Interferon-γ stimulates CD14, TLR2 and TLR4 mRNA expression in gingival fibroblasts increasing responsiveness to bacterial challenge

Objective: To investigate the potential effects of IFN-y on the responsiveness of human gingival fibroblasts to bacterial challenge.
Design :mRNA and protein expression of CD14, TLR2 and TLR4 in human gingival fibroblasts was detected by quantitative polymerase chain reaction (Q-PCR) and flow cytometry. The effect of preincubation with IFN-y on subsequent bacterial LPS-induced expression of IL-6 and IL-8 by gingival fibroblasts was determined by ELISA. Bacterial LPS-induced IκBα degradation in human gingival fibroblasts was investigated by western blot.
Results: Human gingival fibroblasts express CD14, TLR2 and TLR4 mRNAs. IFN-y, but not IL-1B, induced mRNA expression of all three receptors and the expression of membrane bound CD14 protein. Pre-incubation of fibroblasts with IFN-y and subsequent stimulation with Escherichia coli LPS or Porphyromonas gingivalis LPS led to increased production of IL-6 and IL-8. LPS-induced pro-inflammatory cytokine production was abrogated by a blocking antibody to CD14. Both E. coli LPS and P. gingivalis LPS induced IκBα degradation in human gingival fibroblasts.
Conclusion: Our data indicate that IFN-y primes human gingival fibroblasts, through the upregulation of CD14 expression, which results in increased responsiveness to bacterial LPS challenge, as determined by pro-inflammatory cytokine production.

The role of antimicrobial peptides in periodontal disease.

Objectives Fibroblasts play a significant role as regulators of the host response in periodontal disease, responding to bacterial stimulation by producing an array of inflammatory cytokines and chemokines. LL-37, a host defence peptide, inhibits LPS-induced cytokine signalling in macrophages, suggesting an immunomodulatory role. The objective was to investigate the interaction between LL-37 and gingival fibroblasts – both its direct regulation of fibroblast activity and its effect on fibroblast response to LPS activation. Methods Human gingival fibroblasts (HGFs) were incubated for 24 hours in the presence of either P. gingivalis LPS (10µg/ml) or E. coli LPS (10ng/ml) along with LL-37 (0-50 µg/ml). IL-6 and IL-8 production by HGFs in the conditioned medium was determined by ELISA. Western blot was performed to determine the effect of LL-37 on LPS -induced IκBα degradation in HGFs following LPS stimulation over 2 hours. DNA microarray analysis was performed on cell populations incubated for 6 hr in the presence or absence of the peptide. Confirmation of LL-37 effects on specific gene expression was obtained by QPCR. Results At low concentrations (≤ 5 µg/ml) LL-37 significantly inhibited LPS-induced cytokine production by HGFs. At higher concentrations LL37 induced IL-8 production independent of LPS. Addition of LL-37 blocked LPS-induced IκBα degradation in HGFs. Microarray analysis revealed that LL-37 (50µg/ml) upregulated a significant number of cytokines and chemokines by > 5 fold. Upregulation of five of these, CXCL1, CXCL2, CXCL3, IL-24 and IL-8 was confirmed by Q-PCR. Conclusion The host defence peptide LL-37, the only known human cathelicidin, appears to have pleiotrophic effects in innate immunity. At least some of these are mediated through cytokine and chemokine signalling networks. The ability of LL-37 to reduce bacterial LPS-induced cytokine production in gingival fibroblasts, at low concentrations, suggests a potential therapeutic role in the management of periodontal disease.

Function of host defence peptide LL-37 in human periodontal disease.

