Control of endosomal Toll-like receptor (TLR) signaling by nanoparticles and applications in cancer therapy

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2014

Rôles des kinases IKK et IKK-related dans les maladies inflammatoires chroniques : implications dans l’athérosclérose et la réponse hypoxique

L’inflammation est un procédé complexe qui vise l’élimination de l’agent causal de dommages tissulaires en vue de faciliter la réparation du tissu affecté. La persistance de l’agent causal ou l’incapacité à résoudre l’inflammation mène à un dérèglement homéostatique chronique qui peut avoir une incidence sur la morbidité et la mortalité. L’athérosclérose est une condition inflammatoire chronique des vaisseaux sanguins dont l’origine est multifactorielle. L’hypertension et l’état infectieux représentent respectivement des facteurs de risque classiques et émergents du développement de cette maladie. Les fondements initiaux de l’inflammation font intervenir l’immunité innée, la première ligne de défense dont disposent les cellules pour répondre à un signal de danger. Le but de cette thèse est d’examiner le rôle pro-inflammatoire d’une famille de kinases essentielles à l’immunité innée, soit celle des kinases de IkappaB (IKK) et des kinases IKK-related. Les kinases IKKalpha et IKKbeta forment le complexe IKK avec la molécule adaptatrice NEMO/IKKgamma. Ce complexe est chargé d’effectuer la phosphorylation de l’inhibiteur de NF-kappaB, IkappaBalpha, ce qui mène à sa dégradation et à la libération du facteur de transcription NF-kappaB. Nous montrons que le peptide vasoactif angiotensine II (AngII) induit l’activité phosphotransférase d’IKKbeta dans les VSMC par immunoprécipitation de NEMO puis essai kinase in vitro. Grâce à une approche ARN interférence (ARNi) dirigée contre IKK, nous montrons que cette kinase est responsable de la phosphorylation de p65/RelA. Nous montrons que le mécanisme d’induction de NF-kappaB par l’AngII est atypique, puisqu’il ne module pas IkappaBalpha, et montrons à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques que l’activation de p65 est indépendante des voies MEK-ERK-RSK, PI3K et de la transactivation du récepteur de l’EGF. Les kinases IKK-related Tank-binding kinase 1 (TBK1) et IKK-i sont quant à elles principalement activées suite à une infection bactérienne ou virale. Ces kinases phosphorylent directement le facteur de transcription interferon regulatory factor (IRF)-3. Nous montrons que le cytomégalovirus humain, un pathogène associé à l’athérosclérose, a la capacité d’induire l’activation de TBK1 dans les VSMC. L’usage d’ARNi dirigé contre TBK1 et IKKi montre que les 2 kinases sont impliquées dans l’activation d’IRF-3. De plus, nous montrons à l’aide d’une lignée de VSMC exprimant une version dominante négative d’IRF-3 que ce dernier est essentiel à la synthèse des chimiokines RANTES et IP-10, tel qu’analysé par RT-PCR. Par ailleurs, il a récemment été montré que les kinases IKK-related étaient étroitement liées à la transformation oncogénique, et que TBK1 était pro-angiogénique. Or, l’angiogenèse est le plus souvent modulée par la réponse hypoxique qui est d’ailleurs commune à la majorité des processus inflammatoires. Le facteur de transcription hypoxia inducible factor (HIF)-1 module l’angiogenèse, l’inflammation et la survie cellulaire. Nous montrons à l’aide de cellules Tbk1 et Ikbke -/- et d’une approche lentivirale que TBK1 est spécifiquement impliquée dans l’induction traductionnelle de HIF-1alpha en condition de stress hypoxique. L’expression de TBK1 est induite sous ces conditions, et cette kinase module la phosphorylation de ERK, RSK, Akt et TSC1. Les résultats originaux présentés dans cette thèse montrent donc que les kinases IKK et IKK-related exercent leurs actions pro-inflammatoires par des mécanismes distincts.

