Type I interferon inhibits interleukin-1 production and inflammasome activation.

Type I interferon (IFN) is a common therapy for autoimmune and inflammatory disorders, yet the mechanisms of action are largely unknown. Here we showed that type I IFN inhibited interleukin-1 (IL-1) production through two distinct mechanisms. Type I IFN signaling, via the STAT1 transcription factor, repressed the activity of the NLRP1 and NLRP3 inflammasomes, thereby suppressing caspase-1-dependent IL-1β maturation. In addition, type I IFN induced IL-10 in a STAT1-dependent manner; autocrine IL-10 then signaled via STAT3 to reduce the abundance of pro-IL-1α and pro-IL-1β. In vivo, poly(I:C)-induced type I IFN diminished IL-1β production in response to alum and Candida albicans, thus increasing susceptibility to this fungal pathogen. Importantly, monocytes from multiple sclerosis patients undergoing IFN-β treatment produced substantially less IL-1β than monocytes derived from healthy donors. Our findings may thus explain the effectiveness of type I IFN in the treatment of inflammatory diseases but also the observed "weakening" of the immune system after viral infection.

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-κB and MAP kinase pathways. Tollip was previously shown as a negative regulator of NF-κB 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-κB and MAPK (p38, JNK, or ERK1/2) signaling appeared normal in Tollip deficient cells following stimulation with IL-1β, lipopolysaccharide (LPS), and other TLR ligands. Also IL-1β 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-α was significantly reduced relative to control mice after treatment with physiological doses of IL-1β 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-1β 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-1β 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-1β 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-κB. 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-κB et MAPK (p38, JNK, or ERK1/2) ne semblent pas affectées après stimulation avec IL-1β, lipopolysaccharide (LPS) ou d' autres ligands des TLR. La réponse des cellules du système immunitaire induite par la stimulation avec IL-1β 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 TNFα induite par la stimulation à dose physiologique de IL-1β 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-1β 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-1β , 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.

Neuropathic Pain Phenotype Does Not Involve the NLRP3 Inflammasome and Its End Product Interleukin-1β in the Mice Spared Nerve Injury Model.

The NACHT, LRR and PYD domains-containing protein 3 (NLRP3) inflammasome is one of the main sources of interleukin-1β (IL-1β) and is involved in several inflammatory-related pathologies. To date, its relationship with pain has not been studied in depth. The aim of our study was to elucidate the role of NLRP3 inflammasome and IL-1β production on neuropathic pain. Results showed that basal pain sensitivity is unaltered in NLRP3-/- mice as well as responses to formalin test. Spared nerve injury (SNI) surgery induced the development of mechanical allodynia and thermal hyperalgesia in a similar way in both genotypes and did not modify mRNA levels of the NLRP3 inflammasome components in the spinal cord. Intrathecal lipopolysaccharide (LPS) injection increases apoptosis-associated speck like protein (ASC), caspase-1 and IL-1β expression in both wildtype and NLRP3-/- mice. Those data suggest that NLRP3 is not involved in neuropathic pain and also that other sources of IL-1β are implicated in neuroinflammatory responses induced by LPS.

Interleukin-1- and type I interferon-dependent enhanced immunogenicity of an NYVAC-HIV-1 Env-Gag-Pol-Nef vaccine vector with dual deletions of type I and type II interferon-binding proteins.