Objectives: Fibroblasts play a significant role as regulators of the host response in periodontal disease, responding to bacterial stimulation by producing an array of inflammatory cytokines and chemokines. LL-37, a host defence peptide, inhibits LPS-induced cytokine signalling in macrophages, suggesting an immunomodulatory role. The objective was to investigate the interaction between LL-37 and gingival fibroblasts – both its direct regulation of fibroblast activity and its effect on fibroblast response to LPS activation. Methods: Human gingival fibroblasts (HGFs) were incubated for 24 hours in the presence of either P. gingivalis LPS (10µg/ml) or E. coli LPS (10ng/ml) along with LL-37 (0-50 µg/ml). IL-6 and IL-8 production by HGFs in the conditioned medium was determined by ELISA. Western blot was performed to determine the effect of LL-37 on LPS -induced IκBα degradation in HGFs following LPS stimulation over 2 hours. DNA microarray analysis was performed on cell populations incubated for 6 hr in the presence or absence of the peptide. Confirmation of LL-37 effects on specific gene expression was obtained by QPCR. Results: At low concentrations (≤ 5 µg/ml) LL-37 significantly inhibited LPS-induced cytokine production by HGFs. At higher concentrations LL-37 induced IL-8 production independent of LPS. Addition of LL-37 blocked LPS-induced IκBα degradation in HGFs. Microarray analysis revealed that LL-37 (50µg/ml) upregulated a significant number of cytokines and chemokines by > 5 fold. Upregulation of five of these, CXCL1, CXCL2, CXCL3, IL-24 and IL-8 was confirmed by Q-PCR. Conclusion: The host defence peptide LL-37, the only known human cathelicidin, appears to have pleiotrophic effects in innate immunity. At least some of these are mediated through cytokine and chemokine signalling networks. The ability of LL-37 to reduce bacterial LPS-induced cytokine production in gingival fibroblasts, at low concentrations, suggests a potential therapeutic role in the management of periodontal disease.

The role of the cathelicidin LL-37 in periodontal disease.

Abstract Background Fibroblasts respond to bacterial stimulation by producing an array of inflammatory cytokines and chemokines. As such fibroblasts play a significant role as regulators of the host response in periodontal disease. LL-37, an antimicrobial peptide, found in saliva and GCF, inhibits LPS-induced cytokine signalling in macrophages, suggesting a role in host defence in periodontal disease. This study investigated the interaction between LL-37 and gingival fibroblasts – both its direct regulation of fibroblast activity and also its effect on fibroblast response to LPS activation. Methods Human gingival fibroblasts (HGFs) were incubated for 24 hours in the presence of either P. gingivalis LPS (10µg/ml) or E. coli LPS (0.01µg/ml) along with LL-37 (0-50µg/ml). IL-6 and IL-8 production by HGFs in the conditioned medium was determined by ELISA. DNA microarray analysis was performed on cell populations incubated for 6 hr in the presence or absence of the peptide. Results At low concentrations (≤ 5 µg/ml) LL-37 significantly inhibited LPS-induced cytokine production by HGFs. At higher concentrations LL37 induced IL-8 production independent of LPS. Microarray analysis revealed that LL-37 upregulated a significant number of cytokines and chemokines by > 5 fold. The stimulatory effect on IL-8 mRNA expression was confirmed by Q-PCR. Conclusion LL-37 appears to have pleiotrophic effects in innate immunity. Its ability, at low concentrations, to reduce bacterial LPS-induced cytokine production in gingival fibroblasts suggests a potential therapeutic role in the management of periodontal disease.

Gingival fibroblasts respond to the TRPV1 agonist capsaicin

Background: The oral cavity is a frontline barrier which is often exposed to physical trauma and noxious substances, leading to pro-inflammatory responses designed to be protective in nature. The transient receptor potential (TRP) super family of ion channels is believed to play a critical role in sensory physiology, acting as transducers for thermal, mechanical and chemical stimuli. Our understanding of the role of TRP channel activation in gingival and periodontal inflammation is currently limited. Gingival fibroblasts are the most abundant structural cell in periodontal tissues and we hypothesised that they may have a role in the inflammatory response associated with TRP channel activation. Objectives: The present study was designed to determine whether the TRPV1 agonist capsaicin could elicit a pro-inflammatory response in gingival fibroblasts in vitro by up-regulation of interleukin-8 (IL-8) production. Methods: Gingival fibroblasts were derived by explant culture from surgical tissues following ethical approval. Cells were maintained in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM), containing 10% fetal calf serum (FCS) in 5% CO2. Following treatment of gingival fibroblasts with capsaicin, IL-8 levels were measured by ELISA. The potential cytotoxicity of capsaicin was determined by the MTT assay. Results: In gingival fibroblasts treated with the TRPV1 agonist capsaicin (10µM), IL-8 production was significantly increased compared with untreated control cells. Capsaicin was shown not to be toxic to gingival fibroblasts at the concentrations studied. Conclusion: The identification of factors that modulate pro-inflammatory cytokine production is important for our understanding of gingival and periodontal inflammation. This study reports for the first time that gingival fibroblasts respond to the TRPV1 agonist capsaicin by increased production of IL-8. Activation of TRPV1 on gingival fibroblasts could therefore have an important role in initiating and sustaining the inflammatory response associated with periodontal diseases

The role of Notch in the differentiation of CD4⁺ T helper cells.

