Rhabdomyosarcoma (RMS) is the most common soft-tissue sarcoma of childhood, with two predominant histologic subtypes: embryonal and alveolar. These histologies display distinct clinical courses, and despite refinements in dose and duration of multimodality therapy, the 5-year overall survival of patients diagnosed with metastatic RMS remains <30%. Thus, there is an urgent need to define novel targets for therapeutic intervention. Interrogation of cancer cell signal transduction pathways that regulate the pathogenic behaviours of tumor cells has been successful in defining targets in numerous tumor types. These have ultimately yielded clinically-relevant drugs that have improved the disease-free and overall survival of patients diagnosed with cancer. Work contained in this thesis describes the interrogation of several potential targets for inhibition in RMS. Interruption of RMS cell proliferation, survival and apoptosis is examined through disruption of the protein kinase integrin-linked kinase (ILK) and the nuclear receptor estrogen-receptor β. ILK, in particular, is demonstrated to have dual competing functions through the regulation of c-jun amino-terminal kinase (JNK) signaling: an oncogene in alveolar, and a tumor suppressor in embryonal RMS. These findings are recapitulated in other tumor cell lines, indicating that expression levels of JNK1 correlate with ILK function in a broad spectrum of tumor types. Furthermore, interruption of rhabdomyosarcoma cell migration as a surrogate marker of metastasis is examined through disruption of the stromal-cell derived factor 1α/chemokine (CXC)receptor 4 signaling network, as well as through cooperative interactions between ILK and the mammalian target of rapamycin. Finally, we demonstrate that the insulin-like growth factor pathway is a potential target for therapeutic inhibition, which also distinguishes tumors of embryonal and alveolar histology. These studies provide a rationale for the development of novel agents, as well as the use of established drugs targeting these pathways in rhabdomyosarcoma.

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It is widely known that early estimates about the binding properties of drug candidates are important in the drug discovery process. Surface plasmon resonance (SPR) biosensors have become a standard tool for characterizing interactions between a great variety of biomolecules and it offers a unique opportunity to study binding activity. The aim of this project was to develop a SPR based assay for pre-screening of low molecular weight (LMW) drug compounds, to enable filtering away disturbing compounds when interacting with drugs. The interaction between 47 LMW compounds and biological ligands were investigated using the instrument BiacoreTM, which is based on SPR-technology.

Le sang provenant d’un cordon ombilical (SCO) représente une bonne source de cellules souches hématopoïétiques (CSH) pour des transplantations. Cependant, le nombre de cellules souches contenues dans ce sang est souvent insuffisant pour greffer un adulte. Le mécanisme intervenant dans la domiciliation de ces cellules au sein de la moelle osseuse (MO) est encore mal compris. On sait que l’interaction entre la chimiokine SDF-1 et le récepteur CXCR4, présent sur les cellules CD34+ de SCO, mène à la migration de ces cellules en direction de la MO. Nous pensons que l’augmentation de la proportion de cellules qui réussit à se greffer pourra pallier au problème du nombre. Les produits de dégradation, C3a et le C3desarg,, issus du système du complément, sont connus pour favoriser la réponse de cellules exprimant CXCR4 vers SDF-1. Nous avons analysé l’effet du C3adesarg, molécule non anaphylatoxique, sur la migration cellulaire vers SDF-1, de même que sur la prise de greffe des cellules CD34+ issues de SCO suite à une transplantation sur des souris NOD/SCIDyC-. Nos expériences ont démontré que le C3a ainsi que le C3adesarg augmentaient tous les deux la réponse des cellules CD34+ vers SDF-1. Toutefois, nous n’avons pas pu démontrer que ces molécules liaient directement le récepteur CXCR4. Par contre, le composé C3adesarg favorise la prise de greffe des cellules CD34+ de SCO. Il serait donc un bon candidat pour poursuivre une optimisation de ses propriétés. Nous avons également constaté que suite à une transplantation chez la souris, les cellules CD34+ de SCO subissent une hausse d’expression transitoire de leur CXCR4 environ quatre jours après la greffe. Cette hausse d’expression coïncide avec la multiplication des cellules CD34+ dans la MO. Nous avons également confirmé qu’une cellule CD34+ avec une forte expression de CXCR4 était dans un état prolifératif. Nos données