UNLABELLED: NYVAC, a highly attenuated, replication-restricted poxvirus, is a safe and immunogenic vaccine vector. Deletion of immune evasion genes from the poxvirus genome is an attractive strategy for improving the immunogenic properties of poxviruses. Using systems biology approaches, we describe herein the enhanced immunological profile of NYVAC vectors expressing the HIV-1 clade C env, gag, pol, and nef genes (NYVAC-C) with single or double deletions of genes encoding type I (ΔB19R) or type II (ΔB8R) interferon (IFN)-binding proteins. Transcriptomic analyses of human monocytes infected with NYVAC-C, NYVAC-C with the B19R deletion (NYVAC-C-ΔB19R), or NYVAC-C with B8R and B19R deletions (NYVAC-C-ΔB8RB19R) revealed a concerted upregulation of innate immune pathways (IFN-stimulated genes [ISGs]) of increasing magnitude with NYVAC-C-ΔB19R and NYVAC-C-ΔB8RB19R than with NYVAC-C. Deletion of B8R and B19R resulted in an enhanced activation of IRF3, IRF7, and STAT1 and the robust production of type I IFNs and of ISGs, whose expression was inhibited by anti-type I IFN antibodies. Interestingly, NYVAC-C-ΔB8RB19R induced the production of much higher levels of proinflammatory cytokines (tumor necrosis factor [TNF], interleukin-6 [IL-6], and IL-8) than NYVAC-C or NYVAC-C-ΔB19R as well as a strong inflammasome response (caspase-1 and IL-1β) in infected monocytes. Top network analyses showed that this broad response mediated by the deletion of B8R and B19R was organized around two upregulated gene expression nodes (TNF and IRF7). Consistent with these findings, monocytes infected with NYVAC-C-ΔB8RB19R induced a stronger type I IFN-dependent and IL-1-dependent allogeneic CD4(+) T cell response than monocytes infected with NYVAC-C or NYVAC-C-ΔB19R. Dual deletion of type I and type II IFN immune evasion genes in NYVAC markedly enhanced its immunogenic properties via its induction of the increased expression of type I IFNs and IL-1β and make it an attractive candidate HIV vaccine vector. IMPORTANCE: NYVAC is a replication-deficient poxvirus developed as a vaccine vector against HIV. NYVAC expresses several genes known to impair the host immune defenses by interfering with innate immune receptors, cytokines, or interferons. Given the crucial role played by interferons against viruses, we postulated that targeting the type I and type II decoy receptors used by poxvirus to subvert the host innate immune response would be an attractive approach to improve the immunogenicity of NYVAC vectors. Using systems biology approaches, we report that deletion of type I and type II IFN immune evasion genes in NYVAC poxvirus resulted in the robust expression of type I IFNs and interferon-stimulated genes (ISGs), a strong activation of the inflammasome, and upregulated expression of IL-1β and proinflammatory cytokines. Dual deletion of type I and type II IFN immune evasion genes in NYVAC poxvirus improves its immunogenic profile and makes it an attractive candidate HIV vaccine vector.

B cell activating factor is central to bleomycin- and IL-17-mediated experimental pulmonary fibrosis.

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a progressive devastating, yet untreatable fibrotic disease of unknown origin. We investigated the contribution of the B-cell activating factor (BAFF), a TNF family member recently implicated in the regulation of pathogenic IL-17-producing cells in autoimmune diseases. The contribution of BAFF was assessed in a murine model of lung fibrosis induced by airway administered bleomycin. We show that murine BAFF levels were strongly increased in the bronchoalveolar space and lungs after bleomycin exposure. We identified Gr1(+) neutrophils as an important source of BAFF upon BLM-induced lung inflammation and fibrosis. Genetic ablation of BAFF or BAFF neutralization by a soluble receptor significantly attenuated pulmonary fibrosis and IL-1β levels. We further demonstrate that bleomycin-induced BAFF expression and lung fibrosis were IL-1β and IL-17A dependent. BAFF was required for rIL-17A-induced lung fibrosis and augmented IL-17A production by CD3(+) T cells from murine fibrotic lungs ex vivo. Finally we report elevated levels of BAFF in bronchoalveolar lavages from IPF patients. Our data therefore support a role for BAFF in the establishment of pulmonary fibrosis and a crosstalk between IL-1β, BAFF and IL-17A.