CD4⁺ T helper cells are playing critical roles in host defense to pathogens and in the maintenance of immune homeostasis. Naïve CD4⁺T cells, upon antigen-specific recognition, receive signals to differentiate into distinct effector T helper cell subsets characterized by their pattern of cytokine production and specific immune functions. A tight balance between these different subsets ensures proper control of the immune response. There is increasing evidence revealing an important role for Notch signaling in the regulation of CD4⁺T helper cell differentiation or function in the periphery. However, the exact mechanisms involved remain unclear and appear contradictory. In this review, we summarize current knowledge and discuss recent advances in the field to reconcile different views on the role of Notch signaling in the differentiation of functional T helper subsets.

The neutrophil NLRC4 inflammasome selectively promotes IL-1β maturation without pyroptosis during acute Salmonella challenge.

The macrophage NLRC4 inflammasome drives potent innate immune responses against Salmonella by eliciting caspase-1-dependent proinflammatory cytokine production (e.g., interleukin-1β [IL-1β]) and pyroptotic cell death. However, the potential contribution of other cell types to inflammasome-mediated host defense against Salmonella was unclear. Here, we demonstrate that neutrophils, typically viewed as cellular targets of IL-1β, themselves activate the NLRC4 inflammasome during acute Salmonella infection and are a major cell compartment for IL-1β production during acute peritoneal challenge in vivo. Importantly, unlike macrophages, neutrophils do not undergo pyroptosis upon NLRC4 inflammasome activation. The resistance of neutrophils to pyroptotic death is unique among inflammasome-signaling cells so far described and allows neutrophils to sustain IL-1β production at a site of infection without compromising the crucial inflammasome-independent antimicrobial effector functions that would be lost if neutrophils rapidly lysed upon caspase-1 activation. Inflammasome pathway modification in neutrophils thus maximizes host proinflammatory and antimicrobial responses during pathogen challenge.

Innate immune activation through Nalp3 inflammasome sensing of asbestos and silica

The inhalation of airborne pollutants, such as asbestos or silica, is linked to inflammation of the lung, fibrosis, and lung cancer. How the presence of pathogenic dust is recognized and how chronic inflammatory diseases are triggered are poorly understood. Here, we show that asbestos and silica are sensed by the Nalp3 inflammasome, whose subsequent activation leads to interleukin-1beta secretion. Inflammasome activation is triggered by reactive oxygen species, which are generated by a NADPH oxidase upon particle phagocytosis. (NADPH is the reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate.) In a model of asbestos inhalation, Nalp3-/- mice showed diminished recruitment of inflammatory cells to the lungs, paralleled by lower cytokine production. Our findings implicate the Nalp3 inflammasome in particulate matter-related pulmonary diseases and support its role as a major proinflammatory "danger" receptor

Increased numbers of circulating polyfunctional Th17 memory cells in patients with seronegative spondylarthritides

