Type I signal peptidase from Leishmania is a target of the immune response in human cutaneous and visceral leishmaniasis.

The gene encoding type I signal peptidase (Lmjsp) has been cloned from Leishmania major. Lmjsp encodes a protein of 180 amino residues with a predicted molecular mass of 20.5 kDa. Comparison of the protein sequence with those of known type I signal peptidases indicates homology in five conserved domains A-E which are known to be important, or essential, for catalytic activity. Southern blot hybridisation analysis indicates that there is a single copy of the Lmjsp gene. A recombinant SPase protein and a synthetic peptide of the L. major signal peptidase were used to examine the presence of specific antibodies in sera from either recovered or active individuals of both cutaneous and visceral leishmaniasis. This evaluation demonstrated that sera from cutaneous and visceral forms of leishmaniasis are highly reactive to both the recombinant and synthetic signal peptidase antigens. Therefore, the Leishmania signal peptidase, albeit localised intracellularly, is a significant target of the Leishmania specific immune response and highlights its potential use for serodiagnosis of cutaneous and visceral leishmaniasis.

Role of neutrophils in the early shaping of the Leishmania major specific immune response in experimental murine cutaneous Leishmaniasis

The development of a protective immune response to microorganisms involves complex interactions between the host and the pathogen. The murine model of infection with Leishmania major (L. major) allows the study of the factors leading to the development of a protective immune response. Following infection with the protozoan parasite L. major, most strains of mice heal their lesions, while a few fail to control infection, both processes linked to the development of specific T helper subsets. The early events occurring during the first days following parasite inoculation are thought to be critical in the development of the Leishmania-specific immune response. Neutrophils are the first cells arriving massively to the site of infection, and recent evidence points to their role as organizers of the immune response, yet their specific role in this process remains elusive. Through interactions with cells present at the parasite inoculation site, and possibly within the draining lymph nodes, neutrophils could have an impact not only on the recruitment of inflammatory cells but also on the activation of local as well as newly migrated cells that will be crucial in shaping the Leishmania-specific immune response.

Dramatic response of vemurafenib-induced cutaneous lesions upon switch to dual BRAF/MEK inhibition in a metastatic melanoma patient.

BRAF inhibitory therapy is the mainstream treatment for BRAF mutant advanced melanoma. However vemurafenib, a type I mutant BRAF V600 inhibitor, induces an array of proliferative skin disorders from keratosis pilaris-like and keratoacanthoma-like lesions to locally aggressive cutaneous squamous cell carcinoma (cuSCC). Dual BRAF/MEK inhibition is known to lower the incidence of such manifestations, but it is not known whether it can counteract established lesions. Here we show, for the first time, a dramatic response and a restitution ad integro upon dual inhibition of a widespread proliferative affection induced by BRAF monotherapy. A 75-year-old woman was diagnosed with a BRAF V600E mutated metastatic melanoma. Following dacarbazine (DTIC) and ipilimumab, the patient was started on 960 mg twice daily vemurafenib (Zelboraf), which resulted in complete response, but the patient also developed grade IV skin toxicity. Despite dose-reduction to 720 mg twice daily the side effects persisted. We hypothesized that a switch to double inhibition of the mitogen-activated protein kinase pathway with dabrafenib and trametinib could lead to improvement of the skin lesions, while preserving tumor control. The patient was closely followed for changes in skin lesions. We witnessed a rapid regression followed by complete disappearance of all side effects of vemurafenib except for grade I fatigue. The biopsied skin lesions show regression of established keratoacanthoma-like lesions with signs of apoptosis. Switching from the current standard of care vemurafenib therapy to the double BRAF/MEK inhibition in BRAF mutant melanoma patients results in rapid disappearance of established proliferative skin disorders.

Altered ligands reveal limited plasticity in the T cell response to a pathogenic epitope.

Experimental leishmaniasis offers a well characterized model of T helper type 1 cell (Th1)-mediated control of infection by an intracellular organism. Susceptible BALB/c mice aberrantly develop Th2 cells in response to infection and are unable to control parasite dissemination. The early CD4(+) T cell response in these mice is oligoclonal and reflects the expansion of Vbeta4/ Valpha8-bearing T cells in response to a single epitope from the parasite Leishmania homologue of mammalian RACK1 (LACK) antigen. Interleukin 4 (IL-4) generated by these cells is believed to direct the subsequent Th2 response. We used T cells from T cell receptor-transgenic mice expressing such a Vbeta4/Valpha8 receptor to characterize altered peptide ligands with similar affinity for I-Ad. Such altered ligands failed to activate IL-4 production from transgenic LACK-specific T cells or following injection into BALB/c mice. Pretreatment of susceptible mice with altered peptide ligands substantially altered the course of subsequent infection. The ability to confer a healer phenotype on otherwise susceptible mice using altered peptides that differed by a single amino acid suggests limited diversity in the endogenous T cell repertoire recognizing this antigen.

A protective cocktail vaccine against murine cutaneous leishmaniasis with DNA encoding cysteine proteinases of Leishmania major.

