Does T Helper Differentiation Correlate with Resistance or Susceptibility to Infection with L. major? Some Insights From the Murine Model.

The murine model of Leishmania major infection has been an invaluable tool in understanding T helper differentiation in vivo. The initial evidence for a role of distinct CD4(+) T helper subsets in the outcome of infection was first obtained with this experimental model. The development of CD4(+) Th1 cells was associated with resolution of the lesion, control of parasite replication, and resistance to re-infection in most of the mouse strains investigated (i.e., C57BL/6). In contrast, differentiation of CD4(+) Th2 cells correlated with the development of unhealing lesions, and failure to control parasite load in a few strains (i.e., BALB/c). Since these first reports, an incredible amount of effort has been devoted to understanding the various parameters involved in the differentiation of these, and more recently discovered T helper subsets such as Th17 and T regulatory cells. The discovery of cross-talk between T helper subsets, as well as their plasticity force us to reevaluate the events driving a protective/deleterious T helper immune response following infection with L. major in mice. In this review, we describe the individual contributions of each of these CD4(+) T helper subsets following L. major inoculation, emphasizing recent advances in the field, such as the impact of different substrains of L. major on the pathogenesis of disease.

Hypolipidemic therapeutics and muscle metabolism

Summary : Lipid metabolism disorders, leading to obesity and cardiovascular diseases, are a major public health issue worldwide. These diseases have been treated by drugs and surgery, leading to tremendous costs and secondary morbidity. The aim of this thesis work is to investigate the mechanisms of actions of a new, micronutrition-based, approach to prevent obesity and cardiovascular diseases. This specific combination of micronutrients, Lipistase, incorporated into any dietary ail can be used in the daily food. Micronutrients are substances used by the living organism in small quantities to maintain physiological homeostasis. However, the human body is not able to produce them and has to obtain them from dietary sources. The combination of micronutrients investigated here, is composed of 26 compounds including trace elements, vitamins, minerals, ails and plant extracts, known to have individually a beneficial effect on lipid metabolism regulation. These specific micronutrients are used for the first time in a combinatorial mode targeting several metabolic pathways for better homeostasis control as opposed to a single target treatment, either chemical or natural. Short and long term studies, in different mouse strains, showed a significant decrease in plasma triglycerides, body weight gain and body fat mass in animals that were fed with a standard diet containing Lipistase. Additionally, a greatly reduced fat accumulation was observed in adipose tissue and liver of Lipistase-treated animals, while lipid and glucose utilization by skeletal muscle was enhanced. Moreover, the size of atherosclerotic plaques was significantly reduced in mice whose masher was treated during pregnancy and suckling, without showing any adverse effect. Finally, Lipistase has been shown to increase longevity by 20%. The control mice that did not receive Lipistase in their diet did not show all these beneficial effects. These micronutrients are used at the lowest dosage ever reported for treating Lipid disorders, resulting in far much lower costs as well as probably a higher safety. This is the first approach being very suitable for an effective large scale prevention policy for obesity and cardiovascular diseases, like iodine in dietary salt has been for goiter. Résumé : Les dysrégulations du métabolisme des lipids, à l'origine d'obésité et de maladies cardiovasculaires, sont un problème de santé publique majeur et mondial. Ces maladies impliquent des traitements médicamenteux et chirurgicaux dont le coût la morbidité secondaire sont très important. Le but de ce travail de thèse est d'étudier les mécanismes d'action d'une nouvelle approche préventive, basée sur la micronutrition. Cette combinaison spécifique de micronutriments, Lipistase, peut être incorporée dans n'importe quelle huile alimentaire et utilisée dans l'alimentation quotidienne. Les micronutrirnents sont des substances essentielles, à très faibles doses, pour le maintien de l'homéostasie physiologique des organismes vivants. Cependant, étant incapable de les synthétiser, le corps humain est dépendant en cela de l'apport alimentaire. La combinaison de micronutriments que nous avons étudié contient 26 composants, incluant des extraits de plantes, des huiles, des vitamines, des métaux et des minéraux, tous connus pour avoir individuellement des effets bénéfiques sur la régulation du métabolisme des lipides. Ces micronutriments spécifiques sont utilisés pour la première fois en mode combinatoire, ciblant ainsi plusieurs voies métaboliques pour un meilleur control de l'homéostasie, par opposition monothérapies chimiques ou naturelles. Des expériences de court et long terme, avec divers modèles de souris, ont montré une diminution significative des taux de triglycérides plasmatiques, de la prise de poids et de la masse graisseuse corporelle chez les animaux qui ont reçu Lipistase dans la nourriture standard. Une accumulation significativement moins importante des graisses a été observée dans le tissu adipeux et hépatique des souris traitées, alors que l'utilisation des lipides et glucose a été favorisée dans le muscle. En outre, la taille des plaques d'athérosclérose aété significativement réduite chez les souris dont la mère a été traitée pendant la grossesse et l'allaitement, sans montrer aucun effet indésirable. Enfin, les souris traitées par Lipistase ont vécu 20% plus longtèmps. Les souris contrôles qui n'ont pas reçu Lipistase dans la nourriture n'ont montré aucun de ces effets bénéfiques. Ces micronutriments sont utilisés au dosage le plus faible jamais rapporté pour le traitement des maladies du métabolisme lipidique, permettant ainsi un coût plus faible et surtout une meilleure sécurité. C'est une approche adéquate pour une politique de prévention de santé publique à large échelle de l'obésité et des maladies cardiovasculaires. C'est en cela et sous bien d'autres aspects, une première dans la prise en charge des maladies du métabolisme lipidique et pourrait même être pour ces dernières ce que l'iode du sel de cuisine a été pour le goitre.

