Le syndrome d'Evans est défini par l'existence concomitante ou séquentielle de cytopénies auto-immunes, le plus souvent, anémie hémolytique et thrombopénie immunologique. Chez l'enfant, il peut être secondaire à une infection, une maladie auto-immune systémique ou un déficit immunitaire primitif. Alternativement, chez une grande partie des patients, l'étiologie n'est pas clairement identifiée. Les patients atteints de syndrome d'Evans présentent parfois d'autres atteintes, telles une auto-immunité d'organe, une lymphoprolifération bénigne ou un déficit immunitaire. L'objectif de ce travail était d'identifier des causes génétiques chez des enfants présentant un syndrome d'Evans sans étiologie sous-jacente identifiée. Nous avons centré notre étude sur des formes sévères à début pédiatrique en faisant l'hypothèse qu'une maladie monogénique serait plus fréquente dans ce groupe de patients. Nous avons mis à profit les technologies de séquençage haut débit « nouvelle génération » (NGS) pour réaliser et analyser le séquençage de l'exome de patients et de certains de leurs apparentés afin de mettre en évidence des gènes candidats potentiels. Ce travail a permis l'identification de 4 gènes candidats : LRBA, CTLA-4, STAT3 (mutations gain de fonction) et NFKBIA. L'implication des 3 premiers gènes dans de nouvelles maladies monogéniques où l'auto-immunité est au premier plan a été confirmée par d'autres équipes au cours de ce travail. Pour chacun de ces gènes, nous avons poursuivi 2 objectifs complémentaires : d'une part, tenter de valider l'implication des gènes identifiés dans la maladie des patients. Nous avons pour cela utilisé des approches et techniques variées : biochimie et protéomique afin d'identifier des partenaires protéiques, microscopie confocale pour localiser les protéines et leurs interactions, tests cellulaires in vitro pour mettre en évidence un défaut fonctionnel, marquages en cytométrie en flux pour identifier des modifications dans les sous-populations lymphocytaires. D'autre part, nous avons recherché d'autres mutations de ces gènes chez des patients de phénotype clinique similaire. Nous avons ainsi constitué et exploré 3 cohortes de patients présentant des mutations de LRBA, CTLA-4 ou STAT3. Nous avons rassemblé une cohorte de 18 patients porteurs d'une mutation de LRBA, répartis dans 11 familles. Cela nous a permis de préciser et d'étendre le spectre clinique de cette maladie de découverte récente, avec en particulier des atteintes articulaires sévères s'associant à un diabète précoce, ou des entéropathies. Nous avons identifié 15 nouvelles mutations de transmission autosomique récessive dans le gène LRBA, codant une protéine de fonction inconnue dont l'absence entraine une maladie principalement caractérisée par une poly-auto-immunité. Nous avons identifié 29 partenaires protéiques potentiels de LRBA et précisé la localisation de LRBA dans les différents compartiments cellulaires. Nous avons également établi une cohorte de 12 patients dans 10 familles présentant un déficit en CTLA-4 par haplo-insuffisance. Au delà de la mise en évidence de 9 nouvelles mutations, nous avons décrit une famille où la variation est transmise de façon autosomique récessive. Dans les déficits en LRBA et CTLA-4, nous avons mis en évidence une diminution du pourcentage de lymphocytes T régulateurs parmi les PBMC et une diminution de l'expression de CTLA-4 dans les lymphocytes T activés. Ceci corrobore l'interaction entre ces 2 protéines décrite en parallèle par une autre équipe. Nous avons montré que les spectres cliniques des déficits en LRBA et CTLA-4, fortement chevauchant dans les premières descriptions publiées, pourraient se différencier, malgré l'implication des lymphocytes T régulateurs dans ces 2 maladies. (...) / Evans syndrome is defined by the occurence of autoimmune cytopenias, either at the same time or sequential, mainly autoimmune hemolytic anemia and immune thrombocytopenia. In children, it may be secondary to infections, systemic autoimmune disease, or primary immune deficiency, though in most patients, its etiology isn't obvious. Patients affected with Evans syndrome can also present other features, such as