CXCR3 biased signaling, heteromerization and decoy properties

Le récepteur de chimiokine CXCR3 est un récepteur couplé à la protéine G (RCPG) exprimé, entre autre, sur les cellules T activées lors d’une réponse immune. CXCR3 est activé par trois ligands inductibles par l’interféron-γ (CXCL9, 10, 11) et, plus récemment, il a été découvert que CXCL4 liait CXCR3. Nous savons que CXCR3 joue un rôle dans la chimiotaxie des leucocytes, mais peu d’attention a été portée sur la signalisation biaisée induite par ces quatre ligands. Alors que l’homodimérisation entre récepteurs de chimiokine est un concept grandement observé, l’hétéromérisation entre deux récepteurs reste un domaine de recherche active. La signalisation biaisée et l’hétéromérisation ont été testées grâce à la technique de bioluminescene resonance energy transfer (BRET) dans des cellules HEK293E. Nous présentons une caractérisation pharmacologique des quatre ligands de CXCR3 et démontrons l’hétéromérisation de CXCR3 avec CXCR4 et avec CXCR7. Nos résultats suggèrent que les ligands de CXCR3 n’agissent pas de manière redondante.

Étude de l’évolution du tropisme et de la pression sélective exercée sur le gène de l’enveloppe du virus de l’immunodéficience humaine de type 1 au cours de la grossesse et à l’échelle de la population.

Introduction. Le VIH-1 évolue en fonction de la réponse immunitaire spécifique de l’hôte. La pression sélective exercée par la réponse immunitaire VIH-spécifique de l’hôte entraine l’évolution des gènes viraux et à terme détermine l’évolution de la maladie. Cette évolution du virus à l’échelle d’un individu façonne également l’évolution du virus à l’échelle de la population et détermine le devenir de l’épidémie. Le VIH utilise les corécepteurs d’entrée CCR5 (virus R5) et CXCR4 (virus X4) afin d’infecter la cellule cible, et l’évolution du tropisme du virus de R5 vers X4, appelé switch du tropisme, est associé à la progression de la maladie. Les virus R5 sont rencontrés en début d’infection tandis que les virus X4 apparaissent en fin de maladie chez un certain de nombre de patients et sont considérés comme plus virulents. La pression sélective immunitaire exercée sur le gène de l’enveloppe (env) peut donc entrainer l’évolution du tropisme du VIH. La grossesse est un état immunitaire particulier considéré comme étant principalement caractérisé par un biais Th2 nécessaire à l’établissement de la tolérance materno-fétale. Le switch de tropisme de R5 vers X4 en grossesse n’a jamais été documenté, de même que l’évolution des déterminants du tropisme à l’échelle de la population. Hypothèses. Les changements immunitaires associés à l’initiation et la progression de la grossesse engendrent des changements dans la pression immunitaire exercée sur l’enveloppe et peuvent favoriser le switch du tropisme. L’évolution du tropisme du VIH-1 peut être observé à l’échelle de la population au même titre que l’évolution de l’enveloppe virale. Objectifs. Analyser l’évolution du tropisme et décrire la pression sélective sur l’enveloppe des femmes enceintes infectées par le VIH-1. Analyser l’évolution des déterminants du tropisme à l’échelle de la population. Méthodes. Nous avons dans un premier temps analysé l’évolution des déterminants du tropisme et déterminé le génotype et phénotype du VIH-1 chez 19 femmes enceintes issues de la cohorte du centre maternel et infantile sur le SIDA de l’hôpital Sainte-Justine (CMIS). Nous avons ensuite caractérisé et comparé la pression sélective exercée sur env, par une méthode bayésienne, chez 31 femmes enceinte et 29 femmes non-enceintes. Enfin, nous avons analysé et comparé des déterminants du tropisme entre des séquences d’enveloppe contemporaines et anciennes, issues des bases de données du NCBI. Résultats. Nos résultats montrent la présence de virus X4 chez la moitié de notre cohorte, et un switch de tropisme de R5 vers X4 chez 5/19 sujets. Les séquences des femmes enceintes présentaient des taux de substitutions plus élevées que celles des femmes non-enceintes. La pression sélective dans la région C2 était plus faible chez les femmes enceintes que chez les femmes non-enceintes, et différait dans 4 positions entre ces 2 groupes. Cette sélection diminuait au cours de la grossesse chez les patientes traitées. Enfin, une accumulation de mutations X4 a été observée dans les séquences R5 contemporaines par rapport aux séquences R5 anciennes. Conclusion. Les changements immunitaires associés à la grossesse semblent induire des modifications subtiles dans la pression sélective exercée sur env, suffisant à influencer l’évolution du tropisme de R5 vers X4. Un switch du tropisme à l’échelle de la population impliquerait une épidémie évoluant vers une plus grande virulence du virus. Nos résultats sont d’importance en ce qui concerne la prophylaxie antirétrovirale pour la santé de la mère et la prévention de la transmission mère-enfant du VIH-1. Ils sont aussi importants concernant l’avenir de la thérapie antirétrovirale dans le contexte d’une épidémie évoluant vers une plus grande virulence

