Metastatic leishmaniasis. A chronic inflammatory response to Leishmania's viral endosymbiont.

Leishmania parasites have been plaguing humankind for centuries as a range of skin diseases named the cutaneous leishmaniases (CL). Carried in a hematophagous sand fly, Leishmania usually infests the skin surrounding the bite site, causing a destructive immune response that may persist for months or even years. The various symptomatic outcomes of CL range from a benevolent self- healing reddened bump to extensive open ulcerations, resistant to treatment and resulting in life- changing disfiguration. Many of these more aggressive outcomes are geographically isolated within the habitats of certain Neotropical Leishmania species; where about 15% of cases experience metastatic complications. However, despite this correlation, genetic analysis has revealed no major differences between species causing the various disease forms. We have recently identified a cytoplasmic dsRNA virus within metastatic L. guyanensis parasites that acts as a potent innate immunogen capable of worsening lesionai inflammation and prolonging parasite survival. The dsRNA genome of Leishmania RNA virus (LRV) binds and stimulates Toll-Like-Receptor-3 (TLR3), inducing this destructive inflammation, which we speculate as a factor contributing to the development of metastatic disease. This thesis establishes the first experimental model of LRV-mediated leishmanial metastasis and investigates the role of non-TLR3 viral recognition pathways in LRV-mediated pathology. Viral dsRNA can be detected by various non-TLR3 pattern recognition receptors (PRR); two such PRR groups are the RLRs (Retinoic acid-inducible gene 1 like receptors) and the NLRs (nucleotide- binding domain, leucine-rich repeat containing receptors). The RLRs are designed to detect viral dsRNA in the cytoplasm, while the NLRs react to molecular "danger" signals of cell damage, often oligomerizing into molecular scaffolds called "inflammasomes" that activate a potent inflammatory cascade. Interestingly, we found that neither RLR signalling nor the inflammasome pathway had an effect on LRV-mediated pathology. In contrast, we found a dramatic inflammasome independent effect for the NLR family member, NLRP10, where a knockout mouse model showed little evidence of disease. This phenotype was mimicked in an NLR knockout with which NLRP10 is known to interact: NLRC2. As this pathway induces the chronic inflammatory cell lineage TH17, we investigated the role of its key chronic inflammatory cytokine, IL-17A, in human patients infected by L. guyanensis. Indeed, patients infected with LRV+ parasites had a significantly increased level of IL-17A in lesionai biopsies. Interestingly, LRV presence was also associated with a significant decrease in the correlate of protection, IFN-y. This association was repeated in our murine model, where after we were able to establish the first experimental model of LRV-dependent leishmanial metastasis, which was mediated by IL-17A in the absence of IFN-y. Finally, we tested a new inhibitor of IL-17A secretion, SR1001, and reveal its potential as a Prophylactic immunomodulator and potent parasitotoxic drug. Taken together, these findings provide a basis for anti-IL-17A as a feasible therapeutic intervention to prevent and treat the metastatic complications of cutaneous leishmaniasis. -- Les parasites Leishmania infectent l'homme depuis des siècles causant des affections cutanées, appelées leishmanioses cutanées (LC). Le parasite est transmis par la mouche des sables et réside dans le derme à l'endroit de la piqûre. Au