Cigarette smokers have exaggerated alveolar barrier disruption in response to lipopolysaccharide inhalation

RATIONALE: Cigarette smoke exposure is associated with an increased risk of the acute respiratory distress syndrome (ARDS); however, the mechanisms underlying this relationship remain largely unknown.

OBJECTIVE: To assess pathways of lung injury and inflammation in smokers and non-smokers with and without lipopolysaccharide (LPS) inhalation using established biomarkers.

METHODS: We measured plasma and bronchoalveolar lavage (BAL) biomarkers of inflammation and lung injury in smokers and non-smokers in two distinct cohorts of healthy volunteers, one unstimulated (n=20) and one undergoing 50 μg LPS inhalation (n=30).

MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: After LPS inhalation, cigarette smokers had increased alveolar-capillary membrane permeability as measured by BAL total protein, compared with non-smokers (median 274 vs 208 μg/mL, p=0.04). Smokers had exaggerated inflammation compared with non-smokers, with increased BAL interleukin-1β (p=0.002), neutrophils (p=0.02), plasma interleukin-8 (p=0.003), and plasma matrix metalloproteinase-8 (p=0.006). Alveolar epithelial injury after LPS was more severe in smokers than non-smokers, with increased plasma (p=0.04) and decreased BAL (p=0.02) surfactant protein D. Finally, smokers had decreased BAL vascular endothelial growth factor (VEGF) (p<0.0001) with increased soluble VEGF receptor-1 (p=0.0001).

CONCLUSIONS: Cigarette smoke exposure may predispose to ARDS through an abnormal response to a 'second hit,' with increased alveolar-capillary membrane permeability, exaggerated inflammation, increased epithelial injury and endothelial dysfunction. LPS inhalation may serve as a useful experimental model for evaluation of the acute pulmonary effects of existing and new tobacco products.

Immuno-oncology of human prostate cancer : phenotypical characterization and study of the tumor-derived, androgen-regulated immunosuppressive microenvironment

