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.

Cathepsin B-like and cell death in the unicellular human pathogen Leishmania.

In several studies reporting cell death (CD) in lower eukaryotes and in the human protozoan parasite Leishmania, proteolytic activity was revealed using pan-caspase substrates or inhibitors such as carbobenzoxy-valyl-alanyl-aspartyl-[O-methyl]-fluoromethylketone (Z-VAD-FMK). However, most of the lower eukaryotes do not encode caspase(s) but MCA, which differs from caspase(s) in its substrate specificity and cannot be accountable for the recognition of Z-VAD-FMK. In the present study, we were interested in identifying which enzyme was capturing the Z-VAD substrate. We show that heat shock (HS) induces Leishmania CD and leads to the intracellular binding of Z-VAD-FMK. We excluded binding and inhibition of Z-VAD-FMK to Leishmania major metacaspase (LmjMCA), and identified cysteine proteinase C (LmjCPC), a cathepsin B-like (CPC) enzyme, as the Z-VAD-FMK binding enzyme. We confirmed the specific interaction of Z-VAD-FMK with CPC by showing that Z-VAD binding is absent in a Leishmania mexicana strain in which the cpc gene was deleted. We also show that parasites exposed to various stress conditions release CPC into a soluble fraction. Finally, we confirmed the role of CPC in Leishmania CD by showing that, when exposed to the oxidizing agent hydrogen peroxide (H(2)O(2)), cpc knockout parasites survived better than wild-type parasites (WT). In conclusion, this study identified CPC as the substrate of Z-VAD-FMK in Leishmania and as a potential additional executioner protease in the CD cascade of Leishmania and possibly in other lower eukaryotes.