autoimmunity toward a particular organ, benign lymphoproliferation or immunodeficiency. The main goal of this work was to identify genetic causes in children presenting an Evans syndrome without a known underlying etiology. We focused our study on severe, early onset forms of the disease, with the hypothesis that a monogenic disease would be more frequent in this group of patients. Taking advantage of high throughput "Next Generation" sequencing (NGS) techniques, we sequenced and analyzed exome from patients and their relatives in search for adequate candidate genes. We identified 4 candidate genes: LRBA, CTLA-4, STAT3 (gain-of-function mutations), and NFKBA. Implication of the first 3 genes in new monogenic diseases with autoimmunity as a key feature was also confirmed by others during the course of this work. For each gene, we pursued 2 complementary goals: First, we sought to validate the implication of the gene in the patients' disease. To do so, we used various techniques and approaches: biochemistry and proteomics to identify protein partners, confocal microscopy to localize proteins and interactions, in vitro cellular assays to bring to light functional defect, flow cytometry to identify changes in lymphocytes subpopulations. We also looked for other mutations of each gene in patients with a similar clinical presentation. Hence we created and explored 3 cohorts of patients presenting with mutations of LRBA, CTLA-4 or STAT3. We constituted a cohort of 18 patients with LRBA mutations within 11 families. We then were able to precise and extend the clinical spectrum of this recently described disease. In particular, we observed patients with severe chronic arthritis associated with diabetes mellitus or enteropathies. We identified 15 new mutations of autosomal recessive transmission in the LRBA gene, coding a protein of unknown function, which absence is responsible for a disease mainly characterized by autoimmune features. We identified 29 candidate protein partners of LRBA and precized LRBA localisation in cell compartiments. We also established a cohort of 12 patients within 10 families presenting CTLA-4 haploinsufficiency. Beyond describing 9 new mutations, we report a family with autosomal recessive transmission.In LRBA and CTLA-4 deficiencies, we showed a decrease of regulatory T lymphocyte subset proportion among PBMC and a decrease of CTLA-4 expression in activated T cells. These results support the interaction between these 2 proteins, described concurrently by another team. We showed that the clinical spectra of these 2 diseases, although widely overlapping in first published reports, could be different despite a role of regulatory T cells in both. Hence, organ-specific autoimmunity and lymphoproliferation are more frequent in LRBA deficiency whereas granuloma and hypogammaglobulinemia are more present in CTLA-4 deficiency. Theses results suggests a role of genetic modifyers, which remain to identify. Among our cohort of patients with Evans syndrome, we also identified 5 patients within 5 families presenting gain-of-function mutations of STAT3. 3 of those mutations were reported by others during our work and appeared de novo in our patients. Functional validation of the 4th one is in progress. The last mutation follows a recessive transmission and could exemplify a new transmission modality of this disease. (...)

La sclérodermie systémique (ScS) est une maladie auto-immune caractérisée par une fibrose cutanée et viscérale ainsi que par des anomalies microcirculatoires. Son origine multifactorielle et ses manifestations cliniques variées en font une maladie à la physiopathologie complexe. Cette maladie rare demeure une affection dont l’étiologie est encore inconnue et pour laquelle il n’existe aucun traitement curatif. Notre laboratoire a mis en évidence le rôle des formes réactives de l’oxygène en mettant au point un modèle animal induit par l’acide hypochloreux. Ce modèle nous a permis d’explorer différentes voies de signalisation intracellulaire, impliquées dans la formation de FRO, favorisant la fibrose. Dans ce travail, nous avons choisi d’explorer dans la sclérodermie systémique différentes voies de