Abnormal apical-to-basal transport of dietary ovalbumin by secretory IgA stimulates a mucosal Th1 response.

In celiac disease, enhanced permeability to gliadin peptides can result from their apico-basal transport by secretory immunoglobulin A1 (SIgA1) binding to the CD71 receptor ectopically expressed at the gut epithelial surface. Herein, we have established a mouse model in which there is apico-basal transport of the model antigen ovalbumin (OVA) by specific SIgA1 and have analyzed local T-cell activation. Transgenic DO11.10 mice were grafted with a hybridoma-secreting OVA-specific humanized IgA1, which could bind mouse CD71 and which were released in the intestinal lumen as SIgA. CD71 expression was induced at the gut apical surface by treating the mice with tyrphostin A8. Following gavage of the mice with OVA, OVA-specific CD4(+) T cells isolated from the mesenteric lymph nodes displayed higher expression of the activation marker CD69 and produced more interferon gamma in mice bearing the hybridoma-secreting OVA-specific IgA1, than in ungrafted mice or in mice grafted with an irrelevant hybridoma. These results indicate that the protective role of SIgA1 might be jeopardized in human pathological conditions associated with ectopic expression of CD71 at the gut surface.

Anti-inflammatory properties of secretory IgA on intestinal epithelial cells during infection by Shigella flexneri

The intestinal immune system hasthe complex task to protect the sterilecore of the organism against invasion.Most of invasive enterobacteria targetintestinal epithelial cells (IEC) inducingmajor damages to the mucosa.Shigella flexneri, by invading IECand inducing inflammatory responsesof the colonic mucosa, causes bacillarydysentery, a bloody diarrhea thatis endemic worldwide. The mechanismof entry of this bacterium is stilla matter of debate. Mcells participatingin sampling antigens from the gutlumen through Peyers patches arecommonly considered as the primarysite of entry of the bacteria. Once inthe lamina propria, Shigella can invadeIEC via their basolateral poleand spread from cell-to-cell leading tomassive tissue destruction. More recently,data are accumulating demonstratingthat bacteria can also enter thelamina propria directly via IEC, underscoringIEC as another gate of entry.In addition, the protective role ofsecretory IgA (SIgA) produced byplasmocytes of the lamina propria hasbeen established in shigellosis contextbut few is known about its role inmaintaining IEC monolayer integrity.Here, the impact of the bacterium wasstudied using polarized CaCo 2 cellmonolayer apically infected with avirulent strain of S. flexneri eitheralone or complexed with its cognateanti LPS SIgA. Parameters associatedwith the infection process includingcytokine measurements (IL-8, IL-18)and laser scanning confocal microscopydetection of Zonula Occludens-1, a tight junction (TJ) protein werestudied.We demonstrate that bacteriaare able to infect IEC through theirluminal-like pole as well, inducingthe complete disruption of TJ and thedestruction of the whole reconstitutedCaCo-2 cell monolayer. SIgA uponneutralization of bacteria led to themaintenance of TJ supporting IEC integrity,and the modulation of cytokinereleases. Together with anti-inflammatoryproperties of SIgA, thefact that apical bacteria can damagethe IEC without the intervention ofother cells such as Mcells offers newpossibilities in understanding thepathogenic mechanisms involved inshigellosis.

Secretory IgA in human serum.

Secretory component (SC) was detected by the radioactive single radial diffusion technique in nearly all sera examined. The SC was shown to be associated with polymeric serum IgA. The mean level of secretory IgA (SIgA) in normal sera from India, Africa and Europe was about 0.03 to 0.04 mg/ml. The mean level was elevated in patients with a variety of disorders involving secretory surfaces (e.g., acute bacterial enterocolitis or respiratory tract carcinoma), but also in disorders with no known involvement of secretory surfaces. The highest levels were seen in lactating women, with a mean level five times higher than that in the general population. SIgA was also found at lower levels in cord serum, serum from breast-fed newborns and serum from children 3 to 10 years old.