OBJECTIVE: A distinct subset of proinflammatory CD4+ T cells that produce interleukin-17 was recently identified. These cells are implicated in different autoimmune disease models, such as experimental autoimmune encephalomyelitis and collagen-induced arthritis, but their involvement in human autoimmune disease has not yet been clearly established. The purpose of this study was to assess the frequency and functional properties of Th17 cells in healthy donors and in patients with different autoimmune diseases. METHODS: Peripheral blood was obtained from 10 psoriatic arthritis (PsA), 10 ankylosing spondylitis (AS), 10 rheumatoid arthritis (RA), and 5 vitiligo patients, as well as from 25 healthy donors. Synovial tissue samples from a separate group of patients were also evaluated (obtained as paraffin-embedded sections). Peripheral blood cells were analyzed by multiparameter flow cytometry and immunohistochemistry. Cytokine production was examined by enzyme-linked immunosorbent assay and intracellular cytokine staining using specific monoclonal antibodies. Synovial tissue was examined for infiltrating T cells by immunohistochemical analysis. RESULTS: We found increased numbers of circulating Th17 cells in the peripheral blood of patients with seronegative spondylarthritides (PsA and AS), but not in patients with RA or vitiligo. In addition, Th17 cells from the spondylarthritis patients showed advanced differentiation and were polyfunctional in terms of T cell receptor-driven cytokine production. CONCLUSION: These observations suggest a role of Th17 cells in the pathogenesis of certain human autoimmune disorders, in particular the seronegative spondylarthritides.

Monitoring of human CD4 T cell responses in metastatic melanoma and arthritic patients

SUMMARY : Detailed knowledge of the different components of the immune system is required for the development of new immunotherapeutic strategies. CD4 T lymphocytes represent a highly heterogeneous group of cells characterized by various profiles of cytokine production and effector vs. regulatory functions. They are central players in orchestrating adaptive immune responses: unbalances between the different subtypes can lead either to aggressive autoimmune disorders or can favour the uncontrolled growth of malignancies. In this study we focused on the characterization of human CD4 T cells in advanced stage melanoma patients as well as in patients affected by various forms of autoimmune inflammatory spondyloarthropathies. In melanoma patients we report that a population of FOXP3 CD4 T cells, known as regulatory T cells, is overrepresented in peripheral blood, and even more in tumor-infitrated lymph nodes as well as at tumor sites, as compared to healthy donors. In tumor-infiltrated lymph nodes, but not in normal lymph nodes or in peripheral blood, FOXP3 CD4 T cells feature a highly differentiated phenotype (CD45RA-CCR7+/-), which suggests for a recent encounter with their cognate antigen. FOXP3 CD4 T cells have been described to be an important component of the several known immune escape mechanisms. We demonstrated that FOXP3 CD4 T cells isolated from melanoma patients exert an in vitro suppressive action on autologous CD4 T cells, thus possibly inhibiting an efficient anti-tumor response. Next, we aimed to analyse CD4 T cells at antigen-specific level. In advanced stage melanoma patients, we identified for the first time, using pMHCII multimers, circulating CD4 T cells specific for the melanoma antigen Melan-A, presented by HLA-DQB1 *0602. Interestingly, in a cohort of melanoma patients enrolled in an immunotherapy trails consisting of injection of a Melan-A derived peptide, we did not observe signif cant variations in the ex vivo frequencies of Melan-A specific CD4 T cells, but important differences in the quality of the specific CD4 T cells. In fact, up to 50% of the ex vivo Melan-A/DQ6 specific CD4 T cells displayed a regulatory phenotype and were hypoproliferative before vaccination, while more effector, cytokine-secreting Melan-A/DQ6 specific CD4 T cells were observed after immunization. These observations suggest that peptide vaccination may favourably modify the balance between regulatory and effector tumor-specific CD4 T cells. Finally, we identified another subset of CD4 T cells as possible mediator of pathology in a group of human autoimmune spondyloarthropathies, namely Th17 cells. These cells were recently described to play a critical role in the pathogenesis of some marine models of autommunity. We document an elevated presence of circulating Th17 cells in two members of seronegative spondyloarthropathies, e.g. psoriatic arthritis and ankylosing spondylitis, while we do not observe increased frequencies of Th17 cells in peripheral blood of rheumatoid arthritic patients. In addition, Th17 cells with a more advanced differentiation state (CD45RA-CCR7-CD27-) and polyfunctionality (concomitant secretion of IL-17, IL-2 and TNFα) were observed exclusively in patients with seronegative spondylarthropathies. Together, our observations emphasize the importance of CD4 T cells in various diseases and suggest that immunotherapeutic approaches considering CD4 T cells as targets should be evaluated in the future.

CD8(+) T cells specific for tumor antigens can be rendered dysfunctional by the tumor microenvironment through upregulation of the inhibitory receptors BTLA and PD-1.