The protection elicited by the intramuscular injection of two plasmid DNAs encoding Leishmania major cysteine proteinase type I (CPb) and type II (CPa) was evaluated in a murine model of experimental cutaneous leishmaniasis. BALB/c mice were immunized either separately or with a cocktail of the two plasmids expressing CPa or CPb. It was only when the cpa and cpb genes were co-injected that long lasting protection against parasite challenge was achieved. Similar protection was also observed when animals were first immunized with cpa/cpb DNA followed by recombinant CPa/CPb boost. Analysis of the immune response showed that protected animals developed a specific Th1 immune response, which was associated with an increase of IFN-gamma production. This is the first report demonstrating that co-injection of two genes expressing different antigens induces a long lasting protective response, whereas the separate injection of cysteine proteases genes is not protective.

Activin enhances skin tumourigenesis and malignant progression by inducing a pro-tumourigenic immune cell response.

Activin is an important orchestrator of wound repair, but its potential role in skin carcinogenesis has not been addressed. Here we show using different types of genetically modified mice that enhanced levels of activin in the skin promote skin tumour formation and their malignant progression through induction of a pro-tumourigenic microenvironment. This includes accumulation of tumour-promoting Langerhans cells and regulatory T cells in the epidermis. Furthermore, activin inhibits proliferation of tumour-suppressive epidermal γδ T cells, resulting in their progressive loss during tumour promotion. An increase in activin expression was also found in human cutaneous basal and squamous cell carcinomas when compared with control tissue. These findings highlight the parallels between wound healing and cancer, and suggest inhibition of activin action as a promising strategy for the treatment of cancers overexpressing this factor.

Muco-cutaneous leishmaniasis in the New World: The ultimate subversion.

Infection by the human protozoan parasite Leishmania can lead, depending primarily on the parasite species, to either cutaneous or mucocutaneous lesions, or fatal generalized visceral infection. In the New World, Leishmania (Viannia) species can cause mucocutaneous leishmaniasis (MCL). Clinical MCL involves a strong hyper-inflammatory response and parasitic dissemination (metastasis) from a primary lesion to distant sites, leading to destructive metastatic secondary lesions especially in the nasopharyngal areas. Recently, we reported that metastasizing, but not non-metastatic strains of Leishmania (Viannia) guyanensis, have high burden of a non-segmented dsRNA virus, Leishmania RNA Virus (LRV). Viral dsRNA is sensed by the host Toll-like Receptor 3 (TLR3) thereby inducing a pro-inflammatory response and exacerbating the disease. The presence of LRV in Leishmania opens new perspectives not only in basic understanding of the intimate relation between the parasite and LRV, but also in understanding the importance of the inflammatory response in MCL patients.

Leishmania aethiopica field isolates bearing an endosymbiontic dsRNA virus induce pro-inflammatory cytokine response.

BACKGROUND: Infection with Leishmania parasites causes mainly cutaneous lesions at the site of the sand fly bite. Inflammatory metastatic forms have been reported with Leishmania species such as L. braziliensis, guyanensis and aethiopica. Little is known about the factors underlying such exacerbated clinical presentations. Leishmania RNA virus (LRV) is mainly found within South American Leishmania braziliensis and guyanensis. In a mouse model of L. guyanensis infection, its presence is responsible for an hyper-inflammatory response driven by the recognition of the viral dsRNA genome by the host Toll-like Receptor 3 leading to an exacerbation of the disease. In one instance, LRV was reported outside of South America, namely in the L. major ASKH strain from Turkmenistan, suggesting that LRV appeared before the divergence of Leishmania subgenera. LRV presence inside Leishmania parasites could be one of the factors implicated in disease severity, providing rationale for LRV screening in L. aethiopica. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: A new LRV member was identified in four L. aethiopica strains (LRV-Lae). Three LRV-Lae genomes were sequenced and compared to L. guyanensis LRV1 and L. major LRV2. LRV-Lae more closely resembled LRV2. Despite their similar genomic organization, a notable difference was observed in the region where the capsid protein and viral polymerase open reading frames overlap, with a unique -1 situation in LRV-Lae. In vitro infection of murine macrophages showed that LRV-Lae induced a TLR3-dependent inflammatory response as previously observed for LRV1. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: In this study, we report the presence of an immunogenic dsRNA virus in L. aethiopica human isolates. This is the first observation of LRV in Africa, and together with the unique description of LRV2 in Turkmenistan, it confirmed that LRV was present before the divergence of the L. (Leishmania) and (Viannia) subgenera. The potential implication of LRV-Lae on disease severity due to L. aethiopica infections is discussed.

Genetically resistant mice lacking interleukin-12 are susceptible to infection with Leishmania major and mount a polarized Th2 cell response.

