Leishmania major induces distinct neutrophil phenotypes in mice that are resistant or susceptible to infection.

Polymorphonuclear neutrophils (PMN) are key components of the inflammatory response contributing to the development of pathogen-specific immune responses. Following infection with Leishmania major, neutrophils are recruited within hours to the site of parasite inoculation. C57BL/6 mice are resistant to infection, and BALB/c mice are susceptible to infection, developing unhealing, inflammatory lesions. In this report, we investigated the expression of cell surface integrins, TLRs, and the secretion of immunomodulatory cytokines by PMN of both strains of mice, in response to infection with L. major. The parasite was shown to induce CD49d expression in BALB/c-inflammatory PMN, and expression of CD49d remained at basal levels in C57BL/6 PMN. Equally high levels of CD11b were expressed on PMN from both strains. In response to L. major infection, the levels of TLR2, TLR7, and TLR9 mRNA were significantly higher in C57BL/6 than in BALB/c PMN. C57BL/6 PMN secreted biologically active IL-12p70 and IL-10. In contrast, L. major-infected BALB/c PMN transcribed and secreted high levels of IL-12p40 but did not secrete biologically active IL-12p70. Furthermore, IL-12p40 was shown not to associate with IL-23 p19 but formed IL-12p40 homodimers with inhibitory activity. No IL-10 was secreted by BALB/c PMN. Thus, following infection with L. major, in C57BL/6 mice, PMN could constitute one of the earliest sources of IL-12, and in BALB/c mice, secretion of IL-12p40 could contribute to impaired, early IL-12 signaling. These distinct PMN phenotypes may thus influence the development of L. major-specific immune response.

The inflammasome recognizes cytosolic microbial and host DNA and triggers an innate immune response.

The innate immune system recognizes nucleic acids during infection and tissue damage. Whereas viral RNA is detected by endosomal toll-like receptors (TLR3, TLR7, TLR8) and cytoplasmic RIG-I and MDA5, endosomal TLR9 and cytoplasmic DAI bind DNA, resulting in the activation of nuclear factor-kappaB and interferon regulatory factor transcription factors. However, viruses also trigger pro-inflammatory responses, which remain poorly defined. Here we show that internalized adenoviral DNA induces maturation of pro-interleukin-1beta in macrophages, which is dependent on NALP3 and ASC, components of the innate cytosolic molecular complex termed the inflammasome. Correspondingly, NALP3- and ASC-deficient mice display reduced innate inflammatory responses to adenovirus particles. Inflammasome activation also occurs as a result of transfected cytosolic bacterial, viral and mammalian (host) DNA, but in this case sensing is dependent on ASC but not NALP3. The DNA-sensing pro-inflammatory pathway functions independently of TLRs and interferon regulatory factors. Thus, in addition to viral and bacterial components or danger signals in general, inflammasomes sense potentially dangerous cytoplasmic DNA, strengthening their central role in innate immunity.

Innate immune sensing of modified vaccinia virus Ankara (MVA) is mediated by TLR2-TLR6, MDA-5 and the NALP3 inflammasome.

Modified vaccinia virus Ankara (MVA) is an attenuated double-stranded DNA poxvirus currently developed as a vaccine vector against HIV/AIDS. Profiling of the innate immune responses induced by MVA is essential for the design of vaccine vectors and for anticipating potential adverse interactions between naturally acquired and vaccine-induced immune responses. Here we report on innate immune sensing of MVA and cytokine responses in human THP-1 cells, primary human macrophages and mouse bone marrow-derived macrophages (BMDMs). The innate immune responses elicited by MVA in human macrophages were characterized by a robust chemokine production and a fairly weak pro-inflammatory cytokine response. Analyses of the cytokine production profile of macrophages isolated from knockout mice deficient in Toll-like receptors (TLRs) or in the adapter molecules MyD88 and TRIF revealed a critical role for TLR2, TLR6 and MyD88 in the production of IFNbeta-independent chemokines. MVA induced a marked up-regulation of the expression of RIG-I like receptors (RLR) and the IPS-1 adapter (also known as Cardif, MAVS or VISA). Reduced expression of RIG-I, MDA-5 and IPS-1 by shRNAs indicated that sensing of MVA by RLR and production of IFNbeta and IFNbeta-dependent chemokines was controlled by the MDA-5 and IPS-1 pathway in the macrophage. Crosstalk between TLR2-MyD88 and the NALP3 inflammasome was essential for expression and processing of IL-1beta. Transcription of the Il1b gene was markedly impaired in TLR2(-/-) and MyD88(-/-) BMDM, whereas mature and secreted IL-1beta was massively reduced in NALP3(-/-) BMDMs or in human THP-1 macrophages with reduced expression of NALP3, ASC or caspase-1 by shRNAs. Innate immune sensing of MVA and production of chemokines, IFNbeta and IL-1beta by macrophages is mediated by the TLR2-TLR6-MyD88, MDA-5-IPS-1 and NALP3 inflammasome pathways. Delineation of the host response induced by MVA is critical for improving our understanding of poxvirus antiviral escape mechanisms and for designing new MVA vaccine vectors with improved immunogenicity.

Histones trigger sterile inflammation by activating the NLRP3 inflammasome.

