Identification of systemic immune response markers through metabolomic profiling of plasma from calves given an intra-nasally delivered respiratory vaccine

Vaccination procedures within the cattle industry are important disease control tools to minimize economic and welfare burdens associated with respiratory pathogens. However, new vaccine, antigen and carrier technologies are required to combat emerging viral strains and enhance the efficacy of respiratory vaccines, particularly at the point of pathogen entry. New technologies, specifically metabolomic profiling, could be applied to identify metabolite immune-correlates representative of immune protection following vaccination aiding in the design and screening of vaccine candidates. This study for the first time demonstrates the ability of untargeted UPLC-MS metabolomic profiling to identify metabolite immune correlates characteristic of immune responses following mucosal vaccination in calves. Male Holstein Friesian calves were vaccinated with Pfizer Rispoval® PI3 + RSV intranasal vaccine and metabolomic profiling of post-vaccination plasma revealed 12 metabolites whose peak intensities differed significantly from controls. Plasma levels of glycocholic acid, N-[(3α,5β,12α)-3,12-Dihydroxy-7,24-dioxocholan-24-yl]glycine, uric acid and biliverdin were found to be significantly elevated in vaccinated animals following secondary vaccine administration, whereas hippuric acid significantly decreased. In contrast, significant upregulation of taurodeoxycholic acid and propionylcarnitine levels were confined to primary vaccine administration. Assessment of such metabolite markers may provide greater information on the immune pathways stimulated from vaccine formulations and benchmarking early metabolomic responses to highly immunogenic vaccine formulations could provide a means for rapidly assessing new vaccine formulations. Furthermore, the identification of metabolic systemic immune response markers which relate to specific cell signaling pathways of the immune system could allow for targeted vaccine design to stimulate key pathways which can be assessed at the metabolic level.

Burkholderia cenocepacia Lipopolysaccharide Modification and Flagellin Glycosylation Affect Virulence but Not Innate Immune Recognition in Plants

Burkholderia cenocepacia causes opportunistic infections in plants, insects, animals, and humans, suggesting that “virulence” depends on the host and its innate susceptibility to infection. We hypothesized that modifications in key bacterial molecules recognized by the innate immune system modulate host responses to B. cenocepacia. Indeed, modification of lipo- polysaccharide (LPS) with 4-amino-4-deoxy-L-arabinose and flagellin glycosylation attenuates B. cenocepacia infection in Arabi- dopsis thaliana and Galleria mellonella insect larvae. However, B. cenocepacia LPS and flagellin triggered rapid bursts of nitric oxide and reactive oxygen species in A. thaliana leading to activation of the PR-1 defense gene. These responses were drastically reduced in plants with fls2 (flagellin FLS2 host receptor kinase), Atnoa1 (nitric oxide-associated protein 1), and dnd1-1 (reduced production of nitric oxide) null mutations. Together, our results indicate that LPS modification and flagellin glycosylation do not affect recognition by plant receptors but are required for bacteria to establish overt infection.

Innate immune activation in neovascular Age-related Macular Degeneration

Purpose: To compare white blood cell populations from persons with neovascular age-related macular degeneration (nAMD) with that of age-matched controls.

Methods: Immunophenotyping for white blood cell populations (including CD14++CD16-, CD14++CD16+ and CD14+CD16++ monocytes, CD4 and CD8 T-lymphocytes, CD56 natural killer cells, CD19 B-lymphocytes and CD16+HLA-DR- neutrophils), chemokine receptor expression analysis (CX3CR1 and CCR2) as well as cell activation analysis (MHC-II, HLA-DR, CD62L, STAT3) was performed using samples of peripheral blood from nAMD patients and age- and gender-matched controls.

