Characterization of Tollip in the Interleulkin-1 Receptor/Toll Like Receptors signaling pathways

SUMMARY IL-1R and TLRs are key players in innate immunity and inflammation. Tollip was identified as a component of IL-1RI, TLR2 and TLR4 signaling complexes that activate NF-_4;B and MAP kinase pathways. Tollip was previously shown as a negative regulator of NF-_4;B and MAP Kinase activation. We have characterized the role of Tollip in IL-R/TLRs induced signaling by the analysis of the Tollip deficient mice. We showed that NF-_4;B and MAPK (p38, JNK, or ERK1/2) signaling appeared normal in Tollip deficient cells following stimulation with IL-1 46;, lipopolysaccharide (LPS), and other TLR ligands. Also IL-1 46; and TLRs ligands induced activation of immune cells was indistinguishable from wild-type cells. Strikingly, in Tollip deficient mice the production of the inflammatory cytokines, IL-6 or TNF- 45; was significantly reduced relative to control mice after treatment with physiological doses of IL-1 46; or LPS, whereas no difference was observed at high doses of stimulation with LPS or in LPS induced septic shock. Therefore, Tollip could be critical for regulation of optimal responses to IL-1 46; and LPS, in addition to its role as negative regulator of the signaling. We also studied the role of Tollip as an endocytic adaptor for IL-1R endocytosis. We could show that Il-1R is ubiquitinated after IL-1 46; stimulation, and that Tollip's CUE domain binds IL-1RI in an ubiquitin-dependent manner. We followed IL-1R internalization and Tollip localization by confocal microscopy. Consistent with a role for Tollip in sorting of ubiquitinated IL-1RI, a significant amount of Tollip was also localized at the late endosomal compartment. We could show that Tollip is required for efficient lysosomal targeting of ubiquitinated IL-1R1, In the absence of Tollip or in Tollip deficient cells reconstituted with a Tollip mutant (defective in ubiquitin binding) IL-1RI accumulates in enlarged late endosomes. In addition, Tollip was shown to interact with, another endocytic adapter, Toml, and both interact with IL-1RI. In conclusion, we showed that Tollip is required for IL-1 46; and LPS signaling for cytokine production. In addition we showed and that Tollip has a role as an endocytic adapter, necessary for efficient trafficking and lysosomal degradation of IL-1RI. Resumé Le récepteur à l'interleukine-1 (IL-1R) et les récepteurs "Toll-like" (TLRs) sont des acteurs cruciaux de la réponse immunitaire innée et de l'inflammation. La proteine Tollip a été identifiée comme étant un élément des complexes de signalisation, induits par les récepteurs IL-1RI, TLR-2 et TLR-4, qui mènent à l'activation de la voie des MAP kinases et de NF-_4;B. Dans de précédentes études, il a été montré que Tollip pouvait inhiber ces deux voies de signalisation. Nous avons voulu caractériser plus précisément le rôle de Tollip dans l'activation des voies de signalisation mitées par IL-1R/TLRs en utilisant une lignée murine déficiente pour la protéine Tollip. Ainsi, en absence de Tollip, les cascades d'activation de NF-_4;B et MAPK (p38, JNK, or ERK1/2) ne semblent pas affectées après stimulation avec IL-1 46;, lipopolysaccharide (LPS) ou d' autres ligands des TLR. La réponse des cellules du système immunitaire induite par la stimulation avec IL-1 46; et les ligands des TLR est également comparable entre les souris sauvages et les souris deficientes pour Tollip. Par contre, dans cette lignée murine, la production de cytokines proinflammatoires IL-6 et TNF 45; induite par la stimulation à dose physiologique de IL-1 46; or LPS, est réduite. Cependant, lors de stimulation à plus hautes doses de LPS ou pendant un choc septique induit par de LPS, cette réduction n'est pas observée. Ces résultats montrent que Tollip pourrait avoir un rôle déterminant dans l'activation optimale en réponse à l' IL-1 46; et au LPS qui s'ajoute à sa fonction inhibitrice des mêmes voies de signalisation. Nous avons aussi étudié le rôle de Tollip comme molécule adaptatatrice du mécanisme endocytique d'internalisation de l' IL-1RI. Ainsi, l' IL-1R est ubiquitiné après stimulation par l' IL-1 46; , permettant à Tollip de se lier au récepteur. Cette interaction est réalisée entre le domaine CUE de Tollip et l'IL-1R via l'ubiquitine. L'internalisation et la localisation intracellulaire de l'IL-1RI et de Tollip ont été observés par microscopie confocale. En accord avec le rôle de Tollip dans le triage et la recirculation des IL-1R ubiquitiné, une quantité importante de Tollip été détectée dans l' endosome tardif. Nous avons pu démontrer que Tollip était nécessaire pour diriger efficacement ubiquitiné vers les lysosomes. Dans des cellules déficientes pour Tollip, ou reconstituées avec un mutant de Tollip (MF/AA) incapable de lier l'ubiquitine, IL-1RI s'accumule dans des vesicules anormales de l'endosome tardif. Dans ce travail, nous avons pu confirmer et préciser la fonction de la protéine Tollip dans l' activation de la production de cytokines induites par l' IL-1p and le LPS lors de l'inflammation et découvrir son rôle d'adaptateur dans l' internalisation et l'endocytose de l' IL-1RI.