Sterile cell death mediated inflammation is linked to several pathological disorders and involves danger recognition of intracellular molecules released by necrotic cells that activate different groups of innate pattern recognition receptors. Toll-like receptors directly interact with their extrinsic or intrinsic agonists and induce multiple proinflammatory mediators. In contrast, the NLRP3 inflammasome is rather thought to represent a downstream element integrating various indirect stimuli into proteolytic cleavage of interleukin (IL)-1β and IL-18. Here, we report that histones released from necrotic cells induce IL-1β secretion in an NLRP3-ASC-caspase-1-dependent manner. Genetic deletion of NLRP3 in mice significantly attenuated histone-induced IL-1β production and neutrophil recruitment. Furthermore, necrotic cells induced neutrophil recruitment, which was significantly reduced by histone-neutralizing antibodies or depleting extracellular histones via enzymatic degradation. These results identify cytosolic uptake of necrotic cell-derived histones as a triggering mechanism of sterile inflammation, which involves NLRP3 inflammasome activation and IL-1β secretion via oxidative stress.

NLRC4 inflammasomes in dendritic cells regulate noncognate effector function by memory CD8⁺ T cells.

Memory T cells exert antigen-independent effector functions, but how these responses are regulated is unclear. We discovered an in vivo link between flagellin-induced NLRC4 inflammasome activation in splenic dendritic cells (DCs) and host protective interferon-γ (IFN-γ) secretion by noncognate memory CD8(+) T cells, which could be activated by Salmonella enterica serovar Typhimurium, Yersinia pseudotuberculosis and Pseudomonas aeruginosa. We show that CD8α(+) DCs were particularly efficient at sensing bacterial flagellin through NLRC4 inflammasomes. Although this activation released interleukin 18 (IL-18) and IL-1β, only IL-18 was required for IFN-γ production by memory CD8(+) T cells. Conversely, only the release of IL-1β, but not IL-18, depended on priming signals mediated by Toll-like receptors. These findings provide a comprehensive mechanistic framework for the regulation of noncognate memory T cell responses during bacterial immunity.

Les inflammasomes et les maladies humaines

The understanding of the innate immunity, the first line of the host defence, was significantly modified following the sequential discovery of innate immune receptors such as the Toll-like receptors (TLRs) and the NOD-like receptors (NLRs). In response to recognition of microbial patterns or danger signals, some NLRs assemble a multimolecular platform termed as the inflammasome. Inflammasome assembly leads to the activation of the proinflammatory caspase-1. Consequently, an inflammatory immune response is mounted along with a programmed cell death, called pyroptosis. This review summarizes recent advances in the knowledge of the inflammasome and its role in auto-inflammatory diseases, autoimmune diseases, and most common metabolic, cardiovascular or rheumatic diseases.

Innate immune responses to "Aspergillus fumigatus"

AbstractAspergillus fumigatus is a ubiquitous mould that can cause invasive aspergillosis, a potentially lethal infection in onco-hematological patients. With an incidence rate ranging from 5 to 15%, invasive aspergillosis (IA) is one of the most frequent infections in patients undergoing intensive myeloablative chemotherapy for acute leukaemia or allogenic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT). Toll-like receptors (TLRs) are transmembrane proteins located in immune cells, such as macrophages sand dendritic cells, that detect molecular motifs from invading pathogens to initiate immune response mechanisms. Studies suggested a role for TLR2 and TLR4 in the detection of A. fumigatus. However, few data are available on the role of TLR1 and TLR6, both known as TLR2 co-receptors, in innate immune responses to this pathogen.In this study, we used an immunogenic mutant strain of A. fumigatus, together with a wild-type strain, to analyse the role of TLRs and their signalling pathways in the innate immune response to this mould. We show for the first time that this response involves both TLR1 and TLR6 in mouse and TLR1, but not TLR6, in human. We show that, despite the high sequence homology between TLR1 and TLR6, the specificity in the sensing of A. fumigatus relies on the human TLR1 and TLR6 ectodomains. Furthermore, we show that two human single nucleotide polymorphisms (SNPs) (G1805T [S6021] and G239C [R80T]) affect the response to this pathogen. Our work also confirms the role of TLR2 and TLR4 in the detection of A. fumigatus, together with their co-receptors CD 14 and MD2, in both mouse and human, and highlights the nature of the intracellular signaling pathway used by these receptors to mediate the immune response against this pathogen.This study provides a comprehensive analysis of the role of TLRs and their signalling pathways in the innate immune recognition of A. fumigatus and may have important consequences for diagnosis, management and treatment of IA in high risk patients.RésuméAspergillus fumigatus est un champignon saprophyte ubiquitaire qui peut causer l'aspergillose invasive (AI), une infection potentiellement mortelle chez les patients onco-hématologiques. Avec un taux d'incidence de 5 à 15%, l'AI est l'une des infections les plus fréquentes chez les patients subissant une chimiothérapie intensive pour une leucémie aiguë ou une allogreffe de cellules souches hématopoïétiques. Les récepteurs Toll-like (Toll-like receptors, TLRs) sont des protéines transmembranaires placés stratégiquement à la surface de certaines cellules immunitaires, comme les macrophages et les cellules dendritiques. Ces protéines sont capables de détecter des motifs moléculaires à la surface des pathogènes et de déclencher la réponse immunitaire innée. Des études ont suggéré l'implication de TLR2 et TLR4 dans la détection dΆ. fumigatus. Cependant, peu de données sont disponibles sur le rôle de TLR1 et TLR6, qui sont les co-récepteurs de TLR2, dans ce mécanisme de défense immunitaire.Dans cette étude, nous avons utilisé une souche particulièrement immunogénique d'A. fumigatus, ainsi qu'une souche sauvage, pour analyser l'implication des récepteurs TLRs dans la réponse immunitaire à ce champignon filamenteux. Nous montrons pour la première fois que cette détection implique TLR1 et TLR6 chez la souris, et TLR1, mais pas TLR6, chez l'homme. Nous montrons également que la spécificité de détection chez l'homme est due à des séquences spécifiques du domaine extra- membranaire de TLR1 et TLR6, et que des polymorphismes mono-nucléotidiques du récepteur (G1805T [S602I] and G239C [R80T]) influencent la réponse à ce pathogène. Nous confirmons également l'implication de TLR2 et TLR4, avec leurs co-récepteurs CD14 et MD2, dans la détection d'A. fumigatus, chez l'homme et la souris, et mettons en évidence les voies de signalisation cellulaires impliquées dans la réponse immunitaire à ce pathogène.Ces nouvelles connaissances sur le rôle des TLRs et de leurs voies de signalisation cellulaire dans la détection immunitaire innée d'A. fumigatus pourraient influencer le diagnostic, la prévention et le traitement de l'AI chez les patients à haut risque de développer cette infection.

