An essential role for transmembrane TNF in the resolution of the inflammatory lesion induced by Leishmania major infection.

TNF is an essential player in infections with Leishmania major, contributing to the control of the inflammatory lesion and, to a lesser degree, to parasite killing. However, the relative contribution of the soluble and transmembrane forms of TNF in these processes is unknown. To investigate the role of transmembrane TNF (mTNF) in the control of L. major infections, mTNF-knock-in (mTNF(Delta/Delta)) mice, which express functional mTNF but do not release soluble TNF, were infected with L. major, and the development of the inflammatory lesion and the immune response was compared to that occurring in L. major-infected TNF(-/-) and wild-type mice. mTNF(Delta/Delta) mice controlled the infection and resolved their inflammatory lesion as well as wild-type mice, a process associated with the early clearance of neutrophils at the site of parasite infection. In contrast, L. major-infected TNF(-/-) mice developed non-healing lesions, characterized by an elevated presence of neutrophils at the site of infection and partial control of parasite number within the lesions. Altogether, the results presented here demonstrate that mTNF, in absence of soluble TNF, is sufficient to control infection due to L. major, enabling the regulation of inflammation, and the optimal killing of Leishmania parasites at the site of infection.

Comparative transcriptomics of extreme phenotypes of human HIV-1 infection and SIV infection in sooty mangabey and rhesus macaque.

High levels of HIV-1 replication during the chronic phase of infection usually correlate with rapid progression to severe immunodeficiency. However, a minority of highly viremic individuals remains asymptomatic and maintains high CD4+ T cell counts. This tolerant profile is poorly understood and reminiscent of the widely studied nonprogressive disease model of SIV infection in natural hosts. Here, we identify transcriptome differences between rapid progressors (RPs) and viremic nonprogressors (VNPs) and highlight several genes relevant for the understanding of HIV-1-induced immunosuppression. RPs were characterized by a specific transcriptome profile of CD4+ and CD8+ T cells similar to that observed in pathogenic SIV-infected rhesus macaques. In contrast, VNPs exhibited lower expression of interferon-stimulated genes and shared a common gene regulation profile with nonpathogenic SIV-infected sooty mangabeys. A short list of genes associated with VNP, including CASP1, CD38, LAG3, TNFSF13B, SOCS1, and EEF1D, showed significant correlation with time to disease progression when evaluated in an independent set of CD4+ T cell expression data. This work characterizes 2 minimally studied clinical patterns of progression to AIDS, whose analysis may inform our understanding of HIV pathogenesis.

Role of Toll-Like Receptor 9 Signaling in Experimental Leishmania braziliensis Infection.

Infection with Leishmania braziliensis causes cutaneous or mucocutaneous leismaniasis in humans. Toll-like receptor 9 (TLR9) expression has been found in granulomas of lesions in L. braziliensis-infected individuals. L. braziliensis inoculation in mice induces very small lesions that are self-healing, whereas deficiency in the TLR adaptor molecule, MyD88, renders mice susceptible to infection. The TLR involved has not been identified, prompting us to investigate if TLR9 triggering by the parasite contributes to the strong resistance to infection observed in L. braziliensis-inoculated mice. The parasites activated wild-type (WT) dendritic cells (DCs) in vitro but not DCs derived from TLR9(-/-) mice. TLR9(-/-) mice inoculated with L. braziliensis exhibited a transient susceptibility characterized by increased lesion size and parasite burden compared to those of WT mice. Surprisingly, elevated levels of gamma interferon (IFN-γ) were measured at the site of infection and in draining lymph node T cells of TLR9(-/-) mice at the peak of susceptibility, suggesting that unlike observations in vitro, the parasite could induce DC activation leading to the development of Th1 cells in the absence of TLR9 expression. Taken together, these data show that TLR9 signaling is important for the early control of lesion development and parasite burden but is dispensable for the differentiation of Th1 cells secreting IFN-γ, and the high levels of this cytokine are not sufficient to control early parasite replication following L. braziliensis infection.