Rôle de l'acétylation du facteur de transcription IRF3

L’immunité innée est notre premier mécanisme de défense contre l’invasion des pathogènes. Cette défense est basée sur la reconnaissance d’éléments invariables des pathogènes par des récepteurs encodés dans les lignées germinales. Dans la réponse anti-virale, le facteur de transcription Interferon Regulatory Factor 3 (IRF3) joue un rôle clé dans la réponse interféron de type I, combattant ainsi la réplication virale et conférant un état anti-viral aux cellules infectées ainsi qu’aux cellules avoisinantes. IRF3 est une protéine dont l’activation et la phosphorylation sont régulées par les kinases TBK1 et IKKi. Nous proposons ici que l’acétylation est une modification post-traductionnelle importante dans la régulation de l’activité d’IRF3. Nous avons observé par immunobuvardage qu’IRF3 est acétylé de façon basale et que cette acétylation est induite par la présence du co-facteur CBP et est inhibée par la présence de la kinase TBK1. Par spectrométrie de masse, nous avons ensuite identifié huit lysines sujettes à l’acétylation sur IRF3. Aussi, par mutagénèse dirigée, nous avons muté de façon ponctuelle chacun de ces sites et avons déterminé que la mutation de la lysine 87 inhibe la capacité d’IRF3 à s’attacher à l’ADN en EMSA et à transactiver son élément de réponse en essai luciférase. Aussi, nous proposons que l’acétylation masque la charge positive de la lysine 87 et contrôle de façon négative l’activité du facteur de transcription IRF3. Notre groupe démontre ainsi pour la première fois l’acétylation du facteur de transcription dans un modèle cellulaire et propose que ce processus joue un rôle inhibiteur dans la régulation de la protéine.

Role of NOX2 and DUOX2 in the antiviral airway responses

Les voies respiratoires sont exposées à une panoplie de pathogènes. Lors d’une infection virale respiratoire les cellules qui recouvrent ces voies participent activement à la défense immunitaire contre ces derniers en limitant la propagation du virus et en engendrant une réponse proinflammatoire. Un évènement clef dans ces processus est l’activation des facteurs de transcription, notamment le « Nuclear Factor » (NF)-κB et l’« Interferon Regulatory Factor -3 » (IRF-3), qui régulent l’expression des cytokines antivirales et proinflammatoires. Des données récentes démontrent que les dérivés actifs de l’oxygène (ROS), produits suite à une infection virale, ont la capacité de réguler les voies de signalisation enclenchées par NF-κB et IRF-3. Une source importante de ROS est la famille de NADPH oxydases (NOX), qui contient les membres NOX1-5 et DUOX1 et 2. L’objectif de notre étude était d’identifier la NOX qui régule les mécanismes antiviraux et proinflammatoires suite à l’infection avec le virus respiratoire syncytial (RSV), qui cause des complications respiratoires majeures, et le virus Sendai (SeV), un modèle viral non-pathogène. Nos travaux ont permis d’identifier que NOX2 est une molécule clef dans la réponse proinflammatoire suite à l’infection virale. Plus spécifiquement, NOX2 est important pour l’activation de NF-κB et la sécrétion des cytokines régulées par ce dernier. De plus, nous avons observé une forte augmentation de la présence de DUOX2 dans les cellules de voies respiratoires humaines infectées par SeV. Une étude plus approfondie nous a permis de caractériser qu’une synergie entre deux cytokines secrétées lors de l’infection, soit l’interféron (IFN)β et le TNFα est responsable de l’induction de DUOX2. Nous avons aussi découvert que DUOX2 confère une activité antivirale et est nécessaire pour maintenir les taux des cytokines antivirales tardives IFNβ et IFNλ. Lors d’une infection avec RSV, l’induction de DUOX2 n’est pas détectable. Nous avons mis en évidence que RSV interfère avec l’expression de DUOX2 ce qui pourrait suggérer sa pathogénicité. En conclusion, nos travaux démontrent pour la première fois une implication spécifique des NADPH oxydase NOX2 et DUOX suite aux infections virales respiratoires.

1,8-cineol potentiates IRF3-mediated antiviral response in human stem cells and an ex vivo model of rhinosinusitis

Common cold is one of the most frequent human inflammatory diseases caused by viruses and can facilitate bacterial super-infections resulting in sinusitis or pneumonia. The active ingredient of the drug Soledum, 1,8-cineole, is commonly applied for treating inflammatory diseases of the respiratory tract. However, the potential of 1,8-cineole for treating primary viral infections of the respiratory tract remains unclear. In the present study, we demonstrate for the first time that 1,8-cineole potentiates Poly(I:C)-induced activity of the anti-viral transcription factor Interferon Regulatory Factor 3, while simultaneously reducing pro-inflammatory NF-κB-activity in human cell lines, inferior turbinate stem cells (ITSCs) and ex vivo cultivated human nasal mucosa. Co-treatment of cell lines with Poly(I:C) and 1,8-cineole resulted in significantly increased IRF3 reporter gene activity compared to Poly(I:C) alone, whereas NF-κB-activity was reduced. Accordingly, 1,8-cineole- and Poly(I:C)-treatment led to increased nuclear translocation of IRF3 in ITSCs and a human ex vivo model of rhinosinusitis compared to the Poly(I:C)-treated approach. Nuclear translocation of IRF3 was significantly increased in ITSCs and slice cultures treated with LPS and 1,8-cineole compared to the LPS-treated cells mimicking bacterial infection. Our findings strongly suggest that 1,8-cineole potentiates the antiviral activity of IRF3 in addition to its inhibitory effect on pro-inflammatory NF-κB-signalling and may thus broaden its field of application.

