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.

T cell clones from Schistosoma haematobium infected and exposed individuals lacking distinct cytokine profiles for Th1/Th2 polarisation

T cell clones were derived from peripheral blood mononuclear cells of Schistosoma haematobium infected and uninfected individuals living in an endemic area. The clones were stimulated with S. haematobium worm and egg antigens and purified protein derivative. Attempts were made to classify the T cell clones according to production of the cytokines IL-4, IL-5 and IFN-gamma. All the T cell clones derived were observed to produce cytokines used as markers for the classification of Th1/Th2 subsets. However, the 'signature' cytokines marking each subset were produced at different levels. The classification depended on the dominating cytokine type, which was having either Th0/1 or Th0/2 subsets. The results indicated that no distinct cytokine profiles for polarisation of Th1/Th2 subsets were detected in these S. haematobium infected humans. The balance in the profiles of cytokines marking each subset were related to infection and re-infection status after treatment with praziquantel. In the present study, as judged by the changes in infection status with time, the T cell responses appeared to be less stable and more dynamic, suggesting that small quantitative changes in the balance of the cytokines response could result in either susceptibility or resistant to S. haematobium infection.

Different epitopes of the LACK protein are recognized by V beta 4 V alpha 8 CD4+ T cells in H-2b and H-2d mice susceptible to Leishmania major.

After inoculation of Leishmania major, a rapid production of IL-4 by LACK-specific CD4+ T cells has been shown to drive Th2 cell development in susceptible mice i.e. BALB/c and C57BL/6 mice rendered susceptible by neutralization of IFN-gamma at the onset of infection. Here, we showed that peptide AA 156-173 induced an early IL-4 mRNA expression not only in BALB/c mice but also in resistant B10.D2 mice when IFN-gamma is neutralized. Epitope mapping of LACK protein demonstrated that peptide containing AA 293-305 induced early IL-4 mRNA transcripts in susceptible H-2b mice i.e. BALB/b and resistant C57BL/6 mice when IFN-gamma is neutralized. Stringently, the early IL-4 response to the H-2d (AA 156-173) or the H-2b (AA 293-305) epitopes occurred in V beta 4 V alpha 8 CD4+ T cells from either H-2d or H-2b susceptible mice, respectively.

Role of oxidative stress in plasticity of Dendritic cells

Dendritic cells (DCs) are antigen presenting cells with an unique ability to induce primary immune responses. Different DCs subsets with an intrinsic capacity to polarise Tcells have been described: myeloid (Th1) and lymphoid (Th2). Plasticity is defined as DCs capacity to polarise T cells independent of the DCs origin. We investigated the potential role played by oxidants such as superoxide anion (·O2-), in the plasticity of DCs, measured by the induction of a specific DCs subset, cytokine release and antigen presentation. Furthermore, we are interested in the amplification of immune response analysed by the exosomes production after oxidative stress and LPS stimulation. Recently, we have demonstrated that exposure of cells to superoxide anions resulted in the activation of DC2 profile. To analyse the role of oxidative stress in DCs subsets, we used BDCA-1 and BDCA-2 antibodies, which identify myeloid and plasmacytoid DCs respectively. Freshly isolated monocytes have shown to be BDCA-1-, but BDCA-2+ populations. During 6 days culture up-regulation of BDCA-1, but a down-regulation of BDCA-2 were observed, giving a clear myeloid population. When DC were stimulated with superoxide anions or LPS, we have observed that both down regulate the expression of BDCA-1 when compared to immature DC. Antigen presentation was markedly altered according to the periodicity used, and antigens and oxidants exposures. Using DCs trapped in collagen "matrix" after LPS activation we were able to quantify DCs-exosomes (small membrane vesicles ~50-100 nm in diameter) by reconstruction pictures in three dimensions. Using double vital staining we have found that exosomes from activated DCs can fuse with the membrane of resting DCs. Understanding the capacity of DCs to integrate external signals we will be able to unravel and control Tcells-polarisation triggering a specific immune response or tolerance. We will be able also to understand the amplification role of DCs-exosomes in remote not yet activated DCs.

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.

Cross-presenting dendritic cells are required for control of Leishmania major infection.