Immunology of viral disease, how to curb persistent infection

1. 1. Summaries 1.1. Preamble and extended abstract The present thesis dissertation addresses the question of antiviral immunity from the particular standpoint of the adaptive T cell-mediated immune response. The experimental work is presented in the form of three published articles (two experimental articles and one review article, see sections 4.1, 4.2 and 4.3 on pages 73, 81 and 91, respectively), describing advances both in our understanding of viral control by CD8 T lymphocytes, and in vaccine development against the Human Immunodeficiency Virus Type 1 (HIV-1). Because the articles focus on rather specialized areas of antiviral immunity, the article sections are preceded by a general introduction (section 3) on the immune system in general, and on four viruses that were addressed in the experimental work, namely HIV-1, Cytomegalovirus (CMV), Epstein Barr Virus (EBV) and Influenzavirus (Flu). This introduction section is aimed at providing a glimpse on viral molecular biology and immunity, to help the hypothetical non-expert reader proceeding into the experimental part. For this reason, each section is presented as individual entity and can be consulted separately. The four viruses described are of peculiar relevance to immunity because they induce an array of opposite host responses. Flu causes a self limiting disease after which the virus is eradicated. CMV and EBV cause pauci-symptomatic or asymptomatic diseases after which the viruses establish lifelong latency in the host cells, but are kept in check by immunity. Eventually, HIV-1 establishes both latency - by inserting its genome into the host cell chromosome - and proceeds in destroying the immune system in a poorly controlled fashion. Hence, understanding the fundamental differences between these kinds of viral host interactions might help develop new strategies to curb progressive diseases caused by viruses such as HIV-1. Publication #1: The first article (section 4.1, page 73) represents the main frame of my laboratory work. It analyses the ability of CD8 T lymphocytes recovered from viral-infected patients to secrete interferon γ (IFN-γ) alone or in conjunction with interleukin 2 (IL-2) when exposed in vitro to their cognate viral antigens. CD8 T cells are instrumental in controlling viral infection. They can identify infected cells by detecting viral antigens presented at the surface of the infected cells, and eliminate both the cell and its infecting virus by triggering apoptosis and/or lysis of the infected cell. Recognition of these antigens triggers the cognate CD8 cells to produce cytokines, including IFN-γ and IL-2, which in turn attract and activate other pro-inflammatory cells. IFN-γ triggers both intrinsic antiviral activity of the infected cells and distant activation of pro-inflammatory cells, which are important for the eradication of infection. IL-2 is essential for clonal expansion of the antigen (Ag)-specific CD8 T cell. Hence the existence of Ag-specific CD8 cells secreting both IFN-γand IL-2 should be beneficial for controlling infection. In this first work we determined the percentage of IFN-y/IL-2 double positive and single IFN-γsecreting CD8 T cells against antigens HIV-1, CMV, EBV and Flu in three groups of subjects: (i) HIV-1 infected patients progressing to disease (progressors), (ii) HIV-1-infected subjects not progressing to disease (long-term non progressors or LTNP), and (iii) HIV negative blood donors. The results disclosed a specific IFN-y/IL-2 double positive CD8 response in all subjects able to control infection. In other words, IFN-y/IL-2 double positive CD8 cells were present in virus-specific CD8 T cells against Flu, CMV and EBV as well against HIV-1 in LTNP. In contrast, progressors only had single IFN-γsecreting CD8 T cells. Hence, the ability to develop an IFN-y/IL-2 double positive response might be critical to control infection, independently of the nature of the virus. Additional experiments helped identify the developmental stage of the missing cells (using different markers such as CD45RA and CCR7) and showed a correlation between the absence of IL-2 secreting CD8 T cells and a failure in the proliferation capacity of virus-specific CD8 T cells. Addition of exogenous IL-2 could