signalisation impliquées dans l’inflammation à l’aide d’un modèle de réaction du greffon contre l’hôte sclérodermiforme (GVH-Scl) et d’un modèle de sclérodermie induit par les formes réactives de l’oxygène. De plus, nous avons étudié l’impact de molécules ciblant ces voies afin de fournir de nouvelles données permettent d’enrichir l’arsenal thérapeutique de cette maladie, actuellement pauvre. Les souris obtenues à partir du premier modèle présentent une fibrose cutanée et pulmonaire, une alopécie, une diarrhée et une inflammation hépatique. Une quantité importante d’auto-anticorps ainsi qu’une activation du système immunitaire sont retrouvées. Nous avons observés une activation de la voie de l’EGFR, de STAT3, de Wnt/β-caténine, d’AKT, d’ERK1/2 et de Notch dans la GVH-Scl. L’inhibition de la voie de l’EGFR par l’erlotinib a montré une amélioration clinique associée à une réduction de la fibrose cutanée et de l’inflammation cutanée et hépatique. De plus, l’erlotinib agit sur le système immunitaire et restaure la proportion de LT CD4+ naïfs chez les souris malades ainsi que le taux d’auto-anticorps anti-topoisomérase 1. La co-inhibition des voies de signalisation STAT3, Wnt/β-caténine, AKT, ERK1/2 et Notch par le niclosamide améliore les symptômes de la GVH-Scl chez la souris. Nous avons noté une diminution de la fibrose cutanée et pulmonaire, une diminution de l’inflammation cutanée, hépatique et gastro-intestinale et une diminution de la production d’auto-anticorps. La proportion de cellules naïves parmi les LT CD4+ et CD8+ est plus élevée chez les souris malades traitées que chez les malades non traitées. Les souris du second modèle présentent une fibrose cutanée et pulmonaire et une activation du système immunitaire accompagnée d’une production d’autoanticorps anti-topoisomérase. Nous avons retrouvé une activation des voies de signalisation de STAT3, de Wnt/β-caténine et d’AKT chez les souris sclérodermiques. Nous avons également observés une activation de la voie de signalisation de STAT6 et une surexpression de KLF4 chez ces souris malades. La co-inhibition des voies de signalisation STAT3, Wnt/β-caténine et AKT par le niclosamide améliore la fibrose cutanée et pulmonaire chez les souris sclérodermiques. Cette molécule diminue le nombre et l’activation des LB et des LT CD4+ et CD8+ ainsi que la production des auto-anticorps chez les souris malades. Le traitement de souris sclérodermique par le léflunomide, inhibiteur de STAT6, a aussi montré une amélioration de la fibrose cutanée et pulmonaire et des anomalies immunitaires présentées par les souris sclérodermiques. De plus l’inhibition de STAT6 et de KLF4 par le léflunomide inhibe la polarisation des macrophages en macrophages M2. Ainsi nous avons mis en évidence le rôle des voies de signalisation de l’EGFR, de STAT3, de Wnt/β-caténine, d’AKT, de STAT6 et de KLF4 dans la physiopathologie de la sclérodermie systémique. (...) / Systemic sclerosis (SSc) is a connective tissue disorder that results in skin and inner organs fibrosis, microvascular injuries and auto-immunity. This rare disease has a complex physiopathology which is due to its multifactorial origin and its various clinical manifestations. Its etiology remains unknown and no curative treatment exists at present. Our team highlighted the role of reactive oxygen species (ROS) by developing a hypochlorous acid (HOCl)-induced mouse model of SSc. This model allowed the exploration of several intracellular signalizing pathways which were involved in ROS production and promote fibrosis. In this work, we choose to investigate inflammatory signalizing pathways in SSc with a sclerodermatous graft versus host disease (Scl-GVHD) mouse model and a ROS-induced mouse model. Moreover, we studied the effects of drugs targeting these pathways in order to reinforce data providing new therapeutics. Mice from Scl-GVHD model developed a diffuse cutaneous SSc with pulmonary fibrosis, alopecia, diarrhea and liver inflammation. Production of anti-DNA topoisomerase 1 auto-antibodies and immunological activation was also found. We observed an activation of EGFR, STAT3, Wnt/β-catenin, AKT, ERK1/2 and Notch signaling pathways in Scl-GVHD. Inhibition