niveau de la peau, le parasite provoque une réponse immunitaire destructrice qui peut persister pendant des mois voire des années. Les symptômes de LC vont d'une simple enflure qui guérit spontanément jusqu' à de vastes ulcérations ouvertes, résistantes aux traitements. Des manifestations plus agressives sont déterminées par les habitats géographiques de certaines espèces de Leishmania. Dans ces cas, environ 15% des patients développent des lésions métastatiques. Aucun «facteur métastatique» n'a encore été trouvé à ce jour dans ces espèces. Récemment, nous avons pu identifier un virus résidant dans certains parasites métastatiques présents en Guyane française (appelé Leishmania-virus, ou LV) et qui confère un avantage de survie à son hôte parasitaire. Ce virus active fortement la réponse inflammatoire, aggravant l'inflammation et prolongeant l'infection parasitaire. Afin de diagnostiquer, prévenir et traiter ces lésions, nous nous sommes intéressés à identifier les composants de la voie de signalisation anti-virale, responsables de la persistance de cette inflammation. Cette étude décrit le premier modèle expérimental de métastases de la leishmaniose induites par LV, et identifie plusieurs composants de la voie inflammatoire anti-virale qui facilite la pathologie métastatique. Contrairement à l'homme, les souris de laboratoire infectées par des Leishmania métastatiques (contenant LV, LV+) ne développent pas de lésions métastatiques et guérissent après quelques semaines d'infection. Après avoir analysé un groupe de patients atteints de leishmaniose en Guyane française, nous avons constaté que les personnes infectées avec les parasites métastatiques LV+ avaient des niveaux significativement plus faibles d'un composant immunitaire protecteur important, appelé l'interféron (IFN)-y. En utilisant des souris génétiquement modifiées, incapables de produire de l'IFN-y, nous avons observé de telles métastases. Après inoculation dans le coussinet plantaire de souris IFN-y7" avec des parasites LV+ ou LV-, nous avons démontré que seules les souris infectées avec des leishmanies ayant LV développent de multiples lésions secondaires sur la queue. Comme nous l'avons observé chez l'homme, ces souris sécrètent une quantité significativement élevée d'un composant inflammatoire destructeur, l'interleukine (IL)-17. IL-17 a été incriminée pour son rôle dans de nombreuses maladies inflammatoires chroniques. On a ainsi trouvé un rôle destructif similaire pour l'IL-17 dans la leishmaniose métastatique. Nous avons confirmé ce rôle en abrogeant IL-17 dans des souris IFN-y7- ce qui ralentit l'apparition des métastases. Nous pouvons donc conclure que les métastases de la leishmaniose sont induites par l'IL-17 en absence d'IFN-v. En analysant plus en détails les voies de signalisation anti-virale induites par LV, nous avons pu exclure d'autres voies d'activation de la réponse inflammatoire. Nous avons ainsi démontré que la signalisation par LV est indépendante de la signalisation inflammatoire de type « inflammasome ». En revanche, nous avons pu y lier plusieurs autres molécules, telles que NLRP10 et NLRC2, connues pour leur synergie avec les réponses inflammatoires. Cette nouvelle voie pourrait être la cible pour des médicaments inhibant l'inflammation. En effet, un nouveau médicament qui bloque la production d'IL-17 chez la souris s'est montré prometteur dans notre modèle : il a réduit le gonflement des lésions ainsi que la charge parasitaire, indiquant que la voie anti-virale /inflammatoire est une approche thérapeutique possible pour prévenir et traiter cette infection négligée.

