The uptake of a Klebsiella pneumoniae capsule polysaccharide mutant triggers an inflammatory response by human airway epithelial cells

The means by which airway epithelial cells sense a bacterial infection and which intracellular signalling pathways are activated upon infection are poorly understood. A549 cells and human primary airway cells (NHBE) were used to investigate the response to infection with Klebsiella pneumoniae. Infection of A549 and NHBE with K. pneumoniae 52K10, a capsule polysaccharide (CPS) mutant, increased the surface levels of ICAM-1 and caused the release of IL-8. By contrast, the wild-type strain did not elicit these responses. Consistent with a functional role for these responses, there was a correlation between ICAM-1 levels and the number of adherent leukocytes on the epithelial cell surface. In addition, treatment of neutrophils with IL-8 enhanced their ability to kill K. pneumoniae. Strain 52K10 was internalized by A549 cells more efficiently than the wild-type, and when infections with 52K10 were performed in the presence of cytochalasin D the inflammatory response was abrogated. These findings suggest that cellular activation is mediated by bacterial internalization and that CPS prevents the activation through the blockage of bacterial adhesion and uptake. Collectively, the results indicate that bacterial internalization by airway epithelial cells could be the triggering signal for the activation of the innate immune system of the airway. Infection of A549 cells by 52K10 was shown to trigger the nuclear translocation of NF-kappaB. Evidence is presented showing that 52K10 activated IL-8 production through Toll-like receptor (TLR) 2 and TLR4 pathways and that A549 cells could use soluble CD14 as TLR co-receptor.

Identification of the Flagellin Glycosylation System in Burkholderia cenocepacia and the Contribution of Glycosylated Flagellin to Evasion of Human Innate Immune Responses

Burkholderia cenocepacia is an opportunistic pathogen threatening patients with cystic fibrosis. Flagella are required for biofilm formation, as well as adhesion to and invasion of epithelial cells. Recognition of flagellin via the Toll-like receptor 5 (TLR5) contributes to exacerbate B. cenocepacia-induced lung epithelial inflammatory responses. In this study, we report that B. cenocepacia flagellin is glycosylated on at least 10 different sites with a single sugar, 4,6-dideoxy-4-(3-hydroxybutanoylamino)-d-glucose. We have identified key genes that are required for flagellin glycosylation, including a predicted glycosyltransferase gene that is linked to the flagellin biosynthesis cluster and a putative acetyltransferase gene located within the O-antigen lipopolysaccharide cluster. Another O-antigen cluster gene, rmlB, which is required for flagellin glycan and O-antigen biosynthesis, was essential for bacterial viability, uncovering a novel target against Burkholderia infections. Using glycosylated and nonglycosylated purified flagellin and a cell reporter system to assess TLR5-mediated responses, we also show that the presence of glycan in flagellin significantly impairs the inflammatory response of epithelial cells. We therefore suggest that flagellin glycosylation reduces recognition of flagellin by host TLR5, providing an evasive strategy to infecting bacteria.

Epstein-Barr Virus Large Tegument Protein BPLF1 Contributes to Innate Immune Evasion through Interference with Toll-Like Receptor Signaling

Viral infection triggers an early host response through activation of pattern recognition receptors, including Toll-like receptors (TLR). TLR signaling cascades induce production of type I interferons and proinflammatory cytokines involved in establishing an anti-viral state as well as in orchestrating ensuing adaptive immunity. To allow infection, replication, and persistence, (herpes)viruses employ ingenious strategies to evade host immunity. The human gamma-herpesvirus Epstein-Barr virus (EBV) is a large, enveloped DNA virus persistently carried by more than 90% of adults worldwide. It is the causative agent of infectious mononucleosis and is associated with several malignant tumors. EBV activates TLRs, including TLR2, TLR3, and TLR9. Interestingly, both the expression of and signaling by TLRs is attenuated during productive EBV infection. Ubiquitination plays an important role in regulating TLR signaling and is controlled by ubiquitin ligases and deubiquitinases (DUBs). The EBV genome encodes three proteins reported to exert in vitro deubiquitinase activity. Using active site-directed probes, we show that one of these putative DUBs, the conserved herpesvirus large tegument protein BPLF1, acts as a functional DUB in EBV-producing B cells. The BPLF1 enzyme is expressed during the late phase of lytic EBV infection and is incorporated into viral particles. The N-terminal part of the large BPLF1 protein contains the catalytic site for DUB activity and suppresses TLR-mediated activation of NF-κB at, or downstream of, the TRAF6 signaling intermediate. A catalytically inactive mutant of this EBV protein did not reduce NF-κB activation, indicating that DUB activity is essential for attenuating TLR signal transduction. Our combined results show that EBV employs deubiquitination of signaling intermediates in the TLR cascade as a mechanism to counteract innate anti-viral immunity of infected hosts.

