ABSTRACT Multiple Sclerosis (MS) is a highly heterogeneous demyelinating disease of the central nervous system (CNS) that needs for reliable biomarkers to foresee disease severity. Previous retrospective investigations in the MS model, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), highlighted the important relationship between monocytic-myeloid-derived suppressor cells (M-MDSCs) and the experimented severity of the clinical course. In this work, we show for the first time cells resembling M-MDSCs associated to MS lesions, whose abundance was related to milder MS clinical courses. Moreover, Ly-6C hi cells (which are indistinguishable from circulating M-MDSCs in mice) are useful biomarkers to predict a milder severity of the EAE disease course and a lesser tissue damage extent. Finally, the abundance of M-MDSCs in blood from untreated MS patients at their first relapse was inversely correlated with EDSS at baseline and relapse recovery one-year later. In summary, our data point to M-MDSC load as a promising biomarker of patient’s clinical course severity. Teaser The abundance of myeloid-derived suppressor cells is related to a milder clinical course in multiple sclerosis patients.

Oligodendrocyte precursor cells (OPCs) are responsible for spontaneous remyelination after a demyelinating lesion. They are present in large parts of the mouse and human central nervous system, both during development and in adulthood, yet how their physiological behaviour is modified throughout life remains largely unknown. Moreover, the activity of adult human OPCs is still not fully understood. Significantly, most of the molecules involved in OPC-mediated remyelination are also involved in their development, a phenomenon that may be clinically relevant. In this article, we have systematically analyzed the intrinsic properties of OPCs isolated from the cerebral cortex of neonatal, postnatal and adult mice, as well as those recovered from neurosurgical adult human cerebral cortex tissue. We also analyze the response of these cells to two molecules that have known effects on OPC biology during development and that are overexpressed in individuals with Multiple Sclerosis (MS): FGF2 and anosmin-1. By analyzing intact OPCs for the first time with H-1 HR-MAS NMR spectroscopy, we show that these cells behave distinctly and that they have different metabolic patterns in function of their stage of maturity. Moreover, their response to FGF-2 and anosmin-1 differs in relation to their developmental stage and in function of the species. Our data reveal that the behaviour of adult human and mouse OPCs differs in a very dynamic way that should be considered when testing drugs and for the proper design of effective pharmacological and/or cell therapies for MS.* CNS : Central nervous system DMEM : Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium ECM : extracellular matrix FBS : Fetal Bovine Serum HRMAS : high-resolution magic angle spinning MS : Multiple Sclerosis OPC : Oligodendrocyte precursor cell

ABSTRACT Background Multiple sclerosis (MS) is a chronic, inflammatory and demyelinating disease of the central nervous system (CNS) that is highly heterogeneous in terms of disease severity and tissue damage extent. Improving myelin restoration is essential to prevent neurodegeneration and the associated disability in MS patients. However, remyelinating therapies are failing in clinical trials, in part, due to the absence of classifying biomarkers of different endogenous regenerative capacities amongst enrolled patients. We previously reported that circulating monocytic myeloid-derived suppressor cells (M-MDSCs) at the onset of the murine model of MS experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) are associated with milder disease courses and less degree of demyelination and axonal damage in spinal cord lesions, while at peak are indicative of a better symptom recovery. Moreover, M-MDSCs are able to promote in vitro oligodendrocyte precursor cell (OPC) proliferation and differentiation towards mature oligodendrocytes (OLs) through the release of the soluble factor osteopontin. Results Here, we show a relationship between disease severity and a gradient of OPCs between the rim and the core in mixed active-inactive lesions of MS patients, along with a positive correlation between M-MDSC density and OPC abundance in the same lesions. We also show that EAE disease severity negatively influences the density of total and newly generated OPCs found associated to the demyelinated lesions of the spinal cord at the peak of the disease. In addition, disease severity also impacts the abundance of newly generated OLs originated either during the effector phase or during the early recovery phase. We also demonstrate the positive association between infiltrated M-MDSCs and the abundance of OPCs in the periplaque of demyelinating lesions at the peak of EAE. Interestingly, circulating M-MDSCs at EAE onset and peak of the disease are directly associated to a higher density of newly generated OLs in the plaque and periplaque, respectively. Conclusion Disease severity clearly impacts oligodendrocyte generation during a neuroinflammatory insult like EAE. Our results set the basis for further studies on M-MDSCs as a promising new biomarker that identify a CNS prone to the generation of new OLs that may contribute to restore myelin.

Abstract The increasing number of treatments that are now available to manage patients with multiple sclerosis (MS) highlights the need to develop biomarkers that can be used within the framework of individualized medicine. Fingolimod is a disease-modifying treatment that belongs to the sphingosine-1-phosphate receptor modulators. In addition of inhibiting T cell egression from lymph nodes, fingolimod promotes the immunosuppressive activity of Myeloid-Derived Suppressor Cells (MDSCs), a cell type that can be used as a biomarker of disease severity, and of the degree of demyelination and extent of axonal damage in MS. In the present study, we have assessed whether the abundance of circulating monocytic-MDSCs (M-MDSCs) may represent a useful biomarker of fingolimod efficacy. As such, blood immune cells were analyzed at disease onset in the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) MS mouse model. Fingolimod treated animals presented a milder EAE course with less demyelination and axonal damage, although a few animals did not respond well to treatment and they invariably had fewer M-MDSCs prior to initiating the treatment. Remarkably, M-MDSC abundance was also found to be an important and specific parameter to distinguish EAE mice prone to better fingolimod efficacy. Finally, in a translational effort, M-MDSCs were quantified in MS patients at baseline and correlated with different clinical parameters after 12 months of fingolimod treatment. The data obtained indicated that the M-MDSCs at baseline were highly representative of a good therapeutic response to fingolimod, i.e. patients who met at least two of the criteria used to define non-evidence of disease activity (NEDA-3) 12 months after treatment, providing relevant information of intention-to-treat MS patients. Collectively, our data indicate that M-MDSCs might be a useful predictive biomarker of the response of MS patients to fingolimod.

ABSTRACT Multiple Sclerosis (MS) is a chronic, inflammatory disease of the central nervous system. Despite the pharmacological arsenal approved for MS, there are treatment-reluctant patients for whom cell therapy appears as the only therapeutic alternative. Myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) are immature cells of the innate immune response able to immunosuppress T lymphocytes and to promote oligodendroglial differentiation in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), a preclinical model for MS. Culture devices need to be designed so that MDSCs maintain a state of immaturity and immunosuppressive function similar to that exerted in the donor organism. Graphene oxide (GO) has been described as a biocompatible material with the capacity to biologically modulate different cell types, including immune cells. In the present work, we show how MDSCs isolated from immune organs of EAE mice maintain an immature phenotype and highly immunosuppressive activity on T lymphocytes after being cultured on 2D reduced GO films (rGO 200 ) compared to those grown on glass. This activity is depleted when MDSCs are exposed to slightly rougher and more oxidized GO substrates (rGO 90) . The greater reduction in cell size of cells exposed to rGO 90 compared to rGO 200 is associated with the activation of apoptosis processes. Taken together, the exposure of MDSCs to GO substrates with different redox state and roughness appears as a good strategy to control MDSC activity in vitro . This versatility of GO nanomaterials and the impact of their physico-chemical properties in immunomodulation open the door to its possible selective therapeutic use for pathologies where MDSCs need to be enhanced or inhibited.