Differential effects of selective HDAC inhibitors on macrophage inflammatory responses to the Toll-like receptor 4 agonist LPS.

Broad-spectrum inhibitors of HDACs are therapeutic in many inflammatory disease models but exacerbated disease in a mouse model of atherosclerosis. HDAC inhibitors have anti- and proinflammatory effects on macrophages in vitro. We report here that several broad-spectrum HDAC inhibitors, including TSA and SAHA, suppressed the LPS-induced mRNA expression of the proinflammatory mediators Edn-1, Ccl-7/MCP-3, and Il-12p40 but amplified the expression of the proatherogenic factors Cox-2 and Pai-1/serpine1 in primary mouse BMM. Similar effects were also apparent in LPS-stimulated TEPM and HMDM. The pro- and anti-inflammatory effects of TSA were separable over a concentration range, implying that individual HDACs have differential effects on macrophage inflammatory responses. The HDAC1-selective inhibitor, MS-275, retained proinflammatory effects (amplification of LPS-induced expression of Cox-2 and Pai-1 in BMM) but suppressed only some inflammatory responses. In contrast, 17a (a reportedly HDAC6-selective inhibitor) retained anti-inflammatory but not proinflammatory properties. Despite this, HDAC6(-/-) macrophages showed normal LPS-induced expression of HDAC-dependent inflammatory genes, arguing that the anti-inflammatory effects of 17a are not a result of inhibition of HDAC6 alone. Thus, 17a provides a tool to identify individual HDACs with proinflammatory properties.

Biliverdin inhibits Toll-like receptor-4 (TLR4) expression through nitric oxide-dependent nuclear translocation of biliverdin reductase.

The cellular response to an inflammatory stressor requires a proinflammatory cellular activation followed by a controlled resolution of the response to restore homeostasis. We hypothesized that biliverdin reductase (BVR) by binding biliverdin (BV) quells the cellular response to endotoxin-induced inflammation through phosphorylation of endothelial nitric oxide synthase (eNOS). The generated NO, in turn, nitrosylates BVR, leading to nuclear translocation where BVR binds to the Toll-like receptor-4 (TLR4) promoter at the Ap-1 sites to block transcription. We show in macrophages that BV-induced eNOS phosphorylation (Ser-1177) and NO production are mediated in part by Ca(2+)/calmodulin-dependent kinase kinase. Furthermore, we show that BVR is S-nitrosylated on one of three cysteines and that this posttranslational modification is required for BVR-mediated signaling. BV-induced nuclear translocation of BVR and inhibition of TLR4 expression is lost in macrophages derived from Enos(-/-) mice. In vivo in mice, BV provides protection from acute liver damage and is dependent on the availability of NO. Collectively, we elucidate a mechanism for BVR in regulating the inflammatory response to endotoxin that requires eNOS-derived NO and TLR4 signaling in macrophages.

Toll-like receptor 4 polymorphisms and aspergillosis in stem-cell transplantation.

BACKGROUND: Toll-like receptors (TLRs) are essential components of the immune response to fungal pathogens. We examined the role of TLR polymorphisms in conferring a risk of invasive aspergillosis among recipients of allogeneic hematopoietic-cell transplants. METHODS: We analyzed 20 single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in the toll-like receptor 2 gene (TLR2), the toll-like receptor 3 gene (TLR3), the toll-like receptor 4 gene (TLR4), and the toll-like receptor 9 gene (TLR9) in a cohort of 336 recipients of hematopoietic-cell transplants and their unrelated donors. The risk of invasive aspergillosis was assessed with the use of multivariate Cox regression analysis. The analysis was replicated in a validation study involving 103 case patients and 263 matched controls who received hematopoietic-cell transplants from related and unrelated donors. RESULTS: In the discovery study, two donor TLR4 haplotypes (S3 and S4) increased the risk of invasive aspergillosis (adjusted hazard ratio for S3, 2.20; 95% confidence interval [CI], 1.14 to 4.25; P=0.02; adjusted hazard ratio for S4, 6.16; 95% CI, 1.97 to 19.26; P=0.002). The haplotype S4 was present in carriers of two SNPs in strong linkage disequilibrium (1063 A/G [D299G] and 1363 C/T [T399I]) that influence TLR4 function. In the validation study, donor haplotype S4 also increased the risk of invasive aspergillosis (adjusted odds ratio, 2.49; 95% CI, 1.15 to 5.41; P=0.02); the association was present in unrelated recipients of hematopoietic-cell transplants (odds ratio, 5.00; 95% CI, 1.04 to 24.01; P=0.04) but not in related recipients (odds ratio, 2.29; 95% CI, 0.93 to 5.68; P=0.07). In the discovery study, seropositivity for cytomegalovirus (CMV) in donors or recipients, donor positivity for S4, or both, as compared with negative results for CMV and S4, were associated with an increase in the 3-year probability of invasive aspergillosis (12% vs. 1%, P=0.02) and death that was not related to relapse (35% vs. 22%, P=0.02). CONCLUSIONS: This study suggests an association between the donor TLR4 haplotype S4 and the risk of invasive aspergillosis among recipients of hematopoietic-cell transplants from unrelated donors.