Leishmaniavirus : a possible target against metastatic leishmaniasis

Leishmaniasis is widely spread disease found in bath tropical and temperate regions but limited to the habitat of its sand fly vector. lt affects over 12 million people with 2 million new cases each year. As cutaneous leishmaniasis patients show varying levels of immunity to the disease after recovery, the development of a vaccine has much promise as a prevention strategy. Unfortunately however, existing anti-leishmanial vaccines are plagued by safety issues and have only ever shown limited efficacy .So, despite much effort, no effective vaccine is currently available. Recent studies suggest a correlation between the presence of Leishmania RNA virus (LRV) and the development of mucocutaneous leishmaniasis (MCL), which is characterised by the presence of secondary lesions in nasal and buccal mucosa, causing destructive and disfiguring facial lesions. Moreover, recent research has associated the viral presence to treatment fa ilure in patients. ln the first part of this work, we propose that these viral particles may serve as promising vaccine candidates due to their powerful TLR-3 antigenicity, launching an early cell-mediated attack on stimulated cells and thus eliminating their virulent complications. The second part of this work discusses a preliminary study on the lymphocyte immune response against Leishmania guyanensis infection. The lymphocyte response (and in particular, the raie of CDS+ T cells) is controversial and varies greatly between Leishmania species. Here, we illustrate the importance of a small CDS+ T cell subpopulation, expressing the CDSaa+ receptor. These intraepithelial lymphocytes are mainly present in the skin, vagina and intestinal tissue and are best known for their raie in the early immune response against pathogens. Similarly to traditional CDS+ cells, they secrete the tissue-destructive enzymes, perforin and granzyme, which can result in a hyper-inflammatory cutaneous lesion, raising a possibility for their raie in Leishmania infection. lndeed, our initial results in a murine mode( of Leishmania guyanensis infection suggest a pathogenic raie for CDSaa+ T cells. Further research into species-specific immune responses against the various Leishmania parasites is critical to realising the clinical potential of immunotherapy in the treatment and prevention of this disfiguring disease . -- La Leishmaniose est une maladie infectieuse causée par le parasite Leishmania. Elle est localisée dans les régions où son vecteur se reproduit, c'est-à-dire dans des régions tropicales ou tempérées. Cette pathologie affecte 12 millions des personnes dans le monde et 2 millions de nouveaux cas sont recensés chaque année. D'autres facteurs, tels la déforestation, les conditions d'hygiène ou encore l'accès limité aux médicaments, aggravent la pathologie et renforcent sa propagation. Les patients affectés par la leishmaniose et qui arrivent à en guérir, présentent une protection contre une réinfection. Pour cette raison, le développement d'un vaccin reste la meilleure solution pour combattre ce fléau. Mais, à ce jour, et malgré beaucoup d'efforts, aucun vaccin efficace n'a encore été développé. Un autre facteur responsable de l'aggravation de la pathologie et de la résistance de ces parasites aux drogues est un virus qui peut infecter certaines souches de Leishmania. Ce virus, appelé Leishmania RNA virus, peut induire une réponse inflammatoire exagérée, ce qui a comme résultat l'aggravation de la pathologie, la survie et la dissémination de ce parasite au sein de l'hôte infecté. Vu l'absence d'un vaccin contre ce parasite, Leishmania, nous proposons de développer un vaccin non pas contre le parasite lui- même mais contre l'agent qui provoque l'exacerbation de la pathologie, c'est-à-dire le virus. Dans cette étude, nous décrivons le développement d'un vaccin contre LRV, qui empêche le parasite d'induire des inflammations exagérées dans les souris. En d'autres mots, nous essayons de prévenir toutes les complications générées par cet hyperpathogène qu'est le LRV, en utilisant sa capside comme cible pour le développement d'un vaccin. Dans la deuxième partie de ce manuscrit, nous avons aussi étudié plus en détail la réponse immunitaire, et en particulier la réponse des lymphocytes T COB suite à l'infection du parasite Leishmania guyanensis porteur du LRV.

The prominent role of neutrophils during the initial phase of infection by Leishmania parasites.

Neutrophils are rapidly and massively recruited to the site of Leishmania inoculation, where they phagocytose the parasites, some of which are able to survive within these first host cells. Neutrophils can thus provide a transient safe shelter for the parasites, prior to their entry into macrophages where they will replicate. In addition, neutrophils release and synthesize rapidly several factors including cytokines and chemokines. The mechanism involved in their rapid recruitment to the site of parasite inoculation, as well as the putative consequences of their massive presence on the microenvironment of the focus of infection will be discussed in the context of the development of the Leishmania-specific immune response.

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.

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Cutaneous Leishmaniasis caused by Leishmania guyanensis parasites is endemic in the North-East South America. There is, however, little information available concerning L. guyanensis infectivity and the immune response associated with different stages of the disease. In the following chapter we discuss the results obtained in human research with regard to the involvement of different types of immune cells and their roles during the development of infection with L. guyanensis parasites. We also provide a résumé on the status of animal models of L. guyanensis infection and emphasize how essential these models are so as to increase our knowledge of immunopathogenesis in the host and, thus, provide an indispensable tool to test new therapeutic strategies.

Susceptibility of clinical isolates of Leishmania aethiopica to miltefosine, paromomycin, amphotericin B and sodium stibogluconate using amastigote-macrophage in vitro model.