Activation of the NLRP3 inflammasome in dendritic cells induces IL-1beta-dependent adaptive immunity against tumors.

The therapeutic efficacy of anticancer chemotherapies may depend on dendritic cells (DCs), which present antigens from dying cancer cells to prime tumor-specific interferon-gamma (IFN-gamma)-producing T lymphocytes. Here we show that dying tumor cells release ATP, which then acts on P2X(7) purinergic receptors from DCs and triggers the NOD-like receptor family, pyrin domain containing-3 protein (NLRP3)-dependent caspase-1 activation complex ('inflammasome'), allowing for the secretion of interleukin-1beta (IL-1beta). The priming of IFN-gamma-producing CD8+ T cells by dying tumor cells fails in the absence of a functional IL-1 receptor 1 and in Nlpr3-deficient (Nlrp3(-/-)) or caspase-1-deficient (Casp-1(-/-)) mice unless exogenous IL-1beta is provided. Accordingly, anticancer chemotherapy turned out to be inefficient against tumors established in purinergic receptor P2rx7(-/-) or Nlrp3(-/-) or Casp1(-/-) hosts. Anthracycline-treated individuals with breast cancer carrying a loss-of-function allele of P2RX7 developed metastatic disease more rapidly than individuals bearing the normal allele. These results indicate that the NLRP3 inflammasome links the innate and adaptive immune responses against dying tumor cells.

Polyene macrolide antifungal drugs trigger interleukin-1β secretion by activating the NLRP3 inflammasome.

The use of antimycotic drugs in fungal infections is based on the concept that they suppress fungal growth by a direct killing effect. However, amphotericin and nystatin have been reported to also trigger interleukin-1β (IL-1β) secretion in monocytes but the molecular mechanism is unknown. Here we report that only the polyene macrolides amphotericin B, nystatin, and natamycin but none of the tested azole antimycotic drugs induce significant IL-1β secretion in-vitro in dendritic cells isolated from C57BL/6 mouse bone marrow. IL-1β release depended on Toll-like receptor-mediated induction of pro-IL-1β as well as the NLRP3 inflammasome, its adaptor ASC, and caspase-1 for enzymatic cleavage of pro-IL-1β into its mature form. All three drugs induced potassium efflux from the cells as a known mechanism for NLRP3 activation but the P2X7 receptor was not required for this process. Natamycin-induced IL-1β secretion also involved phagocytosis, as cathepsin activation as described for crystal-induced IL-1β release. Together, the polyene macrolides amphotericin B, nystatin, and natamycin trigger IL-1β secretion by causing potassium efflux from which activates the NLRP3-ASC-caspase-1. We conclude that beyond their effects on fungal growth, these antifungal drugs directly activate the host's innate immunity.