Cytotoxic T cells that are present in tumors and capable of recognizing tumor epitopes are nevertheless generally impotent in eliciting tumor rejection. Thus, identifying the immune escape mechanisms responsible for inducing tumor-specific CD8(+) T-cell dysfunction may reveal effective strategies for immune therapy. The inhibitory receptors PD-1 and Tim-3 are known to negatively regulate CD8(+) T-cell responses directed against the well-characterized tumor antigen NY-ESO-1. Here, we report that the upregulation of the inhibitory molecule BTLA also plays a critical role in restricting NY-ESO-1-specific CD8(+) T-cell expansion and function in melanoma. BTLA-expressing PD-1(+)Tim-3(-) CD8(+) T cells represented the largest subset of NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells in patients with melanoma. These cells were partially dysfunctional, producing less IFN-γ than BTLA(-) T cells but more IFN-γ, TNF, and interleukin-2 than the highly dysfunctional subset expressing all three receptors. Expression of BTLA did not increase with higher T-cell dysfunction or upon cognate antigen stimulation, as it does with PD-1, suggesting that BTLA upregulation occurs independently of functional exhaustion driven by high antigen load. Added with PD-1 and Tim-3 blockades, BTLA blockade enhanced the expansion, proliferation, and cytokine production of NY-ESO-1-specific CD8(+) T cells. Collectively, our findings indicate that targeting BTLA along with the PD-1 and Tim-3 pathways is critical to reverse an important mechanism of immune escape in patients with advanced melanoma.

IL1B and DEFB1 Polymorphisms Increase Susceptibility to Invasive Mold Infection After Solid-Organ Transplantation.

BACKGROUND: Single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in immune genes have been associated with susceptibility to invasive mold infection (IMI) among hematopoietic stem cell but not solid-organ transplant (SOT) recipients. METHODS: Twenty-four SNPs from systematically selected genes were genotyped among 1101 SOT recipients (715 kidney transplant recipients, 190 liver transplant recipients, 102 lung transplant recipients, 79 heart transplant recipients, and 15 recipients of other transplants) from the Swiss Transplant Cohort Study. Association between SNPs and the end point were assessed by log-rank test and Cox regression models. Cytokine production upon Aspergillus stimulation was measured by enzyme-linked immunosorbent assay in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from healthy volunteers and correlated with relevant genotypes. RESULTS: Mold colonization (n = 45) and proven/probable IMI (n = 26) were associated with polymorphisms in the genes encoding interleukin 1β (IL1B; rs16944; recessive mode, P = .001 for colonization and P = .00005 for IMI, by the log-rank test), interleukin 1 receptor antagonist (IL1RN; rs419598; P = .01 and P = .02, respectively), and β-defensin 1 (DEFB1; rs1800972; P = .001 and P = .0002, respectively). The associations with IL1B and DEFB1 remained significant in a multivariate regression model (P = .002 for IL1B rs16944; P = .01 for DEFB1 rs1800972). The presence of 2 copies of the rare allele of rs16944 or rs419598 was associated with reduced Aspergillus-induced interleukin 1β and tumor necrosis factor α secretion by PBMCs. CONCLUSIONS: Functional polymorphisms in IL1B and DEFB1 influence susceptibility to mold infection in SOT recipients. This observation may contribute to individual risk stratification.

La régulation de l’hepcidine à travers les récepteurs Toll-like dans les macrophages