suggèrent que l’interaction directe avec les cellules stromales soit responsable de cette hausse d’expression de CXCR4. / Since the first successful cord blood (CB) transplant was performed there has been a gradual increase in the use of CB for haematopoietic stem cell (HSC) transplantation, but the number of stem cells per CB is in general too low to ensure successful transplantation in adult patients. We would like to bypass the limitation of insufficient number of these cells in CB by enhancing the engraftment efficiency. The chemokine stromal-derived factor (SDF)-1, that binds to its receptor, CXCR4, plays an important and unique role in regulating the trafficking of HSC and their homing/retention in bone marrow (BM), but molecular regulatory mechanism of niches for HSC maintenance remains unclear. The complement C3 cleavage fragments, C3a and C3adesarg, modulate the responsiveness of CXCR4-expressing cell lines to SDF-1. We assessed the effect of the non anaphylatoxic complement fragment, C3adesarg, on SDF-1 responsiveness and engraftment of CB-HSC transplantation in a NOD/SCIDyC- mouse model. Complement breakdown products C3a and C3adesarg both increase the responsiveness of CD34+ cells to SDF-1. We find no evidence for direct interaction of complement fragments with CXCR4. Our data suggest that C3adesarg might contribute to optimize CB-HSC homing to bone marrow, and therefore efficacy of cord blood transplantation. We quantified the number of CXCR4 on the surface of CB-CD34+ after transplantation in mice. Our results showed that there is a transient overexpression of CXCR4 on the surface of HSC CD34+ found in the BM of NOD/SCIDyC- mice after 4-5 days post-injection. This transient overexpression correlated with multiplication of CD34+ cells in the BM. We confirm that the cells with an overexpression of CXCR4 are in a proliferation state. Our data suggested that this transient overexpression is caused by an interaction with the stomal cells.

Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible. / Streptococcus suis serotype 2 is an important swine pathogen responsible for diverse infections, meningitis being its most striking feature. In addition, it is an emerging agent of zoonosis, which has gained worldwide attention due to important outbreaks in Asia. Understanding the pathogenesis of S. suis infections still represents a challenge. Up to present, the pro-inflammatory response due to S. suis has only been studied in vitro, and there is still a great need of appropriate experimental models for both septic shock and meningitis. In the present study, we successfully developed an in vivo model of S. suis infection in adult mice infected by the intraperitoneal route. This model served to investigate the pro-inflammatory events that take place at both the systemic and Central Nervous System (CNS) levels associated with this important pathogen. In addition, this model was useful to determine if susceptibility to S. suis infection may be influenced by the genetic background of the host. The mouse model of S. suis infection was standardized in CD1 mice. Results showed sustained bacteremia during the 3 days post-infection (p.i.), accompanied by a quick and substantial release of different pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) and chemokines (KC, MCP-1 and RANTES) that lead to septic shock and 20% mortality in mice. Once the hallmark of the septic phase of S. suis infection was established in CD1 mice, research continued with the objective to confirm the role of inflammation in mortality and to determine if the genetic background of the host may influence the inflammatory response toward this pathogen and the further outcome of the disease. For this, the mouse model of S. suis infection was used with two genetically different inbred mouse strains, this is, C57BL/6 (B6) and A/J mice, which are considered as the prototype of Th1-type and Th2-type mice, respectively. Results demonstrated a striking susceptibility to S. suis infection in A/J mice in comparison to B6 mice, with 100% mortality in the former mice strain at 20 h p.i., and 16 % mortality at 36 h p.i. for the latter. Very interestingly, and similarly to CD1 mice, bacteremia did not seem to be responsible for the death of mice, as both mice strains presented similar amounts of bacteria in blood and organs. Thus, it was postulated that the higher mortality in S. suis-infected A/J mice was due to uncontrolled septic shock. In fact, A/J mice presented very high levels of TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN-ɣ, that significantly exceeded those found in B6 mice. Remarkably, chemokine levels were similar between strains, suggesting their limited