Abstract Overactive inflammation is directly correlated with airway damage and early death in individuals with cystic fibrosis (CF), a genetic disorder caused by mutation in the CFTR gene. Reducing the impact of inflammatory damage is therefore a major concern in CF. Several studies indicate that a decrease in the nuclear factor erythroid 2-related factor-2 (NRF2) signaling in people with CF may hamper their ability to alleviate oxidative stress and inflammation, although the role of NRF2 in CF inflammatory damage has not been determined. Therefore, we examined whether the phytochemical curcumin, an activator of NRF2, might provide a beneficial effect in the context of CF. Herein, combining Cftr -depleted zebrafish larvae as innovative biomedical model with CF patient-derived airway organoids (AOs), we sought to understand how NRF2 dysfunction leads to abnormal inflammatory status and impaired tissue remodeling, and determine the effects of curcumin in reducing inflammation and tissue damage in CF. We demonstrate that NFR2 is instrumental in efficiently regulating inflammatory and repair processes in vivo , thereby preventing acute neutrophilic inflammation and tissue damage. Importantly, curcumin treatment restores NRF2 activity in both CF zebrafish and AOs. Curcumin reduces neutrophilic inflammation in CF context, by rebalancing the production of epithelial ROS and pro-inflammatory cytokines. Furthermore, curcumin alleviates CF-associated tissue remodeling and allows tissue repair to occur. Our findings demonstrate that curcumin reduces inflammatory damage by restoring normal NRF2 activity, since disruption of Nrf2 pathway abrogated the effect of treatment in CF zebrafish. This work highlights the protective role of NRF2 in limiting inflammation and injury, and show that therapeutic strategies to normalize NRF2 activity using curcumin might simultaneously reduce inflammation and enhance tissue repair, and thus prevent infectious and inflammatory lung damage in CF.

Abstract Cargo transport by molecular motors along microtubules is essential for the function of eucaryotic cells, in particular neurons in which axonal transport defects constitute the early pathological features of neurodegenerative diseases. Mainly studied in motor and sensory neurons, axonal transport is still difficult to characterize in neurons of the brain in absence of appropriate in vivo tools. Here, we measured fast axonal transport by tracing the second harmonic generation (SHG) signal of potassium titanyl phosphate (KTP) nanocrystals endocytosed by brain neurons of zebrafish (Zf) larvae. Thanks to the optical translucency of Zf larvae and of the perfect photostability of nanoKTP SHG, we achieved a high scanning speed of 20 frames (of ≈ 90 μ m×60 μ m size) per second in Zf brain. We focused our study on endolysosomal vesicle transport in axons of known polarization, separately analyzing kinesin and dynein motor-driven displacements. To validate our assay, we used either loss-of-function mutations of dynein or kinesin 1 or the dynein inhibitor dynapyrazole, and quantified several transport parameters. We successfully demonstrated that dynapyrazole reduces nanoKTP mobile fraction and retrograde run length consistently, while the retrograde run length increased in kinesin 1 mutants. Taking advantage of nanoKTP SHG directional emission, we also quantified fluctuations of vesicle orientation. Thus, by combining endocytosis of nanocrystals having non-linear response, fast two-photon microscopy, and high-throughput analysis, we are able to finely monitor fast axonal transport in vivo in the brain of a vertebrate, and reveal subtle axonal transport alterations. The high spatiotemporal resolution achieved in our model may be relevant to precisely investigate axonal transport impairment associated to disease models.