Polymorphisms in Toll-like receptor 4 (TLR4) are associated with protection against leprosy.

Accumulating evidence suggests that polymorphisms in Toll-like receptors (TLRs) influence the pathogenesis of mycobacterial infections, including leprosy, a disease whose manifestations depend on host immune responses. Polymorphisms in TLR2 are associated with an increased risk of reversal reaction, but not susceptibility to leprosy itself. We examined whether polymorphisms in TLR4 are associated with susceptibility to leprosy in a cohort of 441 Ethiopian leprosy patients and 197 healthy controls. We found that two single nucleotide polymorphisms (SNPs) in TLR4 (896G>A [D299G] and 1196C>T [T399I]) were associated with a protective effect against the disease. The 896GG, GA and AA genotypes were found in 91.7, 7.8 and 0.5% of leprosy cases versus 79.9, 19.1 and 1.0% of controls, respectively (odds ratio [OR] = 0.34, 95% confidence interval [CI] 0.20-0.57, P < 0.001, additive model). Similarly, the 1196CC, CT and TT genotypes were found in 98.1, 1.9 and 0% of leprosy cases versus 91.8, 7.7 and 0.5% of controls, respectively (OR = 0.16, 95% CI 0.06--.40, P < 0.001, dominant model). We found that Mycobacterium leprae stimulation of monocytes partially inhibited their subsequent response to lipopolysaccharide (LPS) stimulation. Our data suggest that TLR4 polymorphisms are associated with susceptibility to leprosy and that this effect may be mediated at the cellular level by the modulation of TLR4 signalling by M. leprae.

Protection from lethal gram-negative bacterial sepsis by targeting Toll-like receptor 4.

Toll-like receptor 4 (TLR4), the signal-transducing molecule of the LPS receptor complex, plays a fundamental role in the sensing of LPS from gram-negative bacteria. Activation of TLR4 signaling pathways by LPS is a critical upstream event in the pathogenesis of gram-negative sepsis, making TLR4 an attractive target for novel antisepsis therapy. To validate the concept of TLR4-targeted treatment strategies in gram-negative sepsis, we first showed that TLR4(-/-) and myeloid differentiation primary response gene 88 (MyD88)(-/-) mice were fully resistant to Escherichia coli-induced septic shock, whereas TLR2(-/-) and wild-type mice rapidly died of fulminant sepsis. Neutralizing anti-TLR4 antibodies were then generated using a soluble chimeric fusion protein composed of the N-terminal domain of mouse TLR4 (amino acids 1-334) and the Fc portion of human IgG1. Anti-TLR4 antibodies inhibited intracellular signaling, markedly reduced cytokine production, and protected mice from lethal endotoxic shock and E. coli sepsis when administered in a prophylactic and therapeutic manner up to 13 h after the onset of bacterial sepsis. These experimental data provide strong support for the concept of TLR4-targeted therapy for gram-negative sepsis.

Hepatitis C Virus Nonstructural 5A Protein Inhibits Lipopolysaccharide-Mediated Apoptosis of Hepatocytes by Decreasing Expression of Toll-Like Receptor 4.

Background. Hepatitis C virus (HCV) nonstructural protein 5A (NS5A) has been shown to modulate multiple cellular processes, including apoptosis. The aim of this study was to assess the effects of HCV NS5A on apoptosis induced by Toll-like receptor (TLR) 4 ligand, lipopolysaccharide (LPS). Methods. Apoptotic responses to TLR4 ligands and the expression of molecules involved in TLR signaling pathways in human hepatocytes were examined with or without expression of HCV NS5A. Results. HCV NS5A protected HepG2 hepatocytes against LPS-induced apoptosis, an effect linked to reduced TLR4 expression. A similar downregulation of TLR4 expression was observed in Huh-7-expressing genotype 1b and 2a. In agreement with these findings, NS5A inhibited the expression of numerous genes encoding for molecules involved in TLR4 signaling, such as CD14, MD-2, myeloid differentiation primary response gene 88, interferon regulatory factor 3, and nuclear factor-_4;B2. Consistent with a conferred prosurvival advantage, NS5A diminished the poly(adenosine diphosphate-ribose) polymerase cleavage and the activation of caspases 3, 7, 8, and 9 and increased the expression of anti-apoptotic molecules Bcl-2 and c-FLIP. Conclusions. HCV NS5A downregulates TLR4 signaling and LPS-induced apoptotic pathways in human hepatocytes, suggesting that disruption of TLR4-mediated apoptosis may play a role in the pathogenesis of HCV infection.