A cell therapy approach for erythropoietin delivery using encapsulated human primary fibroblasts

Summary Cell therapy has emerged as a strategy for the treatment of various human diseases. Cells can be transplanted considering their morphological and functional properties to restore a tissue damage, as represented by blood transfusion, bone marrow or pancreatic islet cells transplantation. With the advent of the gene therapy, cells also were used as biological supports for the production of therapeutic molecules that can act either locally or at distance. This strategy represents the basis of ex vivo gene therapy characterized by the removal of cells from an organism, their genetic modification and their implantation into the same or another individual in a physiologically suitable location. The tissue or biological function damage dictates the type of cells chosen for implantation and the required function of the implanted cells. The general aim of this work was to develop an ex vivo gene therapy approach for the secretion of erythropoietin (Epo) in patients suffering from Epo-responsive anemia, thus extending to humans, studies previously performed with mouse cells transplanted in mice and rats. Considering the potential clinical application, allogeneic primary human cells were chosen for practical and safety reasons. In contrast to autologous cells, the use of allogeneic cells allows to characterize a cell lineage that can be further transplanted in many individuals. Furthermore allogeneic cells avoid the potential risk of zoonosis encountered with xenogeneic cells. Accordingly, the immune reaction against this allogeneic source was prevented by cell macro- encapsulation that prevents cell-to-cell contact with the host immune system and allows to easy retrieve the implanted device. The first step consisted in testing the survival of various human primary cells that were encapsulated and implanted for one month in the subcutaneous tissue of immunocompetent and naturally or therapeutically immunodepressed mice, assuming that xenogeneic applications constitute a stringent and representative screening before human transplantation. A fibroblast lineage from the foreskin of a young donor, DARC 3.1 cells, showed the highest mean survival score. We have then performed studies to optimize the manufacturing procedures of the encapsulation device for successful engraftment. The development of calcifications on the polyvinyl alcohol (PVA) matrix serving as a scaffold for enclosed cells into the hollow fiber devices was reported after one month in vivo. Various parameters, including matrix rinsing solutions, batches of PVA and cell lineages were assessed for their respective role in the development of the phenomenon. We observed that the calcifications could be totally prevented by using ultra-pure sterile water instead of phosphate buffer saline solution in the rinsing procedure of the PVA matrix. Moreover, a higher lactate dehydrogenase activity of the cells was found to decrease calcium depositions due to more acidic microenvironment, inhibiting the calcium precipitation. After the selection of the appropriate cell lineage and the optimization of encapsulation conditions, a retroviral-based approach was applied to DARC 3.1 fibroblasts for the transduction of the human Epo cDNA. Various modifications of the retroviral vector and the infection conditions were performed to obtain clinically relevant levels of human Epo. The insertion of a post-transcriptional regulatory element from the woodchuck hepatitis virus as well as of a Kozak consensus sequence led to a 7.5-fold increase in transgene expression. Human Epo production was further optimized by increasing the multiplicity of infection and by selecting high producer cells allowing to reach 200 IU hEpo/10E6 cells /day. These modified cells were encapsulated and implanted in vivo in the same conditions as previously described. All the mouse strains showed a sustained increase in their hematocrit and a high proportion of viable cells were observed after retrieval of the capsules. Finally, in the perspective of human application, a syngeneic model using encapsulated murine myoblasts transplanted in mice was realized to investigate the roles of both the host immune response and the cells metabolic requirements. Various loading densities and anti-inflammatory as well as immunosuppressive drugs were studied. The results showed that an immune process is responsible of cell death in capsules loaded at high cell density. A supporting matrix of PVA was shown to limit the cell density and to avoid early metabolic cell death, preventing therefore the immune reaction. This study has led to the development of encapsulated cells of human origin producing clinically relevant amounts of human EPO. This work resulted also to the optimization of cell encapsulation technical parameters allowing to begin a clinical application in end-stage renal failure patients. Résumé La thérapie cellulaire s'est imposée comme une stratégie de traitement potentiel pour diverses maladies. Si l'on considère leur morphologie et leur fonction, les cellules peuvent être transplantées dans le but de remplacer une perte tissulaire comme c'est le cas pour les transfusions sanguines ou les greffes de moelle osseuse ou de cellules pancréatiques. Avec le développement de la thérapie génique, les cellules sont également devenues des supports biologiques pour la production de molécules