restore clonal expansion of HIV-1 specific CD8 T cells, at least in vitro. It could further been shown, that IL-2 secreting CD8 T cells are sufficient to support proliferation even in absence of CD4 help. However, the reason for the missing IFN-y/IL-2 double positive CD8 T cell response in HIV-1 progessors has yet to be determined. Publication #2: The second article (section 4.2, page 81) explores new strategies to trigger CD8 T cell immunity against specific HIV-1 proteins believed to be processed and exposed as "infection signal" at the surface of infected cells. Such signals consist of peptide fragments (8- 13 amino acids) originating from viral proteins and presented to CD8 T cells in the frame of particular cell surface molecules of the major histocompatibility complex class I* (MHC I). To mimic "natural" viral infection, the HIV-1 polyprotein Gagpolnef was inserted and expressed in either of two attenuated viruses i.e. vaccinia virus (MVA) or poxvirus (NYVAC). Mice were infected with these recombinant viruses and specific CD8 T cell response to Gagpolnef peptides was sought. Mice could indeed mount a CD8 T cell response against the HIV-1 antigens, indicating that the system worked, at least in this animal model. To further test whether peptides from Gagpolnef could also be presented in the frame of the human MHC class I proteins, a second round of experiments was performed in "humanized" transgenic mice expressing human MHC molecules. The transgenic mice were also able to load Gagpolnef peptides on their human MHC molecule, and these cells could be detected and destroyed by Ag-specific CD8 T cells isolated from HIV-1-infected patients. Therefore, expressing Gagpolnef on attenuated recombinant viruses might represent a valid strategy for anti-HIV-1 immunization in human. Publication #3: This is a review paper (section 4.3, page 91) describing the immune response to CMV and newly developed methods to detect this cellular immune response. Some of it focuses on the detection of T cells by using in vitro manufactured tetramers. These consist of four MHC class I molecules linked together and loaded with the appropriate antigenic peptide. The tetramer can be labeled with a fluorochrome and analyzed with a fluorescence-activated cell sorter. Taken together, the work presented indicates that (i) an appropriate CD8 T cell response consisting of IFN-y/IL-2 double positive effectors, can potentially control viral infection, including HIV-1 infection, (ii) such a response might be triggered by recombinant viral vaccines, and (iii) CD8 T cell response can be monitored by a variety of techniques, including recently-developed MHC class I tetramers. 1. 2. Préambule et résumé élargi Le présent travail de thèse s'intéresse à l'immunité antivirale du point de vue particulier de la réponse adaptative des cellules T. Le travail expérimental est présenté sous la forme de trois articles publiés (2 articles expérimentaux et 1 article de revue, voir sections 4.1, 4.2 et 4.3, pages 58, 66 et 77, respectivement), décrivant des progrès dans la compréhension du contrôle de l'infection virale par les lymphocytes T CD8, ainsi que dans le développement de nouveaux vaccins contre le Virus d'Immunodéficience de Humaine de type 1 (VIH-1). En raison du caractère spécialisé de l'immunité antivirale de type cellulaire, les articles sont précédés par une introduction générale (section 3), dont le but est de pourvoir le lecteur non avisé avec des bases nécessaire à une meilleure appréhension du travail expérimental. Cette introduction présente les grandes lignes du système immunitaire, et décrit de façon générale les 4 virus utilisés dans le travail expérimental: à savoir le virus VIH-1, le Cytomégalovirus (CMV), le virus Epstein Barr (EBV) et le virus Influenza A (Flu). Toutes les sections sont présentées de façon individuelle et peuvent être consultées séparément. La description des 4 virus a une pertinence particulière quant à leur interaction avec le système immun. En effet, ils induisent une panoplie de réponses immunitaires s'étendant aux extrêmes de la réaction de l'hôte. Influenza A est à l'origine d'une maladie cytopathique aiguë, au décours de laquelle le virus est éradiqué par l'hôte. CMV et EBV sont classiquement à l'origine d'infections pauci-symptomatiques, voire asymptomatiques, après