of EGFR by Erlotinib showed clinical amelioration with a decreased skin fibrosis and decreased skin and liver inflammation. Moreover, Erlotinib decreased production of activated/memory CD4+ T cells and of auto-antibody anti-topoisomerase1. Co-inhibition of STAT3, Wnt/β-catenin, AKT, ERK1/2 and Notch pathways by Niclosamide reversed clinical symptoms of Scl-GVHD in mice. We observed an improvement of skin and lung fibrosis, of cutaneous, hepatic and intestinal inflammation, and a reduced production of auto-antibodies. The ratio of CD4 and CD8 naive T cells was higher in Niclosamide-treated GVHD mice than in untreated GVHD mice. Mice from HOCl-model present skin and lung fibrosis and an immune activation along with the production of auto-antibodies anti-topoisomerase. We found an activation of STAT3, Wnt/β-catenin and AKT signaling pathways in HOCl-mice. We also observed an activation of STAT6 signaling pathway and an overexpression of KLF4 in these sicked mice. Co-inhibition of STAT3, Wnt/β-catenin and AKT pathways by Niclosamide improves skin and lung fibrosis in HOCl-mice. This drug decreased number and activation of B cells and CD4+ and CD8+ T cells and auto-antibodies production in mice. Treatment of HOCl-mice with Leflunomide, STAT6 inhibitor, also showed an improvement of skin and lung fibrosis and of immunological abnormalities in HOCl-mice. Moreover, inhibition of STAT6 and KLF4 by Leflunomide inhibits M2 polarization of macrophages. Thus, we highlighted the role of EGFR, STAT3, Wnt/β-catenin, AKT, STAT6 and KLF4 signaling pathways in physiopathology of SSc. Use of inhibitors of these pathways such as Etrlotinib, Niclosamide and Leflunomide, indicate a clinical and biological efficacity in mouse. These drugs allow the control of the 3 characteristic features of SSc reproduced in these animal models: fibrosis, inflammation and autoimmunity and could thus be effective in fighting the development of clinical-biological abnormalities of SSc.

Le cancer colorectal (CCR) est la troisième maladie maligne la plus fréquente et la deuxième cause de décès par cancer. La famille des récepteurs tyrosine kinases transmembranaires ErbB a été identifiée comme l'un des principaux moteurs du développement et de la progression du CCR et l'un de ses membres les plus connus, le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR / ERBB1 / Her1), considéré comme l'une des cibles les plus importantes en traitement CRC. Deux autres membres de la famille ErbB, les récepteurs Her2 et Her3, apparaissent également comme de nouvelles cibles importantes pour le CRC en raison de la mutation somatique, de l’amplification génique ou de la résistance aux traitements anti-EGFR. La protéine transmembranaire, Fas (TNFRSF6 / CD95), est un membre de la superfamille des récepteurs du facteur de nécrose tumorale (TNFRSF). Il peut transmettre des signaux multiples qui mènent à des destins de cellules complètement différents. Selon les contextes cellulaires, Fas initie la mort cellulaire par apoptose, essentielle pour arrêter les réponses immunitaires chroniques et prévenir l'auto-immunité et le cancer, ou pour stimuler la survie, la prolifération et la motilité des cellules, ce qui favorise l'auto-immunité, la croissance cancéreuse et les métastases. Avec des preuves de plus en plus nombreuses de la signalisation pro-survie médiée par Fas, les activités de promotion du cancer chez les patients atteints de cancer sont maintenant reconnues comme étant significatives et cliniquement pertinentes. Bien que cette polyvalence de signalisation ait été particulièrement bien démontrée dans le cancer du côlon, les mécanismes moléculaires qui sous-tendent les voies de survie sont encore largement inconnus. Dans ce contexte, l'objectif principal de mon doctorat Le projet visait à étudier l’importance du crosstalks entre les membres de la famille Fas et ErbB et, plus particulièrement, à déterminer si la signalisation Fas pouvait influencer la signalisation de l’EGFR favorisant le cancer.Plus précisément, je décris comment l’état de phosphorylation de la tyrosine Fas influence fortement la signalisation de la voie EGFR dans les cellules colorectales. Mes