thérapeutiques. Cette stratégie représente le fondement de la thérapie génique ex vivo, caractérisée par le prélèvement de cellules d'un organisme, leur modification génétique et leur implantation dans le même individu ou dans un autre organisme. Le choix du type de cellule et la fonction qu'elle doit remplir pour un traitement spécifique dépend du tissu ou de la fonction biologique atteintes. Le but général de ce travail est de développer .une approche par thérapie génique ex vivo de sécrétion d'érythropoïétine (Epo) chez des patients souffrant d'anémie, prolongeant ainsi des travaux réalisés avec des cellules murines implantées chez des souris et des rats. Dans cette perpective, notre choix s'est porté sur des cellules humaines primaires allogéniques. En effet, contrairement aux cellules autologues, une caractérisation unique de cellules allogéniques peut déboucher sur de nombreuses applications. Par ailleurs, l'emploi de cellules allogéniques permet d'éviter les riques de zoonose que l'on peut rencontrer avec des cellules xénogéniques. Afin de protéger les cellules allogéniques soumises à une réaction immunitaire, leur confinement dans des macro-capsules cylindriques avant leur implantation permet d'éviter leur contact avec les cellules immunitaires de l'hôte, et de les retrouver sans difficulté en cas d'intolérance ou d'effet secondaire. Dans un premier temps, nous avons évalué la survie de différentes lignées cellulaires humaines primaires, une fois encapsulées et implantées dans le tissu sous-cutané de souris, soit immunocompétentes, soit immunodéprimées naturellement ou par l'intermédiaire d'un immunosuppresseur. Ce modèle in vivo correspond à des conditions xénogéniques et représente par conséquent un environnement de loin plus hostile pour les cellules qu'une transplantation allogénique. Une lignée fibroblastique issue du prépuce d'un jeune enfant, nommée DARC 3 .1, a montré une remarquable résistance avec un score de survie moyen le plus élevé parmi les lignées testées. Par la suite, nous nous sommes intéressés aux paramètres intervenant dans la réalisation du système d'implantation afin d'optimaliser les conditions pour une meilleure adaptation des cellules à ce nouvel environnement. En effet, en raison de l'apparition, après un mois in vivo, de calcifications au niveau de la matrice de polyvinyl alcohol (PVA) servant de support aux cellules encapsulées, différents paramètres ont été étudiés, tels que les procédures de fabrication, les lots de PVA ou encore les lignées cellulaires encapsulées, afin de mettre en évidence leur rôle respectif dans la survenue de ce processus. Nous avons montré que l'apparition des calcifications peut être totalement prévenue par l'utilisation d'eau pure au lieu de tampon phosphaté lors du rinçage des matrices de PVA. De plus, nous avons observe qu'un taux de lactate déshydrogénase cellulaire élevé était corrélé avec une diminution des dépôts de calcium au sein de la matrice en raison d'un micro-environnement plus acide inhibant la précipitation du calcium. Après sélection de la lignée cellulaire appropriée et de l'optimisation des conditions d'encapsulation, une modification génétique des fibroblastes DARC 3.1 a été réalisée par une approche rétrovirale, permettant l'insertion de l'ADN du gène de l'Epo dans le génome cellulaire. Diverses modifications, tant au niveau génétique qu'au niveau des conditions d'infection, ont été entreprises afin d'obtenir des taux de sécrétion d'Epo cliniquement appropriés. L'insertion dans la séquence d'ADN d'un élément de régulation post¬transcriptionnelle dérivé du virus de l'hépatite du rongeur (« woodchuck ») ainsi que d'une séquence consensus appelée « Kozak » ont abouti à une augmentation de sécrétion d'Epo 7.5 fois plus importante. De même, l'optimisation de la multiplicité d'infection et la sélection plus drastique des cellules hautement productrices ont permis finalement d'obtenir une sécrétion correspondant à 200 IU d'Epo/10E6 cells/jour. Ces cellules génétiquement modifiées ont été encapsulées et implantées in vivo dans les mêmes conditions que celles décrites plus haut. Toutes les souris transplantées ont montré une augmentation significative de leur hématocrite et une proportion importante de cellules présentait une survie conservée au moment de l'explantation des capsules. Finalement, dans la perspective d'une application humaine, un modèle syngénique a été proposé, basé sur l'implantation de myoblastes murins encapsulés dans des souris, afin d'investiguer les rôles respectifs de la réponse immunitaire du receveur et des besoins métaboliques cellulaires sur leur survie à long terme. Les cellules ont été encapsulées à différentes densités et les animaux transplantés se sont vus administrer des injections de molécules anti-inflammatoires ou immunosuppressives. Les résultats ont démontré qu'une réaction immunologique péri-capsulaire était à la base du rejet cellulaire dans le cas de capsules à haute densité cellulaire. Une matrice de PVA peut limiter cette densité et éviter une mort cellulaire précoce due à une insuffisance métabolique et par conséquent prévenir la réaction immunitaire. Ce travail a permis le développement de cellules encapsulées d'origine humaine sécrétant des taux d'Epo humaine adaptés à des traitements cliniques. De pair avec l'optimalisation des paramètres d'encapsulation, ces résultats ont abouti à l'initiation d'une application clinique destinée à des patients en insuffisance rénale terminale.