Role of neutrophils in "Leishmania" infection

Résumé : Dans le modèle murin d'infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major), la souche de souris C57BL/6 est résistante a |'infection et développe une réponse protectrice Thelper (Th) 1. Inversement, les souris de la souche BALB/c développent une réponse Th2 et sont sensibles a cette infection. A la suite d'une infection avec ce parasite, les neutrophiles sont les premières cellules présentes au site d'infection et sont recrutées de manière égale dans les souches résistantes et sensibles à L. major, Néanmoins, trois jours après l'infection, la majorité des neutrophiles disparaissent du site d'infection chez les souris C57BL/6, tandis que ils restent jusqu'a dix jours chez les souris BALB/c. Un rôle crucial des neutrophiles a été démontré durant l'infection avec L. major. En effet, la déplétion de ces cellules avant |'infection dans les souris BALB/c, conduit a une réduction du développement des lésions, associée à une baisse de la charge parasitaire et a une modification de la réponse immunitaire vers une réponse Th1 dans des souris normalement sensibles a |'infection, suggérant un rôle immunorégulateur de ces neutrophiles durant les premiers jours de l'infection. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié le rôle des neutrophiles suite à l'infection avec L. major. Nous avons démontré que le parasite induisait des phénotypes de neutrophiles distincts chez les souris résistantes ou sensibles à L. major. Suite à l'exposition au parasite, les neutrophiles de souris C57BL/6 ont montré une expression élevée des récepteurs Toll-like 2, 7 et 9 ainsi que la sécrétion d'lL-12p7O et d'lL-10, alors que ceux de souris BALB/c sécrétaient de l'IL-12p40 et du TGFB. Nous avons ensuite démontré qu'en réponse à L. major, au contraire des neutrophiles de BALB/c, les neutrophiles de souris résistantes C57BL/6, libéraient la chimiokine CCL3 attirant les cellules dendritiques. Le rôle crucial de cette chimiokine dans la migration de la première de vague de cellules dendritiques au site d'infection ainsi que son rôle dans le développement de la réponse immunitaire subséquente a été établi. Ces résultats démontrent que les neutrophiles, suite a |'infection avec le parasite L. major, créent un microenvironnement capable de déterminer le développement d'une réponse immunitaire spécifique a un antigène. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au rôle des neutrophiles suite a l'infection avec d'autres espèces de Leishmania: L, doriovani et L. mexicaria, agents responsables de leishmaniose viscérale et cutanée chronique respectivement. Un rôle crucial des neutrophiles a été démontré dans la réponse protectrice suite a l'infection avec L. donovani, l'absence de ces cellules amenant à une susceptibilité au parasite accrue, associée avec une induction préférentielle d'une réponse Th2. Inversement, la déplétion des neutrophiles lors de l'infection avec L. mexicaria aboutit a une résistance accrue, comme constaté par la baisse dela charge parasitaire, la hausse de la réponse Th1 ainsi la baisse de la réponse Th2 dans les souris déplétées en neutrophiles. Néanmoins, malgré le rôle délétère des neutrophiles sur le développement d'une réponse protectrice suite à |'infection avec L. mexicana, ces cellules sont nécessaires pour une résolution correcte dela réponse inflammatoire. En résumé, cette étude révèle un rôle majeur des neutrophiles lors de |'infection avec plusieurs especes de Leishmania. Résumé pour un large public : Les neutrophiles font partie de la famille des globules blancs. A la suite d'une infection, ces cellules sont les premières a être recrutées au site d'infection et sont impliquées dans |'élimination des pathogènes. Dans cette thèse, nous nous somme donc intéressés au rôle que pouvaient jouer ces neutrophiles durant l'infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major). Dans le modèle murin d'infection avec L. major, la majorité des souches de souris utilisées dans la recherche, dont les souris de la souche C57BL/6, développent de petites lésions qui guérissent spontanément après quelques semaines (souris résistantes). ll existe néanmoins, quelques souches de souris, dont la souche de souris BALB/c, qui développent des lésions qui ne guérissent pas (souris sensibles). Il a été observé que lors de l'lnfection avec ce parasites les neutrophiles étaient les premières cellules recrutées au site de l'lnfection dans toutes les souches de souris, toutefois trois jours après le début dela réaction immunitaire, la majorité des neutrophiles disparaissent chez les souris C57BL/6, tandis qu'ils restent jusqu'à dix jours chez les souris BALB/c. De plus, un rôle crucial des neutrophiles a été démontré durant l'infection avec L. major. En effet, l'absence de neutrophiles durant les trois premiers jours de l'infection chez les souris sensibles à |'infection, rend ces souris résistantes. Ces résultats suggèrent donc un rôle régulateur de la réponse immunitaire des neutrophiles durant les premiers jours de l'infection. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié le rôle des neutrophiles suite à l'infection avec L. major. Nous avons donc analysé la sécrétion des cytokines, molécules essentielles qui déterminent la réponse immunitaire, par les neutrophiles. Nous avons démontré que le parasite induisait une sécrétion de cytokines différente entre les souris résistantes ou sensibles a L. major. Nous avons ensuite démontré que seule la souche de souris résistante sécrétait la chimiokine CCL3, connue pour être impliquée dans le recrutement de différentes cellules au site d'infecti0n, dont les cellules dendritiques. Les cellules dendritiques sont un élément fondamental pour un bon déroulement d'une réponse immunitaire, de par leur rôle décisif de liaison entre une réponse précoce non-spécifique au pathogène et une réponse plus tardive spécifique au pathogène et nécessaire pour |'élimination de dernier. Nous avons démontré que les neutrophiles de souris résistantes sécrétaient CCL3 et recrutaient les cellules dendritiques au site d'infecti0n, jouant de ce fait un rôle essentiel dans le développement de la réponse immunitaire. Ces résultats démontrent que les neutrophiles, suite à l'infection avec le parasite L. major, créent un microenvironnement capable de déterminer le développement d'une réponse immunitaire. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au rôle des neutrophiles suite à l'lnfection avec d'autres espèces de Leishmania, L. donovani et L. mexicana. Nous avons pu montrer un rôle crucial de ces cellules dans la réponse à ces deux parasites. En effet, suite à |'infection avec L. donovani, un rôle protecteur des neutrophiles a été observé, leur absence menant à une susceptibilité accrue aux parasites. Dans le cas de l'infection avec L. mexicana, une réduction de |'infection a été observée en absence de neutrophiles, avec néanmoins une augmentation de la lésion, suggérant un rôle important de ces cellules dans le développement de la réponse immunitaire ainsi que dans le contrôle de la réponse inflammatoire. En résumé, cette étude révèle un rôle majeur des neutrophiles lors de l'lnfection avec plusieurs membres de la famille Leishrnania. Summary : Upon infection with the protozoan parasite Leishmania major (L. major), C57BL/6 mice show a resistant phenotype, developing a protective Thelper (Th) 1 response. ln contrast, BALB/c mice develop a Th2 response and are susceptible to infection. Following inoculation with the parasite, neutrophils are the first cells migrating at the site of infection and are equally recruited in both L. major- resistant and susceptible mouse strains. However, after three days of infection, almost all neutrophils disappear from the site of infection in C57BL/6 mice, while they persist until ten days in BALB/c mice. Neutrophils were shown to play a crucial role during infection with L. major. indeed, depletion of these cells in BALB/c mice prior to infection with the parasite led to a lower Iesion development, associated with a lower parasite burden and a modification in the immune response towards a Th1 response in these otherwise susceptible mice, suggesting an immunomodulatory role for neutrophils during the first days of infection. ln the first part of this thesis, we were interested in better understanding the role of neutrophils in infection with L. major. \/\/e found that this parasite was inducing distinct neutrophil phenotypes in L. major-resistant and susceptible mice. Upon exposition with L. major, C57BL/6 neutrophils were reported to express high level of Toll-like receptors 2, 7, 9 mRNA and secrete IL-12p70 and IL-10, while BALB/c neutrophils secreted homodimers of IL-12p40, and TGFB. We then demonstrated that in response to L. major, neutrophils from L. major-resistant C57BL/6 mice release the CCL3 dendritic cell attracting chemokine, which is critical for the first wave of dendritic cell migration to the site of infection and in the development of the subsequent immune response. Altogether, these results demonstrated that upon infection with L. major, neutrophils create a microenvironment that can determine the development of an antigen-specific immune response. ln the second part of the thesis we were interested in understanding the role of neutrophils upon infection with of other species of Leishmania: L. donovani causing visceral leishmaniasis and L. mexicana, agent of chronic cutaneous leishmaniasis. Upon infection with L. donovani, neutrophils were found to play a crucial role in the early protective response, their absence leading to an increased susceptibility to the parasite, associated with the preferential induction of a Th2 response. ln contrast, depletion of these cells early in infection with L. mexicana was leading to an increased resistance, as observed by a decreased parasite burden, increased Th1 and decreased Th2 response in neutrophil-depleted mice. However, despite the deleterious role of neutrophils on the development of a protective immune response upon L. mexicana infection, these cells were required for the proper resolution of the inflammatory response. Altogether, these results highlight a major immunomodulatory role for neutrophils in infection with several species of Leishmania.