The role of Notch receptors in T helper differentiation

After encountering antigens, naïve CD4+ Τ cells can differentiate into various effector Τ helper (Th) cell subsets, including CD4+ Thi, Th2, Thi7, regulatory Τ cells and the recently described follicular Τ helper cells (TFH cells). To date, most of the studies used either gain-of-function approaches that do not reflect the physiological Notch signaling intensity or loss-of-function models that block the entire Notch pathway. The contribution of single Notch receptors during Th differentiation occurring upon infection has not been investigated yet. In the present thesis, we wanted to assess the individual role of Notchi and Notch2 in Th differentiation, by using mice with Τ cell-specific deletion of Notchi, Notch2 or both (NiN2/iCD4Cre) in different models of infection/immunization.¦In the first part, we characterized the role of Notchi and Notch2 in Thi differentiation. We used experimental infection with the protozoan parasite Leishmania major, known to induce a protective Thi immune response in mice on the C57BL/6 background. Mice deficient for both Notchi and Notch2 developed unhealing lesions and were unable to control the parasite burden in their footpad. A profound defect in IFNy secretion by CD4+ Τ cells was shown to be responsible for the susceptibility of these mice. Although CD4+ Τ cells did not secrete IFNy following L. major infection, they exhibited higher IFNymRNA expression as well as higher frequency of CD4+IFNy+Τ cells in dLN. Altogether, these data indicate that Notch is dispensable for the differentiation of Thi cells expressing IFNy but controls, directly or not, the secretion of IFNy, allowing the development of a fully functional Thi immune response.¦In the second part of this thesis, we determined whether Notch is involved in differentiation of follicular Τ helper (TFH) cells. Using different models of immunization (NP-CGG, Schistosoma mansoni eggs) or infection (Leishmania mexicana), we showed that NiN2ACD4Cre mice were unable to generate TFH cells, displayed impaired germinal center (GC) formation as well as a profound defect in high affinity specific-antibodies secretion. We demonstrated an essential and previously unknown role of Notch in TFH cell development, the consequent GC formation and high affinity antibodies secretion, although the mechanisms by which Notch affects TFH development remain to be clearly demonstrated.¦-¦Lors d'une réponse immune, les lymphocytes Τ CD4+ se différencient en différentes sous- populations de lymphocytes Τ auxiliaires (T helper ou Th en anglais) incluant les populations de cellules Thi, Th2, Thn.7, Τ régulatrices ou Τ folliculaires. De nombreuses études ont montré un rôle de la voie de signalisation Notch dans la différentiation des lymphocytes Τ auxiliaires, bien que les résultats soient controversés. A ce jour, la majorité de ces études sont basées sur des modèles de gain de fonction qui ne reflètent pas le niveau physiologique du signal ou des modèles de perte de fonction pour lesquels toute la voie de signalisation est bloquée. De ce fait, nous avons voulu établir le rôle individuel de Notchi et Notch2 dans la réponse immune de type Thi et dans la différentiation des lymphocytes Τ auxiliaires folliculaires avec l'aide de souris déficientes pour Notchi, Notch2 ou les 2 (NiN2ACD4Cre) à la surface de leurs cellules T.¦Dans la première partie de cette thèse, nous avons analysé le rôle de Notch dans la différentiation de type Thi suite à infection avec le parasite Leishmania major, connu pour induire une forte réponse Thi dans des souris de souche C57BL/6. Les souris déficientes pour Notchi et Notch2 développent une importante lésion et sont incapables de contrôler la prolifération du parasite au site d'infection. Le profond défaut de la sécrétion d'IFNy par les cellules Τ des ganglions drainants est probablement responsable de la susceptibilité de ces souris à L. major. Bien que les cellules Τ ne sécrètent pas d'IFNy, nous avons observé des niveaux plus importants d'expression au niveau de l'ARN messager, et une proportion plus élevée de cellules positives pour CD4 et IFNy. Ces résultats indiquent que Notch est nécessaire pour la sécrétion d'IFNy mais pas pour la différentiation de cellules compétentes pour l'IFNy.¦Dans un second temps, nous avons voulu déterminer si Notch est impliqué dans la différentiation des cellules Τ folliculaires. En utilisant divers modèles d'immunisation (avec NP-CGG ou des oeufs de Schistosoma mansoni) ou d'infection (avec L. mexicana), nous avons montré que les souris NlN2ACD4Cre sont incapables de générer des cellules Τ folliculaires. En conséquence, la formation des centres germinatifs et la sécrétion d'anticorps de haute affinité sont profondément affectés. Nous avons démontré dans cette seconde partie un rôle crucial et inconnu à ce jour de Notch dans la différentiation des cellules Τ et en conséquence dans la formation des centres germinatifs et la sécrétion des anticorps de haute affinité, bien que les mécanismes par lesquels Notch contrôle cette différentiation restent à identifier.¦-¦Lors d'une réponse immune, les lymphocytes Τ CD// se différencient en différentes sous- populations de lymphocytes Τ auxiliaires de types Thi, Th2, Thi7, régulatrices ou folliculaires, définies selon la sécrétion de cytokines spécifiques. Le rôle de ces sous-populations dans le contrôle de diverses infections ou leur association avec de nombreuses maladies rend la compréhension des mécanismes de différentiation de ces cellules particulièrement importante. De nombreux facteurs sont impliqués dans ce processus, tels que la présence de diverses cytokines dans l'environnement, la nature de l'antigène ou encore la force de la stimulation. Par ailleurs, de nombreuses études ont montré un rôle de la voie de signalisation Notch dans la différentiation des lymphocytes T, bien que les résultats soient controversés. Dans cette thèse, nous avons voulu évaluer le rôle individuel des récepteurs Notch dans la différentiation des cellules Τ auxiliaires de type Thi et folliculaires à l'aide de souris dont les récepteurs Notch sont spécifiquement absents à la surface des lymphocytes T.¦Dans la première partie, nous avons utilisé le modèle d'infection au parasite Leishmania major, connu pour induire une forte réponse protectrice de type Thi dans la majorité des souches de souris. Suite à l'infection, les souris déficientes pour les récepteurs Notch sont incapables de contrôler la prolifération du parasite et développent une importante lésion au site d'infection. Cette susceptibilité est due à l'incapacité des cellules Τ auxiliaires à sécréter une cytokine spécifique des cellules de type Thi et nécessaire à l'éradication du parasite, l'IFNy. Ces résultats indiquent que les récepteurs Notch sont indispensables au développement d'une réponse Thi fonctionnelle, permettant la guérison suite à l'infection avec L. major.¦Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons voulu déterminer si Notch est impliqué dans la différentiation des lymphocytes Τ folliculaires. Ces cellules ont la particularité d'aider les lymphocytes Β à former des centres germinatifs au sein desquels les lymphocytes Β prolifèrent et sécrètent des anticorps, un processus nécessaire à la protection contre les pathogènes. Actuellement, l'efficacité de la majorité des vaccins repose sur la sécrétion d'anticorps par les lymphocytes B, aidés par les cellules Τ folliculaires. En raison du rôle important de ces cellules dans l'éradication des pathogènes et lors d'un processus de vaccination, il est important de connaître les facteurs et les mécanismes permettant la différentiation de ces cellules. Dans cette étude, nous montrons que la formation des cellules Τ folliculaires dépend de la voie de signalisation Notch, impliquant un rôle essentiel de cette molécule dans l'induction de la sécrétion d'anticorps par les lymphocytes B.