Results: The percentage of CD4+ T cells was significantly reduced while the percentage of CD11b+ cells and CD16+HLA-DR- neutrophils was significantly increased in nAMD patients compared to controls. The percentage of classical (CD14++CD16-), intermediate (CD14++CD16+) and non-classical (CD14+CD16++) monocytes was similar between nAMD patients and controls, however there was a significant increase of CX3CR1 on the intermediate monocyte subset and on CD16+HLA-DR- neutrophils in nAMD compared to controls. HLA-DR was significantly increased in all monocyte subsets in nAMD compared to controls. Activation of Signal Transducer and Activator of Transcription 3 (STAT3) was significantly increased in nAMD patients compared to controls following stimulation with IL6.

Conclusions: Our results suggest an increased activation of the innate immune system in patients with nAMD. A better understanding of the role of the innate immune system in the pathogenesis of nAMD may help identify novel biomarkers and thus development of improved therapeutic strategies.

Chp8, a diguanylate cyclase from Pseudomonas syringae pv tomato DC3000 suppresses the PAMP flagellin, increases EPS and promotes plant immune evasion.

The bacterial plant pathogen Pseudomonas syringae causes disease in a wide range of plants. The associated decrease in crop yields results in economic losses and threatens global food security. Competition exists between the plant immune system and the pathogen, the basic principles of which can be applied to animal infection pathways. P. syringae uses a type III secretion system (T3SS) to deliver virulence factors into the plant that promote survival of the bacterium. The P. syringae T3SS is a product of the hypersensitive response and pathogenicity (hrp) and hypersensitive response and conserved (hrc) gene cluster, which is strictly controlled by the codependent enhancer-binding proteins HrpR and HrpS. Through a combination of bacterial gene regulation and phenotypic studies, plant infection assays, and plant hormone quantifications, we now report that Chp8 (i) is embedded in the Hrp regulon and expressed in response to plant signals and HrpRS, (ii) is a functional diguanylate cyclase, (iii) decreases the expression of the major pathogen-associated molecular pattern (PAMP) flagellin and increases extracellular polysaccharides (EPS), and (iv) impacts the salicylic acid/jasmonic acid hormonal immune response and disease progression. We propose that Chp8 expression dampens PAMP-triggered immunity during early plant infection.

Immune responses in Bathymodiolus azoricus upon Vibrio challenges : approaches to characterize mussel survival strategies and physiological adaptations in deep sea extreme environments

Tese de Doutoramento, Ciências do Mar, especialidade de Biologia Marinha, 18 de Dezembro de 2015, Universidade dos Açores.

The ubiquitin editing enzyme A20 maintains immune homeostasis and prevents autoimmunity

Dissertation presented to obtain the Doctorate degree (Ph.D.) in Biology at Instituto de Tecnologia Química e Biológica da Universidade Nova de Lisboa

Covariation between colony social structure and immune defences of workers in the ant Formica selysi

Several ant species vary in the number of queens per colony, yet the causes and consequences of this variation remain poorly understood. In previous experiments, we found that Formica selysi workers originating from multiple-queen (=polygyne) colonies had a lower resistance to a fungal pathogen than workers originating from single-queen (=monogyne) colonies. In contrast, group diversity improved disease resistance in experimental colonies. This discrepancy between field and experimental colonies suggested that variation in social structure in the field had antagonistic effects on worker resistance, possibly through a down-regulation of the immune system balancing the positive effect of genetic diversity. Here, we examined if workers originating from field colonies with alternative social structure differed in three major components of their immune system. We found that workers from polygyne colonies had a lower bacterial growth inhibitory activity than workers from monogyne colonies. In contrast, workers from the two types of colonies did not differ significantly in bacterial cell wall lytic activity and prophenoloxidase activity. Overall, the presence of multiple queens in a colony correlated with a slight reduction in one inducible component of the immune system of individual workers. This reduced level of immune defence might explain the lower resistance of workers originating from polygyne colonies despite the positive effect of genetic diversity. More generally, these results indicate that social changes at the group level can modulate individual immune defences.