Étude de la migration des populations de lymphocytes B du sang de patients infectés par le virus d’immunodéficience humaine (VIH)

La dérégulation du compartiment de cellules B est une conséquence importante de l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine (VIH-1). On observe notamment une diminution des nombres de lymphocytes B sanguins ainsi qu’une variation des fréquences relatives des différentes populations de lymphocytes B chez les individus infectés par rapport aux contrôles sains. Notre laboratoire a précédemment démontré l’implication des cellules dendritiques dans la dérégulation des lymphocytes B via la roduction excessive de BLyS/BAFF, un stimulateur des cellules B. De plus, lors l’études menées chez la souris transgénique présentant une maladie semblable au SIDA, et chez la souris BLyS/BAFF transgénique, l’infection au VIH-1 fut associée à une expansion de la zone marginale (MZ) de la rate. De façon intéressante, nous observons chez les contrôleurs élites une diminution de la population B ‘mature’ de la MZ. Il s’agit du seul changement important chez les contrôleurs élites et reflète possiblement un recrutement de ces cellules vers la périphérie ainsi qu’une implication dans des mécanismes de contrôle de l’infection. Pour tenter d’expliquer et de mieux comprendre ces variations dans les fréquences des populations B, nous avons analysé les axes chimiotactiques CXCL13-CXCR5, CXCL12-CXCR4/CXCR7, CCL20-CCR6 et CCL25-CCR9. L’étude longitudinale de cohortes de patients avec différents types de progression clinique ou de contrôle de l’infection démontre une modulation des niveaux plasmatiques de la majorité des chimiokines analysées chez les progresseurs rapides et classiques. Au contraire, les contrôleurs élites conservent des niveaux normaux de chimiokines, démontrant leur capacité à maintenir l’homéostasie. La migration des populations de cellules B semble être modulée selon la progression ou le contrôle de l’infection. Les contrôleurs élites présentent une diminution de la population B ‘mature’ de la MZ et une augmentation de la fréquence d’expression du récepteur CXCR7 associé à la MZ chez la souris, suggérant un rôle important des cellules de la MZ dans le contrôle de l’infection au VIH-1. De façon générale, les résultats dans cette étude viennent enrichir nos connaissances du compartiment de cellules B dans le contexte de l’infection au VIH-1 et pourront contribuer à élaborer des stratégies préventives et thérapeutiques contre ce virus.