Pentoxifylline decreases tumor necrosis factor and interleukin-1 during high tidal volume

Tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) is one of the most important proinflammatory cytokines which plays a central role in host defense and in the acute inflammatory response related to tissue injury. The major source of TNF-alpha are immune cells such as neutrophils and macrophages. We tested the hypothesis that pentoxifylline, a methylxanthine derivative, down-regulates proinflammatory cytokine expression during acute lung injury in rats. Male Wistar rats weighing 250 to 450 g were anesthetized ip with 50 mg/kg sodium thiopental and randomly divided into three groups: group 1 (N = 7): tidal volume (V T) = 7 ml/kg, respiratory rate (RR) = 50 breaths/min and normal saline infusion; group 2 (N = 7): V T = 42 ml/kg, RR = 9 breaths/min and normal saline infusion; group 3 (N = 7): V T = 42 ml/kg, RR = 9 breaths/min and pentoxifylline infusion. The animals were ventilated with an inspired oxygen fraction of 1.0, a positive end-expiratory pressure of 3 cmH2O, and normal saline or pentoxifylline injected into the left femoral vein. The mRNA of TNF-alpha rapidly increased in the lung tissue within 180 min of ventilation with a higher V T with normal saline infusion. The concentrations of inflammatory mediators were decreased in plasma and bronchoalveolar lavage (BAL) in the presence of higher V T with pentoxifylline infusion (TNF-alpha: plasma, 102.2 ± 90.9 and BAL, 118.2 ± 82.1; IL-1ß: plasma, 45.2 ± 42.7 and BAL, 50.2 ± 34.9, P < 0.05). We conclude that TNF-alpha produced by neutrophil influx may function as an alert signal in host defense to induce production of other inflammatory mediators.

Effect of thymosin alpha-1 on subpopulations of Th1, Th2, Th17, and regulatory T cells (Tregs) in vitro

Thymosin alpha 1 (Tα1) has been shown to have beneficial effects on numerous immune system parameters, but little is known about the effects of Tα1 on patients with gastric carcinoma. The objective of this study was to determine the effect of Tα1 on subpopulations of Th1, Th2, Th17, and regulatory T cells (Tregs) in vitro, and to evaluate its efficacy as an immunoregulatory factor in patients with gastric carcinoma. We compared the effect of Tα1 on the frequency of CD4+ and CD8+ T cells, especially the CD4+CD25+Foxp3+ Tregs in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from gastric carcinoma patients (N = 35) and healthy donors (N = 22). We also analyzed the changes in the proliferation of PBMCs in response to treatment with Tα1, and examined the production of Th1, Th2, and Th17 cytokines by PBMCs and tumor-infiltrating lymphocytes. The treatment of PBMCs from gastric cancer patients, with Tα1 (50 µg/mL) alone increased the percentage of CD4+CD25+Foxp3+ (suppressive antitumor-specific Tregs) from 1.68 ± 0.697 to 2.19 ± 0.795% (P < 0.05). Our results indicate that Tα1 increases the percentage of Tregs and IL-1β, TNF-α, and IL-6 in vitro.

Impairment of the hematological response and interleukin-1β production in protein-energy malnourished mice after endotoxemia with lipopolysaccharide

The objectives of this study were to determine if protein-energy malnutrition (PEM) could affect the hematologic response to lipopolysaccharide (LPS), the interleukin-1β (IL-1β) production, leukocyte migration, and blood leukocyte expression of CD11a/CD18. Two-month-old male Swiss mice were submitted to PEM (N = 30) with a low-protein diet (14 days) containing 4% protein, compared to 20% protein in the control group (N = 30). The total cellularity of blood, bone marrow, spleen, and bronchoalveolar lavage evaluated after the LPS stimulus indicated reduced number of total cells in all compartments studied and different kinetics of migration in malnourished animals. The in vitro migration assay showed reduced capacity of migration after the LPS stimulus in malnourished animals (45.7 ± 17.2 x 10(4) cells/mL) compared to control (69.6 ± 7.1 x 10(4) cells/mL, P ≤ 0.05), but there was no difference in CD11a/CD18 expression on the surface of blood leukocytes. In addition, the production of IL-1β in vivo after the LPS stimulus (180.7 pg·h-1·mL-1), and in vitro by bone marrow and spleen cells (41.6 ± 15.0 and 8.3 ± 4.0 pg/mL) was significantly lower in malnourished animals compared to control (591.1 pg·h-1·mL-1, 67.0 ± 23.0 and 17.5 ± 8.0 pg/mL, respectively, P ≤ 0.05). The reduced expression of IL-1β, together with the lower number of leukocytes in the central and peripheral compartments, different leukocyte kinetics, and reduced leukocyte migration capacity are factors that interfere with the capacity to mount an adequate immune response, being partly responsible for the immunodeficiency observed in PEM.