The role of dentritic cells in leishmania infection : use of novel DC lines for the development of monoclonal antibodies

Les cellules dendritiques (DCs) sont des cellules multifonctionnelles qui font le lien entre le sytème immunitaire inné et adaptatif chez les mammifères. Il existe plusieurs sous-types de DCs basés sur leurs fonctions et l'endroit où elles se situent dans le corps. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le rôle de ces cellules face à une infection parasitaire. La Leishmania est un parasite causant une maladie appelée Leishmaniose, maladie endémique de l'Afrique, de l'Asie et de certaines régions de l'Amérique du Sud. Certaines espèces causent des lésions cutanées, alors que d'autres causent des lésions dans les muqueuses ou dans les organes internes. Le système immunitaire répond en générant une réponse inflammatoire qui élimine l'infection. Lors d'une réponse non-inflammatoire (de type cytokines, chemokines), cela va amener à une persistance du parasite sur le long terme. Les DC s'activant en présence du parasite dans la peau, vont le transporter vers un ganglion. A cet endroit, se trouvent différents sous-types de DC qui ont la particularité de présenter l'antigène (spécifique à la Leishmaniose) aux lymphocytes T, ce qui va alors amener à une réponse immunitaire puissante contre le parasite. Nous avons comparé différentes espèces de Leishmaniose dans leur façon d'activer les DC et différents modèles de souris ont été utilisé dans ce but-là. Les souris du type C57BL/6 sont connues pour être résistantes à L. major et sensibles à L. mexicana, alors qu'au contraire, les souris Balb/c sont connues pour être sensibles à ces deux espèces. En utilisant des parasites fluorescents transgéniques, nous avons comparé ces deux espèces de parasites (L. major et L. mexicana) en recherchant quelles cellules elles sont capables d'infecter in-vivo dans un modèle murin. Le rôle général des DC dans une infection à L. major a déjà été décrit. Dans notre étude, nous avons étudié le besoin en DC CD8a+ dans les ganglions afin d'engendrer une réponse face à une infection à L. major. Les souris qui n'ont pas ce sous-type de DC sont beaucoup plus sensibles à l'infection : elles ont des marqueurs inflammatoires plus bas et des lésions plus grandes. Nous avons également remarqué que les DC CD8a+ jouent un rôle crucial dans une phase plus avancée de l'infection. Dans notre laboratoire, nous avons la chance d'avoir une source illimitée de DCs de sous-type CD8a+ provenant d'une souris génétiquement modifiée par nos soin. Grâce à cela, nous avons utilisé ces cellules CD8a+ pour immuniser des rats afin de produire des anticorps monoclonaux ayant des propriétés spécifiques comme l'identification de protéines uniques présentes à la surface des DC et qui ensuite, modulent une réponse immunitaire in-vivo. Nous sommes actuellement en phase de caractérisation de plus de 750 hybridomes générés dans notre laboratoire. - Les cellules dendritiques (DCs) constituent le lien entre le système inné et adaptatif de la réponse immunitaire, car elles sont capables de présenter l'antigène, de donner la co- stimulation et de relâcher des cytokines et chimokines. Au cours de cette thèse, nous avons exploré différentes familles de DC lors d'infections parasitaires, telles que la Leishmaniose, parasite intracellulaire qui infecte les mammifères. La plupart des lésions cutanées résistantes sont caractérisées par une réponse pro-inflammatoire générée par l'IL-12. A l'inverse, pour la forme non résistante, la réponse est générée par l'IL-4 et l'IL-10, dans les modèles murins vulnérables. L'infection avec Lmajor a été caractérisée chez la souris C57BL/6 (Thl) et chez la souris Balb/c (Th2). Chez la souris C57BL/6 la lésion guérit, alors que chez la souris Balb/c, la lésion est au contraire non-cicatrisante. Nous avons comparé l'activation causée dans l'ensemble des DC par différentes espéces de Leishmania, et plus spécifiquement dans les DC CD8a+ présentes dans les ganglions lymphatiques et leur rôle dans la vulnérabilité à L. major. Ces cellules sont spécialisées dans la présentation croisée d'antigènes exogènes par le CMH-I et le haut taux de production d'IL-12 après activation. En utilisant des DC dérivées de moelle osseuse, nous avons constaté que L. guyanensis V+ (transportant un retrovirus) était le plus efficace pour l'activation des DC in-vitro comparé à L. major, L. mexicana et L. guyanensis (V-). Toutefois, in-vivo, les souris infectées avec L. major ont vu la taille de leur ganglions lymphatiques drainants augmentée, 3-6 semaines après l'infection dans les deux