Identification des résidus essentiels à l’interaction du récepteur CXCR7 avec ses ligands SDF-1 et ITAC

Les chimiokines sont des petites protéines secrétées dont la fonction principale est la stimulation de la migration de cellules immunitaires vers différents organes et tissus. Elles sont souvent impliquées lors des maladies inflammatoires, auto-immunes et des cancers. Ainsi, les chimiokines et leurs récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) sont la cible pharmacologique de plusieurs molécules, actuellement testées en essais cliniques. Nous avons pris comme modèle, lors de notre étude, le récepteur atypique CXCR7. Ce récepteur est dit atypique, car il ne signalise pas via la voie classique des protéines G, mais plutôt via la voie de la β-arrestine. CXCR7 est impliqué dans de nombreux cancers, favorise la progression métastatique et est un co-récepteur pour le virus de l’immunodéficience humaine (VIH). Cependant, aucune donnée sur son mode de liaison avec ses ligands CXCL11/ITAC et CXCL12/SDF-1 n’existe à date. Nous pensons que cette information est essentielle pour le développement efficace d’agonistes et d’antagonistes, et nous nous sommes intéressés à identifier les résidus essentiels à la liaison des deux ligands de CXCR7 et à son activation par ces derniers. Pour cela, nous avons créé une série de mutants par substitution ou délétion d’acides aminés de la partie N-terminale, des boucles extracellulaires et des domaines transmembranaires du récepteur. Nous avons testé leur marquage en surface cellulaire par cytométrie en flux, leur liaison des deux ligands par expériences de radio-liaison, et leur capacité à recruter la β-arrestine en réponse aux ligands par essais BRET. Les résultats obtenus ont permis d’identifier des résidus importants à l’interaction des systèmes CXCR7/SDF-1 et CXCR7-ITAC et suggèrent des modes de liaison à CXCR7 différents entre ITAC et SDF-1. Tout comme la liaison d’ITAC à son autre récepteur CXCR3, sa liaison à CXCR7 suivrait le mode conventionnel de liaison en deux étapes des récepteurs de chimiokines. Cependant, la liaison de SDF-1 à CXCR7 suivrait un autre mode de liaison, contrairement à sa liaison à son autre récepteur, CXCR4.

Étude du rôle des régions variables 4 et 5 dans les changements de conformation de la gp120 du VIH-1

Le VIH infecte les cellules par fusion de sa membrane avec la membrane de la cellule cible. Cette fusion est effectuée par les glycoprotéines de l'enveloppe (Env) qui sont synthétisées en tant que précurseur, gp160, qui est ensuite clivé en gp120 et gp41. La protéine gp41 est la partie transmembranaire du complexe de l'enveloppe et l’ancre à la particule virale alors que la gp120 assure la liaison au récepteur cellulaire CD4 et corécepteur CCR5 ou CXCR4. Ces interactions successives induisent des changements de conformation d’Env qui alimentent le processus d'entrée du virus conduisant finalement à l'insertion du peptide de fusion de la gp41 dans la membrane de la cellule cible. La sous-unité extérieure gp120 contient cinq régions variables (V1 à V5), dont trois (V1, V2 et V3) étant capables d’empêcher l’adoption spontanée de la conformation liée à CD4. Cependant, le rôle de régions variables V4 et V5 vis-à-vis de ces changements de conformation reste inconnu. Pour étudier leur effet, des mutants de l'isolat primaire de clade B YU2, comprenant une délétion de la V5 ou une mutation au niveau de tous les sites potentiels de N-glycosylation de la V4 (PNGS), ont été générés. L'effet des mutations sur la conformation des glycoprotéines d'enveloppe a été analysé par immunoprécipitation et résonance de plasmon de surface avec des anticorps dont la liaison dépend de la conformation adopté par la gp120. Ni le retrait des PNGS de la V4 ni la délétion de V5 n’a affecté les changements conformationnels d’Env tels que mesurés par ces techniques, ce qui suggère que les régions variables V1, V2 et V3 sont les principaux acteurs dans la prévention de l’adoption de la conformation lié de CD4 d’Env.