Immune responses to Helicobacter pylori infection.

Helicobacter pylori (H. pylori) infection is one of the most common infections in human beings worldwide. H. pylori express lipopolysaccharides and flagellin that do not activate efficiently Toll-like receptors and express dedicated effectors, such as γ-glutamyl transpeptidase, vacuolating cytotoxin (vacA), arginase, that actively induce tolerogenic signals. In this perspective, H. pylori can be considered as a commensal bacteria belonging to the stomach microbiota. However, when present in the stomach, H. pylori reduce the overall diversity of the gastric microbiota and promote gastric inflammation by inducing Nod1-dependent pro-inflammatory program and by activating neutrophils through the production of a neutrophil activating protein. The maintenance of a chronic inflammation in the gastric mucosa and the direct action of virulence factors (vacA and cytotoxin-associated gene A) confer pro-carcinogenic activities to H. pylori. Hence, H. pylori cannot be considered as symbiotic bacteria but rather as part of the pathobiont. The development of a H. pylori vaccine will bring health benefits for individuals infected with antibiotic resistant H. pylori strains and population of underdeveloped countries.

Deletion of the Vaccinia Virus Gene A46R, Encoding for an Inhibitor of TLR Signalling, Is an Effective Approach to Enhance the Immunogenicity in Mice of the HIV/AIDS Vaccine Candidate NYVAC-C.

Viruses have developed strategies to counteract signalling through Toll-like receptors (TLRs) that are involved in the detection of viruses and induction of proinflammatory cytokines and IFNs. Vaccinia virus (VACV) encodes A46 protein which disrupts TLR signalling by interfering with TLR: adaptor interactions. Since the innate immune response to viruses is critical to induce protective immunity, we studied whether deletion of A46R gene in a NYVAC vector expressing HIV-1 Env, Gag, Pol and Nef antigens (NYVAC-C) improves immune responses against HIV-1 antigens. This question was examined in human macrophages and in mice infected with a single A46R deletion mutant of the vaccine candidate NYVAC-C (NYVAC-C-ΔA46R). The viral gene A46R is not required for virus replication in primary chicken embryo fibroblast (CEF) cells and its deletion in NYVAC-C markedly increases TNF, IL-6 and IL-8 secretion by human macrophages. Analysis of the immune responses elicited in BALB/c mice after DNA prime/NYVAC boost immunization shows that deletion of A46R improves the magnitude of the HIV-1-specific CD4 and CD8 T cell immune responses during adaptive and memory phases, maintains the functional profile observed with the parental NYVAC-C and enhances anti-gp120 humoral response during the memory phase. These findings establish the immunological role of VACV A46R on innate immune responses of macrophages in vitro and antigen-specific T and B cell immune responses in vivo and suggest that deletion of viral inhibitors of TLR signalling is a useful approach for the improvement of poxvirus-based vaccine candidates.