participation in the development of septic shock by S. suis. A greater survival of B6 mice was partially related to a better regulation of the pro-inflammatory cytokine cascade, as they showed a higher production of the anti-inflammatory cytokine IL-10 than A/J mice. The potential beneficial role of the IL-10 in mice infected with S. suis was confirmed using two approaches: the first, by blockage of the cell receptor of IL-10 (IL-10R) with an anti-mouse IL-10R monoclonal antibody (Mab) in B6 mice and the second by administrating recombinant mouse (rm)IL-10 (rmIL-10) to A/J mice. B6 mice that received the IL-10R MAb treatment before challenge with S. suis developed a clinical acute disease similar to that observed with A/J mice, with a striking and rapid increase in mortality and higher levels of TNF-α in comparison to those of infected mice that did not receive the treatment. Controversially, treatment with rmIL-10 significantly delayed the onset of septic shock in A/J mice infected with S. suis. These results show that survival from S. suis septic shock requires a tight regulation of pro- and anti-inflammatory mechanisms, and that the latter should be activated at the same time or soon after the onset of the pro-inflammatory response. This part of the study may represent a first step in the identification of host genes associated with resistance against S. suis. One of the most important achievements of the mouse model of infection described in this project is the development of distinct clinical signs of neurological disease in CD1 mice from 4 days p.i. Indeed, in CD1 mice that survived sepsis due to S. suis infection, clinical signs of neurological disease and vestibular syndrome, which are quite similar to those observed in clinical cases of S. suis meningitis in both pigs and humans, were observed. Studies of the brains of infected CD1 mice using in situ hybridization combined with immunocytochemistry, demonstrated that the CNS inflammatory response began with a significant increase in the transcription of Toll-like receptor (TLR)2 and CD14 initially in the brain microvasculature and choroid plexuses, suggesting that S. suis may use these structures as portals of entry to the brain. There also was activation of NF-κB (as indicated by transcriptional activation of IκBα as a reporter system) and TNF-α, IL-1β and MCP-1, mainly in cells identified as microglia and to a lesser extent in astrocytes. These signals reached different brain structures, mainly the brain cortex, corpus callosum, hippocampus, choroid plexuses, thalamus, hypothalamus and meninges. All of these pro-inflammatory events were associated with extensive areas of inflammation and necrosis, severe demyelination and presence of antigens of S. suis inside microglia. In vitro studies were conducted in order to better understand the interactions of S. suis and microglia. For this, mouse microglia were infected with a virulent wild type (WT) strain of S. suis. Two isogenic mutants deficient in capsule (CPS) or hemolysin production (suilysin, SLY) respectively, were also included for comparative purposes. The CPS was important for S. suis resistance to phagocytosis, and it also modulated the inflammatory response by hiding pro-inflammatory components from the bacterial cell wall. On the other hand, the absence of SLY, a potential cytotoxic factor, did not have a major impact on S. suis interactions with microglia. Studies with microglia helped to confirm previous findings in vivo in mice, as the WT S. suis strain induced the up-regulation of TLR2 and the production of several pro-inflammatory mediators, including TNF-α and MCP-1. As observed in mice, S. suis induced NF-kB translocation, which was more rapid for cells stimulated with the CPS-deficient mutant, suggesting that bacterial cell wall components are potent inducers of NF-kB. Moreover, WT S. suis promoted phosphotyrosine, PKC and different mitogen-activated protein kinase (MAPK) events. However, microglia infected with the CPS-deficient mutant showed overall stronger and more sustained phosphorylation profiles. Finally, the CPS also modulated S. suis-induced inducible nitrogen oxide synthase (iNOS) expression and further nitric oxide production in microglia, which could be related to neurotoxicity and vasodilatation in vivo. We are confident that our results may help to more fully understand the mechanisms underlying S. suis induction of inflammation, leading to the design of more efficient anti-inflammatory strategies for sepsis and meningitis. Finally, we believe this experimental model of infection in mice could also be useful for studying the pathogenesis of infections of the CNS, due to other bacteria.