Abstract Background Respiratory Syncytial Virus (RSV) is the major cause of severe acute respiratory tract illness in young children worldwide and a main pathogen for the elderly and immune-compromised people. In the absence of vaccines or effective treatments, a better characterization of the pathogenesis of RSV infection is required. To date, the pathophysiology of the disease and its diagnosis mostly relied on chest x-ray and genome detection in nasopharyngeal swabs. The development of new imaging approaches is instrumental to further the description of RSV spread, virus-host interactions and related acute respiratory disease, at the level of the entire lung. Methods By combining tissue clearing, 3D microscopy and image processing, we developed a novel visualization tool of RSV infection in undissected mouse lungs. Results Whole tissue analysis allowed the identification of infected cell subtypes, based on both morphological traits and position within the cellular network. Furthermore, 3D imaging was also valuable to detect the cytoplasmic viral factories, also called inclusion bodies, a hallmark of RSV infection. Conclusions Whole lung clearing and 3D deep-imaging represents an unprecedented visualization method of infected lungs to allow insight into RSV pathophysiology and improve the 2D histology analyses.

Abstract Persistent neutrophilic inflammation associated with chronic pulmonary infection causes progressive lung injury and eventually death in individuals with cystic fibrosis (CF), a genetic disease caused by bi-allelic mutations in the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) gene. We therefore examined whether Roscovitine, a cyclin-dependent kinase inhibitor that (in other conditions) reduces inflammation while promoting host defence, might provide a beneficial effect in the context of CF. Herein, using CFTR-depleted zebrafish larvae as an innovative vertebrate model of CF immuno-pathophysiology, combined with murine and human approaches, we sought to determine the effects of Roscovitine on innate immune responses to tissue injury and pathogens in CF condition. We show that Roscovitine exerts anti-inflammatory and pro-resolution effects in neutrophilic inflammation induced by infection or tail amputation in zebrafish. Roscovitine reduces overactive epithelial ROS-mediated neutrophil trafficking, by reducing DUOX2/NADPH-oxidase activity, and accelerates inflammation resolution by inducing neutrophil apoptosis and reverse migration. Importantly, while Roscovitine efficiently enhances intracellular bacterial killing of Mycobacterium abscessus in human CF macrophages ex vivo , we found that treatment with Roscovitine results in worse infection in mouse and zebrafish models. By interfering with DUOX2/NADPH oxidase-dependent ROS production, Roscovitine reduces the number of neutrophils at infection sites, and consequently compromises granuloma formation and maintenance, favouring extracellular multiplication of M. abscessus and more severe infection. Our findings bring important new understanding of the immune-targeted action of Roscovitine and have significant therapeutic implications for safety targeting inflammation in CF.

Abstract Hereditary hemorrhagic Telangiectasia (HHT) is a rare genetic disease relying on mutations affecting components of Bone Morphogenetic Protein and Transforming Growth Factor-β (BMP/TGF-β) signaling pathway in endothelial cells. This disorder is characterized by arterio-venous malformations prone to rupture. and ensuing hemorrhages are responsible for iron deficiency anemia. Along with Activin receptor-like kinase ALK1, Endoglin is involved in the vast majority of HHT cases. In this report, we characterized zebrafish endoglin locus and demonstrated that it produces two phylogenetically conserved protein isoforms using a distinctive alternative splicing mechanism. Functional analysis of a Crispr/Cas9 zebrafish Endoglin mutant revealed that Endoglin deficiency results in massive death during the course from juvenile stage to adulthood. Endoglin deficient fish develop a cardiomegaly resulting in heart failure and hypochromic anemia which both stem from chronic hypoxia. Histological analysis and confocal imaging evidenced structural alterations of the developing gill and its underlying vascular network that tally with hypoxia. Finally, phenylhydrazine treatment demonstrated that lowering hematocrit/blood viscosity alleviates heart failure and enhances survival of Endoglin deficient fish. Altogether, our data indicate that Endoglin is crucial for gill vascular development and that further studies using zebrafish in general and this endoglin mutant in particular will provide crucial hints regarding the molecular and cellular events altered in HHT for the development of new therapeutic strategies. Summary Statement Endoglin deficiency in zebrafish recapitulates critical aspects of Hereditary Hemorrhagic Telangiectasia (HHT) and will thus constitute a valuable model in large scale screens for HHT-active drugs.