Tolerogenic dendritic cells and their role in induction of immune tolerance

Les cellules dendritiques sont des cellules du système immunitaire qui permettent d'instruire les lymphocytes T, autres cellules de ce système, pour mettre en place une réponse immunitaire adaptée afin de combattre et vaincre une infection. Ces cellules dendritiques vont reconnaître des motifs spécifiquement exprimés par des pathogènes par l'intermédiaire de récepteurs exprimés à leur surface. En détectant ces molécules, elles vont s'activer et subir diverses modifications pour pouvoir activer les lymphocytes T. Elles vont alors interagir avec les lymphocytes Τ et transférer les informations nécessaires pour que ces cellules s'activent à leur tour et produisent différentes protéines de façon à éliminer le pathogène. En fonction du type de pathogène, les informations transférées entre les cellules dendritiques et les lymphocytes seront différentes de manière à produire la réponse immunitaire la mieux adaptée pour supprimer l'élément infectieux. Dans le corps, les cellules dendritiques circulent continuellement afin de détecter les éléments étrangers. Quand elles reconnaissent une protéine étrangère, elles la phagocytent, c'est-à-dire qu'elles la mangent afin de pouvoir la présenter aux lymphocytes T. Mais quand elles phagocytent un élément étranger, elles peuvent également prendre des éléments du soi, comme par exemple quand elles phagocytent une cellule infectée par un virus. Les cellules dendritiques doivent alors être capables de différentier les molécules du soi et du non-soi de façon à ne pas induire une réponse en présentant un antigène du soi aux lymphocytes T. D'autant plus que lors de leur développement, les lymphocytes Τ qui sont capables de reconnaître le soi sont éliminés mais ce système n'est pas parfait et donc certains lymphocytes Τ auto-reactifs peuvent se trouver dans le corps. Il existe ainsi d'autres mécanismes en périphérie du site de développement pour inhiber ces lymphocytes Τ auto-reactifs. Ce sont les mécanismes de tolérance. Quand les lymphocytes Τ induisent une réponse aux antigènes du soi, cela résulte à des maladies auto-immunes. Dans mon projet de recherche, nous avons travaillé avec des lignées de cellules dendritiques, c'est-à-dire des cellules dendritiques semblables à celles que l'on peut trouver in vivo mais qui sont immortalisées, elles peuvent donc être cultiver et manipuler in vitro. Nous avons génétiquement modifiées ces lignées cellulaires pour qu'elles expriment des molécules immunosuppressives afin d'étudier comment induire une tolérance immunitaire, c'est-à-dire si l'expression de ces molécules permet d'éviter de générer une réponse immunitaire. Pour cela, nous avons utilisé des modèles murins de tumeurs et de maladies auto-immunes. Nous avons démontré que ces lignées de cellules dendritiques peuvent être un grand outil de recherche pour étudier les bénéfices de différentes molécules immuno-modulatrices afin d'induire une tolérance immunitaire à différents antigènes. - Les cellules dendritiques sont responsables de l'induction des réponses immunitaires adaptatives. Suite à une infection microbienne, les cellules dendritiques s'activent, elles induisent l'expression de molécules de costimulation à leur surface, sécrètent des cytokines et induisent la différentiation des cellules Τ effectrices et mémoires. De plus, les cellules dendritiques ont un rôle important dans l'induction et la maintenance de la tolérance immunitaire au niveau du thymus et en périphérie, en induisant l'anergie, la délétion ou la conversion des cellules Τ naïves en cellules régulatrices. Dans notre groupe, une nouvelle lignée de cellules dendritiques appelée MuTu a été crée par la culture de cellules dendritiques tumorales isolées à partir d'une rate d'une souris transgénique, dans laquelle l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP sont sous le contrôle du promoteur CD1 le, et sont ainsi spécifiquement exprimés dans les cellules dendritiques. Ces nouvelles lignées appartiennent au sous-type des cellules dendritiques conventionnelles exprimant CD8a. Elles ont conservé leur capacité d'augmenter l'expression des marqueurs de costimulation à leur surface ainsi que le production de cytokines en réponse à des ligands des récepteurs Toll, ainsi que leur capacité à présenter des antigènes associés aux molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe I ou II pour activer la prolifération et la différentiation des lymphocytes T. En utilisant un système de transduction de lentivirus de seconde génération, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques ont été génétiquement modifiées pour sur-exprimer des molécules immunosuppressives (IL-10, TGFP latent, TGFp actif, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC et CTLA4). Ces lignées permettent d'étudier de manière reproductible le rôle de ces molécules potentiellement tolérogènes sur les réponses immunitaires in vitro et in vivo. Ces lignées potentiellement tolérogènes ont été testées, tout d'abord, in vitro, pour leur capacité à inhiber l'activation des cellules dendritiques, à bloquer la prolifération des cellules Τ ou à modifier leur polarisation. Nos résultats démontrent qu'en réponse à une stimulation, la sur-expression des molécules costimulatrices et la sécrétion de molécules pro- inflammatoires est réduite quand les cellules dendritiques sur-expriment l'IL-10. La sur¬expression de TGFp sous sa forme active induit le développement de cellules régulatrices CD4+ CD25+ Foxp3+ et bloque la réponse CD8 cytotoxique tandis que la sur-expression de CTLA4 à la surface des cellules dendritiques inhibe une réponse Thl et induit des lymphocytes Τ anergiques. Ces lignées ont également été utilisées pour étudier l'induction de tolérance in vivo. Tout d'abord, nous avons étudié l'induction de tolérance dans un modèle de développement de tumeurs. En effet, quand les lignées tumorales sont transférées dans les lignées de souris C57BL/6, elles sont reconnues comme du non-soi du à l'expression de l'oncogène SV40 et du GFP et sont éliminées. Ce mécanisme d'élimination a été étudié en utilisant une lignée de cellules dendritiques modifiée pour exprimer la luciférase et qui a permis de suivre le développement des tumeurs par de l'imagerie in vivo dans des animaux