Impaired natural killing of MHC class I-deficient targets by NK cells expressing a catalytically inactive form of SHP-1.

NK cell function is negatively regulated by MHC class I-specific inhibitory receptors. Transduction of the inhibitory signal involves protein tyrosine phosphatases such as SHP-1 (SH2-containing protein tyrosine phosphatase-1). To investigate the role of SHP-1 for NK cell development and function, we generated mice expressing a catalytically inactive, dominant-negative mutant of SHP-1 (dnSHP-1). In this paper we show that expression of dnSHP-1 does not affect the generation of NK cells even though MHC receptor-mediated inhibition is partially impaired. Despite this defect, these NK cells do not kill syngeneic, normal target cells. In fact dnSHP-1-expressing NK cells are hyporesponsive toward MHC-deficient target cells, suggesting that non-MHC-specific NK cell activation is significantly reduced. In contrast, these NK cells mediate Ab-dependent cell-mediated cytotoxicity and prevent the engraftment with beta2-microglobulin-deficient bone marrow cells. A similar NK cell phenotype is observed in viable motheaten (mev) mice, which show reduced SHP-1 activity due to a mutation in the Shp-1 gene. In addition, NK cells in both mouse strains show a tendency to express more inhibitory MHC-specific Ly49 receptors. Our results demonstrate the importance of SHP-1 for the generation of functional NK cells, which are able to react efficiently to the absence of MHC class I molecules from normal target cells. Therefore, SHP-1 may play an as-yet-unrecognized role in some NK cell activation pathways. Alternatively, a reduced capacity to transduce SHP-1-dependent inhibitory signals during NK cell development may be compensated by the down-modulation of NK cell triggering pathways.