L’interaction d’un ligand avec un récepteur à sept domaines transmembranaires (7TMR) couplé aux protéines G, mène à l’adoption de différentes conformations par le récepteur. Ces diverses conformations pourraient expliquer l’activation différentielle des voies de signalisation. Or, le lien entre la conformation et l’activité du récepteur n’est pas tout à fait claire. Selon les modèles classiques pharmacologiques, comme le modèle du complexe ternaire, il n’existe qu’un nombre limité de conformations qu’un récepteur peut adopter. Afin d’établir un lien entre la structure et la fonction des récepteurs, nous avons choisi dans un premier temps, le récepteur de chimiokine CXCR4 comme récepteur modèle. Ce dernier, est une cible thérapeutique prometteuse, impliqué dans l’entrée du VIH-1 dans les cellules cibles et dans la dissémination de métastases cancéreuses. Grâce au transfert d’énergie par résonance de bioluminescence (BRET) nous pouvons détecter les changements conformationnels des homodimères constitutifs de CXCR4 dans les cellules vivantes. En conséquence, nous avons mesuré les conformations de mutants de CXCR4 dont les mutations affecteraient sa fonction. Nous montrons que la capacité des mutants à activer la protéine Galphai est altérée suite au traitement avec l’agoniste SDF-1. Notamment, ces mutations altèrent la conformation du récepteur à l’état basal ainsi que la réponse conformationnelle induite suite au traitement avec l’agoniste SDF-1, l’agoniste partiel AMD3100 ou l’agoniste inverse TC14012. Ainsi, différentes conformations de CXCR4 peuvent donner lieu à une activation similaire de la protéine G, ce qui implique une flexibilité des récepteurs actifs qui ne peut pas être expliquée par le modèle du complexe ternaire (Berchiche et al. 2007). Également, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CCR2, exprimé à la surface des cellules immunitaires. Il joue un rôle important dans l’inflammation et dans des pathologies inflammatoires telles que l’asthme. CCR2 forme des homodimères constitutifs et possède différents ligands naturels dont la redondance fonctionnelle a été suggérée. Nous avons étudié le lien entre les conformations et les activations d’effecteurs (fonctions) de CCR2. Notre hypothèse est que les différents ligands naturels induisent différentes conformations du récepteur menant à différentes fonctions. Nous montrons que les réponses de CCR2 aux différents ligands ne sont pas redondantes au niveau pharmacologique et que les chimiokines CCL8, CCL7 et CCL13 (MCP-2 à MCP-4) sont des agonistes partiels de CCR2, du moins dans les systèmes que nous avons étudiés. Ainsi, l’absence de redondance fonctionnelle parmi les chimiokines liant le même récepteur, ne résulterait pas de mécanismes complexes de régulation in vivo, mais ferait partie de leurs propriétés pharmacologiques intrinsèques (Berchiche et al. 2011). Enfin, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CXCR7. Récemment identifié, CXCR7 est le deuxième récepteur cible de la chimiokine SDF-1. Cette chimiokine a été considérée comme étant capable d’interagir uniquement avec le récepteur CXCR4. Notamment, CXCR4 et CXCR7 possèdent un patron d’expression semblable dans les tissus. Nous avons évalué l’effet de l’AMD3100, ligand synthétique de CXCR4, sur la conformation et la signalisation de CXCR7. Nos résultats montrent qu’AMD3100, tout comme SDF-1, lie CXCR7 et augmente la liaison de SDF-1 à CXCR7. Grâce au BRET, nous montrons aussi qu’AMD3100 seul est un agoniste de CXCR7 et qu’il est un modulateur allostérique positif de la liaison de SDF-1 à CXCR7. Aussi, nous montrons pour la première fois le recrutement de la beta-arrestine 2 à CXCR7 en réponse à un agoniste. L’AMD3100 est un ligand de CXCR4 et de CXCR7 avec des effets opposés, ce qui appelle à la prudence lors de l’utilisation de cette molécule pour l’étude des voies de signalisation impliquant SDF-1 (Kalatskaya et al. 2009). En conclusion, nos travaux amènent des évidences qu’il existe plusieurs conformations actives des récepteurs et appuient les