L'interaction entre le système immunitaire et le métabolisme du fer est bien illustrée par l'anémie des maladies chroniques (ACD), qui est fréquemment rencontrée dans les infections chroniques, l'inflammation et le cancer. La majorité des modifications dans les paramètres du fer observées dans l’ACD tient compte des modifications de l’homéostasie du fer, avec la délocalisation du métal de la circulation et les sites de l'érythropoïèse au compartiment de stockage dans les macrophages. Les mécanismes de la réponse hyposidérémique impliquent des cytokines, notamment TNF-alpha et IL-6, qui régulent les niveaux de plusieurs gènes du métabolisme du fer, y compris les transporteurs de fer et de l'hepcidine, un régulateur négatif de l’absorption du fer, ce qui entraîne l'inhibition de l'exportation du fer à travers la ferroportine 1 (FPN1) au niveau de l'intestin et les macrophages. Des études antérieures ont montré que l'IL-6 induit l’expression d’hepcidine dans les hépatocytes, mais il y a très peu de données concernant la façon par laquelle l'hepcidine et la FPN1 sont régulées dans les macrophages. Récemment, nous avons constaté que l'induction de l'hepcidine dans le foie par le lipopolysaccharide (LPS) dépend de la voie de signalisation médiée par le récepteur Toll-like 4 (TLR4). Le but de ce travail est d’identifier les ligands des TLRs capables d'induire l'hepcidine dans les macrophages et de déterminer l’exigence des TLRs dans l’induction de l’hepcidine et le développement d’hyposidérémie. En plus, nous voulons étudier l’effet de l’inflammation causée par les ligands des TLRs sur le taux de fer sérique, la production des cytokines et l'expression de l’hepcidine et de la ferroportine. D’autre part nous voulons étudier l’effet du taux du fer sur la production d’IL-6 macrophagique en réponse à la stimulation par le TLR4. D'abord, pour identifier les ligands des TLRs capables d'induire l'hepcidine dans les macrophages, nous avons traité les macrophages RAW 264.7 et les macrophages péritonéaux de souris (MPMs) avec différents ligands TLRs et on a mesuré l’expression de l'hepcidine par qRT-PCR. Nous avons observé que Pam3CSK4 (Pam), un ligand de TLR2/1; LPS, un ligand de TLR-4 et FSL1 un ligand de TLR2/6 induisent l’expression de l'hepcidine dans les cellules RAW 264.7 et les MPMs, contrairement au polyinosinic: polycytidylic acid (Poly I: C), un ligand de TLR3. De plus, LPS était capable de réprimer l’expression de la ferroportine dans les cellules RAW 264.7. Afin de mieux définir la nécessité des TLRs pour assurer cette expression, nous avons utilisé les souris TLR-2 knock-out et on a établi que l'expression de l'hepcidine dans les macrophages par LPS, Pam ou FSL1 est dépendante du TLR2. En accord avec les expériences in vitro, les études effectuées in vivo ont montré que LPS réprime l’expression de la ferroportine, ainsi que PolyI:C n’est pas capable de stimuler l'expression d'hepcidine hépatique, par contre il était efficace pour déclencher une hyposidérémie. Ensuite, on voulait déterminer la voie de signalisation utilisée dans l’induction de l’hepcidine dans les macrophages. Comme il y deux voies majeures connues pour la signalisation des TLRs : une dépendante et l’autre indépendante de la protéine MyD88, on a étudié l’expression de l’hepcidine dans les MPMs isolés des souris MyD88-/- et nous avons constaté que l'absence de signalisation MyD88 abolit l'induction de l'hepcidine déclenchée par Pam, LPS et FSL1. D’autre part, la stimulation avec du LPS induisait in vivo la production d’IL-6 et de TNF-alpha, et la stimulation d’IL-6 était renforcée in vitro par la présence du fer. Ces observations indiquent que l’expression de HAMP (Hepcidin Antimicrobial Peptide) dans les macrophages peut être régulée par différents TLRs, ce qui suggère que la production d'hepcidine macrophagique fait partie d'une réponse immunitaire activées par les TLRs.

Exploration fonctionnelle des réponses cellulaires T CD4+ et CD8+ dans l’infection par le VIH-1