A role for whey acidic protein four-disulfide-core 12 (WFDC12) in the regulation of the inflammatory response in the lung

Introduction: Secretory leucocyte protease inhibitor and elafin are members of the whey acidic protein (WAP), or WAP four disulfide-core (WFDC), family of proteins and have multiple contributions to innate defence including inhibition of neutrophil serine proteases and inhibition of the inflammatory response to lipopolysaccharide (LPS). This study aimed to explore potential activities of WFDC12, a previously uncharacterised WFDC protein expressed in the lung. Methods: Recombinant expression and purification of WFDC12 were optimised in Escherichia coli. Antiprotease, antibacterial and immunomodulatory activities of recombinant WFDC12 were evaluated and levels of endogenous WFDC12 protein were characterised by immunostaining and ELISA. Results: Recombinant WFDC12 inhibited cathepsin G, but not elastase or proteinase-3 activity. Monocytic cells pretreated with recombinant WFDC12 before LPS stimulation produced significantly lower levels of the pro-inflammatory cytokines interleukin-8 and monocyte chemotactic protein-1 compared with cells stimulated with LPS alone. Recombinant WFDC12 became conjugated to fibronectin in a transglutaminase-mediated reaction and retained antiprotease activity. In vivo WFDC12 expression was confirmed by immunostaining of human lung tissue sections. WFDC12 levels in human bronchoalveolar lavage fluid from healthy and lung-injured patients were quantitatively compared, showing WFDC12 to be elevated in both patients with acute respiratory distress syndrome and healthy subjects treated with LPS, relative to healthy controls. Conclusions: Together, these results suggest a role for this lesser known WFDC protein in the regulation of lung inflammation.

An unbiased genetic screen reveals the polygenic nature of the influenza virus anti-interferon response

UNLABELLED: Influenza A viruses counteract the cellular innate immune response at several steps, including blocking RIG I-dependent activation of interferon (IFN) transcription, interferon (IFN)-dependent upregulation of IFN-stimulated genes (ISGs), and the activity of various ISG products; the multifunctional NS1 protein is responsible for most of these activities. To determine the importance of other viral genes in the interplay between the virus and the host IFN response, we characterized populations and selected mutants of wild-type viruses selected by passage through non-IFN-responsive cells. We reasoned that, by allowing replication to occur in the absence of the selection pressure exerted by IFN, the virus could mutate at positions that would normally be restricted and could thus find new optimal sequence solutions. Deep sequencing of selected virus populations and individual virus mutants indicated that nonsynonymous mutations occurred at many phylogenetically conserved positions in nearly all virus genes. Most individual mutants selected for further characterization induced IFN and ISGs and were unable to counteract the effects of exogenous IFN, yet only one contained a mutation in NS1. The relevance of these mutations for the virus phenotype was verified by reverse genetics. Of note, several virus mutants expressing intact NS1 proteins exhibited alterations in the M1/M2 proteins and accumulated large amounts of deleted genomic RNAs but nonetheless replicated to high titers. This suggests that the overproduction of IFN inducers by these viruses can override NS1-mediated IFN modulation. Altogether, the results suggest that influenza viruses replicating in IFN-competent cells have tuned their complete genomes to evade the cellular innate immune system and that serial replication in non-IFN-responsive cells allows the virus to relax from these constraints and find a new genome consensus within its sequence space.

IMPORTANCE: In natural virus infections, the production of interferons leads to an antiviral state in cells that effectively limits virus replication. The interferon response places considerable selection pressure on viruses, and they have evolved a variety of ways to evade it. Although the influenza virus NS1 protein is a powerful interferon antagonist, the contributions of other viral genes to interferon evasion have not been well characterized. Here, we examined the effects of alleviating the selection pressure exerted by interferon by serially passaging influenza viruses in cells unable to respond to interferon. Viruses that grew to high titers had mutations at many normally conserved positions in nearly all genes and were not restricted to the NS1 gene. Our results demonstrate that influenza viruses have fine-tuned their entire genomes to evade the interferon response, and by removing interferon-mediated constraints, viruses can mutate at genome positions normally restricted by the interferon response.

RIP kinases: key decision makers in cell death and innate immunity

Innate immunity represents the first line of defence against invading pathogens. It consists of an initial inflammatory response that recruits white blood cells to the site of infection in an effort to destroy and eliminate the pathogen. Some pathogens replicate within host cells, and cell death by apoptosis is an important effector mechanism to remove the replication niche for such microbes. However, some microbes have evolved evasive strategies to block apoptosis, and in these cases host cells may employ further countermeasures, including an inflammatory form of cell death know as necroptosis. This review aims to highlight the importance of the RIP kinase family in controlling these various defence strategies. RIP1 is initially discussed as a key component of death receptor signalling and in the context of dictating whether a cell triggers a pathway of pro-inflammatory gene expression or cell death by apoptosis. The molecular and functional interplay of RIP1 and RIP3 is described, especially with respect to mediating necroptosis and as key mediators of inflammation. The function of RIP2, with particular emphasis on its role in NOD signalling, is also explored. Special attention is given to emphasizing the physiological and pathophysiological contexts for these various functions of RIP kinases.