Role of high mobility group box-1 and protection of growth hormone and somatostatin in severe acute pancreatitis

In this study, we investigated the potential role of high-mobility group box 1 (HMGB1) in severe acute pancreatitis (SAP) and the effects of growth hormone (G) and somatostatin (S) in SAP rats. The rats were randomly divided into 6 groups of 20 each: sham-operated, SAP, SAP+saline, SAP+G, SAP+S and SAP+G+S. Ileum and pancreas tissues of rats in each group were evaluated histologically. HMGB1 mRNA expression was measured by reverse transcription-PCR. Levels of circulating TNF-α, IL-1, IL-6, and endotoxin were also measured. In the SAP group, interstitial congestion and edema, inflammatory cell infiltration, and interstitial hemorrhage occurred in ileum and pancreas tissues. The levels of HMGB1, TNF-α, IL-1, IL-6 and endotoxin were significantly up-regulated in the SAP group compared with those in the sham-operated group, and the 7-day survival rate was 0%. In the SAP+G and SAP+S groups, the inflammatory response of the morphological structures was alleviated, the levels of HMGB1, TNF-α, IL-1, IL-6, and endotoxin were significantly decreased compared with those in the SAP group, and the survival rate was increased. Moreover, in the SAP+G+S group, all histological scores were significantly improved and the survival rate was significantly higher compared with the SAP group. In conclusion, HMGB1 might participate in pancreas and ileum injury in SAP. Growth hormone and somatostatin might play a therapeutic role in the inflammatory response of SAP.

IL-6 and TNF-α serum levels are associated with early death in community-acquired pneumonia patients

Community-acquired pneumonia (CAP) is amongst the leading causes of death worldwide. As inflammatory markers, cytokines can predict outcomes, if interpreted together with clinical data and scoring systems such as CURB-65, CRB, and Acute Physiology and Chronic Health Evaluation II (APACHE II). The aim of this study was to determine the impact of inflammatory biomarkers on the early mortality of hospitalized CAP patients. Twenty-seven CAP patients needing hospitalization were enrolled for the study and samples of interleukin-1 (IL-1) and interleukin-6 (IL-6), tumor necrosis factor alpha (TNF-α), C-reactive protein (CRP), and homocystein were collected at the time of admission (day 1) as well as on the seventh day of the treatment. There was a significant reduction in the levels of IL-6 between the first and the second collections. Median IL-6 values decreased from 24 pg/mL (day 1) to 8 pg/mL (day 7) (P=0.016). The median levels of TNF-α were higher in patients: i) with acute kidney injury (AKI) (P=0.045), ii) requiring mechanical ventilation (P=0.040), iii) with short hospital stays (P=0.009), iv) admitted to the intensive care unit (ICU) (P=0.040), v) who died early (P=0.003), and vi) with worse CRB scores (P=0.013). In summary, IL-6 and TNF-α levels were associated with early mortality of CAP patients. Longer admission levels demonstrated greater likelihood of early death and overall mortality, necessity of mechanical ventilation, and AKI.