lesquelles les virus persistent de façon latente dans la cellule hôte. Cependant, ils restent sous le contrôle du système immun, qui peut prévenir une éventuelle réactivation. Enfin, VIH-1 s'établit à la fois en infection latente - par l'insertion de son génome dans le chromosome des cellules hôtes - et en infection productive et cytopathique, échappant au contrôle immunitaire et détruisant ses cellules cibles. La compréhension des différences fondamentales entre ces différents types d'interactions virus-hôte devraient faciliter le développement de nouvelles stratégies antivirales. Article 1: Le premier article (section 4.1 Page 58) représente l'objet principal de mon travail de laboratoire. Il analyse la capacité des lymphocytes T CD8 spécifiques de différent virus à sécréter de l'interféron gamma (IFN-y) et/ou de l'interleukine 2 (IL-2) après stimulation par leur antigène spécifique. Les cellules T CD8 jouent un rôle crucial dans le contrôle des infections virales. Elles identifient les cellules infectées en détectant des antigènes viraux présentés à la surface de ces mêmes cellules, et éliminent à la fois les cellules infectées et les virus qu'elles contiennent en induisant l'apoptose et/ou la lyse des cellules cibles. Parallèlement, l'identification de l'antigène par la cellule T CD8 la stimule à sécréter des cytokines. L'IFN-γen est un exemple. L'IFN-γ stimule les cellules infectées à développer une activé antivirale intrinsèque. De plus, il attire sur place d'autres cellules de l'inflammation, et active leur fonction d'éradication des pathogènes. L'IL-2 est un autre exemple. L'IL-2 est essentielle à l'expansion clonale des cellules T CD8 spécifiques à un virus donné. Elle est donc essentielle à augmenter le pool de lymphocytes antiviraux. En conséquence, la double capacité de sécréter de l'IFN-γ et de IL-2 pourrait être un avantage pour le contrôle antiviral par les cellules T CD8. Dans ce travail nous avons comparé les proportions de lymphocytes T CD8 doubles positifs (IFN-γ/IL-2) et simples positifs (IFN-γ) chez trois groupes de sujets: (i) des patients infectés par VIH-1 qui ne contrôlent pas l'infection (progresseurs), (ii) des patients infectés par VIH-1, mais contrôlant l'infection malgré l'absence de traitement ("long term non progressors" [LTNP]) et (iii) des donneurs de sang négatifs pour l'infection à VIH-1. Les résultats ont montré que les individus capables de contrôler une infection possédaient des cellules T CD8 doubles positifs (IFN-γ/IL-2), alors que les patients ne contrôlant pas l'infection procédaient prioritairement des CD8 simples positifs (IFN-γ). Spécifiquement, les lymphocytes T spécifiques pour Flu, CMV, EBV, et VII-1-1 chez les LTNP étaient tous IFN-γ/IL-2 doubles positifs. Au contraire, les lymphocytes T CD8 spécifique à VIH-1 étaient IFN-γ simples positifs chez les progresseurs. La capacité de développer une réponse IFN-γ/IL-2 pourraient être primordiale pour le contrôle de l'infection, indépendamment de la nature du virus. En effet, il a été montré que l'absence de sécrétion d'IL2 par les lymphocytes T CD8 corrélait avec leur incapacité de proliférer. Dans nos mains, cette prolifération a pu être restaurée in vitro par l'adjonction exogène d'IL-2. Toutefois, la faisabilité de ce type de complémentation in vivo n'est pas claire. Des expériences additionnelles ont permis de préciser de stade de développement des lymphocytes doubles positifs et simples positifs par le biais des marqueurs CD45RA et CCR7. Il reste maintenant à comprendre pourquoi certains lymphocytes T CD8 spécifiques sont incapables à sécréter de l'IL-2. Article 2: Le deuxième article explore des nouvelles stratégies pour induire une immunité T CD8 spécifique aux protéines du VIH-1, qui sont édités et exposés à la surface des cellules infectées. Ces signaux consistent en fragments de peptide de 8-13 acide aminés provenant de protéines virales, et exposées à la surface des cellules infectées dans le cadre des molécules spécialisées d'histocompatibilité de classe I (en anglais "major histocompatibility class I" ou MHC I). Pour mimer une infection virale, la polyprotéine Gagpolnef du VIH-1 a été insérée et exprimée dans deux vecteurs viraux atténués, soit MVA (provenant de vaccinia virus) ou NYVAC (provenant d'un poxvirus). Ensuite des souris ont