Studies of epithelial response to streptozotocin-induced hyperglycemia

A hiperglicemia é a principal característica da diabetes mellitus (DM), uma das causas de morte que mais cresce em Portugal, e cujas complicações a longo prazo são mais debilitantes e mais sobrecarregam os sistemas de saúde. No entanto, os mecanismos subjacentes à resposta fisiológica de alguns tecidos à hiperglicemia não estão completamente esclarecidos. Este estudo teve como objetivo avaliar de que forma o tempo de exposição à hiperglicemia afeta dois tecidos epiteliais, o endotélio e as glândulas salivares, que são frequentemente associados a complicações da DM, utilizando um modelo animal. Adicionalmente, procurou-se encontrar novos biomarcadores para avaliar a suscetibilidade a complicações orais em diabéticos, analisando as modificações pós-traducionais (PTMs) da família de proteínas mais representativa na saliva humana: proteínas ricas em prolina (PRPs). A disfunção vascular está na origem de várias complicações da diabetes. Neste sentido, observou-se uma progressiva disfunção endotelial com o aumento do tempo de exposição à hiperglicemia, que resulta do aumento de danos no endotélio e da diminuição da capacidade de mobilização de células progenitoras. Simultaneamente, o aumento observado na atividade da via de ativação do sistema de complemento mediada por lectinas (MBL), sugere um envolvimento do sistema de imunidade inata na patogénese da disfunção vascular. Outra complicação comum da DM é o desenvolvimento de doenças orais, nomeadamente as relacionadas com a redução da secreção salivar. Na análise às glândulas submandibulares, observou-se uma resposta inicial à hiperglicemia com fortes variações na expressão de proteínas, mas a longo prazo, estas variações foram atenuadas, sugerindo um mecanismo de adaptação à hiperglicemia crónica. Adicionalmente, as proteínas relacionadas com a secreção, como as anexinas, apresentaram-se sobre-expressas, enquanto as calicreinas e proteínas metabólicas estavam sub-expressas. Estas variações sugerem que, apesar de uma diminuição da capacidade de regeneração, as células tentam superar a perda de tecido por meio do aumento da secreção, embora sem êxito. O comprometimento funcional das glândulas salivares tem consequências na composição e funções da saliva. Analisando as PTMs das PRPs salivares humanas, observou-se um aumento da frequência de péptidos com ciclização de resíduos N-terminais de glutamina a piroglutamato, o que confere uma resistência à atividade proteolítica que, por sua vez, se encontra aumentada em diabéticos. Assim, a presença de péptidos com N-piroglutamato poderá ser um potencial biomarcador da suscetibilidade a complicações orais em diabéticos.

Nutritional modulation of innate immune parameters in the epidermal mucus of Senegalese sole (Solea senegalensis)=Influência da dieta nos parâmetros da resposta imunitária inata do muco de linguado (Solea senegalensis)

Dissertação mest., Biologia Marinha, Universidade do Algarve, 2008

The effect of a selective CXCR2 antagonist (AZD5069) on human blood neutrophil count and innate immune functions.

Abstract AIMS: The aim of the present study was to investigate whether selective antagonism of the cysteine-X-cysteine chemokine receptor-2 (CXCR2) receptor has any adverse effects on the key innate effector functions of human neutrophils for defence against microbial pathogens. METHODS: In a double-blind, crossover study, 30 healthy volunteers were randomized to treatment with the CXCR2 antagonist AZD5069 (100 mg) or placebo, twice daily orally for 6 days. The peripheral blood neutrophil count was assessed at baseline, daily during treatment and in response to exercise challenge and subcutaneous injection of granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF). Neutrophil function was evaluated by phagocytosis of Escherichia coli and by the oxidative burst response to E. coli. RESULTS: AZD5069 treatment reversibly reduced circulating neutrophil count from baseline by a mean [standard deviation (SD)] of -1.67 (0.67) ×10(9) l(-1) vs. 0.19 (0.78) ×10(9) l(-1) for placebo on day 2, returning to baseline by day 7 after the last dose. Despite low counts on day 4, a 10-min exercise challenge increased absolute blood neutrophil count, but the effect with AZD5069 was smaller and not sustained, compared with placebo treatment. Subcutaneous G-CSF on day 5 caused a substantial increase in blood neutrophil count in both placebo- and AZD5069-treated subjects. Superoxide anion production in E. coli-stimulated neutrophils and phagocytosis of E. coli were unaffected by AZD5069 (P = 0.375, P = 0.721, respectively vs. baseline, Day 4). AZD5069 was well tolerated. CONCLUSIONS: CXCR2 antagonism did not appear adversely to affect the mobilization of neutrophils from bone marrow into the peripheral circulation, phagocytosis or the oxidative burst response to bacterial pathogens. This supports the potential of CXCR2 antagonists as a treatment option for diseases in which neutrophils play a pathological role.