modèles de structure-activité des récepteurs qui prennent en considération leur flexibilité conformationnelle. / Ligand binding to 7TMRs is thought to induce conformational changes within the receptor that translate into activation of downstream effectors. The link between receptor conformation and activity is still poorly understood, as current models of receptor activation fail to take an increasing amount of experimental data into account. Classical pharmacological models such as the ternary complex model are based on the concept that receptors can only adopt a limited number of conformations. To clarify structure-function relationships in 7TMRs, first we studied chemokine receptor CXCR4. This receptor is an important drug target, involved in HIV-1 entry and cancer metastasis. Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET) allows us to directly probe conformational changes within pre-formed CXCR4 homodimers in live cells. Using BRET, we measured the conformation of CXCR4 mutants and we also monitored their function by measuring their ability to induce Galphai activation. The analyzed mutants had substitutions in locations which are pivotal molecular switches for receptor conformation and activation. We show that agonist induced Gi activation is altered for most mutants. These mutations also alter CXCR4’s conformation at basal conditions (in absence of ligand) and in the presence of the agonist, SDF-1, the partial agonist, AMD3100 and the inverse agonist, TC14012. Moreover, different conformations of active receptors were detected in the presence of SDF-1, suggesting that different receptor conformations are able to trigger Galphai activity. These data provide biophysical evidence for different active receptor conformations, that cannot be explained by classical models of receptor function (Berchiche et al. 2007). Furthermore, the second part of our work focused on chemokine receptor CCR2. Mainly expressed on immune cells, CCR2 is involved in many inflammatory and vascular diseases. This receptor binds seven natural ligands that have been referred to as redundant. We set out to explore whether the different chemokine ligands of CCR2 receptor induce different conformational changes leading to different functional consequences. Our results show that the different natural ligands of CCR2 are not pharmacologically redundant. Moreover, chemokines CCL8, CCL7 and CCL13 (MCP-2 to MCP-4) are partial agonists of CCR2, at least in the systems we used. Our results support the validity of models for receptor-ligand interactions in which different ligands stabilize different receptor conformations also for endogenous receptor ligands, demonstrating that these natural ligands are not pharmacologically and functionally redundant (Berchiche et al. 2011). As the third part of this work, we studied chemokine receptor CXCR7, the alternative receptor for SDF-1. Until recently, CXCR4 was the only receptor known to bind SDF-1. Moreover, the expression patterns are similar for receptors CXCR4 and CXCR7. Therefore, we investigated the conformational and functional consequences of the synthetic inhibitor of CXCR4, AMD3100, on CXCR7. We show that AMD3100 also binds the alternative SDF-1 receptor, CXCR7. SDF-1 or AMD3100 alone trigger beta-arrestin recruitment to CXCR7, which we identify as a previously unreported signalling pathway of CXCR7. In addition, AMD3100 has positive allosteric effects on SDF-1 binding to CXCR7, on SDF-1-induced conformational rearrangements in the receptor dimer as measured by BRET, and on SDF-1-induced beta-arrestin recruitment to CXCR7. The finding that AMD3100 not only binds CXCR4, but also to CXCR7, with opposite effects on the two receptors, call for caution in the use of this compound as a tool to dissect SDF-1 effects on the respective receptors in vitro and in vivo. Finally, these data provide biophysical evidence for different active receptor conformations, and support models of 7TMR structure-activity relationships that take conformational heterogeneity into account.