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes canadiens et la troisième cause de décès relié au cancer. Lorsque diagnostiqué à un stade précoce de la maladie, le cancer de la prostate est traité de manière curative par chirurgie et radiothérapie. Par contre, les thérapies actuelles ne peuvent éradiquer la maladie lorsqu’elle progresse à des stades avancés. Ces thérapies, comme la chimiothérapie et l’hormonothérapie, demeurent donc palliatives. Il est primordial d’optimiser de nouvelles thérapies visant l’élimination des cellules cancéreuses chez les patients atteints des stades avancés de la maladie. Une de ces nouvelles options thérapeutiques est l’immunothérapie. L’immunothérapie du cancer a fait des progrès considérables durant les dernières années. Cependant, les avancements encourageants obtenus lors d’essais précliniques ne se sont pas encore traduits en des résultats cliniques significatifs. En ce qui concerne le cancer de la prostate, les résultats négligeables suivants des interventions immunothérapeutiques peuvent être causés par le fait que la plupart des études sur le microenvironnement immunologique furent effectuées chez des modèles animaux. De plus la majorité des études sur l’immunologie tumorale humaine furent effectuées chez des patients atteints d’autres cancers, tels que le mélanome, et non chez les patients atteints du cancer de la prostate. Donc, le but central de cette thèse de doctorat est d’étudier le microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate afin de mieux définir les impacts de la tumeur sur le développement de la réponse immunitaire antitumorale. Pour réaliser ce projet, nous avons établi deux principaux objectifs de travail : (i) la caractérisation précise des populations des cellules immunitaires infiltrant la tumeur primaire et les ganglions métastatiques chez les patients atteints du cancer de la prostate; (ii) l’identification et l’étude des mécanismes immunosuppressifs exprimés par les cellules cancéreuses de la prostate. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent que la progression du cancer de la prostate est associée au développement d’un microenvironnement immunosuppressif qui, en partie, est régulé par la présence des androgènes. L’étude initiale avait comme but la caractérisation du microenvironnement immunologique des ganglions drainant la tumeur chez des patients du cancer de la prostate. Les résultats présentés dans le chapitre III nous a permis de démontrer que les ganglions métastatiques comportent des signes cellulaires et histopathologiques associés à une faible réactivité immunologique. Cette immunosuppression ganglionnaire semble dépendre de la présence des cellules métastatiques puisque des différences immunologiques notables existent entre les ganglions non-métastatiques et métastatiques chez un même patient. La progression du cancer de la prostate semble donc associée au développement d’une immunosuppression affectant les ganglions drainant la tumeur primaire. Par la suite, nous nous sommes intéressés à l’impact de la thérapie par déplétion des androgènes (TDA) sur le microenvironnement immunologique de la tumeur primaire. La TDA est associée à une augmentation marquée de l’inflammation prostatique. De plus, les protocoles d’immunothérapies pour le cancer de la prostate actuellement évalués en phase clinique sont dirigés aux patients hormonoréfractaires ayant subi et échoué la thérapie. Cependant, peu d’information existe sur la nature de l’infiltrat de cellules immunes chez les patients castrés. Il est donc essentiel de connaître la nature de cet infiltrat afin de savoir si celui-ci peut répondre de manière favorable à une intervention immunothérapeutique. Dans le chapitre IV, je présente les résultats sur l’abondance des cellules immunes infiltrant la tumeur primaire suivant la TDA. Chez les patients castrés, les densités de lymphocytes T CD3+ et CD8+ ainsi que des macrophages CD68+ sont plus importantes que chez les patients contrôles. Nous avons également observé une corrélation entre la densité de cellules NK et une diminution du risque de progression de la maladie (rechute biochimique). Inversement, une forte infiltration de macrophages est associée à un plus haut risque de progression. Conjointement, durant cette étude, nous avons développé une nouvelle approche informatisée permettant la standardisation de la quantification de l’infiltrat de cellules immunes dans les échantillons pathologiques. Cette approche facilitera la comparaison d’études indépendantes sur la densité de l’infiltrat immun. Ces résultats nous ont donc permis de confirmer que les effets pro-inflammatoires de la TDA chez les patients du cancer de la prostate ciblaient spécifiquement les lymphocytes T et les macrophages. L’hypothèse intéressante découlant de cette étude est que les androgènes pourraient réguler l’expression de mécanismes immunosuppressifs dans la tumeur primaire. Dans le chapitre V, nous avons donc étudié l’expression de mécanismes immunosuppressifs par les cellules cancéreuses du cancer de la prostate ainsi que leur régulation par les androgènes. Notre analyse démontre que les androgènes augmentent l’expression de molécules à propriétés immunosuppressives telles que l’arginase I et l’arginase II. Cette surexpression dépend de l’activité du récepteur aux androgènes. Chez les patients castrés, l’expression de l’arginase II était diminuée suggérant une régulation androgénique in vivo. Nous avons observé que l’arginase I et l’arginase II participent à la prolifération des cellules du cancer de la prostate ainsi qu’à leur potentiel immunosuppressif. Finalement, nous avons découvert que l’expression de l’interleukin-8 était aussi régulée par les androgènes. De plus, l’interleukin-8, indépendamment des androgènes, augmente l’expression de l’arginase II. Ces résultats confirment que les androgènes participent au développement d’une microenvironnement immunosuppressif dans le cancer de la prostate en régulant l’expression de l’arginase I, l’arginase II et l’interleukin-8. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse témoignent du caractère unique du microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate. Nos travaux ont également permis d’établir de nouvelles techniques basées sur des logiciels d’analyse d’image afin de mieux comprendre le dialogue entre la tumeur et le système immunitaire chez les patients. Approfondir les connaissances sur les mécanismes de régulation du microenvironnement immunologique chez les patients atteint du cancer de la prostate permettra d’optimiser des immunothérapies mieux adaptées à éradiquer cette maladie.