Mice with homologous disruption of the gene coding for either the p35 subunit or the p40 subunit of interleukin-12 (IL-12) and derived from a strain genetically resistant to infection with Leishmania major have been used to study further the role of this cytokine in resistance to infection and the differentiation of functional CD4+ T cell subsets in vivo. Wild-type 129/Sv/Ev mice are resistant to infection with L. major showing only small lesions which resolve spontaneously within a few weeks and develop a type 1 CD4+ T cell response. In contrast, mice lacking bioactive IL-12 (IL-12p35-/- and IL-12p40-/-) developed large, progressing lesions. Whereas resistant mice were able to mount a delayed-type hypersensitivity (DTH) response to Leishmania antigen, susceptible BALB/c mice as well as IL-12-deficient 129/Sv/Ev mice did not show any DTH reaction. To characterize the functional phenotype of CD4+ T cells triggered in infected wild-type mice and IL-12-deficient mice, the expression of mRNA for interferon-gamma (IFN-gamma) and interleukin-4 (IL-4) in purified CD4+ lymph node cells was analyzed. Wild-type 129/Sv/Ev mice showed high levels of mRNA for IFN-gamma and low levels of mRNA for IL-4 which is indicative of a Th1 response. In contrast, IL-12- deficient mice and susceptible BALB/c mice developed a strong Th2 response with high levels of IL-4 mRNA and low levels of IFN-gamma mRNA in CD4+ T cells. Similarly, lymph node cells from infected wild-type 129 mice produced predominantly IFN-gamma in response to stimulation with Leishmania antigen in vitro whereas lymph node cells from IL-12-deficient mice and susceptible BALB/c mice produced preferentially IL-4. Taken together, these results confirm in vivo the importance of IL-12 in induction of Th1 responses and protective immunity against L. major.

The role of Toll-like Receptor (TLR) 9 in the development of a T-helper (Th)1/Th2 response in the murine model of infection with " Leishmania major "