Critical role for Ets, AP-1 and GATA-like transcription factors in regulating mouse Toll-like receptor 4 (Tlr4) gene expression.

TLR4 (Toll-like receptor 4) is essential for sensing the endotoxin of Gram-negative bacteria. Mutations or deletion of the TLR4 gene in humans or mice have been associated with altered predisposition to or outcome of Gram-negative sepsis. In the present work, we studied the expression and regulation of the Tlr4 gene of mouse. In vivo, TLR4 levels were higher in macrophages compared with B, T or natural killer cells. High basal TLR4 promoter activity was observed in RAW 264.7, J774 and P388D1 macrophages transfected with a TLR4 promoter reporter vector. Analysis of truncated and mutated promoter constructs identified several positive [two Ets (E twenty-six) and one AP-1 (activator protein-1) sites] and negative (a GATA-like site and an octamer site) regulatory elements within 350 bp upstream of the transcriptional start site. The myeloid and B-cell-specific transcription factor PU.1 bound to the proximal Ets site. In contrast, none among PU.1, Ets-1, Ets-2 and Elk-1, but possibly one member of the ESE (epithelium-specific Ets) subfamily of Ets transcription factors, bound to the distal Ets site, which was indispensable for Tlr4 gene transcription. Endotoxin did not affect macrophage TLR4 promoter activity, but it decreased TLR4 steady-state mRNA levels by increasing the turnover of TLR4 transcripts. TLR4 expression was modestly altered by other pro- and anti-inflammatory stimuli, except for PMA plus ionomycin which strongly increased promoter activity and TLR4 mRNA levels. The mouse and human TLR4 genes were highly conserved. Yet, notable differences exist with respect to the elements implicated in gene regulation, which may account for species differences in terms of tissue expression and modulation by microbial and inflammatory stimuli.

Polymorphisms in toll-like receptor 4 and toll-like receptor 9 influence viral load in a seroincident cohort of HIV-1-infected individuals.

OBJECTIVES: Toll-like receptors (TLRs) are innate immune sensors that are integral to resisting chronic and opportunistic infections. Mounting evidence implicates TLR polymorphisms in susceptibilities to various infectious diseases, including HIV-1. We investigated the impact of TLR single nucleotide polymorphisms (SNPs) on clinical outcome in a seroincident cohort of HIV-1-infected volunteers. DESIGN: We analyzed TLR SNPs in 201 antiretroviral treatment-naive HIV-1-infected volunteers from a longitudinal seroincident cohort with regular follow-up intervals (median follow-up 4.2 years, interquartile range 4.4). Participants were stratified into two groups according to either disease progression, defined as peripheral blood CD4(+) T-cell decline over time, or peak and setpoint viral load. METHODS: Haplotype tagging SNPs from TLR2, TLR3, TLR4, and TLR9 were detected by mass array genotyping, and CD4(+) T-cell counts and viral load measurements were determined prior to antiretroviral therapy initiation. The association of TLR haplotypes with viral load and rapid progression was assessed by multivariate regression models using age and sex as covariates. RESULTS: Two TLR4 SNPs in strong linkage disequilibrium [1063 A/G (D299G) and 1363 C/T (T399I)] were more frequent among individuals with high peak viral load compared with low/moderate peak viral load (odds ratio 6.65, 95% confidence interval 2.19-20.46, P < 0.001; adjusted P = 0.002 for 1063 A/G). In addition, a TLR9 SNP previously associated with slow progression was found less frequently among individuals with high viral setpoint compared with low/moderate setpoint (odds ratio 0.29, 95% confidence interval 0.13-0.65, P = 0.003, adjusted P = 0.04). CONCLUSION: This study suggests a potentially new role for TLR4 polymorphisms in HIV-1 peak viral load and confirms a role for TLR9 polymorphisms in disease progression.