Effet des angiopoïétines sur la survie des neutrophiles

Nous avons identifié l’expression du récepteur des angiopoïétines, le récepteur Tie2, à la surface des neutrophiles humains. De plus, nous avons démontré qu’Ang1 et Ang2 induisent des activités pro-inflammatoires sur les neutrophiles, comme l’adhésion aux cellules endothéliales (CEs) et la synthèse du facteur d’activation plaquettaire (PAF). Puisque le PAF augmente la viabilité des neutrophiles et que les angiopoïétines modulent la survie des CEs, nous avons voulu évaluer l’effet des angiopoïétines sur la survie des neutrophiles. Des neutrophiles humains ont été isolés à partir du sang de donneurs sains en accord avec le comité d’éthique de l’Institut de cardiologie de Montréal. La viabilité des neutrophiles a été mesurée par cytométrie en flux à l’aide de marqueurs d’apoptose et de nécrose. Un traitement avec des témoins positifs, soit l’interleukine 8 (IL-8; 25 nM) ou le PAF (100 nM), a augmenté la survie basale des neutrophiles de 34 et 27%, respectivement. De plus, un traitement avec Ang1 (1 pM – 10 nM) a augmenté la survie des neutrophiles jusqu’à 35%, alors qu’Ang2 n’a eu aucun effet. La combinaison de l’IL-8 ou du PAF avec Ang1 (10 nM) a eu un effet additif sur la viabilité des neutrophiles et a augmenté la survie de 56 et 60%, respectivement. Un prétraitement avec des anticorps bloquants contre l’IL-8 a permis d’inhiber l’activité anti-apoptotique de l’IL-8 et d’Ang1 de 92 et 80%, respectivement. Ainsi, notre étude est la première à démontrer la capacité d’Ang1 à prolonger la viabilité des neutrophiles, qui est principalement causée par la relâche d’IL-8.

Activités inflammatoires des angiopoïétines sur les neutrophiles

L’angiogenèse, caractérisée par la formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vaisseaux préexistants, est un processus accompagné par l’inflammation, impliquant la synthèse et la relâche de différents facteurs de croissance par les cellules inflammatoires. Parmi ces facteurs, seuls le vascular endothelial growth factor (VEGF) et les angiopoïétines (Ang1 et Ang2) peuvent participer à la régulation de l’inflammation et de l’angiogenèse. La famille des angiopoïétines comporte quatre membres, desquels l’Ang1 et l’Ang2 ont été les plus étudiés. Ces deux médiateurs inflammatoires sont capables d’activer le récepteur Tie2, dont l’expression a initialement été rapportée sur les cellules endothéliales (CE). Notre laboratoire a été le premier à démontrer l’expression de Tie2 à la surface des neutrophiles, ainsi que sa capacité, suite à son activation par l’Ang1 ou l’Ang2, à induire la synthèse du facteur d’activation plaquettaire (PAF), l’activation de la β2-intégrine, la migration des neutrophiles ainsi que leur adhésion aux CE. D’autres études ont montré que les CE emmagasinent et relâchent le VEGF et l’Ang2, tandis que les péricytes et les cellules musculaires lisses contiennent l’Ang1. Puisque les neutrophiles relâchent le VEGF et que les deux angiopoïétines ont la capacité d’activer Tie2 sur ces derniers, nous avons voulu déterminer si les neutrophiles contiennent l’Ang1 et/ou l’Ang2 et si elles peuvent être relâchées suite à une stimulation avec des agonistes proinflammatoires. Nous avons découvert que l’Ang1, mais pas l’Ang2 est présente dans les neutrophiles, et qu’elle est relâchée suite à une stimulation au phorbol myristate acetate (PMA). De plus, nous avons démontré que l’Ang1 est localisée au niveau du cytosol et que sa relâche est calcium-indépendante, contrairement au VEGF, qui est localisé dans les granules β et sa relâche est calcium-dépendante. Cette étude démontre pour la première fois l’expression et la localisation de l’Ang1 dans les neutrophiles. Une récente étude effectuée dans notre laboratoire a démontré que les angiopoïétines induisent la migration des neutrophiles en activant le récepteur Tie2 et la voie de la PI3K. De plus, les angiopoïétines ont potentialisé la migration induite par l’IL-8. Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que l’Ang1 et/ou l’Ang2 seraient capables d’induire la relâche et/ou la synthèse de l’IL-8 par les neutrophiles. Nous avons démontré pour la première fois, la capacité de l’Ang1 à induire l’expression de l’ARNm, ainsi que la synthèse et la relâche d’IL-8 par les neutrophiles. Cependant, un traitement avec l’Ang2 seule ou en combinaison avec l’Ang1 n’a eu aucun effet sur les activités mentionnées ci-dessus. Nous avons aussi observé que la synthèse et la relâche d’IL-8 induite par l’Ang1 requièrent la transcription de l’ADN en ARNm, suivie par la stabilisation de ce dernier, qui ultimement induit la traduction de l’ARNm de l’IL-8 en sa protéine. Finalement, nous avons démontré que la stimulation des neutrophiles avec l’Ang1 induit ces activités en activant la voie de la p42/44 MAPK, tout en étant indépendantes de la p38 MAPK et la PI3K/Akt. Ces résultats sont en lien direct avec une récente étude dans laquelle nous avons observé que l’Ang1, mais pas l’Ang2 est capable d’augmenter la survie des neutrophiles via la relâche d’IL-8.