Optimal T-cell receptor affinity for inducing autoimmunity.

T-cell receptor affinity for self-antigen has an important role in establishing self-tolerance. Three transgenic mouse strains expressing antigens of variable affinity for the OVA transgenic-I T-cell receptor were generated to address how TCR affinity affects the efficiency of negative selection, the ability to prime an autoimmune response, and the elimination of the relevant target cell. Mice expressing antigens with an affinity just above the negative selection threshold exhibited the highest risk of developing experimental autoimmune diabetes. The data demonstrate that close to the affinity threshold for negative selection, sufficient numbers of self-reactive T cells escape deletion and create an increased risk for the development of autoimmunity.

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.

Neuroligin-1 links neuronal activity to sleep-wake regulation.

Maintaining wakefulness is associated with a progressive increase in the need for sleep. This phenomenon has been linked to changes in synaptic function. The synaptic adhesion molecule Neuroligin-1 (NLG1) controls the activity and synaptic localization of N-methyl-d-aspartate receptors, which activity is impaired by prolonged wakefulness. We here highlight that this pathway may underlie both the adverse effects of sleep loss on cognition and the subsequent changes in cortical synchrony. We found that the expression of specific Nlg1 transcript variants is changed by sleep deprivation in three mouse strains. These observations were associated with strain-specific changes in synaptic NLG1 protein content. Importantly, we showed that Nlg1 knockout mice are not able to sustain wakefulness and spend more time in nonrapid eye movement sleep than wild-type mice. These changes occurred with modifications in waking quality as exemplified by low theta/alpha activity during wakefulness and poor preference for social novelty, as well as altered delta synchrony during sleep. Finally, we identified a transcriptional pathway that could underlie the sleep/wake-dependent changes in Nlg1 expression and that involves clock transcription factors. We thus suggest that NLG1 is an element that contributes to the coupling of neuronal activity to sleep/wake regulation.

Immunogenicity of dimorphic and C-terminal fragments of Plasmodium falciparum MSP2 formulated with different adjuvants in mice.

BACKGROUND: Plasmodium falciparum MSP2 is a blood stage protein that is associated with protection against malaria. It was shown that the MSP2 dimorphic (D) and constant (C) regions were well recognized by immune human antibodies, and were characterized by major conserved epitopes in different endemic areas and age groups. These Abs recognized merozoite-derived proteins in WB and IFA. Here, the goal was to determine in mice the immunogenicity of the two allelic MSP2 D and C domains formulated with different adjuvants, for their possible use in future clinical studies. METHOD: Female A/J, C3H, and ICR mice were immunized subcutaneously 3 times at 3-week interval with a mixture of allelic and conserved MSP2 long synthetic peptides formulated with different adjuvants. One week after the third injection, sera from each group were obtained and stored at -20°C for subsequent testing. RESULTS: Both domains of the two MSP2 families are immunogenic and the fine specificity and intensity of the Ab responses are dependent on mouse strains and adjuvants. The major epitopes were restricted to the 20-mer peptide sequences comprising the last 8aa of D and first 12aa of C of the two allelic families and the first 20aa of the C region, this for most strains and adjuvants. Strong immune responses were associated with GLA-SE adjuvant and its combination with other TLR agonists (CpG or GDQ) compared to alhydrogel and Montanide. Further, the elicited Abs were also capable of recognizing Plasmodium-derived MSP2 and inhibiting parasite growth in ADCI. CONCLUSION: The data provide a valuable opportunity to evaluate in mice different adjuvant and antigen formulations of a candidate vaccine containing both MSP2 D and C fragments. The formulations with GLA-SE seem to be a promising option to be compared with the alhydrogel one in human clinical trials.

Quantitative genetics of sleep in inbred mice.