été infectées avec ces virus recombinants et la réponse T CD8 aux peptides issus de Gagpolnef a été étudiée. Les souris ont été capables de développer une réponse de type CD8 T contre ces antigènes du VIH-1. Pour tester si ces antigènes pouvaient aussi être présentés par dans le cadre de molécules MHC humaines, des expériences supplémentaires ont été faites avec des souris exprimant un MHC humain. Les résultats de ces manipulations ont montré que des cellules T CD8 spécifique aux protéines du VIH pouvaient être détectées. Ce travail ouvre de nouvelles options quant à l'utilisation des virus recombinants exprimant Gagpolnef comme stratégie vaccinale contre le virus VIH-I chez l'homme. Article 3: Ces revues décrivent la réponse immunitaire à CMV ainsi que des nouvelles méthodes pouvant servir à sa détection. Une partie du manuscrit décrit la détection de cellule T à l'aide de tétramères. Il s'agit de protéines chimériques composées de 4 quatre molécules MHC liées entre elles. Elles sont ensuite "chargées" avec le peptide antigénique approprié, et utilisée pour détecter les cellules T CD8 spécifiques à ce montage. Elles sont aussi marquées par un fluorochrome, qui permet une analyse avec un cytomètre de flux, et l'isolement ultime des CD8 d'intérêt. En résumé, le travail présenté dans cette thèse indique que (i) une réponse T CD8 appropriée - définie par la présence des cellules effectrices doublement positives pour l'IFN-γ et l'IL-2 - semble indispensable pour le contrôle des infections virales, y compris par le VIH-1, (ii) une telle réponse peut être induite par des vaccin viral recombinant, et (iii) la réponse T CD8 peut être analysée et suivie grâce à plusieurs techniques, incluant celle des tétramères de MHC class I. 1.3. Résumé pour un large public Le système immunitaire humain est composé de différents éléments (cellules, tissus et organes) qui participent aux défenses de l'organisme contre les pathogènes (bactéries, virus). Parmi ces cellules, les lymphocytes T CD8, également appelés cellules tueuses, jouent un rôle important dans la réponse immunitaire et le contrôle des infections virales. Les cellules T CD8 reconnaissent de manière spécifique des fragments de protéines virales qui sont exposés à la surface des cellules infectées par le virus. Suite à cette reconnaissance, les cellules T CD8 sont capables de détruire et d'éliminer ces cellules infectées, ainsi que les virus qu'elles contiennent. Dans le contexte d'une infection par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH), le virus responsable du SIDA, il a pu être montré que la présence des cellules T CD8 est primordiale. En effet, en l'absence de ces cellules, les individus infectés par le VIH progressent plus rapidement vers le SIDA. Au cours de la vie, l'Homme est exposé à plusieurs virus. Mais à l'opposé du VIH, certains d'entre eux ne causent pas des maladies graves : par exemple le virus de la grippe (Influenza), le cytomégalovirus ou encore le virus d'Epstein-Barr. Certains de ces virus peuvent être contrôlés et éliminés de l'organisme (p. ex. le virus de la grippe), alors que d'autres ne sont que contrôlés par notre système immunitaire et restent présents en petite quantité dans le corps sans avoir d'effet sur notre santé. Le sujet de mon travail de thèse porte sur la compréhension du mécanisme de contrôle des infections virales par le système immunitaire : pourquoi certains virus peuvent être contrôlés ou même éliminés de l'organisme alors que d'autres, et notamment le VIH, ne le sont pas. Ce travail a permis de démontrer que les cellules T CD8 spécifiques du VIH ne sécrètent pas les mêmes substances, nécessaires au développement d'une réponse antivirale efficace, que les cellules T CD8 spécifiques des virus contrôlés (le virus de la grippe, le cytomégalovirus et le virus d'Epstein-Barr). Parallèlement nous avons également observé que les lymphocytes T CD8 spécifiques du VIH ne possèdent pas la capacité de se diviser. Ils sont ainsi incapables d'être présents en quantité suffisante pour assurer un combat efficace contre le virus du SIDA. La (les) différence(s) entre les cellules T CD8 spécifiques aux virus contrôlés (grippe, cytomégalovirus et Epstein-Barr) et au VIH pourront peut-être nous amener à comprendre comment restaurer une immunité efficace contre ce dernier.