The regulatory roles of APE1 and Prdx1 interaction

L’apurinic/apyrimidic endonuclease 1 (APE1) est une protéine multifonctionnelle qui joue un rôle important dans la voie de réparation de l’ADN par excision de base. Elle sert également de coactivateur de transcription et est aussi impliquée dans le métabolisme de l’ARN et la régulation redox. APE1 peut cliver les sites AP ainsi que retirer des groupements, sur des extrémités 3’ créées suite à des bris simple brin, qui bloquent les autres enzymes de réparation, permettant de poursuivre la réparation de l’ADN, puisqu’elle possède plusieurs activités de réparation de l’ADN comme une activité phosphodiestérase 3’ et une activité exonucléase 3’→5’. Les cellules de mammifères ayant subi un knockdown d’APE1 présentent une grande sensibilité face à de nombreux agents génotoxiques. APE1 ne possède qu’une seule cystéine située au 65e acide aminé. Celle-ci est nécessaire pour maintenir l’état de réduction de nombreux activateurs de transcription tels que p53, NF-κB, AP-1, c-Jun at c-Fos. Ainsi, elle se retrouve impliquée dans la régulation de l’expression génique. APE1 passe également à travers au moins 4 types de modifications post-traductionnelles : l’acétylation, la désacétylation, la phosphorylation et l’ubiquitylation. La façon dont APE1 est recrutée pour accomplir ses différentes fonctions biologiques demeure un mystère, bien que cela puisse être relié à sa capacité d’interaction avec de multiples partenaires différents. Sous des conditions de croissance normales, il a été démontré qu’APE1 interagit avec de nombreux partenaires impliqués dans de multiples fonctions. Nous émettons l’hypothèse que l’état d’oxydation d’APE1 est ce qui contrôle les partenaires avec lesquels la protéine interagira, lui permettant d’accomplir des fonctions précises. Dans cette étude nous démontrons que le peroxyde d’hydrogène altère le réseau d’interactions d’APE1. Un nouveau partenaire d’interaction d’APE1, Prdx1, un membre de la famille des peroxirédoxines responsable de récupérer le peroxyde d’hydrogène, est caractérisé. Nous démontrons qu’un knockdown de Prdx1 n’affecte pas l’activité de réparation de l’ADN d’APE1, mais altère sa détection et sa distribution cellulaire à l’intérieur des cellules HepG2 conduisant à une induction accrue de l’interleukine 8 (IL-8). L’IL8 est une chimiokine impliquée dans le stress cellulaire en conditions physiologiques et en cas de stress oxydatif. Il a été démontré que l’induction de l’IL-8 est dépendante d’APE1 indiquant que Prdx1 pourrait réguler l’activité transcriptionnelle d’APE1. Il a été découvert que Prdx1 est impliquée dans la régulation redox suite à une réponse initiée par le peroxyde d’hydrogène. Ce dernier possède un rôle important comme molécule de signalisation dans de nombreux processus biologiques. Nous montrons que Prdx1 est nécessaire pour réduire APE1 dans le cytoplasme en réponse à la présence de H2O2. En présence de Prdx1, la fraction d’APE1 présent dans le cytoplasme est réduite suite à une exposition au peroxyde d’hydrogène, et Prdx1 est hyperoxydé suite à l’interaction entre les deux molécules. Cela suggère que le signal, que produit le peroxyde d’hydrogène, sur APE1 passe par Prdx1. Un knockdown d’APE1 diminue la conversion de la forme dimérique de Prdx1 vers la forme monomérique. Cette observation implique qu’APE1 pourrait être impliquée dans la régulation de l’activité catalytique de Prdx1 en accélérant son hyperoxydation.