Leishmania major infection induces self-healing cutaneous lesions in C57BL/6 mice. Both IL-12 and IFN-γ are essential for the control of infection. We infected Jun dimerization protein p21SNFT (Batf3(-/-) ) mice (C57BL/6 background) that lack the major IL-12 producing and cross-presenting CD8α(+) and CD103(+) DC subsets. Batf3(-/-) mice displayed enhanced susceptibility with larger lesions and higher parasite burden. Additionally, cells from draining lymph nodes of infected Batf3(-/-) mice secreted less IFN-γ, but more Th2- and Th17-type cytokines, mirrored by increased serum IgE and Leishmania-specific immunoglobulin 1 (Th2 indicating). Importantly, CD8α(+) DCs isolated from lymph nodes of L. major-infected mice induced significantly more IFN-γ secretion by L. major-stimulated immune T cells than CD103(+) DCs. We next developed CD11c-diptheria toxin receptor: Batf3(-/-) mixed bone marrow chimeras to determine when the DCs are important for the control of infection. Mice depleted of Batf-3-dependent DCs from day 17 or wild-type mice depleted of cross-presenting DCs from 17-19 days after infection maintained significantly larger lesions similar to mice whose Batf-3-dependent DCs were depleted from the onset of infection. Thus, we have identified a crucial role for Batf-3-dependent DCs in protection against L. major.

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.

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-γ 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-γ 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-γ 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-γ 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.

A Th17- and Th2-skewed Cytokine Profile in Cystic Fibrosis Lungs Represents a Potential Risk Factor for Pseudomonas aeruginosa Infection.

Rationale: Cystic fibrosis (CF) is characterized by progressive pulmonary inflammation that is infection-triggered. Pseudomonas aeruginosa represents a risk factor for deterioration of lung function and reduced life expectancy. Objectives: To assess T-cell cytokine/chemokine production in clinically stable children with CF and evaluate the association between T-cell subtypes and susceptibility for infection with P. aeruginosa. Methods: T-cell cytokine/chemokine profiles were measured in bronchoalveolar lavage fluid (BALF) from children with CF (n = 57; 6.1 ± 5.9 yr) and non-CF control subjects (n = 18; 5.9 ± 4.3 yr). Memory responses to Aspergillus fumigatus and P. aeruginosa were monitored. High-resolution computed tomography-based Helbich score was assessed. In a prospective observational trial the association between BALF cytokine/chemokine profiles and subsequent infection with P. aeruginosa was studied. Measurements and Main Results: Th1- (INF-γ), Th2- (IL-5, IL-13), Th17- (IL-17A), and Th17-related cytokines (IL-1β, IL-6) were significantly up-regulated in airways of patients with CF. IL-17A, IL-13, and IL-5 were significantly higher in BALF of symptomatic as compared with clinically asymptomatic patients with CF. IL-17A and IL-5 correlated with the percentage of neutrophils in BALF (r = 0.41, P < 0.05 and r = 0.46, P < 0.05, respectively). Th17- (IL-17A, IL-6, IL-1β, IL-8) and Th2-associated cytokines and chemokines (IL-5, IL-13, TARC/CCL17), but not IFN-γ levels, significantly correlated with high-resolution computed tomography changes (Helbich score; P < 0.05). P. aeruginosa- and A. fumigatus-specific T cells from patients with CF displayed significantly higher IL-5 and IL-17A mRNA expression. IL-17A and TARC/CCL17 were significantly augmented in patients that developed P. aeruginosa infection within 24 months. Conclusions: We propose a role for Th17 and Th2 T cells in chronic inflammation in lungs of patients with CF. High concentrations of these cytokines/chemokines in CF airways precede infection with P. aeruginosa.

In susceptible mice, Leishmania major induce very rapid interleukin-4 production by CD4+ T cells which are NK1.1-.

Susceptibility of BALB/c mice to infection with Leishmania major is associated with a T helper type 2 (Th2) response. Since interleukin-4 (IL-4) is critically required early for Th2 cell development, the kinetics of IL-4 mRNA expression was compared in susceptible and resistant mice during the first days of infection. In contrast to resistant mice, susceptible mice exhibited a peak of IL-4 mRNA in their spleens 90 min after i.v. injection of parasites and in lymph nodes 16 h after s.c. injection. IL-12 and interferon-gamma (IFN-gamma) down-regulated this early peak of IL-4 mRNA; the effect of IL-12 was IFN-gamma dependent. Treatment of resistant C57BL/6 mice with anti-IFN-gamma allowed the expression of this early IL-4 response to L. major. The increased IL-4 mRNA expression occurred in V beta 8, 7, 2- CD4+ cells in BALB/c mice and NK1.1- CD4+ cells in anti-IFN-gamma treated C57BL/6 mice. These results show that the NK1.1+ CD4+ cells, responsible for the rapid burst of IL-4 production after i.v. injection of anti-CD3, do not contribute to the early IL-4 response to L. major.

