to the existing rupture risk prediction models. In this study finite element computational fluid dynamics simulations of AAA haemodynamics are seeded with monocytes to elucidate patterns of cell deposition and probability of recruitment. Haemodynamics are first simulated in simplified AAA geometries of varying diameters with a patient averaged flow waveform inlet boundary condition. This allows a comparison with previous experimental investigations as well as determining trends in monocyte adhesion with aneurysm progression. Previous experimental investigations show a transition to turbulent flow occurring during the deceleration phase of the cardiac cycle. There has thus far been no investigation into the accuracy of turbulence models in simulating AAA haemodynamics and so simulations are compared using RNG κ − ε, κ − ω and LES turbulence models. The RNG κ − ε model is insufficient to model secondary flows in AAA and LES models are sensitive to inlet turbulence intensity. The probability of monocyte adhesion and recruitment depends on cell residence time and local wall shear stress. A near wall particle residence time (NWPRT)model is created incorporating a wall shear stress-limiter based on in vitro experimental data. Simulated haemodynamics show qualitative agreement with experimental results. Peaks of maximum NWPRT move downstream in successively larger geometries, correlating with vortex behaviour. Average NWPRT rises sharply in models above a critical maximum diameter. These techniques are then applied to patient-specific AAAs. Geometries are created from CT slices and velocity boundary conditions taken from Phase Contrast-MRI (PC-MRI) data for 3 patients. There is no gold standard for inlet boundary conditions and so simulations using 3 velocity components, 1 velocity component and parabolic flow profiles at the inlet are compared with each other and with PC-MRI data at the AAA midsection. The general trends in flow and wall shear stress are similar between simulations with 3 and 1 components of inlet velocity despite differences in the nature and complexity of secondary flow. Applying parabolic velocity profiles, however, can cause significant deviations in haemodynamics. Axial velocities show average to good correlation with PC-MRI data though the lower magnitude radial velocities produce high levels of noise in the raw data making comparisons difficult. Patient specific NWPRT models show monocyte infiltration is most likely at or around the iliac bifurcation.