L’infection par le VIH-1 est caractérisée par une déplétion progressive des cellules T CD4+ ainsi que par un dysfonctionnement des cellules T qui, en l’absence de traitements anti-rétroviraux, conduit inéluctablement à la progression de la maladie vers le stade SIDA. Certains des mécanismes impliqués dans ce dysfonctionnement de la réponse cellulaire T ont été élucidés et ont révélé un rôle important de la molécule PD-1 dans l’exhaustion des cellules T en phase chronique de l’infection. En effet, des niveaux élevés de PD-1 ont été associés à une charge virale élevée ainsi qu’à une diminution de la production de cytokines et de la capacité de proliférer des cellules T spécifiques du virus. De plus, bloquer in vitro l’interaction de PD-1 avec son ligand PD-L1 en utilisant un anticorps bloquant rétabli la fonction de ces cellules. De façon intéressante, notre groupe ainsi que d’autres équipes, ont montré que l’expression de PD-1 était non seulement augmentée sur les cellules spécifiques de l’antigène mais aussi sur les cellules T totales. Cependant, peu de choses sont connues quant à l’impact de l’expression de PD-1 sur le renouvellement et la différenciation des cellules T qui expriment PD-1, et ce au cours de l’infection. L’expression de PD-1 n’a notamment pas été étudiée en phase aigue de l’infection. Nous montrons clairement que, aussi bien chez les individus en phase aigue qu’en phase chronique de l’infection, l’expression de PD-1 est augmentée sur toutes les sous-populations T, y compris les cellules naïves. Nous avons également mis en relief une distribution anormale des sous-populations T, ces cellules ayant un phénotype plus différencié, et ce à tous les stades de la maladie. Dans cette thèse, nous discutons le rôle possible de PD-1 dans l’homéostasie des cellules T chez les individus infectés par le VIH-1. En étudiant la transition de la phase aigue à la phase chronique de l’infection, nous avons trouvé que les sous-populations T CD8+ des individus récemment infectés exprimaient moins de PD-1 que celles des individus à un stade plus avancé de la maladie. Ces niveaux plus élevés de PD-1 sur les cellules T CD8+ en phase chronique sont associés à des niveaux réduits de prolifération in vivo – comme mesuré par l’expression de Ki67 – suggérant que l’expression de PD-1 est partiellement impliquée dans cette perte de fonction des cellules T CD8+. De plus, les cellules naïves s’accumulent en fréquence lors de la transition de la phase aigue à la phase chronique de l’infection. Considérant que les cellules naïves expriment déjà des hauts niveaux de PD-1, nous avons émis l’hypothèse que l’activation initiale des cellules T chez les individus chroniquement infectés est affectée. En résumé, nous proposons un modèle où des hauts niveaux d’expression de PD-1 sont associés à (1) un dysfonctionnement de la réponse cellulaire T CD8+ et (2) un défaut d’activation des cellules naïves ce qui contribue non seulement à la progression de la maladie mais aussi ce qui va limiter l’efficacité de potentiels vaccins dans l’infection par le VIH-1 en empêchant toute nouvelle réponse d’être initiée. Afin de mieux disséquer la réponse immunitaire mise en place lors d’une infection comme celle du VIH-1, nous avons développé un outil qui permet de détecter les cellules T CD4+ i.e. des tétramères de CMH de classe II. Ces réactifs ont pour but d’augmenter l’avidité du CMH de classe II pour son ligand et donc de détecter des TCR de faible affinité. Dans cette thèse, nous décrivons une méthode originale et efficace pour produire diverses molécules de HLA-DR liant de façon covalente le peptide antigénique. Mieux déterminer les mécanismes responsables de l’exhaustion des cellules T dans l’infection par le VIH-1 et de la progression de la maladie, ainsi que développer des outils de pointe pour suivre ces réponses T, est central à une meilleure compréhension de l’interaction entre le virus et le système immunitaire de l’hôte, et permettra ainsi le développement de stratégies pertinentes pour lutter contre l’infection par le VIH-1.

Études sur la dérégulation des cytokines et des cellules Natural Killer chez les patients infectés par le VIH-1