Disease progression in heterosexual patients infected with closely related subtype B strains of HIV type 1 with differing coreceptor usage properties

Previously we described a heterosexual outbreak of HIV-1 subtype B in a town in the north of England (Doncaster) where 11 of 13 infections were shown to be linked by phylogenetic analysis of the env gp120 region. The 11 infections were related to a putative index case, Don1, and further divided into two groups based on the patients' disease status, their viral sequences, and other epidemiological information. Here we describe two further findings. First, we found that viral isolates and gp120 recombinant viruses derived from patients from one group used the CCR5 coreceptor, whereas viruses from the other group could use both the CCR5 and CXCR4 coreceptors. Patients with the X4/R5 dual tropic strains were symptomatic when diagnosed and progressed rapidly, in contrast to the other patient group that has remained asymptomatic, implying a link between the tropism of the strains and disease outcome. Second, we present additional sequence data derived from the index case, demonstrating the presence of sequences from both clades, with an average interclade distance of 9.56%, providing direct evidence of a genetic link between these two groups. This new study shows that Don1 harbored both strains, implying he was either dually infected or that over time intrahost diversification from the R5 to R5/X4 phenotype occurred. These events may account for/have led to the spread of two genetically related strains with different pathogenic properties within the same heterosexual community.

Avaliação das quimiocinas e da expressão de seus receptores em células mononucleares de pacientes portadores da doença de Chagas submetidas à infecção in vitro com Trypanosoma cruzi e tratamento com benzonidazol

Atualmente o Brasil apresenta 3 milhões de indivíduos portadores da cardiomiopatia chagásica. Porém, tratamento etiológico com o fármaco Benzonidazol (BZ) na fase crônica da doença ainda não está elucidado. Acredita-se que a recomendação do BZ nessa fase, pode prevenir ou retardar a evolução clínica da cardiomiopatia na Doença Chagas (DC). Assim o objetivo do estudo é avaliar a produção de quimiocinas e expressão de seus receptores em Células mononucleares do sangue periférico - PBMC (de portadores crônicos da doença de Chagas) submetidas in vitro ao tratamento com BZ, após a infecção com T.cruzi. Foram selecionados 11 pacientes na fase crônica da doença. Amostras de sangue desses pacientes foram coletadas para obtenção de PBMC, em que foram cultivadas em placas de cultivo na concentração de 106 células/ml por poço. Após a adesão das células aderentes (principalmente macrófagos), as células não aderentes (principalmente linfócitos) foram removidas e as formas tripomastigotas foram adicionadas ao cultivo para infecção das células aderentes. Subsequente a incubação, as células não aderentes foram adicionadas novamente ao cultivo juntamente com o fármaco Bz (1µg/mL), ficando um co-cultivo de células aderentes infectadas com T.cruzi, células não aderentes e o BZ (C+T+BZ). As placas de cultura foram incubadas por períodos de 24h e 5 dias. Para uma análise fidedigna da ação do BZ nas células aderentes e não aderentes foi necessário a criação dos controles: células (C), células e tripomastigotas (C+T) e células e o BZ (C+BZ). Após o cultivo, foram coletados os sobrenadantes das culturas, para avaliação da produção de quimiocinas (CCL2, CXL9, CXL10, CCL5 e CXCL8) por CBA (Cytometric Bead Array). Posteriormente foi realizada a imunofenotipagem, avaliando a expressão dos receptores CCR3, CCR4, CXCR3, CXCR5, CCR1, CXCR4, CXCR2 e CCR5, em linfócitos T CD3+ e monócitos CD14+. Os resultados obtidos na avaliação dos linfócitos mostraram que o receptor CXCR5 esteve aumentado na condição C+T+BZ; e os receptores CCR4 e CCR1 estavam diminuídos nessa mesma condição. Nos monócitos observamos uma diminuição de CCR4 e um aumento do CCR5 nas mesmas condições. Com relação a dosagem de quimiocinas no sobrenadante, foi evidenciado que CCL2 e CXCL8 apresentaram uma diminuição na condição C+T+BZ. Assim podemos concluir que devido ao caráter inflamatório modulado, que o BZ conduziu, podemos afirmar que o fármaco demonstrou benefícios relevantes na expressão de receptores e na produção de quimiocinas