vivants. Ces lignées de cellules dendritiques MuTu sont éliminées dans la souris C57BL/6 par les lymphocytes CD8 et l'action cytotoxique de la perforine. Après plusieurs injections, les cellules dendritiques sur-exprimant CTLA4 ou l'actif TGFp peuvent casser cette réponse immunitaire inhérente aux antigènes de la lignée et induire le développement de la tumeur dans la souris C57BL/6. Le développement tumoral a pu être suivi en mesurant la bioluminescence émise par des cellules dendritiques modifiées pour exprimer à la fois l'actif TGFp et la luciférase. Ces tumeurs ont pu se développer grâce à la mise en place d'un microenvironnement suppressif pour échapper à l'immunité en recrutant des cellules myéloïde suppressives, des lymphocytes CD4 régulateurs et en induisant l'expression d'une molécule inhibitrice PD-1 à la surface des lymphocytes CD8 infiltrant la tumeur. Dans un deuxième temps, ces lignées tolérogènes ont également été testées dans un modèle murin de maladies auto-immunes, appelé l'encéphalomyélite auto-immune expérimental (EAE), qui est un modèle pour la sclérose en plaques. L'EAE a été induite dans la souris par le transfert de cellules de ganglions prélevées d'une souris donneuse préalablement immunisée avec une protéine du système nerveux central, la glycoprotéine myéline oligodendrocyte (MOG) émulsifiée dans de l'adjuvant complet de Freund. La vaccination des souris donneuses et receveuses avec les cellules sur-exprimant l'actif TGFP préalablement chargées avec la protéine MOG bloque l'induction de l'EAE. Nous sommes actuellement en train de définir les mécanismes qui permettent de protéger la souris du développement de la maladie auto-immune. Dans cette étude, nous avons ainsi démontré la possibilité d'induire la tolérance in vivo et in vitro à différents antigènes en utilisant nos nouvelles lignées de cellules dendritiques et en les modifiant pour exprimer des molécules immunosuppressives. En conséquence, ces nouvelles lignées de cellules dendritiques représentent un outil pour explorer les bénéfices de différentes molécules ayant des propriétés immuno-modulatrices pour manipuler le système immunitaire vers un phénotype tolérogène. - Dendritic cells (DC) are widely recognized as potent inducers of the adaptive immune responses. Importantly, after microbial infections, DC become activated, induce co- stimulation, secrete cytokines and induce effector and memory Τ cells. DC furthermore play an important role in inducing and maintaining central and peripheral tolerance by inducing anergy, deletion or commitment of antigen-specific naïve Τ cells into regulatory Τ cells. In our group, stable MuTu DC lines were generated by culture of splenic DC tumors from transgenic mice expressing the SV40 large Τ oncogene and the GFP under DC-specific CDllc promoter. These transformed DC belong to the CD8a+ conventional DC subtype and have fully conserved their capacity to upregulate co-stimulatory markers and produce cytokines after activation with Toll Like Receptors-ligands, and to present Major Histocompatibility class-I or MHCII-restricted antigens to activate Τ cell expansion and differentiation. Using a second- generation lentiviral transduction system, these newly developed MuTu DC lines were genetically modified to overexpress immunosuppressive molecules (IL-10, latent TGFp, active TGFp, Activin A, Arginase 1, IDO, B7DC and CTLA4). This allows to reproducibly investigate the role of these potentially tolerogenic molecules on in vitro and in vivo immune responses. These potentially tolerogenic DC were tested in vitro for their ability to inhibit DC activation, to prevent Τ cell proliferation and to modify Τ cell polarization. Our results show that the upregulation of costimulatory molecules and the secretion of pro-inflammatory cytokines were reduced upon stimulation of DC overexpressing IL-10. The overexpression of active TGFP induced the development of CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and inhibited the cytotoxic CD8 Τ cell response as shown by using the OT-II Τ cell system whereas the surface expression of CTLA-4 on DC prevented the Thl response and prompted an anergic antigen-specific Τ cell response. These MuTu DC lines were also used in vivo in order to study the induction of tolerance. First we addressed the induction of tolerance in a model of tumorogenesis. The adoptively transferred tumor cell lines were cleared in C57BL/6 mice due to the foreign expression of SV40 LargeT and GFP. The mechanism of clearance of MuTu DC line into C57BL/6 mice was investigated by using luciferase-expressing DC line. These DC line allowed to follow, by in vivo imaging, the tumor development in living animals and determined that MuTu DC lines were eliminated in a perforin-mediated CD8 Τ cell dependent and CD4 Τ cell independent response. After multiple injections, DC overexpressing CTLA4 or active TGFp could break the immune response to these inherent antigens and induced DC tumorogenesis in wild type mice. The tumor outgrowth in C57BL/6 mice was nicely observed by double-transduced DC lines to express both luciferase and active TGFp. actTGFp-DC tumor was shown to recruit myeloid-derived suppressor cells, induce CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory Τ cells and induce the expression of the inhibitory receptor PD-1 on tumor- infiltrating CD8+ Τ cells in order to escape tumor immunity. Tolerogenic DC lines were also tested for the induction of tolerance in a murine model of autoimmune disease, the experimental autoimmune encephalitis (EAE) model for human multiple sclerosis. EAE was induced in C57BL/6 mice by the adoptive transfer of lymph node cells isolated from donor mice previously immunized by a protein specific to the central nervous system, the myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) emulsified in the complete freund adjuvant. The vaccination of donor and recipient mice with MOG-pulsed actTGFP-DC line prevented EAE induction. We are still investigating how the active TGFP protect mice from EAE development. We generated tolerogenic DC lines inducing tolerance in vitro and in vivo. Thereby these MuTu DC lines represent a great tool to explore the benefits of various immuno-modulatory molecules to manipulate the immune system toward a tolerogenic phenotype.