La prolifération, la différenciation ainsi que les fonctions des cellules du système immunitaire sont contrôlées en partie par les cytokines. Lors de l’infection par le VIH-1, les défauts observés dans les fonctions, la maintenance, ainsi que la consistance des cellules du système immunitaire sont en large partie attribués à une production altérée des cytokines et à un manque d’efficacité au niveau de leurs effets biologiques. Durant ces études, nous nous sommes intéréssés à la régulation et aux fonctions de deux cytokines qui sont l’IL-18 et l’IL-21. Nous avons observé une corrélation inversée significative entre les concentrations sériques d’IL-18 et le nombre des cellules NK chez les patients infectés par le VIH-1. Nos expériences in vitro ont démontré que cette cytokine induit l’apoptose des cellules NK primaires et que cette mort peut être inhibée par des anticorps neutralisants spécifiques pour FasL et TNF-α. Cette mort cellulaire est due à l’expression de FasL sur les cellules NK et à la production de TNF-α par ces cellules. L’IL-18 augmente aussi la susceptibilité à la mort des cellules NK par un stimulus pro-apoptotique, en diminuant l’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-XL. Nous démontrons aussi que, contrairement à l’IL-18, les niveaux d’IL-18BP sont plus faibles dans les sérum de patients infectés. Ceci résulte sur une production non coordonnée de ces deux facteurs, aboutissant à des niveaux élevés d’IL-18 libre et biologiquement active chez les patients infectés. L’infection de macrophages in vitro induit la production d’IL-18 et réduit celle d’IL-18BP. De plus, l’IL-10 et le TGF-β, dont les concentrations sont élevées chez les patients infectés, réduisent la production d’IL-18BP par les macrophages in vitro. Finalement, nous démontrons que l’IL-18 augmente la réplication du VIH-1 dans les lymphocytes T CD4+ infectés. Les niveaux élevés d’IL-18 libres et biologiquement actives chez les patients infectés contribuent donc à l’immuno-pathogénèse induite par le VIH-1 en perturbant l’homéostasie des cellules NK ainsi qu’en augmentant la réplication du virus chez les patients. Ces études suggèrent donc la neutralisation des effets néfastes de l’IL-18 en utilisant son inhibiteur naturel soit de l’IL-18BP exogène. Ceci permettrait de moduler l’activité de l’IL-18 in vivo à des niveaux souhaitables. L’IL-21 joue un rôle clef dans le contrôle des infections virales chroniques. Lors de ces études, nous avons déterminé la dynamique de la production d’IL-21 lors de l’infection par le VIH-1 et sa conséquence sur la survie des cellules T CD4+ et la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1. Nous avons démontré que sa production est compromise tôt au cours de l’infection et que les concentrations d’IL-21 corrèlent avec le compte de cellules T CD4+ chez les personnes infectées. Nos études ont démontré que le traitement antirétroviral restaure partiellement la production d’IL-21. De plus, l’infection par le VIH-1 de cellules T CD4+ humaines inhibe sa production en réduisant l’expression du facteur de transcription c-Maf. Nous avons aussi démontré que la fréquence des cellules T CD4+ spécifiques au VIH-1 qui produisent de l’IL-21 est réduite chez les patients virémiques. Selon nos résultats, l’IL-21 empêche l’apoptose spontanée des cellules T CD4+ de patients infectés et l’absence d’IL-21 réduit la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1 chez ces patients. Nos résultats démontrent que l'IL-21R est exprimé de façon égale sur tous les sous-types de cellules NK chez les donneurs sains et chez les patients infectés. L’IL-21 active les protéines STAT-3, MAPK et Akt afin d'augmenter les fonctions effectrices des cellules NK. L'activation de STAT-3 joue un rôle clef dans ces fonctions avec ou sans un traitement avec de l'IL-21. L'IL-21 augmente l'expression des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et Bcl-XL, augmente la viabilité des cellules NK, mais ne possède aucun effet sur leur prolifération. Nous démontrons de plus que l'IL-21 augmente l'ADCC, les fonctions sécrétrices et cytotoxiques ainsi que la viabilité des cellules NK provenant de patients chroniquement infectés par le VIH-1. De plus, cette cytokine semble présenter ces effets sans augmenter en contrepartie la réplication du VIH-1. Elle permet donc d'inhiber la réplication virale lors de co-cultures autologues de cellules NK avec des cellules T CD4+ infectées d'une manière dépendante à l'expression de perforine et à l'utilisation de la protéine LFA-1. Les niveaux d’IL-21 pourraient donc servir de marqueurs biologiques pour accompagner les informations sur le taux de cellules T CD4+ circulantes en nous donnant des informations sur l’état de fonctionnalité de ce compartiment cellulaire. De plus, ces résultats suggèrent l’utilisation de cette cytokine en tant qu’agent immunothérapeutique pour restaurer les niveaux normaux d’IL-21 et augmenter la réponse antivirale chez les patients infectés par le VIH-1.