Long-term persistence of HIV-1 vaccine-induced CD4+CD45RA-CD62L-CCR7- memory T-helper cells.

OBJECTIVE: To determine in chimpanzees if candidate HIV-1 subunit protein vaccines were capable of eliciting long-lasting T-cell memory responses in the absence of viral infection, and to determine the specific characteristics of these responses. DESIGN: A longitudinal study of cell-mediated immune responses induced in three chimpanzees following immunization with subunit envelope glycoproteins of either HIV-1 or herpes simplex virus (HSV)-2. Following these pre-clinical observations, four human volunteers who had been immunized 7 years previously with the same HIV-1 vaccine candidate donated blood for assessment of immune responses. METHODS: Responses were monitored by protein and peptide based ELISpot assays, lymphocyte proliferation, and intracellular cytokine staining. Humoral responses were assessed by enzyme-linked immunosorbent assay and virus neutralization assays. RESULTS: Although antigen (Ag)-specific CD4 T-cell responses persisted for at least 5 years in chimpanzees, CD8 T-cell responses were discordant and declined within 2 years. Detailed cellular analyses revealed that strong Th1 in addition to Th2 type responses were induced by AS2/gp120 and persisted, whereas CD8 T-cell memory declined in peripheral blood. The specificity of both Th and cytotoxic T-lymphocyte responses revealed that the majority of responses were directed to conserved epitopes. The remarkable persistence of Ag-specific CD4 T-cell memory was characterized as a population of the CD45RA-CD62L-CCR7- "effector phenotype" producing the cytokines IFNgamma, IL-2 and IL-4 upon epitope-specific recognition. Importantly, results in chimpanzees were confirmed in peripheral blood of one of four human volunteers studied more than 7 years after immunization. CONCLUSION: These studies demonstrate that epitope-specific Th1 and Th2 cytokine-dependent Th responses can be induced and maintained for longer than 5 years by immunization with subunit proteins of HIV-1.

Role of Tyk-2 in Th9 and Th17 cells in allergic asthma.

In a murine model of allergic asthma, we found that Tyk-2((-/-)) asthmatic mice have induced peribronchial collagen deposition, mucosal type mast cells in the lung, IRF4 and hyperproliferative lung Th2 CD4(+) effector T cells over-expressing IL-3, IL-4, IL-5, IL-10 and IL-13. We also observed increased Th9 cells expressing IL-9 and IL-10 as well as T helper cells expressing IL-6, IL-10 and IL-21 with a defect in IL-17A and IL-17F production. This T helper phenotype was accompanied by increased SOCS3 in the lung of Tyk-2 deficient asthmatic mice. Finally, in vivo treatment with rIL-17A inhibited local CD4(+)CD25(+)Foxp3(+) T regulatory cells as well as Th2 cytokines without affecting IL-9 in the lung. These results suggest a role of Tyk-2 in different subsets of T helper cells mediated by SOCS3 regulation that is relevant for the treatment of asthma, cancer and autoimmune diseases.

Antigen presentation in the lung: dendritic cells and macrophages.

Antigen presentation is a required prime event before T-cell activation can occur. Cells which constitutively express major histocompatibility antigen class I or II are responsible for presenting antigens. These are essentially alveolar macrophages (AM) residing mostly in the air spaces, and dendritic cells (DC), which create a tight surveillance network just below the epithelial cells of the airways and in the loose connective tissue around the vessels or in the pleura. AM are poor antigen presenting cells compared to DC. AM when encountering foreign particles or organisms may, however, influence the degree of activity or maturation of neighbouring DC, by releasing cytokines. Thus, we will describe how the innate immune processes may influence specific immunity and perhaps Th1 and Th2 differentiation. Following the description of the differences in phenotype and functions of AM and DC, we will provide data showing that in some pathological conditions, such as sarcoidosis, AM can acquire some specificities of DC.

Enrichment of human CD4+ V(alpha)24/Vbeta11 invariant NKT cells in intrahepatic malignant tumors.