1.1 SUMMARY The role of the non-specific innate immune system is as important as the elaboration of the adaptive immune system in the initiation of an immune response to pathogens. The role of the Toll-like receptors (TLRs) in the innate immune response to virus and bacterial pathogens is widely recognised, however, little is known about the role of TLRs in host defence against eukaryotic pathogens. Immunologic investigations on the marine model of infection with Leishmania major (L. major) have correlated the outcome of the disease with expansion of different subsets of CD4+ cells, designated Th1 and Th2. The resistance of C57BL/6, CBA and C3H/He mice is linked with an IL-12 driven Th1 response. In BALB/c mice the susceptibility correlates with an IL-4 driven Th2 response. The initial event promoting the development of a Th1 or Th2 response still remains elusive. Recently, the contribution of the TLR signalling pathway in the innate and acquired immune response to infection with the intracellular protozoan parasite L. major has been demonstrated. Thus, the purpose of this study is to determine whether TLRs may play a role in influencing the outcome of the infection by directing the development of a Th1 or a Th2 response during infection with L, major parasites, in resistant C57BL/6 and susceptible BALB/c mice, respectively. We demonstrated that MyD88, the major TLR adaptor molecule is necessary for C57BL/6 to develop a resistant Th1 response following L. major infection. Our data show the essential role of MyD88 in the establishment of a protective Th1 response. We subsequently aimed to determine which TLRs may be involved in the protective response. Since TLR2 and TLR4 have shown to have a potential role for Leishmania recognition, we analysed the course of infection in TLR2 and TLR4 deficient mice on a C57BL/6 resistant background following L. major infection. Our results clearly demonstrate that TLR2 or TLR4 aze dispensable to control the outcome of the disease as the TLR2 and TLR4 knockout mice developed a protective Th1 response. With the aim of determining a potential TLR candidate important in the initiation of the Thl response, we assessed the mRNA expression of different TLRs (TLR1 to TLR9) using quantitative real-time RT-PCR at different time points during the first week of infection. The results clearly showed an upregulation of TLR7 and TLR9 mRNA expression during the early phase of infection in resistant C57BL/6 mice but not in susceptible BALB/c mice. To provide in vivo evidence for the role for, these TLRs in the outcome of cutaneous leishmaniasis, studies using TLR7 and TLR9 deficient mice on a resistant C57BL/6 background were performed. The TLR7 deficient mice developed a resistance phenotype that was comparable with C57BL/6 wild type mice. Thus, the presence of TLR7 is not indispensable for the development of a Th1 response and resistance to infection. On the contrary, TLR9 deficient mice on the C57BL/6 resistant background showed high variability in the outcome of the disease. Although some mice behave as resistant C57BL/6 mice, half of them developed high lesion following infection and showed a decrease in IFN-γ production and an increase in IL-4 as compared to wild type mice. These results suggest that TLR9 may be involved in the control of infection. To test the hypothesis that regulatory T cells (Treg) are playing a role in the high variability in the disease outcome in TLR9 deficient mice, depletion of CD4+CD25+ T cells with a specific antibody three days before infection with L. major were performed Interestingly, these treated mice developed large lesions, low IL-4 and decreased IFN-γ producion when compared to untreated mice. A better understanding of the mechanism by which Treg cells influence the outcome of the disease in TLR9 deficient mice following L. major infection is currently under investigation. Altogether, this study demonstrates the importance of TLR9 in the induction of a protective T'h1 response, a process that is involved in the resolution of the lesion induced by L. major infection. 1.2 RÉSUMÉ Le rôle de la réponse immunitaire innée a longtemps été négligé quant à l'impact qu'elle pourrait avoir dans l'initiation d'une réponse immune adaptative efficace dirigée contre un pathogène. Si l'importance des récepteurs Toll-like (TLR) du système inné dans la reconnaissance des virus et bactéries a été démontrée, son rôle dans la défense contre les pathogènes eucaryotes reste encore très élusif. Récemment, il a été montré que les voies de signalisation provenant de l'activation des TLRs pouvaient initier la réponse immunitaire innée et adaptative après une infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major). Dans un modèle marin d'infection avec L. major alors que la plupart des souches de souris telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1) induite par IL-12, peu de souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse Th2 induite par IL-4. La différentiation Th1/Th2 est un événement qui prend place de manière définitive lors de la première semaine après infection. Les événements précoces promouvant le développement d'une réponse Th1 ou Th2 n'étant pas connus, l'objectif de ce travail a été de démontrer un rôle des TLRs dans l'initiation d'une réponse immune innée et adaptative suite à l'infection par L. major. Nous avons démontré que MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, est nécessaire pour que les souris résistantes C57BL/6 développent une réponse Th1 protectrice. L'importance du rôle de TLR2 et TLR4 dans la reconnaissance du parasite Leishmania ayant été démontrée, nous avons privilégié l'analyse de la réponse immunitaire suite à une infection in vivo de souris déficiente en TLR2 ou TLR4 sur un fond génétique résistant. Les résultats obtenus montrent que la présence de ces récepteurs n'est pas indispensable pour le contrôle de l'infection et la polarisation d'une réponse Th1 caractéristique de la résistance à L. major. Cependant d'autres TLRs peuvent aussi activer la voie de signalisation MyD88 dépendante. L'expression de l'ARNm des différents TLRs dans les ganglions drainant de souris sensibles et résistantes pendant la première semaine d'infection a été déterminée par PCR quantitative en temps réel. Les résultats obtenus montrent que l'ARNm de TLR7 et TLR9 était régulé positivement suite à l'infection par L. major chez les souris résistantes C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était détectable chez les souris sensibles BALB/c. Le rôle des récepteurs TLR7 et TLR9 a donc été évalué par l'infection par L. major des souris déficientes en TLR7 et TLR9 sur fond génétique C57BL/6. Nos résultats ont clairement démontré que les souris déficientes en TLR7 montrent une réponse immunitaire identique à celle des souris résistantes C57BL/6, signifiant que TLR7 n'est pas indispensable au développement d'une Th1 ainsi qu'au contrôle de la parasitémie. Paz contre, les souris déficientes en TLR9 sur un fond génétique résistant ont montré une grande variabilité dans la réponse à l'infection. En effet, la moitié des souris deviennent sensibles à l'infection, ceci étant associé à une diminution dans la production d'IFN-γ et à une augmentation de la production d'IL-4. Ces résultats suggèrent que TLR9 est impliqué dans le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Cependant les résultats avec les souris déficientes en TLR9 montrant une grande hétérogénéité et une balance Th1/Th2 instable, nous avons émis l'hypothèse que les cellules T régulatrices pouvaient être impliquées dans ce phénomène. Nous avons effectivement constaté qu'après déplétion des cellules CD4+CD25+, les souris déficientes en TLR9 développent des lésions aussi grandes que les souris BALB/c après infection par L. major. Cependant le nombre de parasites reste le même que chez les souris C57BL/6. De plus la production d'IL-4 ainsi que celle d'IFN-γ reste extrêment bas. Les mécanismes régulateurs impliqués dans ce processus sont en cours d'analyse. Ce travail met en évidence l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. 1.3 RESUME POUR UN LARGE PUBLIC La leishmaniose est une maladie parasitaire répandue dans le monde entier et touchant plus de 88 pays. L'incidence mondiale de la leishmaniose cutanée et de 1 à 1,5 million de nouveaux cas par année. Plus de 12 millions de personnes sont affectées par la maladie et 350 millions de personnes sont une population à risque. Un modèle marin d'infection avec Leishmania major (L. major) a été établi qui reproduit plusieurs tableaux cliniques observés dans le cas de la leishmaniose cutanée chez l'homme. L'analyse de la réponse immunitaire dans les souris infectées par L. major a permis de distinguer deux groupes : les souris de la plupart des souches telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1), alors que quelques souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse de type Th2. La réponse immune adaptative dans le modèle d'infection avec L. major à été largement étudiée. Cependant, les événements précoces déterminants pour le développement d'une réponse Th1 ou Th2 restent encore très flous. Récemment, plusieurs publications ont montré que les récepteurs Toll-like (TLR) peuvent contribuer à l'initiation de la réponse immunitaire lors d'une infection avec le parasite intracellulaire L. major. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié le rôle de MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, dans la réponse immune suite à une infection avec L. major. En l'absence de MyD88, les souris normalement résistantes à l'infection avec L. major deviennent sensibles et développent des lésions importantes. Ces souris ne sont plus capables de développer une réponse Thl, normalement caractéristique de leur phénotype résistant. Nous avons ensuite tenté de comprendre quels TLRs, plus précisément, pouvait être impliqué dans ce processus. Malgré quelques évidences démontrant que TLR2 et TLR4 pouvaient avoir un rôle important dans l'initiation d'une réponse immunitaire adaptative à Leishmania, nous avons montré que, in vivo après infection avec L. major, la déficience d'un de ces récepteurs n'était pas suffisante à faire basculer la réponse immunitaire. Les souris C57BL/6 déficient en TLR2 ou TLR4 peuvent parfaitement contrôler l'évolution de la maladie. De plus, ces souris, malgré l'absence de TLR2 ou TLR4, sont capables de monter une parfaite réponse Thl. Etant donné que TLR2 et TLR4 n'étaient pas essentiels pour la résistance à la maladie, nous avons analysé les TLRs, parmi les 12 décrits qui pouvaient être indispensables au développement d'une réponse de type Th1 associée à la résistance à l'infection par Leishmania. Nos expériences ont montré que l'expression de l'ARN messager (ARNm) de TLR7 et TLR9 était modulée suite à l'infection par L. major chez la souris résistante C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était visible chez les souris sensible BALB/c. Pensant que ces TLRs pourraient jouer un rôle dans la réponse immunitaire au parasite, nous avons étudié l'évolution de l'infection dans les souris déficientes en TLR7 et TLR9. Nos résultats ont clairement démontré que TLR7 n'était pas indispensable à la résistance au parasite alors que l'absence de TLR9 avait des conséquences radicales sur le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Ce travail révèle ainsi l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. Il est a noté que nos résultats sont en accord avec le fait que les motifs CpG, qui sont des immunostimulateurs interagissant avec le TLR9, ont une activité adjuvante importante dans la préparation de vaccins contre la leishmaniose. Une meilleure compréhension des mécanismes immunologiques impliquant le TLR9 dans la reconnaissance du parasite est alors indispensable pour le développement de vaccins thérapeutiques efficaces.