Développement de modulateurs allostériques peptidiques inhibiteurs de l’activité des récepteurs de l’interleukine 1 et de la vasopressine

L’approche Module X a été créée dans le but de concevoir de petits peptides modulateurs ayant des propriétés allostériques. Module X reproduit de petites parties des portions extracellulaires flexibles des récepteurs. Ces petits peptides vont interagir en s’interposant entre deux sous unités ou entre deux régions de la même sous-unité qui interagissent par des liens hydrogènes, des ponts salins ou des liens disulfure. Ces régions sont spécialement choisies à l’extérieur du domaine de liaison du ligand orthostérique et sont situées dans les régions inter domaines, la portion juxta membranaire ou dans les boucles. Étant donné que les boucles sont exposées durant les changements de conformation, une séquence peptidique reproduisant certaines régions de ces boucles pourrait s’insérer à un endroit approprié dans la structure où se lier à son partenaire de signalisation dans le complexe protéique, ce qui aurait comme effet de déplacer l’équilibre de l’ensemble vers un état particulier et modulerait ainsi la signalisation. De cette façon, certaines voies de signalisation pourraient être partiellement inhibées tandis que d’autres voies ne seraient pas touchées puisque le ligand orthostérique pourrait toujours se lier au récepteur. Dans une première étude, nous avons conçu des peptides inhibiteurs du récepteur de l’interleukine 1 (IL-1R/IL-1RAcP) plus précisément en reproduisant des régions flexibles de la protéine accessoire, sous-unité signalisatrice du récepteur. IL-1 est un médiateur majeur de l’inflammation, mais le seul antagoniste disponible est l’analogue naturel de IL-1, IL-1Ra qui compétitionne avec IL-1 pour le site de liaison sur le récepteur. Nous avons conçu plusieurs peptides à partir des boucles de la protéine accessoire. Un de ces peptides, rytvela (101.10) a démontré des propriétés de non-compétitivité et de sélectivité fonctionnelle caractéristiques des modulateurs allostériques. 101.10 bloque la prolifération des thymocytes et la synthèse de PGE2 avec un IC50 de 1 nM mais une efficacité de 100 % et 45 % respectivement et ne déplace pas IL-1 radioactif dans des essais de radioliaisons. De plus, 101.10 n’a qu’un effet minime sur l’affinité de IL-1 pour son récepteur. 101.10 démontre, de plus, une activité inhibitrice in vivo dans des modèles d’inflammation de l’intestin chez le rat (efficacité supérieure aux corticostéroïdes et à IL-1Ra) et de dermatite chez la souris de même que dans un modèle d’hyperthermie induite par IL-1. La deuxième étude démontre que Module X peut être utilisé pour concevoir des inhibiteurs pour une autre grande famille de récepteurs : les récepteurs couplés aux protéines G. La vasopressine joue un rôle important dans l’équilibre hydro-osmotique et un moindre rôle dans la vasomotricité. Six peptides ont été conçus à partir de régions juxta membranaires du récepteur de la vasopressine V2R. Le peptide le plus actif, VRQ397 (IC50 = 0,69 nM dans un modèle de vasorelaxation du crémastère), a démontré de la sélectivité fonctionnelle en inhibant la synthèse de prostacycline mais sans inhiber l’activation de la protéine Gs et la génération d’ AMP cyclique. Le peptide VRQ397 ne pouvait déplacer le ligand naturel AVP marqué radioactivement; de même VRQ397 radioactif ne se liait que sur V2R et non pas sur d’autres récepteurs de la même famille tel que V1R (récepteur de la vasopressine de type I). Ces études décrivent la caractérisation de petits peptides modulateurs de la signalisation de IL-1R et V2R et présentant des propriétés de modulateurs allostériques.

Rôle différentiel des cellules épithéliales intestinales et pulmonaires dans le recrutement des cellules Th17 vers les sites de réplication du virus de l'immunodéficience humaine de type 1