Stromal-derived factor-1 alpha (CXCL12) levels increase in periodontal disease

Background: The CXC chemokine receptor 4 (CXCR4) and its ligand, stromal cell-derived factor-1 (SDF-1 alpha or CXC chemokine ligand 12) are involved in the trafficking of leukocytes into and out of extravascular tissues. The purpose of this study was to determine whether SDF-1 alpha secreted by host cells plays a role in recruiting inflammatory cells into the periodontia during local inflammation. Methods: SDF-1 alpha levels were determined by enzyme-linked immunosorbent assay in gingival crevicular fluid (GCF) of 24 individuals with periodontitis versus healthy individuals in tissue biopsies and in a preclinical rat model of Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide-induced experimental bone loss. Neutrophil chemotaxis assays were also used to evaluate whether SDF-1 alpha plays a role in the recruitment of host cells at periodontal lesions. Results: Subjects with periodontal disease had higher levels of SDF-1 alpha in their GCF compared to healthy subjects. Subjects with periodontal disease who underwent mechanical therapy demonstrated decreased levels of SDF-1 alpha. Immunohistologic staining showed that SDF-1 alpha and CXCR4 levels were elevated in samples obtained from periodontally compromised individuals. Similar results were observed in the rodent model. Neutrophil migration was enhanced in the presence of SDF-1 alpha, mimicking immune cell migration in periodontal lesions. Conclusions: SDF-1 alpha may be involved in the immune defense pathway activated during periodontal disease. Upon the development of diseased tissues, SDF-1 alpha levels increase and may recruit host defensive cells into sites of inflammation. These studies suggest that SDF-1 alpha may be a useful biomarker for the identification of periodontal disease progression.

Human endogenous RNAs: Implications for the immunomodulation of Toll-like receptor 3

Toll-like receptors (TLRs), a family of mammalian receptors, are able to recognize nucleic acids. TLR3 recognizes double-stranded (ds)RNA, a product of the replication of certain viruses. Polyinosinic-polycytidylic acid, referred to as poly(I:C), an analog of viral dsRNA, interacts with TLR3 thereby eliciting immunoinflammatory responses characteristic of viral infection or down-regulating the expression of chemokine receptor CXCR4. It is known that dsRNA also directly activates interferon (IFN)-induced enzymes, such as the RNA-dependent protein kinase (PKR). In the present study, the mRNA expression of TLR3, CXCR4, IFN gamma and PKR was investigated in a culture of peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) stimulated with poly(I:C) and endogenous RNA from human PBMCs. No cytotoxic effect on the cells or on the proliferation of CD3(+), CD4(+) and CD8(+) cells was observed. TLR3 expression in the PBMCs in the presence of poly(I:C) was up-regulated 9.5-fold, and TLR3 expression in the PBMCs treated with endogenous RNA was down-regulated 1.8-fold (p=0.002). The same trend was observed for IFN gamma where in the presence of poly(I:C) an 8.7-fold increase was noted and in the presence of endogenous RNA a 3.1-fold decrease was observed. In the culture activated with poly(1:C), mRNA expression of CXCR4 increased 8.0-fold and expression of PKR increased 33.0-fold. Expression of these genes decreased in the culture treated with endogenous RNA when compared to the culture without stimulus. Thus, high expression of mRNA for TLR3, IFN gamma, CXCR4 and PKR was observed in the presence of poly(I:C) and low expression was observed in the cells cultured with endogenous RNA. In conclusion, TLR3 may play major physiological roles that are not in the context of viral infection. It is possible that RNA released from cells could contain enough double-stranded structures to regulate cell activation. The involvement of endogenous RNA in endogenous gene expression and its implications in the regulation thereof, are still being studied, and will have significant implications in the future.