Production of human secretory component with dimeric IgA binding capacity using viral expression systems.

The cDNA encoding the NH2-terminal 589 amino acids of the extracellular domain of the human polymeric immunoglobulin receptor was inserted into transfer vectors to generate recombinant baculo- and vaccinia viruses. Following infection of insect and mammalian cells, respectively, the resulting truncated protein corresponding to human secretory component (hSC) was secreted with high efficiency into serum-free culture medium. The Sf9 insect cell/baculovirus system yielded as much as 50 mg of hSC/liter of culture, while the mammalian cells/vaccinia virus system produced up to 10 mg of protein/liter. The M(r) of recombinant hSC varied depending on the cell line in which it was expressed (70,000 in Sf9 cells and 85-95,000 in CV-1, TK- 143B and HeLa). These variations in M(r) resulted from different glycosylation patterns, as evidenced by endoglycosidase digestion. Efficient single-step purification of the recombinant protein was achieved either by concanavalin A affinity chromatography or by Ni(2+)-chelate affinity chromatography, when a 6xHis tag was engineered to the carboxyl terminus of hSC. Recombinant hSC retained the capacity to specifically reassociate with dimeric IgA purified from hybridoma cells.

Antigen-secretory IgA immune complexes are retro-transported into mouse Peyer's patches: immunotargeting to dendritic cells