Development of a bifunctional CD1d-anti-HER2 scFv fusion molecule to redirect the iNKT cell-mediated immune response to the tumor site

Abstract : Invariant natural killer T lymphocytes (iNKT) are a unique subpopulation of T lymphocytes recognizing glycolipid antigens in the context of the MHC class I-like molecule CD1d. Upon activation with the high affinity ligand α-galactosylceramide (αGalCer), iNKT cells rapidly produce large amounts of the pro-inflammatory cytokine interferon gamma (IFN-γ) and potently activate cells of the innate and adaptive immune response, such as dendritic cells (DCs), NK and T cells. In this context, iNKT cells have been shown to efficiently mediate antitumor activity, and recent research has focused on the manipulation of these cells for antitumor therapies. However, a major drawback of αGalCer as a free drug is that a single injection of this ligand leads to a short-lived iNKT cell activation followed by a long-term anergy, limiting its therapeutic use. In contrast, we demonstrate here that when αGalCer is loaded on a recombinant soluble CD1d molecule (αGalCer/sCD1d), repeated injections lead to a sustained iNKT and NK cell activation associated with IFN-γ secretion as well as with DC maturation. Most importantly, when the αGalCer/sCD1d is fused to an anti-HER2 scFv antibody fragment, potent inhibition of experimental lung metastasis and established subcutaneous tumors is obtained when systemic treatment is started two to seven days after the injection of HER2-expressing B16 melanoma cells, whereas at this time free αGalCer has no effect. The antitumor activity of the sCD1d-anti-HER2 fusion protein is associated with HER2-specific tumor localization and accumulation of iNKT, NK and T cells at the tumor site. Importantly, active T cell immunization combined with the sCD1d-anti-HER2 treatment leads to the accumulation of antigen-specific CD8 T cells exclusively in HER2-expressing tumors, resulting in potent tumor inhibition. In conclusion, sustained activation and tumor targeting of iNKT cells by recombinant αGalCer/sCD1d molecules thus may promote a combined innate and adaptive immune response at the tumor site that may prove to be effective in cancer immunotherapy. RESUME : Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. En revanche, l'étude présentée ici démontre que, si l'αGalCer est chargé sur des molécules récombinantes soluble CD1d (αGalCer/sCDld), des injections répétées aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si on fusionne la molécule αGalCer/sCD1d avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. De plus, une immunisation active combinée avec le traitement sCD1d-anti-HER2 aboutit à une accumulation des lymphocytes T CD8 spécifiques de l'antigène d'immunisation, ceci exclusivement dans des tumeurs qui expriment l'antigène HER2. Cette combinaison résulte dans une activité anti-tumeur accrue. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules recombinantes αGalCer/sCDld conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC : Le cancer est une cause majeure de décès dans le monde. Sur un total de 58 millions de décès enregistrés au niveau mondial en 2005, 7,6 millions (soit 13%) étaient dus au cancer. Les principaux traitements de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. Néanmoins, ces traitements nuisent aussi aux cellules normales de notre corps et parfois, ils ne suffisent pas pour éliminer définitivement une tumeur. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches pour la lutte contre le cancer et elle vise à exploiter la spécificité du système immunitaire qui peut distinguer des cellules normales et tumorales. Une cellule exprimant un marqueur tumoral (antigène) peut être reconnue par le système immunitaire humoral (anticorps) et/ou cellulaire, induisant une réponse spécifique contre la tumeur. L'immunothérapie peut s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la prolifération des cellules tumorales exprimant l'antigène. Aujourd'hui, six anticorps monoclonaux non-conjugés sont approuvés en clinique. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements sont souvent combinés avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et exploiter par immunisation active le développement de lymphocytes T cytotoxiques (CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. De telles «vaccinations »sont actuellement testées en clinique, mais jusqu'à présent elles n'ont pas abouti aux résultats satisfaisants. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CHM I). Cependant les cellules tumorales sont peu efficace dans la présentation d'antigène, car souvent elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des molécules d'histocompatibilité de classe I, et expriment peu ou pas de molécules d'adhésion et de cytokines costimulatrices. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL spécifiquement dirigés contre des antigènes tumoraux, les régressions tumorales obtenus grâce à ces vaccinations sont relativement rares. Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines CMH I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. Notre groupe de recherche a donc eu l'idée de développer une nouvelle approche thérapeutique où la réponse immunitaire des cellules iNKT serait prolongée et redirigée vers la tumeur par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons produit des molécules récombinantes soluble CD1d (sCD1d) qui, si elles sont chargés avec l'αGalCer (αGalCer/sCDld), aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si la molécule αGalCer/sCD1d est fusionnée avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, la réponse immunitaire est redirigée à la tumeur pour autant que les cellules cancéreuses expriment l'antigène HER2. Les molécules αGalCer/sCDld ainsi présentées activent les lymphocytes iNKT. Avec cette stratégie, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées, même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules récombinantes αGalCer/sCD1d conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer.