Atherosclerosis is a progressive inflammatory disease that is characterized by the accumulation of lipids, infiltrated cells and fibrous elements in large arteries. This thesis focuses on the molecular mechanisms behind foam cell formation and inflammation, two central processes in the development of atherosclerosis. More specific, we studied the effects of proinflammatory cytokines on CXCL16 expression and its role as scavenger receptor on macrophages and smooth muscle cells in atherogenesis. CXCL16 is defined as a chemokine and a scavenger receptor, regulating adhesion and chemoattraction of CXCR6 expressing cells and uptake of oxLDL. We show that the expression of CXCL16 and its receptor CXCR6 are more pronounced in human atherosclerotic lesions compared with non-atherosclerotic vessels. Increased expression of CXCL16 was also seen in atherosclerotic aortas of apoE-/- mice compared with aortas of non-atherosclerotic, age-matched C57BL/6 mice. In vitro, IFN gamma induced CXCL16 expression in primary human monocytes and smooth muscle cells which resulted in an increased uptake of oxLDL. Treatment of mice with IFN gamma also induced CXCL16 expression in atherosclerotic lesions. Thus, we have demonstrated a role for IFN gamma in foam cell formation through upregulation of CXCL16. The expression of CXCR6 was defined to the same regions as for CXCL16 in the lesion, indicating the presence of cells able to respond to CXCL16. Consequently, CXCL16 could serve as a molecular link between lipid metabolism and immune activity in atherosclerotic lesion. CD137 belongs to the TNF family and mediates several important processes in inflammation. CD137 is involved in the activation of T cells, NK cells, B cells and monocytes and regulate cytokine production, proliferation and apoptosis in these cells. A limited number of studies have demonstrated CD137 expression on smooth muscle cells and endothelial cells. Our results show that CD137 mRNA is higher expressed in human atherosclerotic lesions compared with unaffected vessels. We found that endothelial cells express CD137 in atherosclerotic lesions and that cultured endothelial cells and smooth muscle cells express CD137 and CD137 ligand in vitro. CD137 was regulated differentially by proinflammatory cytokines (i.e. IFN gamma, TNF alpha, IL-1 beta) and bacterial lipopolysaccharide depending on cell type. Furthermore, we investigated the effects of CD137 signalling, demonstrating that binding of the CD137 ligand to its receptor increases proliferation and migration of smooth muscle cells. In summary, this thesis has focused on the expression, regulation and role of CXCL16 and CD137, two genes that have not been described earlier in the concept of atherosclerosis. The findings demonstrate some of the molecular mechanisms involved in vascular inflammation and may increase our knowledge about the development of atherosclerosis.

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Abstract Lymphomas are a group of more than 70 different malignancies arising from lymphoid tissues and diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) is the most common subtype of lymphoma. More than 70% of DLBCL patients can be cured with modern therapy, but some patients still die of the disease. The recognition of patients with adverse prognosis, justifying deviation from standard treatment and risking severe side effects, is problematic. The aim of this study was to identify potential biological factors for the prediction of poor treatment response and central nervous system (CNS) relapse in DLBCL patients. The study included 263 lymphoma patients. 