Inflammation intestinale associée à la fibrose kystique : rôle du CFTR et propriétés anti-inflammatoires de la vitamine D

Les patients fibrose kystique (FK) souffrent de complications digestives qui incluent une inflammation intestinale modérée dont l’étiologie est méconnue. Les personnes atteintes de FK présentent également une malabsorption des vitamines liposolubles, telles la vitamine D. Or, la vitamine D possède des propriétés immunomodulatrices et anti-inflammatoires. Le présent projet vise à investiguer le rôle du CFTR, dont le gène est muté dans la FK, dans l’étiologie de cette inflammation intestinale et à étudier le potentiel anti-inflammatoire de la vitamine D sur celle-ci. Le CFTR a été invalidé génétiquement par la méthode des ARN interférents (shRNAi) et/ou inhibé pharmacologiquement par l’utilisation d’un antagoniste inhibiteur spécifique (CFTRinh-172). Un état inflammatoire a été induit par les cytokines pro-inflammatoires TNF-α et IL-1β. Afin d’évaluer le rôle anti-inflammatoire de la vitamine D, les cellules ont été pré-traitées avec la forme bioactive de la vitamine D, la 1,25(OH)2D3. La sécrétion et l’expression génique d’interleukine-8, ainsi que l’activation de la voie de signalisation p38MAPK et du facteur de transcription NFκB ont été évaluées. Pour explorer la voie par laquelle la vitamine D exerce ses actions anti-inflammatoires, les cellules ont été pré-incubées avec le BIRB796 pour inhiber la voie p38MAPK. Finalement l’expression génique du récepteur nucléaire de la vitamine D et des hydroxylases intestinales impliquées dans son métabolisme a été déterminée. Nos résultats suggèrent que le CFTR a un rôle dans l’étiologie de l’inflammation intestinale associée à la FK. De plus, la vitamine D semble moduler à la baisse la réponse inflammatoire de la cellule intestinale dont le CFTR a été génétiquement invalidé.

Pseudomonas aeruginosa elastase disables proteinase-activated receptor 2 in respiratory epithelial cells

Pseudomonas aeruginosa, a major lung pathogen in cystic fibrosis (CF) patients, secretes an elastolytic metalloproteinase (EPa) contributing to bacterial pathogenicity. Proteinase-activated receptor 2 (PAR2), implicated in the pulmonary innate defense, is activated by the cleavage of its extracellular N-terminal domain, unmasking a new N-terminal sequence starting with SLIGKV, which binds intramolecularly and activates PAR2. We show that EPa cleaves the N-terminal domain of PAR2 from the cell surface without triggering receptor endocytosis as trypsin does. As evaluated by measurements of cytosolic calcium as well as prostaglandin E(2) and interleukin-8 production, this cleavage does not activate PAR2, but rather disarms the receptor for subsequent activation by trypsin, but not by the synthetic receptor-activating peptide, SLIGKV-NH(2). Proteolysis by EPa of synthetic peptides representing the N-terminal cleavage/activation sequences of either human or rat PAR2 indicates that cleavages resulting from EPa activity would not produce receptor-activating tethered ligands, but would disarm PAR2 in regard to any further activating proteolysis by activating proteinases. Our data indicate that a pathogen-derived proteinase like EPa can potentially silence the function of PAR2 in the respiratory tract, thereby altering the host innate defense mechanisms and respiratory functions, and thus contributing to pathogenesis in the setting of a disease like CF.