Waddlia chondrophila Infects and Multiplies in Ovine Trophoblast Cells Stimulating an Inflammatory Immune Response.

BACKGROUND: Waddlia chondrophila (W. chondrophila) is an emerging abortifacient organism which has been identified in the placentae of humans and cattle. The organism is a member of the order Chlamydiales, and shares many similarities at the genome level and in growth studies with other well-characterised zoonotic chlamydial abortifacients, such as Chlamydia abortus (C. abortus). This study investigates the growth of the organism and its effects upon pro-inflammatory cytokine expression in a ruminant placental cell line which we have previously utilised in a model of C. abortus pathogenicity. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Using qPCR, fluorescent immunocytochemistry and electron microscopy, we characterised the infection and growth of W. chondrophila within the ovine trophoblast AH-1 cell line. Inclusions were visible from 6 h post-infection (p.i.) and exponential growth of the organism could be observed over a 60 h time-course, with significant levels of host cell lysis being observed only after 36 h p.i. Expression of CXCL8, TNF-α, IL-1α and IL-1β were determined 24 h p.i. A statistically significant response in the expression of CXCL8, TNF-α and IL-1β could be observed following active infection with W. chondrophila. However a significant increase in IL-1β expression was also observed following the exposure of cells to UV-killed organisms, indicating the stimulation of multiple innate recognition pathways. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: W. chondrophila infects and grows in the ruminant trophoblast AH-1 cell line exhibiting a complete chlamydial replicative cycle. Infection of the trophoblasts resulted in the expression of pro-inflammatory cytokines in a dose-dependent manner similar to that observed with C. abortus in previous studies, suggesting similarities in the pathogenesis of infection between the two organisms.