Identification of Leishmania major cysteine proteinases as targets of the immune response in humans.

In this study, we report the identification of two parasite polypeptides recognized by human sera of patients infected with Leishmania major. Isolation and sequencing of the two genes encoding these polypeptides revealed that one of the genes is similar to the L. major cathepsin L-like gene family CPB, whereas the other gene codes for the L. major homologue of the cysteine proteinase a (CPA) of L. mexicana. By restriction enzyme digestion of genomic DNA, we show that the CPB gene is present in multiple copies in contrast to the cysteine proteinase CPA gene which could be unique. Specific antibodies directed against the mature regions of both types expressed in Escherichia coli were used to analyze the expression of these polypeptides in different stages of the parasite's life cycle. Polypeptides of 27 and 40 kDa in size, corresponding to CPA and CPB respectively, were detected at higher level in amastigotes than in stationary phase promastigotes. Purified recombinant CPs were also used to examine the presence of specific antibodies in sera from either recovered or active cases of cutaneous leishmaniasis patients. Unlike sera from healthy uninfected controls, all the sera reacted with recombinant CPA and CPB. This finding indicates that individuals having recovered from cutaneous leishmaniasis or with clinically apparent disease have humoral responses to cysteine proteinases demonstrating the importance of these proteinases as targets of the immune response and also their potential use for serodiagnosis.

Evaluation of the immune response to infection with metastatic and non-metastatic "Leishmania guyanensis" parasites