RÉSUMÉ Les plaques de Peyer (PP) représentent le site d'entrée majeur des pathogènes au niveau des muqueuses intestinales. Après avoir traversé la cellule M, l'antigène est pris en charge par les cellules dendritiques (DC) de la région sub-épithéliale du dôme des PP. Ces dernières activent une réponse immunitaire qui conduit à la production de l'IgA de sécrétion (SIgA), l'anticorps majeur au niveau muqueux. Des études précédentes dans notre laboratoire ont démontré qu'après administration de SIgA dans des anses intestinales de souris, les SIgA se lient spécifiquement aux cellules M, entrent dans les PP, et sont éventuellement internalisées par les DC. Le but de ce travail est de comprendre la relevance biologique de l'entrée des SIgA dans les PP et leur relevance physiologique dans l'homéostasie mucosale. Dans un premier temps, nous avons montré en utilisant une méthode de purification optimisée basée sur une isolation magnétique, que, en plus des DC myéloïdes (CD11c+/CD11b+) et des DC lymphoïdes (CD11c+/CD8+), les PP de souris contiennent un nouveau sous-type de DC exprimant les marqueurs CD11c et CD19. L'utilisation de la microscopie confocale nous a permis de démontrer que les DC myéloïdes internalisent des SIgA, contrairement aux DC lymphoïdes qui n'interagissent pas avec les SIgA, alors que le nouveau sous-type de DC exprimant CD19 lie les SIgA. En plus, nous avons démontré qu'aucune des DC de rate, de ganglion bronchique ou de ganglion inguinal interagit avec les SIgA. Dans le but d'explorer si les SIgA peuvent délivrer des antigènes aux DC des PP in vivo, nous avons administré des complexes immunitaires formés de Shigella flexneri complexées à des SIgA, dans des anses intestinales de souris. Nous avons observé une entrée dans les PP, suivie d'une migration vers les ganglions mésentériques drainants, contrairement aux Shigella flexneri seules, qui n'infectent pas la souris par la voie intestinale. Shigella flexneri délivrée par SIgA n'induit pas de destruction tissulaire au niveau de l'intestin. En plus de l'exclusion immunitaire, ces résultats suggèrent un nouveau rôle des SIgA, qui consiste à transporter des antigènes à l'intérieur des PP dans un contexte non-inflammatoire. RÉSUMÉ DESTINÉ À UN LARGE PUBLIC L'intestin a pour rôle principal d'absorber les nutriments digérés tout au long du tube digestif, et de les faire passer dans le compartiment intérieur sanguin. Du fait de son exposition chronique avec un monde extérieur constitué d'aliments et de bactéries, l'intestin est un endroit susceptible aux infections et a donc besoin d'empêcher l'entrée de microbes. Pour cela, l'intestin est tapissé de "casernes" appelées les plaques de Peyer, qui appartiennent à un système de défense appelé système immunitaire muqueux. Les plaques de Peyer sont composées de différents types de cellules, ayant pour rôle de contrôler l'entrée de microbes et de développer une réaction immunitaire lors d'infection. Cette réaction immunitaire contre les microbes (antigènes) débute par la prise en charge de l'antigène par des sentinelles, les cellules dendritiques. L'antigène est préparé de façon à être reconnu par d'autres cellules appelées lymphocytes T capables d'activer d'autres cellules, les lymphocytes B. La réaction immunitaire résulte dans la production par les lymphocytes B d'un anticorps spécifique appelé IgA de sécrétion (SIgA) au niveau de la lumière intestinale. De manière classique, le rôle de SIgA au niveau de la lumière intestinale consiste à enrober les microbes et donc exclure leur entrée dans le compartiment intérieur. Dans ce travail, nous avons découvert une nouvelle fonction des SIgA qui consiste à introduire des antigènes dans les plaques de Peyer, et de les diriger vers les cellules dendritiques. Sachant que les SIgA sont des anticorps qui ne déclenchent pas de réactions de défense violentes dites inflammatoires, l'entrée des antigènes via SIgA serait en faveur d'une défense intestinale maîtrisée sans qu'il y ait d'inflammation délétère. Ces résultats nous laissent supposer que l'entrée d'antigènes via SIgA pourrait conduire le système immunitaire muqueux à reconnaître ces antigènes de manière appropriée. Ce mécanisme pourrait expliquer les désordres immunitaires de types allergiques et maladies auto-immunitaires que l'on rencontre chez certaines personnes déficientes en IgA, chez qui cette lecture d'antigènes de manière correcte serait inadéquate. ABSTRACT Peyer's patches (PP) represent the primary site for uptake and presentation of ingested antigens in the intestine. Antigens are sampled by M cells, which pass them to underlying antigen-presenting cells including dendritic cells (DC). This leads to the induction of mucosal T cell response that is important for the production of secretory IgA (SIgA), the chief antibody at mucosal surfaces. Previous studies in the laboratory have shown that exogenous SIgA administrated into mouse intestinal loop binds specifically to M cells, enter into PP, and is eventually internalized by DC. The aim of this work is to understand the biological significance of the SIgA uptake by PP DC and its physiological relevance for mucosal homeostasis. As a first step, we have shown by using an optimized MACS method that, in addition to the CD11c+/CD11b+ (myeloid DC) and CD11c+/CD8+ (lymphoid DC) subtypes, mouse PP contain a novel DC subtype exhibiting both CD11c and CD19 markers. By using a combination of MACS isolation and confocal microscopy, we have demonstrated that in contrast to the lymphoid DC which do not interact with SIgA, the myeloid DC internalize SIgA, while the CD19+ subtype binds SIgA on its surface. Neither spleen DC, nor bronchial-lymph node DC, nor inguinal lymph node DC exhibit such a binding specificity. To test whether SIgA could deliver antigens to PP DC in vivo, we administered SIgA-Shigella flexneri immune complexes into mouse intestinal loop containing a PP. We found that (i) SIgA-Shigella flexneri immune complexes enter the PP and are internalized by sub-epithelial dome PP DC, in contrast to Shigella flexneri alone that does not penetrate the intestinal epithelia in mice, (ii) immune complexes migrate to the draining mesenteric lymph node, (iii) Shigella flexneri carried via SIgA do not induce intestinal tissue destruction. Our results suggest that in addition to immune exclusion, SIgA transports antigens back to the PP under non-inflammatory conditions.