The timing and the organization of sleep architecture are mainly controlled by the circadian system, while sleep need and intensity are regulated by a homeostatic process. How independent these two systems are in regulating sleep is not well understood. In contrast to the impressive progress in the molecular genetics of circadian rhythms, little is known about the molecular basis of sleep. Nevertheless, as summarized here, phenotypic dissection of sleep into its most basic aspects can be used to identify both the single major genes and small effect quantitative trait loci involved. Although experimental models such as the mouse are more readily amenable to genetic analysis of sleep, similar approaches can be applied to humans.

An exogenous mouse mammary tumor virus with properties of Mls-1a (Mtv-7).

The classical minor lymphocyte stimulating (Mls) antigens, which induce a strong primary T cell response in vitro, are closely linked to endogenous copies of mouse mammary tumor viruses (MMTV). Expression of Mls genes leads to clonal deletion of T cell subsets expressing specific T cell receptor (TCR) V beta chains. We describe the isolation and characterization of a new exogenous (infectious) MMTV with biological properties similar to the Mls antigen Mls-1a. In vivo administration of either Mls-1a-expressing B cells or the infectious MMTV (SW) led to an increase of T cells expressing V beta 6 followed by their deletion. Surprisingly, different kinetics of deletion were observed with the exogenous virus depending upon the route of infection. Infection through the mucosa led to a slow deletion of V beta 6+ T cells, whereas deletion was rapid after subcutaneous infection. Sequence analysis of the open reading frames in the 3' long terminal repeat of both this exogenous MMTV (SW) and of Mtv-7 (which is closely linked to Mls-1a) revealed striking similarities, particularly in the COOH terminus, which has been implicated in TCR V beta recognition. The identification of an infectious MMTV with the properties of a strong Mls antigen provides a new, powerful tool to study immunity and tolerance in vivo.

Inhibition of mouse mammary tumor virus-induced T cell responses in vivo by antibodies to an open reading frame protein.

Minor lymphocyte stimulating (Mls) antigens specifically stimulate T cell responses that are restricted to particular T cell receptor (TCR) beta chain variable domains. The Mls phenotype is genetically controlled by an open reading frame (orf) located in the 3' long terminal repeat of mouse mammary tumor virus (MMTV); however, the mechanism of action of the orf gene product is unknown. Whereas predicted orf amino acid sequences show strong overall homology, the 20-30 COOH-terminal residues are strikingly polymorphic. This polymorphic region correlates with TCR V beta specificity. We have generated monoclonal antibodies to a synthetic peptide encompassing the 19 COOH-terminal amino acid residues of Mtv-7 orf, which encodes the Mls-1a determinant. We show here that these antibodies block Mls responses in vitro and can interfere specifically with thymic clonal deletion of Mls-1a reactive V beta 6+ T cells in neonatal mice. Furthermore, the antibodies can inhibit V beta 6+ T cell responses in vivo to an infectious MMTV that shares orf sequence homology and TCR specificity with Mtv-7. These results confirm the predicted extracellular localization of the orf COOH terminus and imply that the orf proteins of both endogenous and exogenous MMTV interact directly with TCR V beta.

Stringent V beta requirement for the development of NK1.1+ T cell receptor-alpha/beta+ cells in mouse liver.

The liver of C57BL/6 mice contains a major subset of CD4+8- and CD4-8- T cell receptor (TCR)-alpha/beta+ cells expressing the polymorphic natural killer NK1.1 surface marker. Liver NK1.1+TCR-alpha/beta+ (NK1+ T) cells require interaction with beta2-microglobulin-associated, major histocompatibility complex I-like molecules on hematopoietic cells for their development and have a TCR repertoire that is highly skewed to Vbeta8.2, Vbeta7, and Vbeta2. We show here that congenic C57BL/6.Vbeta(a) mice, which lack Vbeta8- expressing T cells owing to a genomic deletion at the Vbeta locus, maintain normal levels of liver NK1+ T cells owing to a dramatic increase in the proportion of cells expressing Vbeta7 and Vbeta2 (but not other Vbetas). Moreover, in C57BL/6 congenic TCR-V Vbeta3 and -Vbeta8.1 transgenic mice (which in theory should not express other Vbeta, owing to allelic exclusion at the TCR-beta locus), endogenous TCR-Vbeta8.2, Vbeta7, and Vbeta2 (but not other Vbetas) are frequently expressed on liver NK1+T cells but absent on lymph node T cells. Finally, when endogenous V beta expression is prevented in TCR-Vbeta3 and Vbeta8.1 transgenic mice (by introduction of a null allele at the C beta locus), the development of liver NK1+T cells is totally abrogated. Collectively, our data indicate that liver NK1+T cells have a stringent requirement for expression of TCR-Vbeta8.2, Vbeta7, or Vbeta2 for their development.