données démontrent que Fas dans son état prosurvival, phosphorylé à Y291 (pY291-Fas), interagit en effet avec EGFR et que cette interaction intensifie significativement la signalisation de l'EGFR dans les cellules cancéreuses colorectales anti-EGFR via la voie Yes-1 / STAT3. Le pY291-Fas s'accumule dans le noyau lors du traitement par EGF et favorise la localisation nucléaire du phospho-EGFR et du phospho-STAT3, l'expression de la cycline D1, l'activation des voies Akt et MAPK médiées par STAT3 et enfin la prolifération et la migration cellulaires. De plus, je découvre également le rôle potentiel que Her3 pourrait jouer avec Fas dans la libération des cellules cancéreuses colorectales de l'inhibition anti-EGFR.Tous ensemble mon doctorat des études permet de mieux comprendre le rôle des voies de survie de Fas dans la signalisation ErBb dans le CRC. Fait important, en démontrant un lien entre l'émergence d'une résistance aux traitements anti-ErbB et le signal de Fas pro-survie, mon travail justifie le développement d'une thérapie ciblée Fas / phospho-Fas comme nouvelle option thérapeutique pour surmonter les anti-EGFR, chez les patients présentant une résistance anti-EGFR secondaire. / Colorectal cancer (CRC) is the third most common malignant disease and the second most frequent cause of cancer-related death. The ErbB family of transmembrane receptor tyrosine kinases has been identified as a major driver of the development and progression of CRC and one its best-known member, the epidermal growth factor receptor (EGFR /ERBB1/Her1), considered one of the most important targets in CRC treatment. Two others members of the ErbB family, the receptors Her2 and Her3, also emerge as important new targets for CRC due to the somatic mutation, gene amplification or resistance to the anti-EGFR therapies. The transmembrane protein, Fas (TNFRSF6/CD95), is a member of the tumor necrosis factor receptor superfamily (TNFRSF). It can transmit multiple signals that lead to completely different cell fates. Depending on cellular contexts, Fas either initiates cell death by apoptosis, which is essential for shutting down chronic immune responses and preventing autoimmunity and cancer, or stimulates cell survival, proliferation, and motility, which can promote autoimmunity, cancer growth, and metastasis. With increasing evidence of Fas-mediated pro-survival signaling, the cancer-promoting activities of Fas are now recognized as significant and clinically relevant. While this signaling versatility has been particularly well demonstrated in colon cancer, the molecular mechanisms underlying the survivals pathways are still largely unknown. In this context, the main aim of my Ph.D. project was to study the importance of the crosstalks between Fas and the ErbB family members and more specifically to determine whether the Fas signaling could influence the cancer-promoting signaling of EGFR.More precisely, I describe how the Fas tyrosine phosphorylation status strongly influences the signaling of the EGFR pathway in colorectal cells. My data demonstrate that Fas in its prosurvival state, phosphorylated at Y291 (pY291-Fas), indeed interacts with EGFR and that this interaction significantly intensifies EGFR signaling in anti-EGFR-resistant colorectal cancer cells via the Yes-1/STAT3-mediated pathway. The pY291-Fas accumulates in the nucleus upon EGF treatment and promotes the nuclear localization of phospho-EGFR and phospho-STAT3, the expression of cyclin D1, the activation of STAT3-mediated Akt and MAPK pathways, and finally the cell proliferation and migration. Additionally, I also uncover the potential role that Her3, may play along with Fas, in the colorectal cancer cell escape from anti-EGFR inhibition. All together my Ph.D. studies provide a better understanding of the role of the Fas survival pathways in the ErBb signaling in CRC. Importantly, by demonstrating a connection between the emergence of resistance to anti-ErbB therapies and the Fas pro-survival signal, my work provides a rationale for the development of Fas/phospho-Fas targeted therapy as a new therapeutic option for overcoming anti-EGFR, in patients with secondary anti-EGFR resistance.