Immune regulation and function of the NOD-like receptors NLRC5 and NLRP3

AbstractThe vertebrate immune system is composed of the innate and the adaptive branches. Innate immune cells represent the first line of defense and detect pathogens through pattern recognition receptors (PRRs), detecting evolutionary conserved pathogen- and danger- associated molecular patterns. Engagement of these receptors initiates the inflammatory response, but also instructs antigen-specific adaptive immune cells. NOD-like receptors (NLRs) are an important group of PRRs, leading to the production of inflammatory mediators and favoring antigen presentation to Τ lymphocytes through the regulation of major histocompatibility complex (MHC) molecules.In this work we focused our attention on selected NOD-like receptors (NLRs) and their role at the interface between innate and adaptive immunity. First, we describe a new regulatory mechanism controlling IL-1 production. Our results indicate that type I interferons (IFNs) block NLRP1 and NLRP3 inflammasome activity and interfere with LPS-driven proIL-Ια and -β induction. As type I IFNs are produced upon viral infections, these anti-inflammatory effects of type I IFN could be relevant in the context of superinfections, but could also help explaining the efficacy of IFN-β in multiple sclerosis treatment.The second project addresses the role of a novel NLR family member, called NLRC5. The function of this NLR is still matter of debate, as it has been proposed as both an inhibitor and an activator of different inflammatory pathways. We found that the expression of this protein is restricted to immune cells and is positively regulated by IFNs. We generated Nlrc5-deficient mice and found that this NLR plays an essential role in Τ, NKT and, NK lymphocytes, in which it drives the expression of MHC class I molecules. Accordingly, we could show that CD8+ Τ cell-mediated killing of target lymphocytes lacking NLRC5 is strongly impaired. Moreover, NLRC5 expression was found to be low in many lymphoid- derived tumor cell lines, a mechanism that could be exploited by tumors to escape immunosurveillance.Finally, we found NLRC5 to be involved in the production of IL-10 by CD4+ Τ cells, as Nlrc5- deficient Τ lymphocytes produced less of this cytokine upon TCR triggering. In line with these observations, Mrc5-deficient CD4+ Τ cells expanded more than control cells when transferred into lymphopenic hosts and led to a more rapid appearance of colitis symptoms. Therefore, our work gives novel insights on the function of NLRC5 by using knockout mice, and strongly supports the idea that NLRs direct not only innate, but also adaptive immune responses.

Immune monitoring design within the developmental pipeline for an immunotherapeutic or preventive vaccine

Immunotherapy is defined as the treatment of disease by inducing, enhancing, or suppressing an immune response, whereas preventive vaccination is intended to prevent the development of diseases in healthy subjects. Most successful prophylactic vaccines rely on the induction of high titers of neutralizing antibodies. It is generally thought that therapeutic vaccination requires induction of robust T-cell mediated immunity. The diverse array of potential or already in use immunotherapeutic and preventive agents all share the commonality of stimulating the immune system. Hence, measuring those vaccination-induced immune responses gives the earliest indication of vaccine take and its immune modulating effects.

Role of CD4+ T cells in the regulation of the immune response against encapsulated Group B Streptococcus