Protection from lethal Gram-negative bacterial sepsis by targeting Toll-like receptor 4

Rapport de synthèse : L'immunité innée regroupe les mécanismes moléculaires et cellulaires formant la première ligne de défense contre les infections microbiennes. La détection des micro-organismes pathogènes est assurée par des cellules sentinelles (cellules dendritiques et macrophages) qui jouent un rôle fondamental dans l'initiation des mécanismes de défense de l'hôte. Au contact de produits microbiens, ces cellules produisent un large échantillonnage de molécules, dont des cytokines, impliquées dans le développement de la réponse inflammatoire. La régulation de cette réponse relève d'un équilibre délicat, son insuffisance tant que son excès pouvant compromettre le devenir des patients infectés. La sepsis sévère et le choc septique représentent les formes les plus sévères d'infection, et leur mortalité demeure élevée (25 à 30% pour la sepsis sévère et 50 à 60% pour le choc septique). De plus, l'incidence de la sepsis tend à augmenter, atteignant en 2000 plus de 240 cas pour 100'000 personnes en Grande-Bretagne. La sepsis est caractérisée dans sa phase aiguë par une réponse inflammatoire exubérante. La plupart des thérapies visant à la bloquer ont toutefois montré des bénéfices incertains lors de leur application clinique. Il est donc impératif d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Les "Toll-like receptors" (TLRs) sont une famille de récepteurs qui jouent un rôle fondamental dans la détection des micro-organismes par les cellules du système immunitaire inné. Parmi eux, TLR4 est indispensable à la reconnaissance du lipopolysaccharide (LPS) des bactéries Gram-négatives. L'interaction entre TLR4 et le LPS représentant un élément précoce de la réponse de l'hôte à l'infection, nous avons émit l'hypothèse que TLR4 pourrait représenter une cible de choix en vue du développement de nouvelles thérapies contre la sepsis. Dans l'objectif de valider ce concept, nous avons, dans un premier temps, démontré que des souris génétiquement déficientes en TLR4 étaient totalement résistantes au choc septique induit par Escherichia coli (E. coli), une bactérie Gram-négative fréquemment responsable de sepsis. Forts de cette observation, nous avons développé une molécule recombinante composée du domaine extracellulaire de TLR4 fusionné à la partie IgGi-Fc. Cette molécule soluble, qui inhibait la réponse des macrophages au LPS in vitro, a été utilisée pour générer des anticorps anti-TLR4 chez le lapin. La spécificité et l'efficacité de ces anticorps ont été prouvées en démontrant que les anti-TLR4 bloquaient les signaux d'activation intracellulaire et la production de TNF et d'IL-6 en réponse au LPS et aux bactéries Gram-négatives in vitro et in vivo. Enfin, l'efficacité des ces anticorps a été testée dans des modèles de sepsis chez la souris. Ainsi, l'injection prophylactique (-lh) ou thérapeutique (+3h) d'anticorps anti-TLR4 réduisait la production de TNF et protégeait les animaux de la mort. De manière spectaculaire, ces anticorps réduisaient également la production de TNF et protégeaient de la sepsis à E. coli lorsqu'ils étaient administrés de manière prophylactique (-4h) et thérapeutique, jusqu'à 13 heures après l'initiation de l'infection. Ces résultats indiquent donc qu'il est possible de bloquer le développement de la réponse inflammatoire et de protéger du choc septique à bactéries Gram-négatives en utilisant des thérapies ciblant TLR4. Par ailleurs, ils suggèrent qu'une fenêtre d'opportunité de plusieurs heures pourrait être mise à profit pour initier un traitement chez les patients septiques. Ces résultats devraient encourager la poursuite des essais cliniques en cours qui visent à tester l'efficacité de thérapies dirigées contre TLR4 comme traitement complémentaire de la sepsis.

Expression pattern of sirtuins in innate immune cells and influence of Sirtuin 1/2 inhibition on innate immune responses to Toll-like receptor ligands and to infection

Purpose/Objective: The family of histone deacetylases comprises 18 members in mammals, among which seven sirtuins (SIRT1-7). Sirtuins are NADP-dependent enzymes that have been involved in the control of cell metabolism, proliferation and survival. The expression pattern of sirtuins and their influence on host response to microbial infection remain largely unknown. The aim of the study was to analyze the expression of SIRT1-7 and to address the effects of SIRT1/2 inhibition on innate immune responses in vitro and in vivo.. Materials and methods: in vitro: Bone marrow (BM), BM-derived macrophages (BMDMs) and dendritic cells (BMDCs) and RAW 264.7 and J774.1 macrophage cell lines were stimulated for 0, 2, 6 and 18 h with LPS, Pam3CSK4 and CpG ODN. SIRT1-7 mRNA was quantified by real time-PCR. TNF was measured by ELISA. In vivo: BALB/c mice were challenged with LPS (350 lg i.p.) with or without a SIRT1/2 inhibitor. Blood and organs were collected after 0, 1, 4, 8 and 24 h to quantify SIRT1-7 and TNF. Mortality was assessed daily. Results: Bone marrow, macrophages and DCs express, in order of abundance, SIRT2 > > SIRT1, SIRT3 and SIRT6 > SIRT4, SIRT5 and SIRT7. Microbial products decrease the expression of all sirtuins except SIRT6 in a time dependent manner in BMDMs (0_24 h). SIRT2 is the most expressed sirtuin also in the liver, kidney (together with SIRT3) and spleen. Upon LPS challenge, SIRT1, SIRT3, SIRT4 and SIRT7 mRNA levels decrease in the liver (from 4 h to 24 h), whereas SIRT1-7 mRNA levels decrease within 1 h in both kidney and spleen. Pharmacological inhibition of SIRT1/2 decreases TNF production by macrophages stimulated with LPS, Pam3CSK4 and CpG ODN (n = 6; P < 0.001). In agreement, prophylactic treatment with a SIRT1/2 inhibitor decreases TNF production (n = 8; P = 0.04) and increases survival (n = 13, P = 0.03) of mice challenged with LPS. Conclusions: Sirtuins are expressed in innate immune cells. Inhibition of SIRT1/2 activity decreases cytokine production by macrophages and protects from endotoxemia, suggesting that sirtuin inhibitors may represent novel adjunctive therapy for treating inflammatory disorders such as sepsis.