Serum amyloid A induces reactive oxygen species (ROS) production and proliferation of fibroblast

Serum amyloid A (SAA) levels are elevated highly in acute phase response and elevated slightly and persistently in chronic diseases such as rheumatoid arthritis and diabetes. Given that fibroblasts exert profound effects on progression of inflammatory chronic diseases, the aim of this study was to investigate the response of fibroblasts to SAA. A dose-dependent increase in O(2)(-) levels was observed by treatment of fibroblasts with SAA (r = 0.99 and P <= 0.001). In addition, the expression of p47-phox was up-regulated by SAA (P < 0.001) and diphenyliodonium (DPI), a nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase inhibitor, reduced the release of O(2)(-) by 50%. Also, SAA raised fibroblast proliferation (P < 0.001) and this effect was completely abolished by the addition of anti-oxidants (P < 0.001). These findings support the notion that, in chronic inflammatory sites, SAA activated fibroblast proliferation and ROS production.

Microbiological characteristics and inflammatory cytokines associated with preterm labor

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

Association of haplotypes in the IL8 gene with susceptibility to chronic periodontitis in a Brazilian population

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

Association of Haplotypes in the CXCR2 Gene with Periodontitis in a Brazilian Population

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

Mode of Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma Activation by Luteolin

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

Role of inflammatory mediators in priming, activation, and deformability of bovine neutrophils

Objective-To determine the capacity of inflammatory mediators tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha), interleukin-8 (IL-8), platelet-activating factor (PAF), lipopolysaccharide (LPS), and leukotoxin to prime, activate, or alter deformability of adult bovine neutrophils.Sample Population-Blood collected from 5 healthy adult Holstein cows.Procedure-Isolated neutrophils or whole brood was incubated with TNF-alpha, IL-8, PAF, LPS, or leukotoxin, and neutrophil chemiluminescence, degranulation, deformability, shape change, CD11b expression, and size distribution was measured.Results-incubation with TNF-alpha, IL-8; PAF, and IFS primed neutrophils for oxygen radical release but caused minimal oxygen radical release by themselves. None of the inflammatory mediators induced degranulation. Incubation with TNF-alpha and PAF resulted in a decrease in neutrophil deformability and induced shape change in neutrophils. incubation with PAF consistently resulted in an increase in neutrophil size as measured by use of flow cytometry. Only IL-8 caused an increase in expression of CD11b by neutrophils.Conclusions and Clinical Relevance-Inflammatory mediators tested had minimal effects on neutrophil oxygen radical production or degranulation but did prime neutrophils for oxygen radical production. Incubation with PAF and TNF-alpha caused a decrease in neutrophil deformability and altered neutrophil shape and size. Results of our study indicate that PAF- and TNF-alpha-induced changes in neutrophil deformability and size may cause integrin- and setectin-independent trapping of neutrophils in the lungs of cattle with pneumonic pasteurellosis.

A novel biological activity for galectin-1: Inhibition of leukocyte-endothelial cell interactions in experimental inflammation

Galectin-1 (Gal-1), the prototype of a family of β -galactoside-binding proteins, has been shown to attenuate experimental acute and chronic inflammation. In view of the fact that endothelial cells (ECs), but not human polymorphonuclear leukocytes (PMNs), expressed Gal-1 we tested here the hypothesis that the protein could modulate leukocyte-EC interaction in inflammatory settings. In vitro, human recombinant (hr) Gal-1 inhibited PMN chemotaxis and trans-endothelial migration. These actions were specific as they were absent if Gal-1 was boiled or blocked by neutralizing antiserum. In vivo, hrGal-1 (optimum effect at 0.3 μg equivalent to 20 pmol) inhibited interleukin-1β-induced PMN recruitment into the mouse peritoneal cavity. Intravital microscopy analysis showed that leukocyte flux, but not their rolling velocity, was decreased by an anti-inflammatory dose of hrGal-1. Binding of biotinylated Gal-1 to resting and post-adherent human PMNs occurred at concentrations inhibitory in the chemotaxis and transmigration assays. In addition, the pattern of Gal-1 binding was differentially modulated by PMN or EC activation. In conclusion, these data suggest the existence of a previously unrecognized function of Gal-1, that is inhibition of leukocyte rolling and extravasation in experimental inflammation. It is possible that endogenous Gal-1 may be part of a novel anti-inflammatory loop in which the endothelium is the source of the protein and the migrating PMNs the target for its anti-inflammatory action.