HARNESSING iNKT CELLS WITH RECOMBINANT CD1d FUSION PROTEINS TO REDIRECT INNATE AND ADAPTIVE IMMUNITY TO THE TUMOR

Les thérapies du cancer, comme la radiothérapie et la chimiothérapie, sont couramment utilisées mais ont de nombreux effets secondaires. Ces thérapies invasives pour le patient nécessitent d'être améliorées et de nombreuses avancées ont été faites afin d'adapter et de personnaliser le traitement du cancer. L'immunothérapie a pour but de renforcer le système immunitaire du patient et de le rediriger de manière spécifique contre la tumeur. Dans notre projet, nous activons les lymphocytes Invariant Natural Killer T (iNKT) afin de mettre en place une immunothérapie innovatrice contre le cancer. Les cellules iNKT sont une unique sous-population de lymphocytes T qui ont la particularité de réunir les propriétés de l'immunité innée ainsi qu'adaptative. En effet, les cellules iNKT expriment à leur surface des molécules présentes aussi sur les cellules tueuses NK, caractéristique de l'immunité innée, ainsi qu'un récepteur de cellules T (TCR) qui représente l'immunité adaptative. Les cellules iNKT reconnaissent avec leur TCR des antigènes présentés par la molécule CD1d. Les antigènes sont des protéines, des polysaccharides ou des lipides reconnus par les cellules du système immunitaire ou les anticorps pour engendrer une réponse immunitaire. Dans le cas des cellules iNKT, l'alpha-galactosylceramide (αGC) est un antigène lipidique fréquemment utilisé dans les études cliniques comme puissant activateur. Après l'activation des cellules iNKT avec l'αGC, celles-ci produisent abondamment et rapidement des cytokines. Ces cytokines sont des molécules agissant comme des signaux activateurs d'autres cellules du système immunitaire telles que les cellules NK et les lymphocytes T. Cependant, les cellules iNKT deviennent anergiques après un seul traitement avec l'αGC c'est à dire qu'elles ne peuvent plus être réactivées, ce qui limite leur utilisation dans l'immunothérapie du cancer. Dans notre groupe, Stirnemann et al ont publié une molécule recombinante innovante, composée de la molécule CD1d soluble et chargée avec le ligand αGC (αGC/sCD1d). Cette protéine est capable d'activer les cellules iNKT tout en évitant l'anergie. Dans le système immunitaire, les anticorps sont indispensables pour combattre une infection bactérienne ou virale. En effet, les anticorps ont la capacité de reconnaître et lier spécifiquement un antigène et permettent l'élimination de la cellule qui exprime cet antigène. Dans le domaine de l'immunothérapie, les anticorps sont utilisés afin de cibler des antigènes présentés seulement par la tumeur. Ce procédé permet de réduire efficacement les effets secondaires lors du traitement du cancer. Nous avons donc fusionné la protéine recombinante αGC/CD1d à un fragment d'anticorps qui reconnaît un antigène spécifique des cellules tumorales. Dans une étude préclinique, nous avons démontré que la protéine αGC/sCD1d avec un fragment d'anticorps dirigé contre la tumeur engendre une meilleure activation des cellules iNKT et entraîne un effet anti-tumeur prolongé. Cet effet anti-tumeur est augmenté comparé à une protéine αGC/CD1d qui ne cible pas la tumeur. Nous avons aussi montré que l'activation des cellules iNKT avec la protéine αGC/sCD1d-anti-tumeur améliore l'effet anti- tumoral d'un vaccin pour le cancer. Lors d'expériences in vitro, la protéine αGC/sCD1d-anti- tumeur permet aussi d'activer les cellules humaines iNKT et ainsi tuer spécifiquement les cellules tumorales humaines. La protéine αGC/sCD1d-anti-tumeur représente une alternative thérapeutique prometteuse dans l'immunothérapie du cancer. - Les cellules Invariant Natural Killer T (iNKT), dont les effets anti-tumoraux ont été démontrés, sont de puissants activateurs des cellules Natural Killer (NK), des cellules dendritiques (DC) et des lymphocytes T. Cependant, une seule injection du ligand de haute affinité alpha-galactosylceramide (αGC) n'induit une forte activation des cellules iNKT que durant une courte période. Celle-ci est alors suivie d'une longue phase d'anergie, limitant ainsi leur utilisation pour la thérapie. Comme alternative prometteuse, nous avons montré que des injections répétées d'αGC chargé sur une protéine recombinante de CD1d soluble (αGC/sCD1d) chez la souris entraînent une activation prolongée des cellules iNKT, associée à une production continue de cytokine. De plus, le maintien de la réactivité des cellules iNKT permet de prolonger l'activité anti-tumorale lorsque la protéine αGC/sCD1d est fusionnée à un fragment d'anticorps (scFv) dirigé contre la tumeur. L'inhibition de la croissance tumorale n'est optimale que lorsque les souris sont traitées avec la protéine αGC/sCD1d-scFv ciblant la tumeur, la protéine αGC/sCD1d-scFv non-appropriée étant moins efficace. Dans le système humain, les protéines recombinantes αGC/sCD1d-anti-HER2 et anti-CEA sont capables d'activer et de faire proliférer des cellules iNKT à partir de PBMCs issues de donneurs sains. De plus, la protéine αGC/sCD1d-scFv a la capacité d'activer directement des clones iNKT humains en l'absence de cellules présentatrices d'antigènes (CPA), contrairement au ligand αGC libre. Mais surtout, la lyse des cellules tumorales par les iNKT humaines n'est obtenue que lorsqu'elles sont incubées avec la protéine αGC/sCD1d-scFv anti- tumeur. En outre, la redirection de la cytotoxicité des cellules iNKT vers la tumeur est supérieure à celle obtenue avec une stimulation par des CPA chargées avec l'αGC. Afin d'augmenter les effets anti-tumoraux, nous avons exploité la capacité des cellules iNKT à activer l'immunité adaptive. Pour ce faire, nous avons combiné l'immunothérapie NKT/CD1d avec un vaccin anti-tumoral composé d'un peptide OVA. Des effets synergiques ont été obtenus lorsque les traitements avec la protéine αGC/sCD1d-anti-HER2 étaient associés avec le CpG ODN comme adjuvant pour la vaccination avec le peptide OVA. Ces effets ont été observés à travers l'activation de nombreux lymphocytes T CD8+ spécifique de la tumeur, ainsi que par la forte expansion des cellules NK. Les réponses, innée et adaptive, élevées après le traitement avec la protéine αGC/sCD1d-anti-HER2 combinée au vaccin OVA/CpG ODN étaient associées à un fort ralentissement de la croissance des tumeurs B16- OVA-HER2. Cet effet anti-tumoral corrèle avec l'enrichissement des lymphocytes T CD8+ spécifiques observé à la tumeur. Afin d'étendre l'application des protéines αGC/sCD1d et d'améliorer leur efficacité, nous avons développé des fusions CD1d alternatives. Premièrement, une protéine αGC/sCD1d dimérique, qui permet d'augmenter l'avidité de la molécule CD1d pour les cellules iNKT. Dans un deuxième temps, nous avons fusionné la protéine αGC/sCD1d avec un scFv dirigé contre le récepteur 3 du facteur de croissance pour l'endothélium vasculaire (VEGFR-3), afin de cibler l'environnement de la tumeur. Dans l'ensemble, ces résultats démontrent que la thérapie médiée par la protéine recombinante αGC/sCD1d-scFv est une approche prometteuse pour rediriger l'immunité innée et adaptive vers le site tumoral. - Invariant Natural Killer T cells (iNKT) are potent activators of Natural Killer (NK), dendritic cells (DC) and T lymphocytes, and their anti-tumor activities have been well demonstrated. However, a single injection of the high affinity CD1d ligand alpha-galactosylceramide (αGC) leads to a strong but short-lived iNKT cell activation followed by a phase of long-term anergy, limiting the therapeutic use of this ligand. As a promising alternative, we have demonstrated that when αGC is loaded on recombinant soluble CD1d molecules (αGC/sCD1d), repeated injections in mice led to the sustained iNKT cell activation associated with continued cytokine secretion. Importantly, the retained reactivity of iNKT cell led to prolonged antitumor activity when the αGC/sCD1d was fused to an anti-tumor scFv fragments. Optimal inhibition of tumor growth was obtained only when mice were treated with the tumor-targeted αGC/CD1d-scFv fusion, whereas the irrelevant αGC/CD1d-scFv fusion was less efficient. When tested in a human system, the recombinant αGC/sCD1d-anti-HER2 and -anti-CEA fusion proteins were able to expand iNKT cells from PBMCs of healthy donors. Furthermore, the αGC/sCD1d-scFv fusion had the capacity to directly activate human iNKT cells clones without the presence of antigen-presenting cells (APCs), in contrast to the free αGC ligand. Most importantly, tumor cell killing by human iNKT cells was obtained only when co- incubated with the tumor targeted sCD1d-antitumor scFv, and their direct tumor cytotoxicity was superior to the bystander killing obtained with αGC-loaded APCs stimulation. To further enhance the anti-tumor effects, we exploited the ability of iNKT cells to transactivate the adaptive immunity, by combining the NKT/CD1d immunotherapy with a peptide cancer vaccine. Interestingly, synergistic effects were obtained when the αGC/sCD1d- anti-HER2 fusion treatment was combined with CpG ODN as adjuvant for the OVA peptide vaccine, as seen by higher numbers of activated antigen-specific CD8 T cells and NK cells, as compared to each regimen alone. The increased innate and adaptive immune responses upon combined tumor targeted sCD1d-scFv treatment and OVA/CpG vaccine were associated with a strong delay in B16-OVA-HER2 melanoma tumor growth, which correlated with an enrichment of antigen-specific CD8 cells at the tumor site. In order to extend the application of the CD1d fusion, we designed alternative CD1d fusion proteins. First, a dimeric αGC/sCD1d-Fc fusion, which permits to augment the avidity of the CD1d for iNKT cells and second, an αGC/sCD1d fused to an anti vascular endothelial growth factor receptor-3 (VEGFR-3) scFv, in order to target tumor stroma environment. Altogether, these results demonstrate that the iNKT-mediated immunotherapy via recombinant αGC/sCD1d-scFv fusion is a promising approach to redirect the innate and adaptive antitumor immune response to the tumor site.