The role of Toll-like Receptor (TLR) 9 in the development of a T-helper (Th)1/Th2 response in the murine model of infection with " Leishmania major "

1.1 SUMMARY The role of the non-specific innate immune system is as important as the elaboration of the adaptive immune system in the initiation of an immune response to pathogens. The role of the Toll-like receptors (TLRs) in the innate immune response to virus and bacterial pathogens is widely recognised, however, little is known about the role of TLRs in host defence against eukaryotic pathogens. Immunologic investigations on the marine model of infection with Leishmania major (L. major) have correlated the outcome of the disease with expansion of different subsets of CD4+ cells, designated Th1 and Th2. The resistance of C57BL/6, CBA and C3H/He mice is linked with an IL-12 driven Th1 response. In BALB/c mice the susceptibility correlates with an IL-4 driven Th2 response. The initial event promoting the development of a Th1 or Th2 response still remains elusive. Recently, the contribution of the TLR signalling pathway in the innate and acquired immune response to infection with the intracellular protozoan parasite L. major has been demonstrated. Thus, the purpose of this study is to determine whether TLRs may play a role in influencing the outcome of the infection by directing the development of a Th1 or a Th2 response during infection with L, major parasites, in resistant C57BL/6 and susceptible BALB/c mice, respectively. We demonstrated that MyD88, the major TLR adaptor molecule is necessary for C57BL/6 to develop a resistant Th1 response following L. major infection. Our data show the essential role of MyD88 in the establishment of a protective Th1 response. We subsequently aimed to determine which TLRs may be involved in the protective response. Since TLR2 and TLR4 have shown to have a potential role for Leishmania recognition, we analysed the course of infection in TLR2 and TLR4 deficient mice on a C57BL/6 resistant background following L. major infection. Our results clearly demonstrate that TLR2 or TLR4 aze dispensable to control the outcome of the disease as the TLR2 and TLR4 knockout mice developed a protective Th1 response. With the aim of determining a potential TLR candidate important in the initiation of the Thl response, we assessed the mRNA expression of different TLRs (TLR1 to TLR9) using quantitative real-time RT-PCR at different time points during the first week of infection. The results clearly showed an upregulation of TLR7 and TLR9 mRNA expression during the early phase of infection in resistant C57BL/6 mice but not in susceptible BALB/c mice. To provide in vivo evidence for the role for, these TLRs in the outcome of cutaneous leishmaniasis, studies using TLR7 and TLR9 deficient mice on a resistant C57BL/6 background were performed. The TLR7 deficient mice developed a resistance phenotype that was comparable with C57BL/6 wild type mice. Thus, the presence of TLR7 is not indispensable for the development of a Th1 response and resistance to infection. On the contrary, TLR9 deficient mice on the C57BL/6 resistant background showed high variability in the outcome of the disease. Although some mice behave as resistant C57BL/6 mice, half of them developed high lesion following infection and showed a decrease in IFN- 47; production and an increase in IL-4 as compared to wild type mice. These results suggest that TLR9 may be involved in the control of infection. To test the hypothesis that regulatory T cells (Treg) are playing a role in the high variability in the disease outcome in TLR9 deficient mice, depletion of CD4+CD25+ T cells with a specific antibody three days before infection with L. major were performed Interestingly, these treated mice developed large lesions, low IL-4 and decreased IFN- 47; producion when compared to untreated mice. A better understanding of the mechanism by which Treg cells influence the outcome of the disease in TLR9 deficient mice following L. major infection is currently under investigation. Altogether, this study demonstrates the importance of TLR9 in the induction of a protective T'h1 response, a process that is involved in the resolution of the lesion induced by L. major infection. 1.2 RÉSUMÉ Le rôle de la réponse immunitaire innée a longtemps été négligé quant à l'impact qu'elle pourrait avoir dans l'initiation d'une réponse immune adaptative efficace dirigée contre un pathogène. Si l'importance des récepteurs Toll-like (TLR) du système inné dans la reconnaissance des virus et bactéries a été démontrée, son rôle dans la défense contre les pathogènes eucaryotes reste encore très élusif. Récemment, il a été montré que les voies de signalisation provenant de l'activation des TLRs pouvaient initier la réponse immunitaire innée et adaptative après une infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major). Dans un modèle marin d'infection avec L. major alors que la plupart des souches de souris telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1) induite par IL-12, peu de souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse Th2 induite par IL-4. La différentiation Th1/Th2 est un événement qui prend place de manière définitive lors de la première semaine après infection. Les événements précoces promouvant le développement d'une réponse Th1 ou Th2 n'étant pas connus, l'objectif de ce travail a été de démontrer un rôle des TLRs dans l'initiation d'une réponse immune innée et adaptative suite à l'infection par L. major. Nous avons démontré que MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, est nécessaire pour que les souris résistantes C57BL/6 développent une réponse Th1 protectrice. L'importance du rôle de TLR2 et TLR4 dans la reconnaissance du parasite Leishmania ayant été démontrée, nous avons privilégié l'analyse de la réponse immunitaire suite à une infection in vivo de souris déficiente en TLR2 ou TLR4 sur un fond génétique résistant. Les résultats obtenus montrent que la présence de ces récepteurs