L’infection à VIH-1 est associée à une forte déplétion des lymphocytes T CD4+ à polarisation Th17 au niveau des tissus lymphoïdes associés aux muqueuses intestinales (GALT, gut-associated lymphoid tissues). Ceci conduit à la translocation microbienne, qui est une cause d’activation immunitaire chronique et de progression de la maladie. Les cellules épithéliales (CE) jouent un rôle critique dans le maintien de l’intégrité et de l’homéostasie au niveau des muqueuses intestinales via le recrutement des cellules de l’immunité innée (e.g., neutrophiles) et adaptative (e.g., cellules Th17). Les neutrophiles produisent des molécules antivirales (e.g., défensines-) et ont la capacité de limiter la réplication virale au niveau des muqueuses. Les cellules Th17 jouent un double rôle lors de l’infection à VIH. Elles contribuent d’une part à la défense contre différents pathogènes opportunistes en augmentant, via la production d’IL-17, la capacité des CE à attirer les cellules Th17 et les neutrophiles. D’autre part, les cellules Th17 jouent un rôle délétère en tant que cibles de réplication virale et sources de cytokines pro-inflammatoires. La fréquence des cellules Th17 est diminuée dans les GALT mais pas dans les poumons des patients infectés par le VIH, suggérant qu’il existe des mécanismes différents par lesquels les cellules Th17 sont recrutées vers ces sites anatomiques. Nous avons testé l’hypothèse selon laquelle le VIH interfère avec la capacité des CE intestinales et non pas pulmonaires à produire des chimiokines (CK) responsables de l’attraction des cellules Th17 et des neutrophiles. Nous avons démontré que les CE intestinales et pulmonaires produisent des CK spécifiques pour les cellules Th17 (CCL20) et les neutrophiles (CXCL8) en réponse à des stimuli pro-inflammatoires tels que l’IL-1 et le TNF-. Le TNF- agit en synergie avec l’IL-17, un « signal de danger » récemment identifié, et augmente la capacité des CE intestinales mais pas pulmonaires à produire la chimiokine CCL20. Cette synergie s’explique par l’augmentation préférentielle de l’expression du récepteur à l’IL-17 à la surface des CE intestinales suite à la stimulation par le TNF-. L’exposition au VIH n’affecte pas la production de CCL20 et de CXCL8 par les CE intestinales, mais altère la capacité des CE alvéolaires à produire ces chimiokines en accord avec la permissivité sélective de ces dernières à l’infection par le VIH. En conclusion, nos résultats démontrent que (i) le VIH n’interfère pas directement avec la capacité des CE intestinales à recruter des cellules Th17 et des neutrophils et que (ii) la production de CCL20 par ces cellules est dépendantes de la synergie entre le TNF- et l’IL-17. Ainsi, la déplétion des cellules Th17 et la pénurie en IL-17 dans les GALT des sujets infectés pourrait causer de façon préférentielle des altérations fonctionnelles au niveau des CE intestinales, se traduisant par l’altération du recrutement des cellules Th17 en réponse au CCL20.

Développement de peptidomimétiques antagonistes du récepteur de l’interleukine-1β

Dans ce mémoire, je présente mes études sur la synthèse, la caractérisation et l’évaluation biologique de différentes séries d’analogues du D-heptapeptide appelé 101.10, un modulateur négatif allostérique du récepteur de l’interleukine-1β (IL-1β). Sachant que les peptides ont généralement de faibles propriétés pharmacologiques, le but de ce projet portait sur l’examen des structures nécessaires à la bioactivité, la conformation tridimensionnelle de ces derniers afin d’améliorer la droguabilité du peptide parent. Les stratégies d’optimisation du 101.10 utilisées furent : la coupure N- et C-terminale; la substitution par la proline, α-amino-γ-lactame (Agl), β-amino-γ-lactame (Bgl) et α-amino-β-hydroxy-γ-lactame (Hgl); et la rigidification du squelette à l’aide d’un bicycle, l’indolozidin-2-one (I2aa). Afin de clarifier certaines relations de structure-activité, quelques modifications furent apportées au peptide, incluant l’échange de la thréonine pour la valine, la permutation de la stéréochimie de certains résidus clés ainsi que le remplacement de certaines chaînes latérales par un méthyle. Pour pallier aux difficultés de reproductibilité des résultats avec des échantillons provenant de différentes sources, des études sur l’identité du contre-anion et la pureté du peptide furent conduites. Afin d’évaluer l’effet des modifications sur la conformation aqueuse et l’activité biologique du peptide, des analyses de dichroïsme circulaire et des tests in vitro mesurant l’inhibition de certains effets de l’IL-1β furent effectués. Ces essais cellulaires comportaient l’inhibition de la prolifération de cellules immunes et de l’activation des voies de signalisation inflammatoires du facteur nucléaire κB (NF-κB) et de la protéine kinase activée par mitogène (MAPK), toutes deux stimulées par l’IL-1β. La compilation de ces données a permis de déceler certaines tendances entre la structure, la conformation et l’activité anti-IL-1β des peptidomimétiques.