Generation of reconstituted human plasma-derived secretory-like IgA and IgM and their protective effect on intestinal epithelium

Les muqueuses sont les membranes tapissant les cavités du corps, tel que le tube digestif, et sont en contact direct avec l'environnement extérieur. Ces surfaces subissent de nombreuses agressions pouvant être provoquées par des agents pathogènes (bactéries, toxines ou virus). Cela étant, les muqueuses sont munies de divers mécanismes de protection dont notamment deux protéines-clés permettant de neutraliser les agents pathogènes : les anticorps ou immunoglobulines sécrétoires A (SIgA) et M (SIgM). Ces anticorps sont, d'une part, fabriqués au niveau de la muqueuse sous forme d'IgA et IgM. Lorsqu'ils sont sécrétés dans l'intestin, ils se lient à une protéine appelée pièce sécrétoire et deviennent ainsi SIgA et SïgM. La présence de la pièce sécrétoire est essentielle pour que les anticorps puissent fonctionner au niveau de la muqueuse. D'autre part, ces anticorps sont également fabriqués dans d'autres parties du corps en général et se retrouvent dans le sang sous forme d'IgA et IgM Chez l'homme, des thérapies basées sur l'injection d'anticorps donnent de bons résultats depuis de nombreuses années notamment dans le traitement des infections. Bien qu'un certain nombre d'études ont montré le rôle protecteur des anticorps de type IgA et IgM, ceux-ci ne sont que rarement utilisés dans les thérapies actuelles. La principale raison de cette faible utilisation réside dans la production ou la purification des IgA/IgM ou SIgA/SIgM (la forme active au niveau des muqueuses) qui est difficile à réaliser à large échelle. Ainsi, le but de la thèse était (1) d'étudier la possibilité d'employer des IgA et des IgM provenant du sang humain pour générer des SIgA et SIgM et (2) de voir si ces anticorps reconstitués pouvaient neutraliser certains agents pathogènes au niveau des muqueuses. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et des IgM issues du sang a été effectuée. Nous avons observé que ces anticorps avaient des caractéristiques similaires aux anticorps naturellement présents au niveau des muqueuses. De plus, nous avons confirmé que ces anticorps pouvaient être associés à une pièce sécrétoire produite en laboratoire pour ainsi donner des SIgA et SIgM reconstituées. Ensuite, la fonctionnalité des anticorps reconstitués a été testée grâce à un modèle de couche unique de cellules intestinales différenciées (monocouches) en laboratoire imitant la paroi de l'intestin. Ces monocouches ont été infectées par une bactérie pathogène, Shigella flexneri, responsable de la shigellose, une maladie qui provoque des diarrhées sanglantes chez l'homme. L'infection des monocouches par les bactéries seules ou combinées aux SIgA et SIgM reconstituées a été analysée. Nous avons observé que les dommages des cellules étaient moins importants lorsque les SIgA étaient présentes. Il apparaît que les SIgA neutralisent les bactéries en se fixant dessus, ce qui provoque leur agrégation, et diminuent l'inflammation des cellules. La protection s'est montrée encore plus efficace avec les SIgM. De plus, nous avons vu que les SIgA et SIgM pouvaient diminuer la sécrétion de facteurs nocifs produits par les bactéries. Utilisant le même modèle des monocouches, la fonctionnalité des IgA issues du sang humain a aussi été testée contre une toxine sécrétée par une bactérie appelée Clostridium diffìcile. Cette bactérie peut être présente naturellement dans l'intestin de personnes saines, cependant elle peut devenir pathogène dans certaines conditions et être à l'origine de diarrhées et d'inflammations de l'intestin via la sécrétion de toxines. Des préparations d'anticorps contenant une certaine proportion de SIgA reconstituées ont amené à une diminution des dommages et de l'inflammation des monocouches causés par la toxine. L'ensemble