n'est pas indispensable pour le contrôle de l'infection et la polarisation d'une réponse Th1 caractéristique de la résistance à L. major. Cependant d'autres TLRs peuvent aussi activer la voie de signalisation MyD88 dépendante. L'expression de l'ARNm des différents TLRs dans les ganglions drainant de souris sensibles et résistantes pendant la première semaine d'infection a été déterminée par PCR quantitative en temps réel. Les résultats obtenus montrent que l'ARNm de TLR7 et TLR9 était régulé positivement suite à l'infection par L. major chez les souris résistantes C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était détectable chez les souris sensibles BALB/c. Le rôle des récepteurs TLR7 et TLR9 a donc été évalué par l'infection par L. major des souris déficientes en TLR7 et TLR9 sur fond génétique C57BL/6. Nos résultats ont clairement démontré que les souris déficientes en TLR7 montrent une réponse immunitaire identique à celle des souris résistantes C57BL/6, signifiant que TLR7 n'est pas indispensable au développement d'une Th1 ainsi qu'au contrôle de la parasitémie. Paz contre, les souris déficientes en TLR9 sur un fond génétique résistant ont montré une grande variabilité dans la réponse à l'infection. En effet, la moitié des souris deviennent sensibles à l'infection, ceci étant associé à une diminution dans la production d'IFN- 47; et à une augmentation de la production d'IL-4. Ces résultats suggèrent que TLR9 est impliqué dans le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Cependant les résultats avec les souris déficientes en TLR9 montrant une grande hétérogénéité et une balance Th1/Th2 instable, nous avons émis l'hypothèse que les cellules T régulatrices pouvaient être impliquées dans ce phénomène. Nous avons effectivement constaté qu'après déplétion des cellules CD4+CD25+, les souris déficientes en TLR9 développent des lésions aussi grandes que les souris BALB/c après infection par L. major. Cependant le nombre de parasites reste le même que chez les souris C57BL/6. De plus la production d'IL-4 ainsi que celle d'IFN- 47; reste extrêment bas. Les mécanismes régulateurs impliqués dans ce processus sont en cours d'analyse. Ce travail met en évidence l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. 1.3 RESUME POUR UN LARGE PUBLIC La leishmaniose est une maladie parasitaire répandue dans le monde entier et touchant plus de 88 pays. L'incidence mondiale de la leishmaniose cutanée et de 1 à 1,5 million de nouveaux cas par année. Plus de 12 millions de personnes sont affectées par la maladie et 350 millions de personnes sont une population à risque. Un modèle marin d'infection avec Leishmania major (L. major) a été établi qui reproduit plusieurs tableaux cliniques observés dans le cas de la leishmaniose cutanée chez l'homme. L'analyse de la réponse immunitaire dans les souris infectées par L. major a permis de distinguer deux groupes : les souris de la plupart des souches telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1), alors que quelques souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse de type Th2. La réponse immune adaptative dans le modèle d'infection avec L. major à été largement étudiée. Cependant, les événements précoces déterminants pour le développement d'une réponse Th1 ou Th2 restent encore très flous. Récemment, plusieurs publications ont montré que les récepteurs Toll-like (TLR) peuvent contribuer à l'initiation de la réponse immunitaire lors d'une infection avec le parasite intracellulaire L. major. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié le rôle de MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, dans la réponse immune suite à une infection avec L. major. En l'absence de MyD88, les souris normalement résistantes à l'infection avec L. major deviennent sensibles et développent des lésions importantes. Ces souris ne sont plus capables de développer une réponse Thl, normalement caractéristique de leur phénotype résistant. Nous avons ensuite tenté de comprendre quels TLRs, plus précisément, pouvait être impliqué dans ce processus. Malgré quelques évidences démontrant que TLR2 et TLR4 pouvaient avoir un rôle important dans l'initiation d'une réponse immunitaire adaptative à Leishmania, nous avons montré que, in vivo après infection avec L. major, la déficience d'un de ces récepteurs n'était pas suffisante à faire basculer la réponse immunitaire. Les souris C57BL/6 déficient en TLR2 ou TLR4 peuvent parfaitement contrôler l'évolution de la maladie. De plus, ces souris, malgré l'absence de TLR2 ou TLR4, sont capables de monter une parfaite réponse Thl. Etant donné que TLR2 et TLR4 n'étaient pas essentiels pour la résistance à la maladie, nous avons analysé les TLRs, parmi les 12 décrits qui pouvaient être indispensables au développement d'une réponse de type Th1 associée à la résistance à l'infection par Leishmania. Nos expériences ont montré que l'expression de l'ARN messager (ARNm) de TLR7 et TLR9 était modulée suite à l'infection par L. major chez la souris résistante C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était visible chez les souris sensible BALB/c. Pensant que ces TLRs pourraient jouer un rôle dans la réponse immunitaire au parasite, nous avons étudié l'évolution de l'infection dans les souris déficientes en TLR7 et TLR9. Nos résultats ont clairement démontré que TLR7 n'était pas indispensable à la résistance au parasite alors que l'absence de TLR9 avait des conséquences radicales sur le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Ce travail révèle ainsi l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. Il est a noté que nos résultats sont en accord avec le fait que les motifs CpG, qui sont des immunostimulateurs interagissant avec le TLR9, ont une activité adjuvante importante dans la préparation de vaccins contre la leishmaniose. Une meilleure compréhension des mécanismes immunologiques impliquant le TLR9 dans la reconnaissance du parasite est alors indispensable pour le développement de vaccins thérapeutiques efficaces.