Adaptation of a Gaussia princeps Luciferase reporter system in Candida albicans for in vivo detection in the Galleria mellonella infection model.

For the past 10 years, mini-host models and in particular the greater wax moth Galleria mellonella have tended to become a surrogate for murine models of fungal infection mainly due to cost, ethical constraints and ease of use. Thus, methods to better assess the fungal pathogenesis in G. mellonella need to be developed. In this study, we implemented the detection of Candida albicans cells expressing the Gaussia princeps luciferase in its cell wall in infected larvae of G. mellonella. We demonstrated that detection and quantification of luminescence in the pulp of infected larvae is a reliable method to perform drug efficacy and C. albicans virulence assays as compared to fungal burden assay. Since the linearity of the bioluminescent signal, as compared to the CFU counts, has a correlation of R(2) = 0.62 and that this method is twice faster and less labor intensive than classical fungal burden assays, it could be applied to large scale studies. We next visualized and followed C. albicans infection in living G. mellonella larvae using a non-toxic and water-soluble coelenterazine formulation and a CCD camera that is commonly used for chemoluminescence signal detection. This work allowed us to follow for the first time C. albicans course of infection in G. mellonella during 4 days.

HIV-1 Transmission During Recent Infection and During Treatment Interruptions as Major Drivers of New Infections in the Swiss HIV Cohort Study.

BACKGROUND: Reducing the fraction of transmissions during recent human immunodeficiency virus (HIV) infection is essential for the population-level success of "treatment as prevention". METHODS: A phylogenetic tree was constructed with 19 604 Swiss sequences and 90 994 non-Swiss background sequences. Swiss transmission pairs were identified using 104 combinations of genetic distance (1%-2.5%) and bootstrap (50%-100%) thresholds, to examine the effect of those criteria. Monophyletic pairs were classified as recent or chronic transmission based on the time interval between estimated seroconversion dates. Logistic regression with adjustment for clinical and demographic characteristics was used to identify risk factors associated with transmission during recent or chronic infection. FINDINGS: Seroconversion dates were estimated for 4079 patients on the phylogeny, and comprised between 71 (distance, 1%; bootstrap, 100%) to 378 transmission pairs (distance, 2.5%; bootstrap, 50%). We found that 43.7% (range, 41%-56%) of the transmissions occurred during the first year of infection. Stricter phylogenetic definition of transmission pairs was associated with higher recent-phase transmission fraction. Chronic-phase viral load area under the curve (adjusted odds ratio, 3; 95% confidence interval, 1.64-5.48) and time to antiretroviral therapy (ART) start (adjusted odds ratio 1.4/y; 1.11-1.77) were associated with chronic-phase transmission as opposed to recent transmission. Importantly, at least 14% of the chronic-phase transmission events occurred after the transmitter had interrupted ART. CONCLUSIONS: We demonstrate a high fraction of transmission during recent HIV infection but also chronic transmissions after interruption of ART in Switzerland. Both represent key issues for treatment as prevention and underline the importance of early diagnosis and of early and continuous treatment.

Antifungal activity against planktonic and biofilm Candida albicans in an experimental model of foreign-body infection.

OBJECTIVES: The treatment of Candida implant-associated infections remains challenging. We investigated the antifungal activity against planktonic and biofilm Candida albicans in a foreign-body infection model. METHODS: Teflon cages were subcutaneously implanted in guinea pigs, infected with C. albicans (ATCC 90028). Animals were treated intraperitoneally 12 h after infection for 4 days once daily with saline, fluconazole (16 mg/kg), amphotericin B (2.5 mg/kg), caspofungin (2.5 mg/kg) or anidulafungin (20 mg/kg). Planktonic Candida was quantified, the clearance rate and cure rate determined. RESULTS: In untreated animals, planktonic Candida was cleared from cage fluid in 25% (infected with 4.5 × 10(3) CFU/cage), 8% (infected with 4.8 × 10(4) CFU/cage) and 0% (infected with 6.2 × 10(5) CFU/cage). Candida biofilm persisted on all explanted cages. Compared to untreated controls, caspofungin reduced the number of planktonic C. albicans to 0.22 and 0.0 CFU/ml, respectively, and anidulafungin to 0.11 and 0.13 CFU/ml, respectively. Fluconazole cured 2/12 cages (17%), amphotericin B and anidulafungin 1/12 cages (8%) and caspofungin 3/12 cages (25%). CONCLUSION: Echinocandins showed superior activity against planktonic C. albicans. Caspofungin showed the highest cure rate of C. albicans biofilm. However, no antifungal exceeded 25% cure rate, demonstrating the difficulty of eradicating Candida biofilms from implants.