de ces résultats prometteurs, montrant que des SIgA et SIgM reconstituées peuvent protéger la paroi de l'intestin des infections bactériennes, nous conduisent à approfondir la recherche sur ces anticorps dans des modèles animaux. L'aboutissement de ce type de recherche permettrait de tester, par la suite, l'efficacité sur l'homme de traitements des infections des muqueuses par injection d'anticorps de type SIgA et SIgM reconstituées. Les muqueuses, telle que la muqueuse gastrointestinale, sont des surfaces constamment exposées à l'environnement et leur protection est garantie par une combinaison de barrières mécaniques, physicochimiques et immunologiques. Parmi les divers mécanismes de protection immunologiques, la réponse humorale spécifique joue un rôle prépondérant et est assurée par les immunoglobulines sécrétoires de type A (SIgA) et M (SIgM). Les thérapies basées sur l'administration d'IgG apportent d'importants bénéfices dans le domaine de la santé. Bien que des études sur les animaux aient montré que l'administration par voie muqueuse d'IgA polymérique (plgA) ou SIgA pouvaient protéger des infections, des IgA/SIgA n'ont été utilisées qu'occasionnellement dans les thérapies. De plus, des études précliniques et cliniques ont démontré que l'administration par voie systémique de préparations enrichies en IgM pouvait aussi protéger des infections. Cependant, l'administration par voie muqueuse d'IgM/SIgM purifiées n'a pas été examinée jusqu'à présent. La principale raison est que la purification ou là production des IgA/SIgA et IgM/SIgM est difficile à réaliser à large échelle. Le but de ce travail de thèse était d'examiner la possibilité d'associer des IgA et IgM polyclonals purifiées à partir du plasma humain avec une pièce sécrétoire recombinante humaine afin de générer des SIgA et SIgM reconstituées fonctionnelles. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et IgM issues du plasma humain a été effectuée par buvardage de western et Chromatographie. Ces molécules avaient des caractéristiques biochimiques similaires à celles des immunoglobulines issues de la muqueuse. L'association entre plgA ou IgM issues du plasma humain et la pièce sécrétoire recombinante humaine a été confirmée, ainsi que la stoechiométrie 1:1 de l'association. Comme dans les conditions physiologiques, cette association permettait de retarder la dégradation des SIgA et SIgM reconstituées exposées à des protéases intestinales. Ensuite, la fonctionnalité et le mode d'action des IgA et IgM issues du plasma humain, ainsi que des SIgA et SIgM reconstituées, ont été explorés grâce à un modèle in vitro de monocouches de cellules intestinales épithéliales polarisées de type Caco-2, qui imite l'épithélium intestinal. Les monocouches ont été infectées par un pathogène entérique, Shigella flexneri, seul ou combiné aux immunoglobulines issues du plasma humain ou aux immunoglobulines sécrétoires reconstituées. Bien que les dommages des monocouches aient été retardés par les plgA et SIgA reconstituées, les IgM et SIgM reconstituées se sont montrées supérieures dans le maintien de l'intégrité des cellules. Une agrégation bactérienne et une diminution de l'inflammation des monocouches ont été observées avec les plgA et SIgA reconstituées. Ces effets étaient augmentés avec les IgM et SIgM reconstituées. De plus, il s'est révélé que les deux types d'immunoglobulines de type sécrétoire reconstituées agissaient directement sur la virulence des bactéries en réduisant leur sécrétion de facteurs de virulence. La fonctionnalité des IgA issues du plasma humain a aussi été testée contre la toxine A de Clostridium difficile grâce au même modèle de monocouches de cellules épithéliales. Nous avons démontré que des préparations enrichies en IgA provenant du plasma humain pouvaient diminuer les dommages et l'inflammation des monocouches induits par la