Species-Specific Recognition of Aspergillus fumigatus by Toll-like Receptor 1 and Toll-like Receptor 6.

Background. Aspergillus fumigatus causes invasive aspergillosis, a potentially fatal infection in oncohematological patients. Innate immune detection of A. fumigatus involves Toll-like receptor (TLR) 4 and TLR2, which forms a heterodimer with either TLR1 or TLR6. The role of those coreceptors in Aspergillus sensing is unknown. Methods. Cytokine production was measured in bone marrow-derived macrophages (BMDMs) from wild-type (WT) and TLR-deficient mice after incubation with a WT and an immunogenic RodA-deficient (ΔrodA-47) strain of A. fumigatus and in lungs from these mice after intranasal mold inoculation. Aspergillus fumigatus-mediated NF-_4;B activation was measured in HEK293T cells transfected with plasmids expressing mouse or human TLRs. Results. Bone marrow-derived macrophages from TLR1- and TLR6-deficient mice produced lower amounts of interleukin 12p40, CXCL2, interleukin 6, and tumor necrosis factor 45; than BMDMs from WT mice after stimulation with A. fumigatus. Lungs from TLR1- and TLR6-deficient mice had diminished CXCL1 and CXCL2 production and increased fungal burden after intranasal inoculation of ΔrodA A. fumigatus compared with lungs from WT mice. ΔrodA strain-mediated NF-_4;B activation was observed in HEK293T cells expressing mouse TLR2/1, mouse TLR2/6, and human TLR2/1 but not human TLR2/6. Conclusions. Innate immune detection of A. fumigatus is mediated by TLR4 and TLR2 together with TLR1 or TLR6 in mice and TLR1 but not TLR6 in humans.

Histone deacetylase inhibitors impair innate immune responses to Toll-like receptor agonists and to infection.

Regulated by histone acetyltransferases and deacetylases (HDACs), histone acetylation is a key epigenetic mechanism controlling chromatin structure, DNA accessibility, and gene expression. HDAC inhibitors induce growth arrest, differentiation, and apoptosis of tumor cells and are used as anticancer agents. Here we describe the effects of HDAC inhibitors on microbial sensing by macrophages and dendritic cells in vitro and host defenses against infection in vivo. HDAC inhibitors down-regulated the expression of numerous host defense genes, including pattern recognition receptors, kinases, transcription regulators, cytokines, chemokines, growth factors, and costimulatory molecules as assessed by genome-wide microarray analyses or innate immune responses of macrophages and dendritic cells stimulated with Toll-like receptor agonists. HDAC inhibitors induced the expression of Mi-2 46; and enhanced the DNA-binding activity of the Mi-2/NuRD complex that acts as a transcriptional repressor of macrophage cytokine production. In vivo, HDAC inhibitors increased the susceptibility to bacterial and fungal infections but conferred protection against toxic and septic shock. Thus, these data identify an essential role for HDAC inhibitors in the regulation of the expression of innate immune genes and host defenses against microbial pathogens.