Short-chain fatty acids increase expression and secretion of stromal cell-derived factor-1 in mouse and human pre-adipocytes

Objective: Stromal cell-derived factor-1 (SDF-1) is expressed in pre-adipocytes but its role is unknown. We investigated butyrate (a histone deacetylase inhibitor - HDACi) and other short-chain fatty acids (SCFA) in the regulation of SDF-1. We further investigated whether effects of SCFA were signalled through G protein-coupled receptors FFA2 and FFA3. Design and Results: SDF-1 mRNA expression and protein secretion were studied in 3T3-L1 cells and human pre-adipocytes. SDF-1 was abundant, with mRNA and protein levels increased by butyrate. This was replicated with acetate and propionate, but not with trichostatin or valproate. Trichostatin inhibited SDF-1 secretion. Pertussis toxin blocked stimulation by butyrate. The order of potency of SCFA in stimulating SDF-1 (C3 > C4 > C2) is consistent with action through FFA3. Silencing the FFA3 gene abolished butyrate-stimulated SDF-1 expression and secretion. FFA3 was expressed in both pre-adipocytes and adipocytes, while FFA2 was expressed in adipocytes only. SDF-1 expression was low in murine macrophage J774.2 cells, while the SDF-1 receptor CXCR4 was absent from 3T3-L1 cells but abundant in J774.2 macrophages. In human pre-adipocytes, FFA3 was also expressed and SCFA increased SDF-1 secretion. Conclusions: SDF-1 and CXCR4 may mediate the interaction between adipose stromal cells and macrophages. Effects of SCFA are mediated through FFA3, but not histone deacetylase inhibition.

Variability of the conserved V3 loop tip motif in HIV-1 subtype B isolates collected from Brazilian and French patients

The diversity of the V3 loop tip motif sequences of HIV-1 subtype B was analyzed in patients from Botucatu (Brazil) and Montpellier (France). Overall, 37 tetrameric tip motifs were identified, 28 and 17 of them being recognized in Brazilian and French patients, respectively. The GPGR (P) motif was predominant in French but not in Brazilian patients (53.5% vs 31.0%), whereas the GWGR (W) motif was frequent in Brazilian patients (23.0%) and absent in French patients. Three tip motif groups were considered: P, W, and non-P non-W groups. The distribution of HIV-1 isolates into the three groups was significantly different between isolates from Botucatu and from Montpellier (P < 0.001). A higher proportion of CXCR4-using HIV-1 (X4 variants) was observed in the non-P non-W group as compared with the P group (37.5% vs 19.1%), and no X4 variant was identified in the W group (P < 0.001). The higher proportion of X4 variants in the non-P non-W group was essentially observed among the patients from Montpellier, who have been infected with HIV-1 for a longer period of time than those from Botucatu. Among patients from Montpellier, CD4+ cell counts were lower in patients belonging to the non-P non-W group than in those belonging to the P group (24 cells/µL vs 197 cells/µL; P = 0.005). Taken together, the results suggest that variability of the V3 loop tip motif may be related to HIV-1 coreceptor usage and to disease progression. However, as analyzed by a bioinformatic method, the substitution of the V3 loop tip motif of the subtype B consensus sequence with the different tip motifs identified in the present study was not sufficient to induce a change in HIV-1 coreceptor usage.

Effect of mangiferin on the development of periodontal disease: Involvement of lipoxin A(4), anti-chemotaxic action in leukocyte rolling

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Thymic microenvironmental alterations in experimentally induced diabetes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo da resposta imune humoral em mulheres com neoplasia ovariana. -

Pós-graduação em Ginecologia, Obstetrícia e Mastologia - FMB

CXCL12 estimula fibroblastos pulmonares a produzir CCL3, CXCL2, LTB4 e LTC4 via p38, MEK1/2, PI-3K e JNK

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)