toxine. L'ensemble de ces résultats démontrent que des IgA et IgM de type sécrétoire peuvent être générées à partir d'IgA et IgM issues du plasma humain en les associant à la pièce sécrétoire et que ces molécules protègent l'épithélium intestinal contre des bactéries pathogènes. Ces molécules pourraient dès lors être testées dans des modèles in vivo. Le but final serait de les utiliser chez l'homme à des fins d'immunisation passive dans le traitement de pathologies associées à la muqueuse telles que les infections. - Mucosal surfaces, such as gastrointestinal mucosa, are constantly exposed to the external environment and their protection is ensured by a combination of mechanical, physicochemical and immunological barriers. Among the various immunological defense mechanisms, specific humoral mucosal response plays a crucial role and is mediated by secretory immunoglobulins A (SIgA) and M (SIgM). Immunoglobulin therapy based on the administration of IgG molecules leads important health benefits. Even though animal studies have shown that mucosal application of polymeric IgA (plgA) or SIgA provided protection against infections, IgA/SIgA have been only used occasionally for therapeutic application. Moreover, preclinical and clinical studies have demonstrated that systemic administration of IgM-enriched preparations could also afford protection against infections. Nevertheless, mucosal application of purified IgM/SIgM has not been examined. The main reason is that the purification or production of IgA/SIgA and IgM/SIgM at large scale is difficult to achieve. The aim of this PhD project was to examine the possibility to associate polyclonal human plasma-derived IgA and IgM with recombinant human secretory component (SC) to generate functional secretoiy-like IgA and IgM. First, biochemical analysis of human plasma IgA and IgM was performed by western blotting and chromatography. These molecules exhibited the same biochemical features as mucosa-derived antibodies (Abs). The association between human plasma plgA or IgM and recombinant human SC was confirmed, as well as the 1:1 stoichiometry of association. Similarly to physiological conditions, this association delayed the degradation of secretory-like IgA or IgM by intestinal proteases. Secondly, the function activity and the mode of action of human plasma IgA and IgM, as well as secretory-like IgA and IgM were explored using an in vitro model of polarized intestinal epithelial Caco-2 cell monolayers mimicking intestinal epithelium. Cell monolayers were infected with an enteropathogen, Shigella flexneri, alone or in combination to plasma Abs or secretory-like Abs. Even though plasma plgA and secretoiy-like IgA resulted in a delay of bacteria-induced damages of cell monolayers, plasma IgM and secretory-like IgM were shown to be superior in maintenance of cell integrity. Polymeric IgA and secretory-like IgA induced bacterial aggregation and decreased cell monolayer inflammation, effects further amplified with IgM and secretory-like IgM. In addition, both secretory-like Abs directly impacted on bacterial virulence leading to a reduction in secretion of virulence factors by bacteria. The functionality of human plasma IgA was also tested against Clostridium difficile toxin A using Caco-2 cell monolayers. Human plasma IgA- enriched preparations led to a diminution of cell monolayer damages and a decrease of cellular inflammation induced by the toxin. The sum of these results demonstrates that secretory-like IgA and IgM can be generated from purified human plasma IgA and IgM associated to SC and that these molecules are functional to protect intestinal epithelium from bacterial infections. These molecules could be now tested using in vivo models. The final goal would be to use them by passive immunization in the treatment of mucosa-associated pathologies like infections in humans.