espèces de souris (les C57BL/6 résistantes et les Balb/c sensibles). En utilisant un parasite fluorescent transgénique, nous avons trouvé que les souris C57BL/6 sensibles à Lmexicana ont un nombre plus important de cellules Β infectées et un plus petit nombre de DC dérivées des monocytes inflammatoires, comparé au souris infectées avec L. major. Les conséquences de ces observations sont encore à l'étude. Des souris déficientes en CD8ct+DC et CD103+ sont plus sensibles à L. major que les souris WT: leurs lésions sont plus grandes et la charge parasitaire est plus importante. Nous avons généré une chimère de moelles osseuse CD11-DTR et Batf3-/- en mélangeant les moelles de ces deux souris, afin de déterminer le temps après infection où le manque de DC's CD8a+ contribue le plus à l'augmentation de la vulnérabilité chez la souris KO. Ces souris produisent plus d'IgG1 et IgE, font une réponse Th2 plus forte et Thl moins forte. Nous avons constaté que les souris déficientes en DC CD8a+ au début de la réponse immunitaire adaptive (trois semaines après injection) maintiennent un haut taux de lésions de grande taille, semblable à celui des souris chez qui les cellules ont été déplétées avant l'injection. Cela indique que les DC CD8a+ sont nécessaires pour l'efficacité de l'immunité dans la phase chronique de l'infection à L. major. Parallèlement à cela, nous avons aussi commencé une génération d'anticorps monoclonaux dirigés contre les DC CD8a+ activés en utilisant des souches établies dans notre laboratoire. En partant d'une librairie de 763 hybridomes, nous avons identifié plusieurs clones dignes d'intérêt avec une capacité fonctionnelle à moduler la prolifération et la sécrétion de cytokines des cellules T, ainsi que les molécules de co-stimulation présentes à la surface des DC activées elle-même. - Dendritic cells (DCs) are the bridge between the innate and the adaptive arms of the immune systems. They are professional antigen presentation cells and have important cytokine/chemokine release functions. In this dissertation we have focussed on the study of the different subsets of DCs in parasitic infection immunity. Leishmania are intra-cellular parasites of many different species that infect mammals. Most cutaneous lesions that are self- healing are characterized with a pro-inflammatory response with IL-12 while high levels of cytokines such as IL-4 and IL-10 characterized in susceptible mouse models. In mice L. major infection has been well characterized in C57BL/6 mice (Thl) that form healing lesions while Balb/c mice (Th2) form non-healing lesions. This thesis is focussed on comparing DC activation at large by different strains of Leishmania and more specifically, dLN resident CD8a+ DCs and their role in L. major susceptibility. This subset is specialized in cross- presentation of exogenous antigens in the MHC-I pathway and produce high levels of EL-12. Using bone marrow derived DCs we found that L. guyanensis V+ (carrying a retro-virus) was the most efficient at activating DCs in-vitro. In-vivo however L. major infected mice had the largest dLNs 3-6 weeks after infection in both genetically resistant C57BL/6 and susceptible Balb/c mice. Using transgenic fluorescent parasites, we found that C57BL/6 mice which are susceptible to L. mexicana had more number of infected Β cells and fewer number of infected inflammatory monocyte derived DCs in contrast to L. major infection. Using mice deficient in CD8a+ DCs, we found that these mice were more susceptible to L. major than their WT counterparts. They made larger lesions, had higher parasite burdens, higher levels of Th2 indicating immunolgloblins as measured by higher serie IgE levels and lower CD4+ IFNy+ cells. A mixed bone marrow chimera system of CDllc-DTR and Batf3~'~ was generated to determine the time point at which the lack of CD8a+ DCs most contributes to the increased susceptibility in KO mice. We found that mice depleted of CD8a+ DCs at the advent of the adaptive response (3 weeks after infection) maintained the significantly higher lesion size similar to mice whose cells were depleted from the onset of infection. This indicates that CD8a+ DCs are required for effective immunity in the chronic phase of L. major infection. We also began the generation of a valuable tool of monoclonal antibodies against activated CD8a+ DCs using our in-house DC line. From a library of 763 hybridomas we have identified several interesting clones with a functional ability to modulate Τ cell proliferation and cytokine secretion as well as down-modulating co-stimulatory molecules on activated DC cells themselves.