TLR3 and Rig-like receptor on myeloid dendritic cells and Rig-like receptor on human NK cells are both mandatory for production of IFN-gamma in response to double-stranded RNA.

Cross-talk between NK cells and dendritic cells (DCs) is critical for the potent therapeutic response to dsRNA, but the receptors involved remained controversial. We show in this paper that two dsRNAs, polyadenylic-polyuridylic acid and polyinosinic-polycytidylic acid [poly(I:C)], similarly engaged human TLR3, whereas only poly(I:C) triggered human RIG-I and MDA5. Both dsRNA enhanced NK cell activation within PBMCs but only poly(I:C) induced IFN-gamma. Although myeloid DCs (mDCs) were required for NK cell activation, induction of cytolytic potential and IFN-gamma production did not require contact with mDCs but was dependent on type I IFN and IL-12, respectively. Poly(I:C) but not polyadenylic-polyuridylic acid synergized with mDC-derived IL-12 for IFN-gamma production by acting directly on NK cells. Finally, the requirement of both TLR3 and Rig-like receptor (RLR) on mDCs and RLRs but not TLR3 on NK cells for IFN-gamma production was demonstrated using TLR3- and Cardif-deficient mice and human RIG-I-specific activator. Thus, we report the requirement of cotriggering TLR3 and RLR on mDCs and RLRs on NK cells for a pathogen product to induce potent innate cell activation.