Les facteurs de transcription STAT3 sont activés dans de nombreuses tumeurs et leurs effets sur la prolifération et la survie suggéraient fortement que ces protéines puissent être impliquées à la fois dans la transformation cellulaire et dans l'échappement aux traitements classiques de chimiothérapie.<br />Nous nous sommes donc intéressés aux différents aspects impliquant STAT3 dans la réponse de lignées cellulaires aux agents génotoxiques de chimiothérapie, et plus particulièrement aux inhibiteurs de topoisomérase. Durant ces traitements, STAT3 interagit avec le répresseur transcriptionnel Rb et l'inhibiteur du cycle cellulaire p21. Ces deux protéines inhibent son activité transcriptionnelle, notamment sur les gènes c-myc et cdc25A, et permettent la mise en place de la sénescence induite par les dommages de l'ADN et la catastrophe mitotique. Cependant, en présence d'une activité constitutive de STAT3 induite par l'oncogène v-src, STAT3 empêche l'activation de Rb et de p21, favorise la résistance des cellules aux inhibiteurs de topoisomérase II, et génère de l'instabilité génomique. Finalement,<br />deux inhibiteurs de STAT3, le cetuximab, un anticorps monoclonal dirigé contre l'EGFR, et un inhibiteur de la tyrosine kinase c-src, sensibilisent des cellules colorectales aux inhibiteurs de topoisomérase I. L'inhibition de STAT3 empêche l'activation du gène Eme1 qui induit l'expression d'une protéine de réparation de l'ADN.<br />STAT3 est donc un facteur de résistance aux inhibiteurs de topoisomérase. Sa détection pourrait ainsi permettre de mieux prédire la réponse des patients à ces inhibiteurs, et son inhibition, dans les tumeurs où il est actif, pourrait permettre de les sensibiliser aux inhibiteurs de topoisomérase.

Dissertation (Ph.D.)--University of South Florida, 2009. / Includes vita. Includes bibliographical references. Also available online.

Dissertation (Ph.D.)--University of South Florida, 2009. / Title from PDF of title page. Document formatted into pages; contains 149 pages. Includes vita. Includes bibliographical references.

La crête neurale (CN) est une structure transitoire apparaissant en bordure de la plaque neurale chez les embryons de vertébrés. Au cours du développement embryonnaire, les cellules de la CN prolifèrent, subissent une transition épithélio-mésenchymateuse, migrent et se différencient en de nombreux types cellulaires tels que des neurones et cellules gliales du système nerveux périphérique, des mélanocytes, des cellules musculaires lisses ou des élements du squelette cranio-facial. Afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires contrôlant la prolifération et la spécification des cellules de la CN, nous avons étudié le rôle de deux facteurs de transcription, Hairy2 et Stat3, via des expériences de perte et gain de fonction chez l’embryon de xénope. <p>Le gène Hairy2 code pour un facteur de transcription bHLH-O répresseur. Il est exprimé précocement au niveau de la bordure de la plaque neurale incluant la CN présomptive. Nous avons montré que Hairy2 est requis pour la prolifération des cellules de la CN en aval de signaux FGFs et qu’il maintient les cellules dans un état indifférencié en réprimant l’expression précoce des gènes spécifiques de la CN. Hairy2 réprime aussi la transcription du gène Id3 codant pour un facteur HLH essentiel à la prolifération des cellules de la CN. Id3 affecte également Hairy2. Nous avons observé que la protéine Id3 interagit physiquement avec Hairy2 et bloque son activité, démontrant que les interactions entre Hairy2 et Id3 jouent un rôle important dans la prolifération et la spécification des cellules de la CN. <p>\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Germinal Centers (GCs) are transient lymphoid structures that arise in lymphoid organs in response to T cell-dependent antigen. Within the GC, follicular T helper (TFH) cells promote GC B cell differentiation and in turn the proper antibody production to protect us from invading pathogens. We wished to study the regulation of this process by transcription factors STAT3 and Bcl6. STAT3 is important for both TFH cell differentiation and IL-4 production by Th2 cells. IL-4 is a major functional cytokine produced by TFH cells. To dissect the role of STAT3 in IL-4 production by TFH cells, we generated T cell-specific conditional STAT3 knockout mice (STAT3KO). Compared to WT mice, TFH cell differentiation in STAT3KO mice was partially impaired, both in spleen following sheep red blood cells (SRBC) immunization and in Peyer's patches (PPs). In STAT3KO