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.

Detection of serum antibodies against Leishmania 94 kDa antigen in visceral and cutaneous leishmaniosis due to Leishmania infantum.

Leishmania promastigotes polypeptides are analyzed by immunoblotting with sera from patients infected with different Leishmania species and presenting visceral or cutaneous infections. These sera recognize Leishmania polypeptides in several molecular masses. The major findings of this study are as follow. 1) The Leishmania 94 kDa antigen, which is specifically recognized by all sera from L. infantum-infected patients with visceral infection, is recognized by some sera from L. infantum-infected patients presenting cutaneous infection. 2) All patients with cutaneous infections due to L. tropica, L. amazonensis, or L. guyanensis do not develop anti-94 kDa antibodies, whatever the Leishmania species used as antigens. 3) Difference in electrophoretic mobilities is seen between the 94 kDa antigen identified by sera from Leishmania infantum-infected patients, and the antigen both recognized by the Concavalin A lectin and a rabbit antiserum raised against deglycosylated Promastigote Surface Protease.

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.

MARCKS-related protein (MRP) is a substrate for the Leishmania major surface protease leishmanolysin (gp63).

Myristoylated alanine-rich C kinase substrate (MARCKS) and MARCKS-related protein (MRP; MacMARCKS) are protein kinase C substrates in diverse cell types. Activation of murine macrophages by cytokines increases MRP expression, but infection with Leishmania promastigotes during activation results in MRP depletion. We therefore examined the effect of Leishmania major LV39 on recombinant MRP. Both live promastigotes and a soluble fraction of LV39 lysates degraded MRP to yield lower molecular weight fragments. Degradation was independent of MRP myristoylation and was inhibited by protein kinase C-dependent phosphorylation of MRP. MRP was similarly degraded by purified leishmanolysin (gp63), a Leishmania surface metalloprotease. Degradation was evident at low enzyme/substrate ratios, over a broad pH range, and was inhibited by 1,10-phenanthroline and by a hydroxamate dipeptide inhibitor of leishmanolysin. Using mass spectrometric analysis, cleavage was shown to occur within the effector domain of MRP between Ser(92) and Phe(93), in accordance with the substrate specificity of leishmanolysin. Moreover, an MRP construct in which the effector domain had been deleted was resistant to cleavage. Thus, Leishmania infection may result in leishmanolysin-dependent hydrolysis of MRP, a major protein kinase C substrate in macrophages.