ABSTRACT : Les infections par le parasite Leishmania guyanensis se caractérisent par une dissémination depuis le site initial d'infection jusqu'aux tissus naso-pharyngés, responsable de la Leishmaniose à lésions secondaires muco-cutanées (LMC). Les lésions des patients atteints de LMC montrent une massive infiltration de cellules immunitaires, une réponse immunitaire élevée et la présence de parasites (bien qu'en très faible quantité). La LMC engendre une augmentation de l'expression de TNFa ainsi qu'un défaut dans le contrôle de la réponse immunitaire caractérisé par une absence de réponse à l'IL 10. La réponse immunitaire de l'hôte ainsi que la virulence du parasite sont deux facteurs reconnus pour le contrôle de l'infection. Le mécanisme de la pathogenèse de la LMC restent grandement incompris, surtout le mécanisme de dissémination de l'infection du site d'inoculation jusqu'aux sites secondaires d'infection (métastases) ainsi que les détails de la réponse de l'hôte contre le pathogène. Dans un modèle d'infection d' hamsters avec des parasites du Nouveau Monde, la classification des parasites Leishmania se fait en fonction de leur capacité à développer des métastases. Ce modéle d'infection a permis de caractériser différentes souches de parasites selon la classification de l'Organisation Mondiale de la Sante (OMS) tel que la souche de référence W>É-II/BR/78/M5313 qui est reconnue comme hautement métastatique alors que ces clones dérivés de M5313 montrent de grandes variations quand a leur capacité à créer des métastases. Les clones 13 et 21 sont métastatiques (M+) alors que les clones 3 et 17 sont nonmétastatiques (NI-). Les objectifs de cette thèse ont été d'étudier le rôle de la réponse immunitaire innée des macrophages après infection in vitro avec différents clones métastatiques et non-métastatiques du parasite L. guyanensis, ainsi que d'étudier la réponse immunitaire générée suite à une infection in vivo par les clones M+ et M- de L. guyanensis dans un modèle marin. L'analyse de la .réponse immunitaire des macrophages in vitro montrent qu'il y aune augmentation significative de leur statut d'activation après infection par des parasites M+ indiquée par la modulation des marqueurs d'activation de surface CD80, CD86 et CD40, ainsi que une augmentation significative de CXCL 10, CCLS, IL6 et TNFa au niveau transcription de l'ARNm et au niveau de la protéine. Cette phénomène d'activation a été observée chez les deux souches de souris C57BL/6 et BALB/c. L'utilisation d'un inhibiteur d'entrée des parasites (Cytochalsin D) ou d'un inhibiteur des fonctions endosomales (Chloroquine) diminue de manière significative la réponse des macrophages aux parasites M+. L'utilisation de macrophages déficients en TLR, MyD88, et TRIF a démontré que la réponse générée après infection par les parasites M+ était dépendante de la voie de signalisation de TRIF et TLR3. Lors d'infection in vivo par des parasites M5313, au moins 50% des souris BALB/c présentent un phénotype sensible caractérisé par des lésions non-nécrotiques qui ne guérissent pas, persistent plus de 13 semaines après infection et contiennent un nombre considérable de parasites. Ces souris développent une réponse immunitaire de type T helper 2 (Th2) avec un niveau élevé d'IL-4 et d'IL-10. Les autres souris ont un phénotype non-sensible, les souris développant peu ou pas de lésion, avec peu de parasites et une réponse immunitaire diminuée, caractérisée par un niveau faible d'IFNy, d'IL4 et d'IL10. De plus, les souris BALB/c infectées par un parasite L. guyanensis isolé à partir des lésions muco-cutanées d'un patient humain atteint de LMC ont démontrés un phénotype similaire aux souris infectées par la souche M5313 avec 50% des souris développant des lésions persistantes, alors qu'un parasite dérivé des lésions cutanées humains n'a montré qu'une faible sensibilité avec une lésion transitoire qui finit par guérir. Nous avons montré que la sensibilité de ces souris BALB/c dépend de l'IL-4 et de l'IL-10 car les souris IL-10-/sur fond génétique BALB/c ainsi que les souris BALB/c traitée avec de l'anti-IL4 étaient capables de contrôler l'infection par M5313. Les souris C57BL/6 sont résistantes à l'infection par le parasite M5313. Elles développent une lésion transitoire qui guérit 9 semaines après infection. Ces souris résistantes ont un très faible taux de parasites au site d'infection et développent une réponse immunitaire de type Thl avec un niveau élevé d'IFNr et peu d'IL4 et d'IL10. Les infections in vivo de souris déficientes en MyD88, TRIF, TLR3 ou TLR9 (sur fond génétique C57BL/6) ont indiqué que MyD88 et TLR9 étaient impliqués dans la résistance à l'infection par L. guyanensi, et que TRIF et TLR3 avaient un rôle important dans la sensibilité. Ce travail met en évidence le fait que la réponse immunitaire de l'hôte est modulée par le parasite selon leur caractérisation d'être soit M+ ou M-. Nous avons démontré également que plusieurs gènes et voies de signalisations étaient impliqués dans cette réponse favorisant le développement d'une LMC. ABSTRACT : Leishmania guyanensis parasites are able to disseminate from the initial site of cutaneous skin infection to the nasopharyngeal tissues resulting in destructive secondary lesions and the disease Mucocutaneous Leishmaniasis (MCL). The secondary lesions in patients have intense immune cell infiltration, elevated immune responses and the presence (albeit at low levels) of parasites. More specifically, MCL patients produce higher levels of TNFa and display impairment in their ability to control the immune response due to a defect in their ability to respond to IL10. Little is known about the pathogenesis of MCL, especially about the dissemination of the infection from the site of inoculation to secondary sites (metastasis) and the response of the host to the pathogen. The hamster model of L. guyanensis infection has previously characterized the WHO reference strain, L. guyanensis WHI/BR/78/M5313, as being highly metastatic. Clones of parasites derived from this reference strain show a differential ability to metastasize. This thesis studied the differential immune response generated by macrophages in vitro, or by mice in vivo, following infection with L. guyanensis parasites. A significant increase in the activation status of macrophages derived from C57BL/6 or BALB/c mice was observed after in vitro infection with L. guyanensis parasites when compared to non-metastatic parasites. This change in status was evidenced by the increased expression of surface activation markers, together with the chemokines, CXCL 10, CCLS, and cytokines, IL6 and TNFa. Furthermore, in vitro infection of macrophages isolated from mice deficient in either a specific Toll Like Receptor (TLR) or the adaptor molecules MyD88 or TRIF, indicated that the immune response generated following L. guyanensis metastatic parasite infection was reliant on the TRIF dependent TLR3 signalling pathway. In vivo footpad infection of BALB/c mice with the L. guyanensis M5313 parasites showed a reproducible susceptible phenotype, whereby at least 50% of infected mice developed non-healing, nonnecrosing lesions with high parasitemia that persisted over 13 weeks post infection. This phenotype was characterized by a Th2 type cytokine immune response with increased levels of IL4 and IL10 detected in the draining lymph nodes. IL 10 deficient mice on a BALB/c background, or BALB/c mice treated with anti-IL4 were able to control infection with L. guyanensis M5313 parasites, thereby proving that these cytokines were indeed implicated in the susceptibility to infection. Moreover, infection of BALB/c mice with patient isolated L. guyanensis parasites confirmed that MCL derived parasites were able to induce a susceptibility phenotype similar to that of L. guyanensis M5313. C57BL/6 mice, on the other hand, were highly resistant to infection with L. guyanensis M5313 parasites and produced transient footpad swelling that healed by week 9 post infection, together with low degrees of footpad parasitemia and a Thl polarized immune response. Infection of mice deficient in MyD88, TRIF, TLR3, and TLR9 (on a C57BL/6 background), indicated that MyD88 and TLR9 were involved in the resistance of these mice to infection, and that TRIF and TLR3 were involved in the susceptibility. This study has shown that the host response can be differentially modulated depending on the infecting parasite with several genes and pathways being identified that could be involved in promoting the development of MCL.