Identification of structural variation in mouse genomes.

Structural variation is variation in structure of DNA regions affecting DNA sequence length and/or orientation. It generally includes deletions, insertions, copy-number gains, inversions, and transposable elements. Traditionally, the identification of structural variation in genomes has been challenging. However, with the recent advances in high-throughput DNA sequencing and paired-end mapping (PEM) methods, the ability to identify structural variation and their respective association to human diseases has improved considerably. In this review, we describe our current knowledge of structural variation in the mouse, one of the prime model systems for studying human diseases and mammalian biology. We further present the evolutionary implications of structural variation on transposable elements. We conclude with future directions on the study of structural variation in mouse genomes that will increase our understanding of molecular architecture and functional consequences of structural variation.

Differential distribution of MAP1a and aldolase c in adult mouse cerebellum.

MAP1a is a microtubule-associated protein with an apparent molecular weight of 360 kDa that is found in the axonal and dendritic processes of neurons. Two monoclonal anti-MAP1a antibodies anti-A and anti-BW6, revealed different epitope distributions in the adult mouse cerebellum. Anti-A stained Purkinje and granule cells uniformly throughout the cerebellum. In contrast, anti-BW6 selectively stained the dendriites of a subset of Purkinje cells, revealing parasagittal bands of immunoreactivity in the molecular layer. The compartmentation of the BW6 epitope was compared to the Purkine cells as revealed by immunostaining with anti-zebrin II, a well known antigen expressed selectively by bands of Purkinje cells. The anti-BW6 staining pattern was complementary to the zebrin II bands, the zebrin II- Purkinjke cells having BW6+ dendrites. These results demonstrate that MAP1a is present in two forms in the mouse cerebellum, one of which is segregated into parasagittal bands. This may indicate a unique MAP1a isoform or may reflect differences in the metabolic states of Purkinje cell classes, and regional differences in their functions.

Reverse transcriptase-dependent and -independent phases of infection with mouse mammary tumor virus: implications for superantigen function.

Mouse mammary tumor virus (MMTV) encodes a superantigen (SAg) that promotes stable infection and virus transmission. Upon subcutaneous MMTV injection, infected B cells present SAg to SAg-reactive T cells leading to a strong local immune response in the draining lymph node (LN) that peaks after 6 d. We have used the reverse transcriptase inhibitor 3'-azido-3'-deoxythymidine (AZT) to dissect in more detail the mechanism of SAg-dependent enhancement of MMTV infection in this system. Our data show that no detectable B or T cell response to SAg occurs in AZT pretreated mice. However, if AZT treatment is delayed 1-2 d after MMTV injection, a normal SAg-dependent local immune response is observed on day 6. Quantitation of viral DNA in draining LN of these infected mice indicates that a 4,000-fold increase in the absolute numbers of infected cells occurs between days 2 and 6 despite the presence of AZT. Furthermore MMTV DNA was found preferentially in surface IgG+ B cells of infected mice and was not detectable in SAg-reactive T cells. Collectively our data suggest that MMTV infection occurs preferentially in B cells without SAg involvement and is completed 1-2 d after virus challenge. Subsequent amplification of MMTV infection between days 2 and 6 requires SAg expression and occurs in the absence of any further requirement for reverse transcription. We therefore conclude that clonal expansion of infected B cells via cognate interaction with SAg-reactive T cells is the predominant mechanism for increasing the level of MMTV infection. Since infected B cells display a memory (surface IgG+) phenotype, both clonal expansion and possibly longevity of the virus carrier cells may contribute to stable MMTV infection.