Le Streptocoque de groupe B (GBS) est un important agent d’infection invasive pouvant mener à la mort et demeure la cause principale de septicémie néonatale à ce jour. Neuf sérotypes ont été officiellement décrits basés sur la composition de la capsule polysaccharidique (CPS). Parmi ces sérotypes, le type III est considéré le plus virulent et fréquemment associé aux maladies invasives graves, telle que la méningite. Malgré que plusieurs recherches aient été effectuées au niveau des interactions entre GBS type III et les cellules du système immunitaire innées, aucune information n’est disponible sur la régulation de la réponse immunitaire adaptative dirigée contre ce dernier. Notamment, le rôle de cellules T CD4+ dans l’immuno-pathogenèse de l’infection causée par GBS n’a jamais été étudié. Dans cet étude, trois différents modèles murins d’infection ont été développé pour évaluer l’activation et la modulation des cellules T CD4+ répondantes au GBS de type III : ex vivo, in vivo, et in vitro. Les résultats d’infections ex vivo démontrent que les splénocytes totaux répondent à l’infection en produisant des cytokines de type-1 pro-inflammatoires. Une forte production d’IL-10 accompagne cette cascade inflammatoire, probablement dans l’effort de l’hôte de maintenir l’homéostasie. Les résultats démontrent aussi que les cellules T sont activement recrutées par les cellules répondantes du système inné en produisant des facteurs chimiotactiques, tels que CXCL9, CXCL10, et CCL3. Plus spécifiquement, les résultats obtenus à partir des cellules isolées T CD4+ provenant des infections ex vivo ou in vivo démontrent que ces cellules participent à la production d’IFN-γ et de TNF-α ainsi que d’IL-2, suggérant un profil d’activation Th1. Les cellules isolées T CD4+ n’étaient pas des contributeurs majeurs d’IL-10. Ceci indique que cette cytokine immuno-régulatrice est principalement produite par les cellules de l’immunité innée de la rate de souris infectées. Le profil Th1 des cellules T CD4+ a été confirmé en utilisant un modèle in vitro. Nos résultats démontrent aussi que la CPS de GBS a une role immuno-modulateur dans le développement de la réponse Th1. En résumé, cette étude adresse pour la première fois, la contribution des cellules T CD4+ dans la production d’IFN-γ lors d’une infection à GBS et donc, dans le développement d’une réponse de type Th1. Ces résultats renforcent d’avantage le rôle central de cette cytokine pour un control efficace des infections causées par ce pathogène.

Étude de l’impact de la grossesse sur l’hépatite auto-immune dans un modèle expérimental murin

L’hépatite auto-immune (HAI) est une maladie chronique caractérisée par une destruction progressive du parenchyme hépatique par le système immunitaire. La majorité des patients atteints d’HAI sont des femmes (75% à 90% des cas). L’amélioration des traitements au cours des dernières années a permis à un grand nombre de ces femmes de devenir enceintes. Pendant la grossesse, une rémission spontanée de la maladie a pu être observée chez les femmes atteintes d’HAI. Cette rémission est temporaire et elle est généralement suivie d’une rechute suite à l’accouchement (post-partum). Les causes exactes de cette rémission associée à la grossesse et de la rechute post-partum ne sont pas connues à ce jour. Nous avons donc tenté de reproduire ces phénomènes dans un modèle murin d’HAI développé dans notre laboratoire, afin de déterminer les mécanismes possiblement impliqués. Notre modèle d’HAI consiste en une xéno-immunisation de souris C57BL/6 avec les auto-antigènes impliqués dans l’HAI de type 2 chez l’humain. Nous avons ainsi accouplées des souris préalablement xéno-immunisées, puis nous les avons sacrifiées au début de la 3e semaine de gestation ou 2 à 3 semaines post-partum, afin d’évaluer les dommages hépatiques et afin d’étudier la réponse immunitaire. Comme chez les femmes atteintes d’HAI, les souris présentent une rémission de la maladie pendant la grossesse. Nous en sommes venus à cette conclusion par l’observation d’une diminution de l’inflammation hépatique, des niveaux de transaminases sériques et des titres d’auto-anticorps circulants. À l’inverse des humains, les souris xéno-immunisées ne présentent pas de rechute post-partum. Une analyse des cellules régulatrices (cellules T régulatrices et cellules B productrices d'IL-10) suggère une implication des Tregs hépatiques dans la rémission, car ceux-ci sont augmentés pendant la gestation. Ces Tregs hépatiques sont majoritairement d’origine thymique et ne semblent pas particulièrement attirés au foie en réponse à l’inflammation. La polarisation TH2 est un phénomène connu pendant la grossesse, par contre elle ne semble pas influencer la réponse auto-immune dans nos souris. Une meilleure compréhension des mécanismes d’immunosuppression observés lors de la grossesse pourrait mener au développement d’une thérapie mieux ciblée.