Role of CD4+ T cells in the regulation of the immune response against encapsulated Group B Streptococcus

Le Streptocoque de groupe B (GBS) est un important agent d’infection invasive pouvant mener à la mort et demeure la cause principale de septicémie néonatale à ce jour. Neuf sérotypes ont été officiellement décrits basés sur la composition de la capsule polysaccharidique (CPS). Parmi ces sérotypes, le type III est considéré le plus virulent et fréquemment associé aux maladies invasives graves, telle que la méningite. Malgré que plusieurs recherches aient été effectuées au niveau des interactions entre GBS type III et les cellules du système immunitaire innées, aucune information n’est disponible sur la régulation de la réponse immunitaire adaptative dirigée contre ce dernier. Notamment, le rôle de cellules T CD4+ dans l’immuno-pathogenèse de l’infection causée par GBS n’a jamais été étudié. Dans cet étude, trois différents modèles murins d’infection ont été développé pour évaluer l’activation et la modulation des cellules T CD4+ répondantes au GBS de type III : ex vivo, in vivo, et in vitro. Les résultats d’infections ex vivo démontrent que les splénocytes totaux répondent à l’infection en produisant des cytokines de type-1 pro-inflammatoires. Une forte production d’IL-10 accompagne cette cascade inflammatoire, probablement dans l’effort de l’hôte de maintenir l’homéostasie. Les résultats démontrent aussi que les cellules T sont activement recrutées par les cellules répondantes du système inné en produisant des facteurs chimiotactiques, tels que CXCL9, CXCL10, et CCL3. Plus spécifiquement, les résultats obtenus à partir des cellules isolées T CD4+ provenant des infections ex vivo ou in vivo démontrent que ces cellules participent à la production d’IFN-γ et de TNF-α ainsi que d’IL-2, suggérant un profil d’activation Th1. Les cellules isolées T CD4+ n’étaient pas des contributeurs majeurs d’IL-10. Ceci indique que cette cytokine immuno-régulatrice est principalement produite par les cellules de l’immunité innée de la rate de souris infectées. Le profil Th1 des cellules T CD4+ a été confirmé en utilisant un modèle in vitro. Nos résultats démontrent aussi que la CPS de GBS a une role immuno-modulateur dans le développement de la réponse Th1. En résumé, cette étude adresse pour la première fois, la contribution des cellules T CD4+ dans la production d’IFN-γ lors d’une infection à GBS et donc, dans le développement d’une réponse de type Th1. Ces résultats renforcent d’avantage le rôle central de cette cytokine pour un control efficace des infections causées par ce pathogène.

The nuclear pore complex and its transporters : from virus-host interactors to subverting the innate antiviral immunity

Les virus ont besoin d’interagir avec des facteurs cellulaires pour se répliquer et se propager dans les cellules d’hôtes. Une étude de l'interactome des protéines du virus d'hépatite C (VHC) par Germain et al. (2014) a permis d'élucider de nouvelles interactions virus-hôte. L'étude a également démontré que la majorité des facteurs de l'hôte n'avaient pas d'effet sur la réplication du virus. Ces travaux suggèrent que la majorité des protéines ont un rôle dans d'autres processus cellulaires tel que la réponse innée antivirale et ciblées pas le virus dans des mécanismes d'évasion immune. Pour tester cette hypothèse, 132 interactant virus-hôtes ont été sélectionnés et évalués par silençage génique dans un criblage d'ARNi sur la production interferon-beta (IFNB1). Nous avons ainsi observé que les réductions de l'expression de 53 interactants virus-hôte modulent la réponse antivirale innée. Une étude dans les termes de gène d'ontologie (GO) démontre un enrichissement de ces protéines au transport nucléocytoplasmique et au complexe du pore nucléaire. De plus, les gènes associés avec ces termes (CSE1L, KPNB1, RAN, TNPO1 et XPO1) ont été caractérisé comme des interactant de la protéine NS3/4A par Germain et al. (2014), et comme des régulateurs positives de la réponse innée antivirale. Comme le VHC se réplique dans le cytoplasme, nous proposons que ces interactions à des protéines associées avec le noyau confèrent un avantage de réplication et bénéficient au virus en interférant avec des processus cellulaire tel que la réponse innée. Cette réponse innée antivirale requiert la translocation nucléaire des facteurs transcriptionnelles IRF3 et NF-κB p65 pour la production des IFNs de type I. Un essai de microscopie a été développé afin d'évaluer l’effet du silençage de 60 gènes exprimant des protéines associés au complexe du pore nucléaire et au transport nucléocytoplasmique sur la translocation d’IRF3 et NF-κB p65 par un criblage ARNi lors d’une cinétique d'infection virale. En conclusion, l’étude démontre qu’il y a plusieurs protéines qui sont impliqués dans le transport de ces facteurs transcriptionnelles pendant une infection virale et peut affecter la production IFNB1 à différents niveaux de la réponse d'immunité antivirale. L'étude aussi suggère que l'effet de ces facteurs de transport sur la réponse innée est peut être un mécanisme d'évasion par des virus comme VHC.