Peptide substrate specificity of the membrane-bound metalloprotease of Leishmania.

The promastigote surface protease (PSP) of Leishmania is a neutral membrane-bound zinc enzyme. The protease has no exopeptidase activity and does not cleave a large selection of substrates with chromogenic and fluorogenic leaving groups at the P1' site. The substrate specificity of the enzyme was studied by using natural and synthetic peptides of known amino acid sequence. The identification of 11 cleavage sites indicates that the enzyme preferentially cleaves peptides at the amino side when hydrophobic residues are in the P1' site and basic amino acid residues in the P2' and P3' sites. In addition, tyrosine residues are commonly found at the P1 site. Hydrolysis is not, however, restricted to these residues. These results have allowed the synthesis of a model peptide, H2N-L-I-A-Y-L-K-K-A-T-COOH, which is cleaved by PSP between the tyrosine and leucine residues with a kcat/Km ratio of 1.8 X 10(6) M-1 s-1. Furthermore, a synthetic nonapeptide overlapping the last four amino acids of the prosequence and the first five residues of mature PSP was found to be cleaved by the protease at the expected site to release the mature enzyme. This result suggests a possible autocatalytic mechanism for the activation of the protease. Finally, the hydroxamate-derivatized dipeptide Cbz-Tyr-Leu-NHOH was shown to inhibit PSP competitively with a KI of 17 microM.

The murine model of infection with Leishmania major and its importance for the deciphering of mechanisms underlying differences in Th cell differentiation in mice from different genetic backgrounds.

Mice from the majority of inbred strains are resistant to infection by Leishmania major, an obligate intracellular protozoan parasite of macrophages in the mammalian host. In contrast, mice from BALB strains are unable to control infection and develop progressive disease. In this model of infection, genetically determined resistance and susceptibility have been clearly shown to result from the appearance of parasite-specific CD4+ T helper 1 or T helper 2 cells, respectively. This murine model of infection is considered as one of the best experimental systems for the study of the mechanisms operating in vivo at the initiation of polarised T helper 1 and T helper 2 cell maturation. Among the several factors influencing Th cell development, cytokines themselves critically regulate this process. The results accumulated during the last years have clarified some aspects of the role played by cytokines in Th cell differentiation. They are providing critical information that may ultimately lead to the rational devise of means by which to tailor immune responses to the effector functions that are most efficient in preventing and/or controlling infections with pathogens.

Macrophages induce neutrophil apoptosis through membrane TNF, a process amplified by Leishmania major.

Neutrophils are recruited to the site of parasite inoculation within a few hours of infection with the protozoan parasite Leishmania major. In C57BL/6 mice, which are resistant to infection, neutrophils are cleared from the site of s.c. infection within 3 days, whereas they persist for at least 10 days in susceptible BALB/c mice. In the present study, we investigated the role of macrophages (MPhi) in regulating neutrophil number. Inflammatory cells were recruited by i.p. injection of either 2% starch or L. major promastigotes. Neutrophils were isolated and cultured in the presence of increasing numbers of MPhi. Extent of neutrophil apoptosis positively correlated with the number of MPhi added. This process was strictly dependent on TNF because MPhi from TNF-deficient mice failed to induce neutrophil apoptosis. Assays using MPhi derived from membrane TNF knock-in mice or cultures in Transwell chambers revealed that contact with MPhi was necessary to induce neutrophil apoptosis, a process requiring expression of membrane TNF. L. major was shown to exacerbate MPhi-induced apoptosis of neutrophils, but BALB/c MPhi were not as potent as C57BL/6 MPhi in this induction. Our results emphasize the importance of MPhi-induced neutrophil apoptosis, and membrane TNF in the early control of inflammation.