Intralesional regulatory T-cell suppressive function during human acute and chronic cutaneous leishmaniasis due to Leishmania guyanensis.

The levels of regulatory T cells (Treg cells), analyzed by Foxp3 mRNA expression, were determined in lesions from patients with acute cutaneous leishmaniasis (ACL) and chronic cutaneous leishmaniasis (CCL). We demonstrated that Treg cells preferentially accumulate in lesions from ACL patients during the early phase of infection (lesion duration of less than 1 month). In addition, levels of Foxp3 mRNA transcripts were significantly higher in specimens from patients with CCL than in those from patients with ACL, suggesting a critical role of intralesional Treg cells in CCL. Intralesional Treg cells from both ACL and CCL patients were shown to have suppressive functions in vitro, since they inhibited the gamma interferon (IFN-gamma) produced by CD4(+) CD25(-) T cells purified from peripheral blood mononuclear cells from the same patient in response to Leishmania guyanensis stimulation. Intralesional 2,3-indoleamine dioxygenase (IDO) mRNA expression was associated with that of Foxp3, suggesting a role for IDO in the suppressive activity of intralesional Treg cells. In addition, a role, albeit minor, of interleukin-10 (IL-10) was also demonstrated, since neutralization of IL-10 produced by intralesional T cells increased IFN-gamma production by effector cells in an in vitro suppressive assay. These results confirm the role of intralesional Treg cells in the immunopathogenesis of human Leishmania infection, particularly in CCL patients.

Peroxisome proliferator activated receptor BETA/DELTA as a central player in the skin response to ultra-violets radiation