mice, the numbers of splenic GC B cells were markedly decreased, whereas PP GC B cells developed at normal numbers and IgG1 class switching was greatly increased. Unexpectedly, we found that STAT3 intrinsically suppressed the expression of IL-4 and Bcl6 in TFH cells. Mechanistically, in vitro repression of IL-4 expression in CD4 T cells by Bcl6 required STAT3 function. Apart from TFH cells, the GC reaction is also controlled by regulatory follicular T helper (TFR) cells, a subset of Treg cells. To study the mechanism of how TFR cells regulate the GC reaction, we generated mice specifically lacking TFR cells by specifically deleting Bcl6 in Treg cells. Following immunization, these "Bcl6FC" mice developed normal TFH and GC B cell populations. However, Bcl6FC mice produced altered antigen-specific antibody responses, with reduced titers of IgG and increased IgA. Bcl6FC mice also developed IgG antibodies with significantly decreased avidity to antigen in an HIV-1 gp120 "prime-boost" vaccine model. Additionally, TFH cells from Bcl6FC mice produced higher levels of Interferon-γ, IL-10 and IL-21. Loss of TFR cells therefore leads to highly abnormal TFH and GC B cell responses. Overall, our studies have uncovered unexpected regulatory roles of STAT3 in TFH cell function as well as the novel regulatory roles of TFR cells on cytokine production by TFH cells and on antibody production.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Signal Transducers and Activators of Transcription 3 (STAT3), a transcription factor expressed in many cell types, including osteoblasts and osteoclasts, is emerging as a key regulator of bone mass and strength. STAT3 mutations cause a rare human immunodeficiency disease characterized by extremely elevated levels of IgE in serum that have associated craniofacial and skeletal features, such as reduced bone mineral density and recurrent pathological fractures. Our microarray data and immunohistochemical staining using a normal rat model have shown that STAT3 mRNA and protein levels markedly increase in response to mechanical loading. In addition, as indicated by STAT3 phosphorylation in MC3T3-E1 osteoblastic cells, STAT3 activity significantly increases in response to 30 to 90 minutes fluid shear stress. In order to further study the role that STAT3 plays in bone responsiveness to loading, tissue-selective STAT3 knockout (KO) mice, in which inactivation of STAT3 occurs in osteoblasts, were generated by breeding the transgenic mice in which Cre recombinase cDNA was cloned downstream of a 3.6 or 2.3 kb fragment of the rat Col1a1 promoter (Col3.6-Cre and Col2.3-Cre, respectively) with a strain of floxed mice in which the two loxP sites flank exons 18-20 of the STAT3 gene were used. Mice engineered with bone selective inactivation of STAT3 in osteoblasts exhibited significantly lower bone mineral density (7-12%, p<0.05) and reduced ultimate force (21-34%, p<0.01) compared to their age-matched littermate controls. The right ulnae of 16-week-old bone specific STAT3 KO mice and the age-matched control mice were loaded with peak forces of 2.5 N and 2.75 N for female and male mice, respectively, at 2 Hz, 120 cycles/day for 3 consecutive days. Mice with inactivation of STAT3 specific in bone were significantly less responsive to mechanical loading than the control mice as indicated by decreased relative mineralizing surface (rMS/BS, 47-59%, p<0.05) and relative bone formation rate (rBFR/BS, 64-75%, p<0.001). Bone responsiveness was equally decreased in mice in which STAT3 is inactivated either in early osteoblasts (Col3.6-Cre) or in mature osteoblasts (Col2.3-Cre). Accumulating evidence indicates that bone metabolism is significantly affected by activities in mitochondria. For instance, although STAT3 is reported to be involved in bone formation and resorption through regulation of nuclear genes, inactivation of STAT3 is shown to disrupt mitochondrial activities and result in an increased level of reactive oxygen species (ROS). Inactivation of STAT3 suppressed load-driven mitochondrial activity, which led to an elevated level of ROS in cultured primary osteoblasts. Oxidative stress induced by administration of buthionine sulfoximine (BSO) significantly inhibits load-induced bone formation in wild type mice. Taken together, the results support the notion that the loss-of-function mutation of STAT3 in osteoblasts and osteocytes diminishes load-driven bone formation and impairs the regulation of oxidative stress in mitochondria.

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