Rôle de l’acétylation/déacétylation des histones dans la régulation de l’expression des gènes de la COX-2, iNOS et mPGES-1 dans les tissus articulaires.

L’arthrose ou ostéoarthrose (OA) est l’affection rhumatologique la plus fréquente au monde. Elle est caractérisée principalement par une perte du cartilage articulaire et l’inflammation de la membrane synoviale. L’interleukine (IL)-1ß, une cytokine pro-inflammatoire, joue un rôle très important dans la pathogenèse de l’OA. Elle exerce son action en induisant l’expression des enzymes cyclo-oxygénase 2 (COX-2), prostaglandine E synthétase microsomale 1 (mPGES-1) et l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) ainsi que la production de la prostaglandine E2 (PGE2) et de l’oxyde nitrique (NO). Ces derniers (PGE2 et NO) contribuent à la synovite et la destruction du cartilage articulaire par leurs effets pro-inflammatoires, pro-cataboliques, anti-anaboliques, pro-angiogéniques et pro-apoptotiques. Les modifications épigénétiques, telles que la méthylation de l’ADN, et l’acétylation et la méthylation des histones, jouent un rôle crucial dans la régulation de l’expression des gènes. Parmi ces modifications, l’acétylation des histones est la plus documentée. Ce processus est contrôlé par deux types d’enzymes : les histones acétyltransférases (HAT) qui favorisent la transcription et les histones déacétylases (HDAC) qui l’inhibent. L’objectif de ce travail est d’examiner le rôle des enzymes HDAC dans la régulation de l’expression de la COX-2, mPGES-1 et iNOS. Nous avons montré qu’au niveau des chondrocytes, les inhibiteurs des HDAC (iHDAC), trichostatine A (TSA) et butyrate de sodium (NaBu), suppriment l’expression de la COX-2 et iNOS au niveau de l’ARNm et protéique, ainsi que la production de la PGE2 et du NO, induites par l’IL-1ß. L’effet inhibiteur à lieu sans affecter l’activité de liaison à l’ADN du facteur de transcription NF-κB (nuclear factor κ B). La TSA et le NaBu inhibent également la dégradation induite par l’IL-1ß des protéoglycanes au niveau du cartilage. Nous avons également montré, qu’au niveau des fibroblastes synoviaux, les iHDAC, TSA, NaBu et acide valproïque (VA), suppriment l’expression de la mPGES-1 ainsi que la production de la PGE2 induites par l’IL-1ß. En utilisant diverses approches expérimentales, nous avons montré que HDAC4 est impliquée dans l’induction de l’expression de la mPGES-1 par l’IL-1ß. HDAC4 exerce son action, via son activité déacétylase, en augmentant l’activité transcriptionnelle de Egr-1 (early growth factor 1), facteur de transcription principal de l’expression de la mPGES-1. L’ensemble de ces résultats suggère que les inhibiteurs des HDAC pourraient être utilisés dans le traitement de l’OA.