Cutaneous Leishmaniasis (CL) caused by Leishmania aethiopica is a public health and social problem with a sequel of severe and mutilating skin lesions. It is manifested in three forms: localized CL (LCL), mucosal CL (MCL) and diffuse CL (DCL). Unresponsiveness to sodium stibogluconate (Sb(V)) is common in Ethiopian CL patients. Using the amastigote-macrophage in vitro model the susceptibility of 24 clinical isolates of L. aethiopica derived from untreated patients was investigated. Eight strains of LCL, 9 of MCL, and 7 of DCL patients together with a reference strain (MHOM/ET/82/117/82) were tested against four antileishmanial drugs: amphotericin B, miltefosine, Sb(V) and paromomycin. In the same order of drugs, IC(50) (μg/ml±SD) values for the 24 strains tested were 0.16±0.18, 5.88±4.79, 10.23±8.12, and 13.63±18.74. The susceptibility threshold of isolates originating from the 3 categories of patients to all 4 drugs was not different (p>0.05). Maximal efficacy was superior for miltefosine across all the strains. Further susceptibility test could validate miltefosine as a potential alternative drug in cases of sodium stibogluconate treatment failure in CL patients.

Role of neutrophils in "Leishmania" infection

Résumé : Dans le modèle murin d'infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major), la souche de souris C57BL/6 est résistante a |'infection et développe une réponse protectrice Thelper (Th) 1. Inversement, les souris de la souche BALB/c développent une réponse Th2 et sont sensibles a cette infection. A la suite d'une infection avec ce parasite, les neutrophiles sont les premières cellules présentes au site d'infection et sont recrutées de manière égale dans les souches résistantes et sensibles à L. major, Néanmoins, trois jours après l'infection, la majorité des neutrophiles disparaissent du site d'infection chez les souris C57BL/6, tandis que ils restent jusqu'a dix jours chez les souris BALB/c. Un rôle crucial des neutrophiles a été démontré durant l'infection avec L. major. En effet, la déplétion de ces cellules avant |'infection dans les souris BALB/c, conduit a une réduction du développement des lésions, associée à une baisse de la charge parasitaire et a une modification de la réponse immunitaire vers une réponse Th1 dans des souris normalement sensibles a |'infection, suggérant un rôle immunorégulateur de ces neutrophiles durant les premiers jours de l'infection. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié le rôle des neutrophiles suite à l'infection avec L. major. Nous avons démontré que le parasite induisait des phénotypes de neutrophiles distincts chez les souris résistantes ou sensibles à L. major. Suite à l'exposition au parasite, les neutrophiles de souris C57BL/6 ont montré une expression élevée des récepteurs Toll-like 2, 7 et 9 ainsi que la sécrétion d'lL-12p7O et d'lL-10, alors que ceux de souris BALB/c sécrétaient de l'IL-12p40 et du TGFB. Nous avons ensuite démontré qu'en réponse à L. major, au contraire des neutrophiles de BALB/c, les neutrophiles de souris résistantes C57BL/6, libéraient la chimiokine CCL3 attirant les cellules dendritiques. Le rôle crucial de cette chimiokine dans la migration de la première de vague de cellules dendritiques au site d'infection ainsi que son rôle dans le développement de la réponse immunitaire subséquente a été établi. Ces résultats démontrent que les neutrophiles, suite a |'infection avec le parasite L. major, créent un microenvironnement capable de déterminer le développement d'une réponse immunitaire spécifique a un antigène. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au rôle des neutrophiles suite a l'infection avec d'autres espèces de Leishmania: L, doriovani et L. mexicaria, agents responsables de leishmaniose viscérale et cutanée chronique respectivement. Un rôle crucial des neutrophiles a été démontré dans la réponse protectrice suite a l'infection avec L. donovani, l'absence de ces cellules amenant à une susceptibilité au parasite accrue, associée avec une induction préférentielle d'une réponse Th2. Inversement, la déplétion des neutrophiles lors de l'infection avec L. mexicaria aboutit a une résistance accrue, comme constaté par la baisse dela charge parasitaire, la hausse de la réponse Th1 ainsi la baisse de la réponse Th2 dans les souris déplétées en neutrophiles. Néanmoins, malgré le rôle délétère des neutrophiles sur le développement d'une réponse protectrice suite à |'infection avec L. mexicana, ces cellules sont nécessaires pour une résolution correcte dela réponse inflammatoire. En résumé, cette étude révèle un rôle majeur des neutrophiles lors de |'infection avec plusieurs especes de Leishmania. Résumé pour un large public : Les neutrophiles font partie de la famille des globules blancs. A la suite d'une infection, ces cellules sont les premières a être recrutées au site d'infection et sont impliquées dans |'élimination des pathogènes. Dans cette thèse, nous nous somme donc intéressés au rôle que pouvaient jouer ces neutrophiles durant l'infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major). Dans le modèle murin d'infection avec L. major, la majorité des souches de souris utilisées dans la recherche, dont les souris de la souche C57BL/6, développent de petites lésions qui guérissent spontanément après quelques semaines (souris résistantes). ll existe néanmoins, quelques souches de souris, dont la souche de souris BALB/c, qui développent des lésions qui ne guérissent pas (souris sensibles). Il a été observé que lors de l'lnfection avec ce parasites les neutrophiles étaient les premières cellules recrutées au site de l'lnfection dans toutes les souches de souris, toutefois trois jours après le début dela réaction immunitaire, la majorité des neutrophiles disparaissent chez les souris C57BL/6, tandis qu'ils restent jusqu'à dix jours chez les souris BALB/c. De plus, un rôle crucial des neutrophiles a été démontré durant l'infection avec L. major. En effet, l'absence de neutrophiles durant les trois premiers jours de l'infection chez les souris sensibles à |'infection, rend ces souris résistantes. Ces résultats suggèrent donc un rôle régulateur de la réponse immunitaire des neutrophiles durant les premiers jours de l'infection. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié le rôle des neutrophiles suite à l'infection avec L. major. Nous avons donc analysé la sécrétion des cytokines, molécules essentielles qui déterminent la réponse immunitaire, par les neutrophiles. Nous avons démontré que le parasite induisait une sécrétion de cytokines différente entre les souris résistantes ou sensibles a L. major. Nous avons ensuite démontré que seule la souche de souris résistante sécrétait la chimiokine CCL3, connue pour être impliquée dans le recrutement de différentes cellules au site d'infecti0n, dont les cellules dendritiques. Les cellules dendritiques sont un élément fondamental pour un bon déroulement d'une réponse immunitaire, de par leur rôle décisif de liaison entre une réponse précoce non-spécifique au pathogène et une réponse plus tardive spécifique au pathogène et nécessaire pour |'élimination de dernier. Nous avons démontré que les neutrophiles de souris résistantes sécrétaient CCL3 et recrutaient les cellules dendritiques au site d'infecti0n, jouant de ce fait un rôle essentiel dans le développement de la réponse immunitaire. Ces résultats démontrent que les neutrophiles, suite à l'infection avec le parasite L. major, créent un microenvironnement capable de déterminer le développement d'une réponse immunitaire. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au rôle des neutrophiles suite à l'lnfection avec d'autres espèces de Leishmania, L. donovani et L. mexicana. Nous avons pu montrer un rôle crucial de ces cellules dans la réponse à ces deux parasites. En effet, suite à |'infection avec L. donovani, un rôle protecteur des neutrophiles a été observé, leur absence menant à une susceptibilité accrue aux parasites. Dans le cas de l'infection avec L. mexicana, une réduction de |'infection a été observée en absence de neutrophiles, avec néanmoins une augmentation de la lésion, suggérant un rôle important de ces cellules dans le développement de la réponse immunitaire ainsi que dans le contrôle de la réponse inflammatoire. En résumé, cette étude révèle un rôle majeur des neutrophiles lors de l'lnfection avec plusieurs membres de la famille Leishrnania. Summary : Upon infection with the protozoan parasite Leishmania major (L. major), C57BL/6 mice show a resistant phenotype, developing a protective Thelper (Th) 1 response. ln contrast, BALB/c mice develop a Th2 response and are susceptible to infection. Following inoculation with the parasite, neutrophils are the first cells migrating at the site of infection and are equally recruited in both L. major- resistant and susceptible mouse strains. However, after three days of infection, almost all neutrophils disappear from the site of infection in C57BL/6 mice, while they persist until ten days in BALB/c mice. Neutrophils were shown to play a crucial role during infection with L. major. indeed, depletion of these cells in BALB/c mice prior to infection with the parasite led to a lower Iesion development, associated with a lower parasite burden and a modification in the immune response towards a Th1 response in these otherwise susceptible mice, suggesting an immunomodulatory role for neutrophils during the first days of infection. ln the first part of this thesis, we were interested in better understanding the role of neutrophils in infection with L. major. \/\/e found that this parasite was inducing distinct neutrophil phenotypes in L. major-resistant and susceptible mice. Upon exposition with L. major, C57BL/6 neutrophils were reported to express high level of Toll-like receptors 2, 7, 9 mRNA and secrete IL-12p70 and IL-10, while BALB/c neutrophils secreted homodimers of IL-12p40, and TGFB. We then demonstrated that in response to L. major, neutrophils from L. major-resistant C57BL/6 mice release the CCL3 dendritic cell attracting chemokine, which is critical for the first wave of dendritic cell migration to the site of infection and in the development of the subsequent immune response. Altogether, these results demonstrated that upon infection with L. major, neutrophils create a microenvironment that can determine the development of an antigen-specific immune response. ln the second part of the thesis we were interested in understanding the role of neutrophils upon infection with of other species of Leishmania: L. donovani causing visceral leishmaniasis and L. mexicana, agent of chronic cutaneous leishmaniasis. Upon infection with L. donovani, neutrophils were found to play a crucial role in the early protective response, their absence leading to an increased susceptibility to the parasite, associated with the preferential induction of a Th2 response. ln contrast, depletion of these cells early in infection with L. mexicana was leading to an increased resistance, as observed by a decreased parasite burden, increased Th1 and decreased Th2 response in neutrophil-depleted mice. However, despite the deleterious role of neutrophils on the development of a protective immune response upon L. mexicana infection, these cells were required for the proper resolution of the inflammatory response. Altogether, these results highlight a major immunomodulatory role for neutrophils in infection with several species of Leishmania.