Previous studies in the lab of Dr. Liliane Michalik, have shown thai the nuclear hormone receptor Peroxisome Proliferator Activated Receptor beta/delta (PPARß/ö) is an important regulator of skin homeostasis, being involved in the regulation of keratinocyte differentiation, inflammation, apoptosis, arid mouse skin wound healing. Studies of PPARß/ö knock out mice have suggested a possible role for this receptor in cancer. However, contradictory observations of the role for PPARß/ö on tumor growth have been published, depending on cellular contexts and biological models. Given the controversial role of PPARß/ö in skin carcinoma development, the main aim of this PhD work has been to further explore the implication of PPARß/ö in skin response to UV and skin tumor growth. This PhD dissertation is divided in four chapters. The first chapter describes the core part of the project, where I explored the changes in miRNA expression in the skin upon chronic UV irradiation of PPARß/ö wild type and knock-out mice. This analysis shed light on a miRNA- PPARß/ö signature and also predicted thai miR-21-3p (previously named miR-21*) is a key regulator of the PPARß/ö-dependent UV response in the pre-lesiona! skin. Using mice acutely UV-irradiated, ! further demonstrated that miR-21-3p is indirectly regulated by PPARß/ö through activation of Transforming Growth Factor (TGFß)-1 under UV exposure. I also show that miR-21-3p is deregulated in human cutaneous squamous celi carcinoma. In cultured keratinocytes, application of a miR-21 -3p mimic oligonucleotide sequence leads to the regulation of lipid metabolism-related pathway. In the second chapter, I demonstrate that the usage of an mRNA/miRNA combined bioinformatics analysis leads to the discovery of important pathways involved in the PPARß/ö-miRNA response of the skin to chronic UV irradiation, indeed, I validated angiogenesis and lipid metabolism as important functions regulated by PPARß/ö in this context. In the third chapter, we demonstrate that PPARß/5 knockout mice have decreased cutaneous squamous cell carcinomas incidence compared to wild type mice and that PPARß/5 directly activates the cSrc kinase gene. In the last chapter, we review novel insights into PPAR functions in keratinocytes and liver, with emphasis on PPARß/ö but also on PPARa. In summary, this PhD study shows that i) PPARß/5 is able to regulate biological function through regulation of miRNAs, and specifically through miR-21-3p, the passenger miRNA of the oncomiR miR-21, and that ii) the PPARß/5-dependent skin response to UV involves the regulation of angiogenesis and lipid metabolism. Furthermore, the bioinformatics study highlights the relevance of performing integrated mRNA and miRNA genome-wide studies in order to better screen mRNAs and/or miRNAs of interest in the biological context of diseases. - Des études préalables dans le laboratoire du Dr. Liliane Michalik ont démontré que le récepteur nucléaire PPARß/5 est un régulateur important de l'homéostasie de la peau, étant impliqué dans la régulation de la différenciation des keratinocytes, dans l'inflammation, dans l'apoptose et dans la cicatrisation de la peau chez !a souris. L'étude de souris knock-out pour le gène PPARß/5, ont suggérées un rôle possible de ce récepteur dans le cancer. Cependant, des observations opposées ont été publiées suggérant un rôle pro- ou anti- cancer selon le tissue impliqué et le type- cellulaire. En considérant cette controverse autour du rôle de PPARß/5 dans le développement des cancers de la peau, le but principal de mon projet de recherche aura été d'approfondir l'exploration du rôle de PPARß/5 dans la réponse de la peau aux UVs et dans le développement du cancer. Cette dissertation de thèse est divisée en quatre parties. Une première partie, représentant le coeur de mon travail de recherche, décrit la découverte de l'implication des microRNAs (rniRNAs) dans la réponse aux UVs de PPARß/ö et plus spécifiquement l'implication du miRNA miR- 21 -3p (précédemment nommé miR-21*). En étudiant un modèle de souris irradiées de manière aigüe aux UVs, nous montrons que ia régulation de miR-21-3p est PPARß/ö-däpenaante et que cette régulation à lieu par l'intermédiaire du facteur de transcription TGFß-1. Dans des cultures de keratinocytes Humains, la transfecticn d'une séquence oligonucléotidique similaire à celle de miR-21-3p (mimic), montre l'implication de rniR-21-3p dans des fonctions importantes pour le développement des cancers telles que le métabolisme des lipides. Dans un second chapitre, nous montrons que l'usage d'une méthode bioinformatique combinant l'expression des ARN messagers et des miRNAs permet de mettre en évidence des fonctions biologiques importantes lors de ia réponse de PPARß/ö à l'irradiation chronique. L'angiogenèse, le stress oxydatif et le métabolisme des lipides font partie de ces fonctions régulées par PPARß/5 dans la peau irradiée aux UVs. Nous mettons également en évidence la régulation du gène LpcatS par PPARß/5 dans la peau irradiée aux UV ainsi que dans des keratinocytes humains suggérant un rôle pour PPARß/5 dans le remodelage des lipides membranaires. Dans une troisième partie, nous établissons un lien entre la régulation de l'oncogène Src et l'activation de PPARß/5 dans les carcinomes spinocellulaires de la peau. Finalement dans un quatrième chapitre, nous faisons une revue des dernières recherches portées sur le rôle de PPARß/5 et de PPARa dans le foie et ia peau. En résumé ce projet de thèse représente un avancement pour la recherche sur rimplication de PPARß/5 dans la réponse aux UVs de la peau. Pour la première fois, un lien est établi entre ce facteur de transcription et la régulation de microRNAs dans le cadre du carcinome spinocellulare. Jusqu'alors resté dans l'ombre de rniR-21-5p, miR-21-3p est en fait fortement augmenté à la fois dans un modèle de souris d'irradiation aux UVs ainsi que dans ie carcinome spinocellulare chez i'humain. De nouvelles fonctions biologiques pour PPARß/5 ont été également mises en évidence dans ce travail, comme la régulation de l'angiogenèse ou du métabolisme des lipides dans Sa peau. De plus cette dissertation valorise l'intérêt d'une association entre le travail de laboratoire et celui de la bioinformatique.

The early IL-4 response to Leishmania major and the resulting Th2 cell maturation steering progressive disease in BALB/c mice are subject to the control of regulatory CD4+CD25+ T cells.

Susceptibility and development of Th2 cells in BALB/c mice infected with Leishmania major result from early IL-4 production by Vbeta4Valpha8 CD4+ T cells in response to the Leishmania homolog of mammalian RACK1 Ag. A role for CD4+CD25+ regulatory T cells in the control of this early IL-4 production was investigated by depleting in vivo this regulatory T cell population. Depletion induced an increase in the early burst of IL-4 mRNA in the draining lymph nodes of BALB/c mice, and exacerbated the course of disease with higher levels of IL-4 mRNA and protein in their lymph nodes. We further showed that transfer of 10(7) BALB/c spleen cells that were depleted of CD4+CD25+ regulatory T cells rendered SCID mice susceptible to infection and allowed Th2 differentiation while SCID mice reconstituted with 10(7) control BALB/c spleen cells were resistant to infection with L. major and developed a Th1 response. Treatment with a mAb against IL-4 upon infection with L. major in SCID mice reconstituted with CD25-depleted spleen cells prevented the development of Th2 polarization and rendered them resistant to infection. These results demonstrate that CD4+CD25+ regulatory T cells play a role in regulating the early IL-4 mRNA and the subsequent development of a Th2 response in this model of infection.