Invariant NKT cells (iNKT cells) recognize glycolipid Ags via an invariant TCR alpha-chain and play a central role in various immune responses. Although human CD4(+) and CD4(-) iNKT cell subsets both produce Th1 cytokines, the CD4(+) subset displays an enhanced ability to secrete Th2 cytokines and shows regulatory activity. We performed an ex vivo analysis of blood, liver, and tumor iNKT cells from patients with hepatocellular carcinoma and metastases from uveal melanoma or colon carcinoma. Frequencies of Valpha24/Vbeta11 iNKT cells were increased in tumors, especially in patients with hepatocellular carcinoma. The proportions of CD4(+), double negative, and CD8alpha(+) iNKT cell subsets in the blood of patients were similar to those of healthy donors. However, we consistently found that the proportion of CD4(+) iNKT cells increased gradually from blood to liver to tumor. Furthermore, CD4(+) iNKT cell clones generated from healthy donors were functionally distinct from their CD4(-) counterparts, exhibiting higher Th2 cytokine production and lower cytolytic activity. Thus, in the tumor microenvironment the iNKT cell repertoire is modified by the enrichment of CD4(+) iNKT cells, a subset able to generate Th2 cytokines that can inhibit the expansion of tumor Ag-specific CD8(+) T cells. Because CD4(+) iNKT cells appear inefficient in tumor defense and may even favor tumor growth and recurrence, novel iNKT-targeted therapies should restore CD4(-) iNKT cells at the tumor site and specifically induce Th1 cytokine production from all iNKT cell subsets.

Role of CD4+CD25+ regulatory T cells in the antigen specific induction of tolerance "via" the nasal route