Studies on IL-18 in HIV infection : effects of the cytokine on intestinal integrity, and platelets as a new source of the cytokine

L'interleukine IL-18 (IL-18), un membre de la famille de l’IL-1, est une cytokine pro-inflammatoire multifonctionnelle. Elle est produite par les monocytes, les macrophages, les cellules dendritiques, les cellules épithéliales, les kératinocytes et le cortex surrénal dans le corps humain. Cette cytokine est d'abord produite comme une protéine précurseure inactive, qui est par la suite clivée en une forme mature par la caspase-1 activée. La caspase, en elle-même, existe comme précurseur inactif dans les cellules humaines et requiert l'assemblage d'inflammasomes pour son activation. L'IL-18 pour joue un rôle clé dans la médiation des conditions inflammatoires. Notre laboratoire et d'autres ont montré que l'infection par le VIH est accompagnée d'une augmentation des taux circulants d'IL-18 avec une diminution des niveaux de son antagoniste, l'interleukine-18 binding protein (IL-18BP). Dans cette thèse, nous démontrons pour que l'IL-18 est également produite et sécrétée par les plaquettes humaines lors de leur activation. Les plaquettes contiennent des composants de l'inflammasome. Ils assemblent et activent la caspase-1, qui ensuite traite le précurseur de l'IL-18 dans sa forme mature au cours du processus d'activation des plaquettes. La cytokine est synthétisée de novo lors de l'activation des plaquettes. Contrairement à l'IL-18, les plaquettes expriment constitutivement l’IL-18BP, et la libèrent de manière constitutive, ainsi que lors de l'activation. L'IL-18 et l'IL-18BP sont colocalisés avec CD63, un marqueur pour les granules α des plaquettes. L'IL-18 libéré des plaquettes constitue la source principale de cette cytokine dans la circulation humaine chez les individus sains. Nous avons identifié des concentrations faibles de cette cytokine dans les lysats de plaquettes chez les individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. D'autre part, les concentrations ont été augmentées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes chez les individus infectés. Des résultats similaires ont été obtenus avec l'IL-18BP dans les lysats de plaquettes d'individus sains et infectés par le VIH. Cependant, des quantités plus faibles de cet antagoniste ont été trouvées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes d'individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. Nos résultats ont des implications importantes pour les maladies inflammatoires chroniques dans laquelle une activité accrue de l'IL-18 joue un rôle pathogène. Le VIH est également accompagné par une inflammation intestinale et une diminution de l'intégrité intestinale, mesurée par la réparation de la muqueuse, la régénération et la perméabilité. Cependant, on en sait peu sur la relation entre le niveau élevé de l'IL-18 associé à l'infection au VIH et la perméabilité intestinale: ceci n'a jamais été étudié. Dans cette thèse, nous démontrons le rôle du virus et sa protéine Tat à augmenter la production d'IL-18 chez deux lignées de cellules épithéliales intestinales (HT29 et Caco2) ainsi qu'une diminution de l'IL-18BP. L'IL-18 induit une hyperperméabilité de la barrière épithéliale en perturbant à la fois les jonctions serrées et adhérentes, et ce, en modulant l'expression et la distribution de l'occludine, de claudine-2 et de la bêta-caténine. Une désorganisation de l'actine F a également été observée dans les cellules lors de l'incubation avec l'IL-18. Les mêmes observations ont été faites avec la protéine Tat du VIH-1. Après une incubation prolongée, l'IL-18 a causé la mort des cellules intestinales et induit l'apoptose par l'activation de la caspase-1 et la caspase-3. Fait intéressant, les taux plasmatiques de lipopolysaccharides chez trois catégories différentes de patients au VIH (ART-naïf, ART-traitée et contrôleurs élite) sont en corrélation avec les niveaux plasmatiques de l'IL-18. Enfin, nous avons étudié la voie de signalisation à travers laquelle l'IL-18 induit une perméabilité intestinale accrue. En bref, nos études identifient les plaquettes comme une source importante d'IL-18, et leur activation lors d'une infection à VIH contribue à des concentrations accrues de cette cytokine. Le virus entraine également l'augmentation de la production de cytokines par les cellules épithéliales intestinales. L'activité biologique accrue de ces cytokines contribue à la pathogenèse du sida en augmentant la perméabilité intestinale et en causant la mort des cellules intestinales. L'IL-18 pourrait servir de cible moléculaire pour retarder la progression du sida et réduire l'inflammation chronique dans un stade précoce d'une infection à VIH.