Recognition of hepatitis C virus RNA by toll like receptors 7 and 8 : implications for the initiation of innate immune response

Le virus de l’hépatite C (VHC) est un virus à ARN simple brin positif (ssARN) qui se replique dans le foie. Deux cents millions de personnes sont infectées par le virus dans le monde et environ 80% d’entre elles progresseront vers un stade chronique de l’infection. Les thérapies anti-virales actuelles comme l’interféron (IFN) ou la ribavirin sont de plus en plus utilisées mais ne sont efficaces que dans la moitié des individus traités et sont souvent accompagnées d’une toxicité ou d’effets secondaires indésirables. Le système immunitaire inné est essentiel au contrôle des infections virales. Les réponses immunitaires innées sont activées suite à la reconnaissance par les Pathogen Recognition Receptors (PRRs), de motifs macromoléculaires dérivés du virus appelés Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs). Bien que l'activation du système immunitaire par l'ARN ou les protéines du VHC ait été largement étudiée, très peu de choses sont actuellement connues concernant la détection du virus par le système immunitaire inné. Et même si l’on peut très rapidement déceler des réponses immunes in vivo après infection par le VHC, l’augmentation progressive et continue de la charge virale met en évidence une incapacité du système immunitaire à contrôler l’infection virale. Une meilleure compréhension des mécanismes d’activation du système immunitaire par le VHC semble, par conséquent, essentielle au développement de stratégies antivirales plus efficaces. Dans le présent travail nous montrons, dans un modèle de cellule primaire, que le génome ARN du VHC contient des séquences riches en GU capables de stimuler spécifiquement les récepteurs de type Toll (TLR) 7 et 8. Cette stimulation a pour conséquence la maturation des cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDCs), le production d’interféron de type I (IFN) ainsi que l’induction de chémokines et cytokines inflammatoires par les différentes types de cellules présentatrices d’antigènes (APCs). Les cytokines produites après stimulation de monocytes ou de pDCs par ces séquences ssARN virales, inhibent la production du virus de façon dépendante de l’IFN. En revanche, les cytokines produites après stimulation de cellules dendritiques myéloïdes (mDCs) ou de macrophages par ces mêmes séquences n’ont pas d’effet inhibiteur sur la production virale car les séquences ssARN virales n’induisent pas la production d’IFN par ces cellules. Les cytokines produites après stimulation des TLR 7/8 ont également pour effet de diminuer, de façon indépendante de l’IFN, l’expression du récepteur au VHC (CD81) sur la lignée cellulaire Huh7.5, ce qui pourrait avoir pour conséquence de restreindre l’infection par le VHC. Quoiqu’il en soit, même si les récepteurs au VHC comme le CD81 sont largement exprimés à la surface de différentes sous populations lymphocytaires, les DCs et les monocytes ne répondent pas aux VHC, Nos résultats indiquent que seuls les macrophages sont capables de reconnaître le VHC et de produire des cytokines inflammatoires en réponse à ce dernier. La reconnaissance du VHC par les macrophages est liée à l’expression membranaire de DC-SIGN et l’engagement des TLR 7/8 qui en résulte. Comme d’autres agonistes du TLR 7/8, le VHC stimule la production de cytokines inflammatoires (TNF-α, IL-8, IL-6 et IL-1b) mais n’induit pas la production d’interféron-beta par les macrophages. De manière attendue, la production de cytokines par des macrophages stimulés par les ligands du TLR 7/8 ou les séquences ssARN virales n’inhibent pas la réplication virale. Nos résultats mettent en évidence la capacité des séquences ssARN dérivées du VHC à stimuler les TLR 7/8 dans différentes populations de DC et à initier une réponse immunitaire innée qui aboutit à la suppression de la réplication virale de façon dépendante de l’IFN. Quoiqu’il en soit, le VHC est capable d’échapper à sa reconnaissance par les monocytes et les DCs qui ont le potentiel pour produire de l’IFN et inhiber la réplication virale après engagement des TLR 7/8. Les macrophages possèdent quant à eux la capacité de reconnaître le VHC grâce en partie à l’expression de DC-SIGN à leur surface, mais n’inhibent pas la réplication du virus car ils ne produisent pas d’IFN. L’échappement du VHC aux défenses antivirales pourrait ainsi expliquer l’échec du système immunitaire inné à contrôler l’infection par le VHC. De plus, la production de cytokines inflammatoires observée après stimulation in vitro des macrophages par le VHC suggère leur potentielle contribution dans l’inflammation que l’on retrouve chez les individus infectés par le VHC.