ABSTRACT Asthma is a complex inflammatory syndrome caused by environmental factors in predisposed individuals (atopics). Its severity correlates with the presence of activated T lymphocytes and eosinophils in the bronchoalveolar lavage fluid (BALF). Induction of tolerance via the nasal route results in reduced recruitment of eosinophils into BALF upon challenge, inhibition of TH2 pro-inflammatory cytokine secretion and T cell hyporesponsiveness. Recently, CD4+CD25+ natural regulatory T cells (Treg) were proposed as key players in controlling the development of asthma and allergic disease. The objective of the present study is to investigate the role of CD4+CD25+ regulatory T cells in the mechanisms leading to tolerance in an established model of asthma. In this goal we depleted CD4+CD25+ T cells at different times during asthma and tolerance induction protocol in mice and looked at efficiency of tolerization (intranasal application of high dose of allergen) in the absence of natural Tregs. First, ovalbumin-sensitized mice were depleted of CD25+ T cells by intraperitoneal injection of anti-CD25 mAb (PC61) either for along-term (repeated injections of anti-CD25 from day 31 until the end of the protocol) or a short-term period (single injection of anti-CD25 before or after tolerance induction). We demonstrated that the long-term depletion of CD4+CD25+ T cells severely hampered tolerance induction (marked enhancement in eosinophil recruitment into BALF and a vigorous antigen specific T cell response to OVA upon allergen challenge) whereas transient depletions were not sufficient to do so. We then characterized T cell subsets by flow cytometry and observed that a large part of CD4+CD25+ T cells express Foxp3, an established marker of regulatory T cells. We also tested in-vitro suppressor activity of CD4+CD25+ T cells from tolerized mice by cell proliferation assay in coculture and observed a strong suppressive activity. Our data suggest that CD4+CD25+ T cells with regulatory properties play a crucial role in the induction of tolerance via the nasal route. The relationship between CD25+ natural Treg and inducible IL-10+ TRl-type Treg will have to be defined. RESUME L'asthme est un syndrome inflammatoire complexe provoqué par des facteurs environnementaux chez des individus génétiquement prédisposés (atopiques). Sa sévérité corrèle avec la présence des lymphocytes T activés et d'éosinophiles dans le lavage bronchoalvéolaire (BAL). L'induction de la tolérance par la voie nasale résulte en une diminution du recrutement des eosinophils dans le BAL, une inhibition de la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires de type TH2 et de l'hypo-réponse des cellules T à l'allergène. Récemment, les cellules régulatrices «naturelles » de type CD4+CD25+ T (Tregs) ont été proposées comme acteurs essentiels dans le développement de l'asthme et de l'allergie. L'objectif de cette étude est d'étudier le rôle des cellules régulatrices CD4+CD25+ T dans les mécanismes menant à la tolérance dans un modèle établi d'asthme. Dans ce but nous avons déplété les cellules de CD4+CD25+ T à différents temps au cours du protocole d'induction d'asthme et de tolérance et nous avons regardé l'efficacité de l'induction de tolérance (application intranasale d'une dose importante d'allergène) en l'absence de Tregs. Dans un premier temps des souris sensibilisées à l'ovalbumine (OVA) ont été déplétées en cellules CD25+ T par l'injection intrapéritonéale d'anti-CD25 mAb (PC61) pour une longue période (injections répétées d'anti-CD25 du jour 31 jusqu'à la fin du protocole) ou pour une courte période (injection unique d'anti-CD25 avant ou après l'induction de tolérance). Nous avons démontré que la déplétion à long t erme des cellules de CD4+CD25+ T a empêché l'induction de tolérance (recrutement accru d'éosinophiles dans le BAL et une réponse vigoureuse des cellules T spécifiques de l'antigène après exposition à l'allergène) tandis des déplétions à court-terme n'ont pas cet effet. Nous avons ensuite caractérisé des sous-populations de cellules T par cytométrie de flux. Nous avons observé que la majorité des cellules CD4+CD25+ T expriment Foxp3, un marqueur établi des cellules régulatrices. Nous avons également examiné in vitro l'activité régulatrice des cellules T CD4+CD25+ issues de souris tolérisées. La prolifération de cellules T en coculture a démontré une forte activité suppressive des cellules CD4+CD25+. Nos données suggèrent que des cellules T CD4+CD25+ ayant des propriétés régulatrices jouent un rôle crucial dans l'induction de la tolérance par la voie nasale. Le rapport entre les cellules régulatrices naturelles CD4+CD25+ et les cellules régulatrices inductible de type TR1 I1-10+ devra être défini. RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLIC L'asthme est une maladie inflammatoire des bronches, caractérisée par des crises de dyspnée (gêne respiratoire) témoignant d'une activation brutale des muscles bronchoconstricteurs, auxquelles s'associent un oedème et une hypersécrétion des muqueuses des voies aériennes ainsi qu'une importante production d'anticorps de l'allergie (IgE). Chez la plupart des enfants atteints et chez près de la moitié des adultes concernés par l'asthme, c'est une allergie à des substances présentes dans l'air environnant (acariens, pollens ou poils d'animaux) qui est à l'origine de la maladie. . Le traitement actuel de l'asthme repose d'une part sur le soulagement des symptômes grâce à des produits à base de stéroïdes ou des bronchodilatateurs. D'autre part, l'immunothérapie spécifique (aussi appelée désensibilisation) permet d'améliorer l'asthme et de «reprogrammer» le système immunitaire. C'est à ce jour, le seul moyen connu de faire régresser une allergie. Cependant l'immunothérapie prend beaucoup de temps (3 à 5 ans) et ne marche pas à tous les coups ni pour tous les antigènes. Il est donc important de mieux comprendre les mécanismes impliqués lors d'un tel traitement afin d'en améliorer l'efficacité. Af n de pouvoir investiguer en détail ces mécanismes des modèles d'immunothérapie ont été mis au point chez la souris. Notre étude se base sur un modèle d'asthme allergique chez la souris. Des souris sont rendues allergiques à l'ovalbumine (OVA) et présentent alors les caractéristiques majeures de l'asthme humain (recrutement de cellules inflammatoires dans les poumons, augmentation de la production d'IgE et de la résistance des bronches aux flux respiratoires). Ces souris asthmatiques une fois traitées par l'application nasale d'OVA (forme d'immunothérapie muqueuse) ne développent plus de réaction allergique lors d'une ré-exposition à l'allergène. Notre hypothèse est que cette «guérison» (tolérance) est liée à l'action de cellules (lymphocytes T CD4) dites «régulatrices» et caractérisées par le marqueur CD25. Pour le démontrer, nous avons éliminé ces cellules «régulatrices» CD25 de nos souris asthmatiques grâce à un anticorps monoclonal spécifique. Nous n'avons dès lors plus été en mesure d'induire une tolérance à l'allergène. Ceci suggère donc un rôle clé des cellules «régulatrices» T CD4+CD25+ dans la réussite de l'immunothérapie nasale dans notre modèle. Nos résultats n'excluent pas la participation d'autres cellules telles que les lymphocytes producteurs d'IL-10 (lymphocytes régulateurs induits). Le rôle respectif de ces sous-populations régulatrices devra être examiné dans les études à venir. Une meilleure maîtrise des mécanismes de régulation pourrait s'avérer cruciale pour améliorer les thérapies de l'asthme.