Detection of Leishmania RNA virus in Leishmania parasites.

BACKGROUND: Patients suffering from cutaneous leishmaniasis (CL) caused by New World Leishmania (Viannia) species are at high risk of developing mucosal (ML) or disseminated cutaneous leishmaniasis (DCL). After the formation of a primary skin lesion at the site of the bite by a Leishmania-infected sand fly, the infection can disseminate to form secondary lesions. This metastatic phenotype causes significant morbidity and is often associated with a hyper-inflammatory immune response leading to the destruction of nasopharyngeal tissues in ML, and appearance of nodules or numerous ulcerated skin lesions in DCL. Recently, we connected this aggressive phenotype to the presence of Leishmania RNA virus (LRV) in strains of L. guyanensis, showing that LRV is responsible for elevated parasitaemia, destructive hyper-inflammation and an overall exacerbation of the disease. Further studies of this relationship and the distribution of LRVs in other Leishmania strains and species would benefit from improved methods of viral detection and quantitation, especially ones not dependent on prior knowledge of the viral sequence as LRVs show significant evolutionary divergence. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: This study reports various techniques, among which, the use of an anti-dsRNA monoclonal antibody (J2) stands out for its specific and quantitative recognition of dsRNA in a sequence-independent fashion. Applications of J2 include immunofluorescence, ELISA and dot blot: techniques complementing an arsenal of other detection tools, such as nucleic acid purification and quantitative real-time-PCR. We evaluate each method as well as demonstrate a successful LRV detection by the J2 antibody in several parasite strains, a freshly isolated patient sample and lesion biopsies of infected mice. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: We propose that refinements of these methods could be transferred to the field for use as a diagnostic tool in detecting the presence of LRV, and potentially assessing the LRV-related risk of complications in cutaneous leishmaniasis.

Rapid Sequestration of Leishmania mexicana by Neutrophils Contributes to the Development of Chronic Lesion.