Inactivation of formyltransferase (wbkC) gene generates a Brucella abortus rough strain that is attenuated in macrophages and in mice

Rough mutants of Brucella abortus were generated by disruption of wbkC gene which encodes the formyltransferase enzyme involved in LPS biosynthesis. In bone marrow-derived macrophages the B. abortus Delta wbkC mutants were attenuated, could not reach a replicative niche and induced higher levels of IL-12 and TNF-alpha when compared to parental smooth strains. Additionally, mutants exhibited attenuation in vivo in C57BL/6 and interferon regulatory factor-1 knockout mice. Delta wbkC mutant strains induced lower protective immunity in C56BL/6 than smooth vaccine S19 but similar to rough vaccine RB51. Finally, we demonstrated that Brucella wbkC is critical for LPS biosynthesis and full bacterial virulence. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Mutations in IRF6 cause Van der Woude and popliteal pterygium syndromes

Interferon regulatory factor 6 (IRF6) belongs to a family of nine transcription factors that share a highly conserved helix-turn-helix DNA-binding domain and a less conserved protein-binding domain. Most IRFs regulate the expression of interferon-alpha and -beta after viral infection(1), but the function of IRF6 is unknown. The gene encoding IRF6 is located in the critical region for the Van der Woude syndrome (VWS; OMIM 119300) locus at chromosome 1q32-q41 (refs 2,3). The disorder is an autosomal dominant form of cleft lip and palate with lip pits(4), and is the most common syndromic form of cleft lip or palate. Popliteal pterygium syndrome (PPS; OMIM 119500) is a disorder with a similar orofacial phenotype that also includes skin and genital anomalies(5). Phenotypic overlap(6) and linkage data(7) suggest that these two disorders are allelic. We found a nonsense mutation in IRF6 in the affected twin of a pair of monozygotic twins who were discordant for VWS. Subsequently, we identified mutations in IRF6 in 45 additional unrelated families affected with VWS and distinct mutations in 13 families affected with PPS. Expression analyses showed high levels of Irf6 mRNA along the medial edge of the fusing palate, tooth buds, hair follicles, genitalia and skin. Our observations demonstrate that haploinsufficiency of IRF6 disrupts orofacial development and are consistent with dominant-negative mutations disturbing development of the skin and genitalia.

Genomic Strategy Identifies a Missense Mutation in WD-Repeat Domain 65 (WDR65) in an Individual With Van der Woude Syndrome

Genetic variation in the transcription factor interferon regulatory factor 6 (IRF6) causes and contributes risk for oral clefting disorders. We hypothesized that genes regulated by IRF6 are also involved in oral clefting disorders. We used five criteria to identify potential IRF6 target genes; differential gene expression in skin taken from wild-type and Irf6-deficient murine embryos, localization to the Van der Woude syndrome 2 (VWS2) locus at 1p36-1p32, overlapping expression with Irf6, presence of a conserved predicted-binding site in the promoter region, and a mutant murine phenotype that was similar to the Irf6 mutant mouse. Previously, we observed altered expression for 573 genes; 13 were located in the murine region syntenic to the VWS2 locus. Two of these genes, Wdr65 and Stratifin, met 4 of 5 criteria. Wdr65 was a novel gene that encoded a predicted protein of 1,250 amino acids with two WD domains. As potential targets for Irf6 regulation, we hypothesized that disease-causing mutations will be found in WDR65 and Stratifin in individuals with VWS or VWS-like syndromes. We identified a potentially etiologic missense mutation in WDR65 in a person with VWS who does not have an exonic mutation in IRF6. The expression and mutation data were consistent with the hypothesis that WDR65 was a novel gene involved in oral clefting. (C) 2011 Wiley-Liss, Inc.

Blepharocheilodontic (BCD) syndrome: Expanding the phenotype?