Multi-faceted functions of secretory IgA at mucosal surfaces.

Secretory IgA (SIgA) plays an important role in the protection and homeostatic regulation of intestinal, respiratory, and urogenital mucosal epithelia separating the outside environment from the inside of the body. This primary function of SIgA is referred to as immune exclusion, a process that limits the access of numerous microorganisms and mucosal antigens to these thin and vulnerable mucosal barriers. SIgA has been shown to be involved in avoiding opportunistic pathogens to enter and disseminate in the systemic compartment, as well as tightly controlling the necessary symbiotic relationship existing between commensals and the host. Clearance by peristalsis appears thus as one of the numerous mechanisms whereby SIgA fulfills its function at mucosal surfaces. Sampling of antigen-SIgA complexes by microfold (M) cells, intimate contact occurring with Peyer's patch dendritic cells (DC), down-regulation of inflammatory processes, modulation of epithelial, and DC responsiveness are some of the recently identified processes to which the contribution of SIgA has been underscored. This review aims at presenting, with emphasis at the biochemical level, how the molecular complexity of SIgA can serve these multiple and non-redundant modes of action.

Dimeric recombinant IgA directed against carcino-embryonic antigen, a novel tool for carcinoma localization.

Carcinoembryonic antigen (CEA) has been shown to be one of the best markers for in vivo tumor targeting of radiolabeled antibodies, despite the fact that it is localized predominantly at the apical side of human colon carcinoma cells within the fairly closed pseudolumen structures formed by these tumors. Due to this particular histological localization, a large proportion of the CEA molecules may remain inaccessible to the intravenously injected radiolabeled anti-CEA antibodies of IgG isotype, which are widely used in the clinic. In order to improve targeting, we made a recombinant dimeric IgA, which should have the capacity to translocate from the basolateral to the apical side of the pseudolumen formed by colon carcinoma cells after binding to the polyIg receptor (pIgR). A genomic chimeric mouse-human IgA2 construct was made using one of our most specific anti-CEA hybridomas, CE-25. The chimeric IgA (chIgA) was expressed in the Sp2/0 myeloma cell line. The secreted recombinant antibody was found to consist mostly of a dimeric form of IgA with a molecular weight of about 350 kDa. The dimeric chIgA was shown to translocate efficiently in vitro across a monolayer of epithelial cells expressing the pIgR and to retain full CEA binding activity.

Secretory component delays the conversion of secretory IgA into antigen-binding competent F(ab')2: a possible implication for mucosal defense.

Secretory component (SC) represents the soluble ectodomain of the polymeric Ig receptor, a membrane protein that transports mucosal Abs across epithelial cells. In the protease-rich environment of the intestine, SC is thought to stabilize the associated IgA by unestablished molecular mechanisms. To address this question, we reconstituted SC-IgA complexes in vitro by incubating dimeric IgA (IgAd) with either recombinant human SC (rSC) or SC isolated from human colostral milk (SCm). Both complexes exhibited an identical degree of covalency when exposed to redox agents, peptidyl disulfide isomerase, and temperature changes. In cross-competition experiments, 50% inhibition of binding to IgAd was achieved at approximately 10 nM SC competitor. Western blot analysis of IgAd digested with intestinal washes indicated that the alpha-chain in IgAd was primarily split into a 40-kDa species, a phenomenon delayed in rSC- or SCm-IgAd complexes. In the same assay, either of the SCs was resistant to degradation only if complexed with IgAd. In contrast, the kappa light chain was not digested at all, suggesting that the F(ab')2 region was left intact. Accordingly, IgAd and SC-IgAd digestion products retained functionality as indicated by Ag reactivity in ELISA. Size exclusion chromatography under native conditions of digested IgAd and rSC-IgAd demonstrates that SC exerts its protective role in secretory IgA by delaying cleavage in the hinge/Fc region of the alpha-chain, not by holding together degraded fragments. The function of integral secretory IgA and F(ab')2 is discussed in terms of mucosal immune defenses.

Secretory component: a new role in secretory IgA-mediated immune exclusion in vivo.

Secretory immunoglobulin (Ig) A (SIgA) is essential in protecting mucosal surfaces. It is composed of at least two monomeric IgA molecules, covalently linked through the J chain, and secretory component (SC). We show here that a dimeric/polymeric IgA (IgA(d/p)) is more efficient when bound to SC in protecting mice against bacterial infection of the respiratory tract. We demonstrate that SC ensures, through its carbohydrate residues, the appropriate tissue localization of SIgA by anchoring the antibody to mucus lining the epithelial surface. This in turn impacts the localization and the subsequent clearance of bacteria. Thus, SC is directly involved in the SIgA function in vivo. Therefore, binding of IgA(d/p) to SC during the course of SIgA-mediated mucosal response constitutes a crucial step in achieving efficient protection of the epithelial barrier by immune exclusion.