The protozoan Leishmania mexicana parasite causes chronic non-healing cutaneous lesions in humans and mice with poor parasite control. The mechanisms preventing the development of a protective immune response against this parasite are unclear. Here we provide data demonstrating that parasite sequestration by neutrophils is responsible for disease progression in mice. Within hours of infection L. mexicana induced the local recruitment of neutrophils, which ingested parasites and formed extracellular traps without markedly impairing parasite survival. We further showed that the L. mexicana-induced recruitment of neutrophils impaired the early recruitment of dendritic cells at the site of infection as observed by intravital 2-photon microscopy and flow cytometry analysis. Indeed, infection of neutropenic Genista mice and of mice depleted of neutrophils at the onset of infection demonstrated a prominent role for neutrophils in this process. Furthermore, an increase in monocyte-derived dendritic cells was also observed in draining lymph nodes of neutropenic mice, correlating with subsequent increased frequency of IFNγ-secreting T helper cells, and better parasite control leading ultimately to complete healing of the lesion. Altogether, these findings show that L. mexicana exploits neutrophils to block the induction of a protective immune response and impairs the control of lesion development. Our data thus demonstrate an unanticipated negative role for these innate immune cells in host defense, suggesting that in certain forms of cutaneous leishmaniasis, regulating neutrophil recruitment could be a strategy to promote lesion healing.

Presence of Leishmania RNA Virus 1 in Leishmania guyanensis Increases the Risk of First-Line Treatment Failure and Symptomatic Relapse.

Treatment failure and symptomatic relapse are major concerns in American tegumentary leishmaniasis (TL). Such complications are seen frequently in Leishmania guyanensis infections, in which patients respond variously to first-line antileishmanials and are more prone to develop chronic cutaneous leishmaniasis. The factors underlying this pathology, however, are unknown. Recently, we reported that a double-stranded RNA virus, Leishmania RNA virus 1 (LRV1), nested within L. guyanensis parasites is able to exacerbate experimental murine leishmaniasis by inducing a hyperinflammatory response. This report investigates the prevalence of LRV1 in human L. guyanensis infection and its effect on treatment efficacy, as well as its correlation to symptomatic relapses after the completion of first-line treatment. In our cohort of 75 patients with a diagnosis of primary localized American TL, the prevalence of LRV1-positive L. guyanensis infection was elevated to 58%. All patients infected with LRV1-negative L. guyanensis were cured after 1 dose (22 of 31 [71%]) or 2 doses (31 of 31 [100%]) of pentamidine. In contrast, 12 of 44 LRV1-positive patients (27%) presented with persistent infection and symptomatic relapse that required extended therapy and the use of second-line drugs. Finally, LRV1 presence was associated with a significant increase in levels of intra-lesional inflammatory markers. In conclusion, LRV1 status in L. guyanensis infection is significantly predictive (P = .0009) of first-line treatment failure and symptomatic relapse and has the potential to guide therapeutic choices in American TL.

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.

Resistance to oxidative stress is associated with metastasis in mucocutaneous leishmaniasis.

Mucocutaneous leishmaniasis (MCL) in South and Central America is characterized by the dissemination (metastasis) of Leishmania Viannia subgenus parasites from a cutaneous lesion to nasopharyngeal tissues. Little is known about the pathogenesis of MCL, especially with regard to the virulence of the parasites and the process of metastatic dissemination. We previously examined the functional relationship between cytoplasmic peroxiredoxin and metastatic phenotype using highly, infrequently, and nonmetastatic clones isolated from an L. (V.) guyanensis strain previously shown to be highly metastatic in golden hamsters. Distinct forms of cytoplasmic peroxiredoxin were identified and found to be associated with the metastatic phenotype. We report here that peroxidase activity in the presence of hydrogen peroxide and infectivity differs between metastatic and nonmetastatic L. (V.) guyanensis clones. After hydrogen peroxide treatment or heat shock, peroxiredoxin was detected preferentially as dimers in metastatic L. (V.) guyanensis clones and in L. (V.) panamensis strains from patients with MCL, compared with nonmetastatic parasites. These data provide evidence that resistance to the first microbicidal response of the host cell by Leishmania promastigotes is linked to peroxiredoxin conformation and may be relevant to intracellular survival and persistence, which are prerequisites for the development of metastatic disease.