We describe affected individuals in three generations of a family and another sporadic case, all Brazilian patients, with a combination of signs that diagnose the BCD syndrome. In addition to the cardinal signs, the sporadic case has hypothyroidism and imperforate anus, which was observed previously in one patient. The broadened phenotype and the possibility of involvement of p63 and IRF6 genes in this condition are discussed. © 2003 Wiley-Liss, Inc.

Análise dos parâmetros clínicos periodontais e expressão genética de interferons alfa, gama e genes relacionados em indivíduos portadores de Síndrome de Down com doença periodontal

Pós-graduação em Ciências Odontológicas - FOAR

Aeromonas salmonicida induced immune gene expression in Aloe vera fed steelhead trout, Oncorhynchus mykiss (Walbaum)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Melatonin attenuates the TLR4-mediated inflammatory response through MyD88-and TRIF-dependent signaling pathways in an in vivo model of ovarian cancer

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

Rehabilitative treatment of cleft lip and palate: experience of the Hospital for Rehabilitation of Craniofacial Anomalies/USP (HRAC/USP) - Part 1: overall aspects

C left lip and palate is the most common among craniofacial malformations and causes several esthetic and functional implications that require rehabilitation. This paper aims to generally describe the several aspects related to this complex pathology and the treatment protocol used by the Hospital for Rehabilitation of Craniofacial Anomalies, University of So Paulo (HRAC-USP) along 40 years of experience in the treatment of individuals with cleft lip and palate.

Analysis of Schistosoma mansoni genes shared with Deuterostomia and with possible roles in host interactions

Abstract Background: Schistosoma mansoni is a blood helminth parasite that causes schistosomiasis, a disease that affects 200 million people in the world. Many orthologs of known mammalian genes have been discovered in this parasite and evidence is accumulating that some of these genes encode proteins linked to signaling pathways in the parasite that appear to be involved with growth or development, suggesting a complex co-evolutionary process. Results: In this work we found 427 genes conserved in the Deuterostomia group that have orthologs in S. mansoni and no members in any nematodes and insects so far sequenced. Among these genes we have identified Insulin Induced Gene (INSIG), Interferon Regulatory Factor (IRF) and vasohibin orthologs, known to be involved in mammals in mevalonate metabolism, immune response and angiogenesis control, respectively. We have chosen these three genes for a more detailed characterization, which included extension of their cloned messages to obtain full-length sequences. Interestingly, SmINSIG showed a 10-fold higher expression in adult females as opposed to males, in accordance with its possible role in regulating egg production. SmIRF has a DNA binding domain, a tryptophan-rich N-terminal region and several predicted phosphorylation sites, usually important for IRF activity. Fourteen different alternatively spliced forms of the S. mansoni vasohibin (SmVASL) gene were detected that encode seven different protein isoforms including one with a complete C-terminal end, and other isoforms with shorter C-terminal portions. Using S. mansoni homologs, we have employed a parsimonious rationale to compute the total gene losses/gains in nematodes, arthropods and deuterostomes under either the Coelomata or the Ecdysozoa evolutionary hypotheses; our results show a lower losses/gains number under the latter hypothesis. Conclusion: The genes discussed which are conserved between S. mansoni and deuterostomes, probably have an ancient origin and were lost in Ecdysozoa, being still present in Lophotrochozoa. Given their known functions in Deuterostomia, it is possible that some of them have been co-opted to perform functions related (directly or indirectly) to host adaptation or interaction with host signaling processes.

Untersuchung der TNF-alpha vermittelten IFN-beta Signaltransduktion in malignen und nicht-malignen HPV positiven Zellen

Bestimmte humane Papillomviren sind an der Entstehung von Zervixkarzinomen beteiligt. In dieser Arbeit wird gezeigt, daß maligne HPV-positive Zellen ihre Fähigkeit zur Induktion von endogenem IFN-beta nach TNF-alpha verloren haben. Durch Infektion mit Encephalomyocarditis Virus (EMCV) oder Vesicular Stomatitis Virus (VSV) wurde die Induzierbarkeit des endogenen IFN-beta durch TNF-alpha in nicht-tumorigenen Zellen bestätigt. Alle malignen Zellinien zeigten eine intakte IFN Signaltransduktion, wenn Typ I oder Typ II Interferone exogen supplementiert wurden. Dies zeigt, daß in tumorigenen Zervixkarzinomzellen die Kommunikation zwischen TNF-alpha und IFN-beta