Extraction of Glucan from Acremonium Diospyri and Its Application in Macrobrachium Rosenbergii Larval Rearing System Along With Bacterians as Microspheres

Present work is aimed at development of an appropriate microbial technology for protection of larvae of macrobrachium rosenbergii from disease and to increase survival rate in hatcheries. Application of immunostimulants to activate the immune system of cultured animals against pathogen is the widely accepted alternative to antibiotics in aquaculture. The most important immunostimulant is glucan. Therefore a research programme entitled as extraction of glucan from Acremonium diospyri and its application in macrobrachium rosenbergii larval rearing system along with bacterians as microspheres. The main objectives of the study are development of aquaculture grade glucan from acremonium diospyri, microencapsulated drug delivery system for the larvae of M. rosenbergii and microencapsulated glucan with bacterian preparation for the enhanced production of M. rosenbergii in larval rearing system. Based on the results of field trials microencapsulated glucan with bacterin preparation, it is concluded that the microencapsulated preparation at a concentration of 25g per million larvae once in seven days will enhance the production and quality seed of M. rosenbergii.

Fatty acids as gatekeepers of immune cell regulation

Fatty acids have diverse roles in all cells. They are important as a source of energy, as structural components of cell membranes, as signalling molecules and as precursors for the synthesis of eicosanoids. Recent research has suggested that the organization of fatty acids into distinct cellular pools has a particularly important role in cells of the immune system and that forms of lipid trafficking exist, which are as yet poorly understood. This Review examines the nature and regulation of cellular lipid pools in the immune system, their delivery of fatty acids or fatty acid derivatives to specific locations and their potential role in health and disease.

Lipids and the immune response: from molecular mechanisms to clinical applications

Purpose of review This review critically evaluates recent studies investigating the effects of fatty acids on immune and inflammatory responses in both healthy individuals and in patients with inflammatory diseases, with some reference to animal studies where relevant. It examines recent findings describing the cellular and molecular basis for the modulation of immune function by fatty acids. The newly emerging area of diet-genotype interactions will also be discussed, with specific reference to the anti-inflammatory effects of fish oil. Recent findings Fatty acids are participants in many intracellular signalling pathways. They act as ligands for nuclear receptors regulating a host of cell responses, they influence the stability of lipid rafts, and modulate eicosanoid metabolism in cells of the immune system. Recent findings suggest that some or all of these mechanisms may be involved in the modulation of immune function by fatty acids. Summary Human studies investigating the relationship between dietary fatty acids and some aspects of the immune response have been disappointingly inconsistent. This review presents the argument that most studies have not been adequately powered to take into account the influence of variation (genotypic or otherwise) on parameters of immune function. There is well-documented evidence that fatty acids modulate T lymphocyte activation, and recent findings describe a range of potential cellular and molecular mechanisms. However, there are still many questions remaining, particularly with respect to the roles of nuclear receptors, for which fatty acids act as ligands, and the modulation of eicosanoid synthesis, for which fatty acids act as precursors.