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

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

Redundant Notch1 and Notch2 signaling is necessary for IFNγ secretion by T helper 1 cells during infection with Leishmania major.

The protective immune response to intracellular parasites involves in most cases the differentiation of IFNγ-secreting CD4(+) T helper (Th) 1 cells. Notch receptors regulate cell differentiation during development but their implication in the polarization of peripheral CD4(+) T helper 1 cells is not well understood. Of the four Notch receptors, only Notch1 (N1) and Notch2 (N2) are expressed on activated CD4(+) T cells. To investigate the role of Notch in Th1 cell differentiation following parasite infection, mice with T cell-specific gene ablation of N1, N2 or both (N1N2(ΔCD4Cre)) were infected with the protozoan parasite Leishmania major. N1N2(ΔCD4Cre) mice, on the C57BL/6 L. major-resistant genetic background, developed unhealing lesions and uncontrolled parasitemia. Susceptibility correlated with impaired secretion of IFNγ by draining lymph node CD4(+) T cells and increased secretion of the IL-5 and IL-13 Th2 cytokines. Mice with single inactivation of N1 or N2 in their T cells were resistant to infection and developed a protective Th1 immune response, showing that CD4(+) T cell expression of N1 or N2 is redundant in driving Th1 differentiation. Furthermore, we show that Notch signaling is required for the secretion of IFNγ by Th1 cells. This effect is independent of CSL/RBP-Jκ, the major effector of Notch receptors, since L. major-infected mice with a RBP-Jκ deletion in their T cells were able to develop IFNγ-secreting Th1 cells, kill parasites and heal their lesions. Collectively, we demonstrate here a crucial role for RBP-Jκ-independent Notch signaling in the differentiation of a functional Th1 immune response following L. major infection.

Pregnancy impairs resistance of C57BL/6 mice to Leishmania major infection.

To determine if gestational factors affect the severity of L. major infection, this study assessed the levels of IL-4 mRNA and IFN-gamma mRNA in popliteal lymph node cells of pregnant C57BL/6 mice mated at 5 hours, 16 hours and 15 days post L. major infection using PCR. Infected pregnant C57BL/6 mice developed larger cutaneous footpad lesions compared with non-pregnant infected C57BL/6 mice. The resolution of footpad lesions commenced after 8th week in C57BL/6 mice mated at 16 hrs post L. major infection but 12 weeks in C57BL/6 mice mated at 5 hrs and 15 days post L. major infection. C57BL/6 mice that were infected 20 days post partum resolved L. major infection effectively. But, the lesions in infected pregnant C57BL/6 mice and infected non-pregnant C57BL/6 mice were not as large as in susceptible BALB/c mice. The mean litter weights were similar in pregnant infected C57BL/6 mice mated at different stages of L. major infection but were slightly lower than weights of litters from pregnant uninfected C57BL/6 mice. In 5 days infected pregnant C57BL/6 mice, the levels of IFN-gamma were raised compared with the levels of IL-4 but those mated at 15 days post L. major infection had highest level of IFN-gamma mRNA. In 10 days pregnant infected C57BL/6 mice, levels of IL-4 were raised compared with IFN-gamma but mice mated at 16 hrs post L. major infection had highest level of IL-4. In 15 days pregnant infected mice, the levels of IL-4 were higher than IFN-gamma irrespective of the stage of L. major infection when the mice were mated. Mice infected with L. major 20 days post-partum produced more IFN-gamma than IL-4 from 16 hrs post L. major infection onwards. It may be concluded that increased IL-4 in pregnant infected C57BL/6 mice impairs the resistance of C57BL/6 mice to L. major infection especially in mice that were pregnant before effective immunity (5 hours post L. major infection) is mounted against L. major infection.