205 patients had a DLBCL, and 37 of these represented primary CNS lymphoma (PCNSL). Immunohistochemistry was used to determine the expression of oxidative stress markers 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG) and nitrotyrosine, as well as antioxidant enzymes manganese superoxide dismutase (MnSOD), thioredoxin (Trx) and gamma cysteine ligase (GCL) from samples representing reactive lymphoid tissue and B-cell derived lymphomas. From DLBCL samples staining was also conducted for cell cycle regulating proteins p16, p53, p21 and p27 and chemokine receptors CXCR4, CXCR5 and CCR7. Immunoelectron microscopy (IEM) for CXCR4 and CXCR5, and their ligands CXCL12 and CXCL13 was performed on additional samples from reactive lymphoid tissue, nodal DLBCL, secondary CNS lymphoma and PCNSL. Factors associated with adverse prognosis included expression of nitrotyrosine, Trx and GCL. A prognostic score reflecting the degree of cell cycle dysregulation within each patient’s tumour identified 3 distinct prognostic groups among DLBCL patients. High cytoplasmic CXCR5 expression was associated with CNS involvement, whereas nuclear CXCR4 expression correlated with nodal disease. These results demonstrate the considerable biological heterogeneity seen within DLBCL, but further research is needed to confirm them. High antioxidant activity and the accumulation of damage to cell cycle regulating pathways separated patient groups with a poor prognosis that might benefit from new types of treatment. Chemokine receptor expression seems to play a role in the CNS tropism of DLBCL, and, if confirmed, could in the future contribute to more effective targeting of CNS prophylactic therapies. / Tiivistelmä Lymfoomat ovat yli 70 erilaisen maligniteetin muodostama ryhmä imukudoksen syöpiä, ja diffuusi suurisoluinen B-solulymfooma (engl. DLBCL) on yleisin lymfoomatyyppi. Yli 70 prosenttia DLBCL-potilaista pystytään parantamaan nykyaikaisilla hoidoilla, mutta osa potilaista kuolee edelleen tautiin. Nämä potilaat tarvitsisivat tehokkaampia hoitoja vakavien haittavaikutusten riskistä huolimatta, mutta huonon ennusteen potilaiden tunnistaminen etukäteen on vaikeaa. Tutkimuksen tavoitteena oli löytää biologisia tekijöitä DLBCL-potilaiden hoitovasteen ja taudin keskushermostossa (engl. CNS) uusiutumisen ennustamiseen. Aineisto sisältää 263 lymfoomapotilasta. 205 potilaalla on DLBCL, ja 37:llä näistä primaari aivolymfooma (PCNSL). Immunohistokemiallisilla värjäyksillä määritettiin oksidatiivisen stressin markkereiden 8-hydroksideoksiguanosiinin (8-OHdG) ja nitrotyrosiinin, sekä antioksidanttientsyymien mangaanisuperoksidi-dismutaasin (MnSOD), tioredoksiinin (Trx) ja gammakysteiiniligaasin (GCL) ilmentyminen reaktiivista imukudosta sekä B-soluperäisiä lymfoomia edustavissa näytteissä. DLBCL-näytteistä määritettiin lisäksi solusykliä säätelevien proteiinien p16, p53, p21 ja p27 sekä kemokiinireseptorien CXCR4, CXCR5 ja CCR7 ilmentyminen. Lisäksi reaktiivista imukudosta, imusolmuke-DLBCL:aa, sekundaarista CNS-lymfoomaa ja PCNSL:aa edustavista näytteistä määritettiin immunoelektronimikroskooppisesti reseptorien CXCR4 ja CXCR5 sekä ligandien CXCL12 ja CXCL13 ilmentyminen. Tulosten mukaan voimakas nitrotyrosiini-, Trx- ja GCL-positiivisuus ovat yhteydessä huonoon ennusteeseen. Solusyklin säätelyhäiriön vaikeusastetta kuvaava ennusteellinen pisteytys jaotteli DLBCL-potilaat kolmeen ennusteelliseen ryhmään. Runsas sytoplasminen CXCR5-positiivisuus oli yhteydessä CNS-tautiin, kun taas tumapositiivisuus CXCR4:lle korreloi imusolmuketautiin. Tutkimustulokset kuvaavat DLBCL:n merkittävää biologista heterogeenisyyttä, mutta tulosten varmistamiseksi tarvitaan lisää tutkimuksia. Korkea antioksidanttiaktiivisuus ja solusyklin säätelyhäiriöiden kasautuminen erottivat huonoennusteisia potilasryhmiä, jotka voisivat hyötyä uudenlaisista hoidoista. Kemokiinireseptorien ilmentyminen vaikuttaisi olevan yhteydessä DLBCL:n CNS-hakuisuuteen, ja tulosten varmistuessa ekspressioprofiilien analysointia voitaisiin tulevaisuudessa hyödyntää ennaltaehkäisevien hoitojen tehokkaammassa kohdentamisessa.