Covalent homodimers of murine secretory component induced by epitope substitution unravel the capacity of the polymeric Ig receptor to dimerize noncovalently in the absence of IgA ligand.

Recombinant secretory immunoglobulin A containing a bacterial epitope in domain I of the secretory component (SC) moiety can serve as a mucosal delivery vehicle triggering both mucosal and systemic responses (Corthésy, B., Kaufmann, M., Phalipon, A., Peitsch, M., Neutra, M. R., and Kraehenbuhl, J.-P. (1996) J. Biol. Chem. 271, 33670-33677). To load recombinant secretory IgA with multiple B and T epitopes and extend its biological functions, we selected, based on molecular modeling, five surface-exposed sites in domains II and III of murine SC. Loops predicted to be exposed at the surface of SC domains were replaced with the DYKDDDDK octapeptide (FLAG). Another two mutants were obtained with the FLAG inserted in between domains II and III or at the carboxyl terminus of SC. As shown by mass spectrometry, internal substitution of the FLAG into four of the mutants induced the formation of disulfide-linked homodimers. Three of the dimers and two of the monomers from SC mutants could be affinity-purified using an antibody to the FLAG, mapping them as candidates for insertion. FLAG-induced dimerization also occurred with the polymeric immunoglobulin receptor (pIgR) and might reflect the so-far nondemonstrated capacity of the receptor to oligomerize. By co-expressing in COS-7 cells and epithelial Caco-2 cells two pIgR constructs tagged at the carboxyl terminus with hexahistidine or FLAG, we provide the strongest evidence reported to date that the pIgR dimerizes noncovalently in the plasma membrane in the absence of polymeric IgA ligand. The implication of this finding is discussed in terms of IgA transport and specific antibody response at mucosal surfaces.

Identification of secretory IgA, free secretory piece and serum IgA in the ovine and caprine species.

Caprine and ovine IgA were identified by cross-reaction with anti-human and anti-bovine IgA sera in colostrum, mature milk, saliva, urine and serum. Secretory component (SC) was shown in the free form and associated with polymeric serum IgA in secretions. Mean molecular weights were determined for the IgA and the free secretory components. The high IgA content of saliva suggested that it was a major secretory immunoglobulin in these species. Traces of secretory IgA were also found in normal sera but most of the serum IgA had no secretory determinant. Secretory IgA, serum IgA and free secretory component were purified. Levels of the sheep and goat immunoglobulins were measured in various fluids.

Potentiation of polarized intestinal Caco-2 cell responsiveness to probiotics complexed with secretory IgA.

The precise mechanisms underlying the interaction between intestinal bacteria and the host epithelium lead to multiple consequences that remain poorly understood at the molecular level. Deciphering such events can provide valuable information as to the mode of action of commensal and probiotic microorganisms in the gastrointestinal environment. Potential roles of such microorganisms along the privileged target represented by the mucosal immune system include maturation prior, during and after weaning, and the reduction of inflammatory reactions in pathogenic conditions. Using human intestinal epithelial Caco-2 cell grown as polarized monolayers, we found that association of a Lactobacillus or a Bifidobacterium with nonspecific secretory IgA (SIgA) enhanced probiotic adhesion by a factor of 3.4-fold or more. Bacteria alone or in complex with SIgA reinforced transepithelial electrical resistance, a phenomenon coupled with increased phosphorylation of tight junction proteins zonula occludens-1 and occludin. In contrast, association with SIgA resulted in both enhanced level of nuclear translocation of NF-κB and production of epithelial polymeric Ig receptor as compared with bacteria alone. Moreover, thymic stromal lymphopoietin production was increased upon exposure to bacteria and further enhanced with SIgA-based complexes, whereas the level of pro-inflammatory epithelial cell mediators remained unaffected. Interestingly, SIgA-mediated potentiation of the Caco-2 cell responsiveness to the two probiotics tested involved Fab-independent interaction with the bacteria. These findings add to the multiple functions of SIgA and underscore a novel role of the antibody in interaction with intestinal bacteria.