TLR3 deficiency in patients with herpes simplex encephalitis.

Some Toll and Toll-like receptors (TLRs) provide immunity to experimental infections in animal models, but their contribution to host defense in natural ecosystems is unknown. We report a dominant-negative TLR3 allele in otherwise healthy children with herpes simplex virus 1 (HSV-1) encephalitis. TLR3 is expressed in the central nervous system (CNS), where it is required to control HSV-1, which spreads from the epithelium to the CNS via cranial nerves. TLR3 is also expressed in epithelial and dendritic cells, which apparently use TLR3-independent pathways to prevent further dissemination of HSV-1 and to provide resistance to other pathogens in TLR3-deficient patients. Human TLR3 appears to be redundant in host defense to most microbes but is vital for natural immunity to HSV-1 in the CNS, which suggests that neurotropic viruses have contributed to the evolutionary maintenance of TLR3.

Between Immunology And Tolerance: Controlling Immune Responses Employing Tolerogenic Dendritic Cells

Dendritic cells (DCs) are the most efficient antigen presenting cells, they provide co-stimulation, are able to secrete various proinflammatory cytokines and therefore play a pivotal role in shaping adaptive immune responses. Moreover, they are important for the promotion and maintenance of central and peripheral tolerance through several mechanisms like the induction of anergy or apoptosis in effector T cells or by promoting regulatory T cells. The murine CD8α+ (MuTu) dendritic cell line was previously derived and described in our laboratory. The MuTu cell line has been shown to maintain phenotypical and functional characteristics of endogenous CD8α+ DCs. They are able to cross-present exogenous antigens to CD8+ T cells and produce interleukin (IL-) 12 upon engagement of Toll like receptors. The cell line constitutes an infinite source of homogenous, phenotypically well-defined dendritic cells. This allows us to investigate the role and potential of specific molecules in the induction as well as regulation of immune responses by DCs in a rational and standardized way. In a first project the MuTu dendritic cell line was transduced in order to stably express the immunosuppressive molecules IL-10, IL-35 or the active form of TGF-β (termed IL-10+DC, IL-35+DC or actTGFβ+DC). We investigated the capability of these potentially suppressive or tolerogenic dendritic cell lines to induce immune tolerance and explore the mechanisms behind tolerance induction. The expression of TGF-β by the DC line did not affect the phenotype of the DCs itself. In contrast, IL-10+ and IL-35+DCs were found to exhibit lower expression of co-stimulatory molecules and MHC class I and II, as well as reduced secretion of pro-inflammatory cytokines upon activation. In vitro co-culture with IL-35+, IL10+ or active TGFβ+ DCs interfered with function and proliferation of CD4+ and CD8+ T cells. Furthermore, IL-35 and active TGF-β expressing DC lines induced regulatory phenotype on CD4+ T cells in vitro without or with expression of Foxp3, respectively. In different murine cancer models, vaccination with IL-35 or active TGF-β expressing DCs resulted in faster tumor growth. Interestingly, accelerated tumor growth could be observed when IL-35-expressing DCs were injected into T cell-deficient RAG-/- mice. IL-10expressing DCs however, were found to rather delay tumor growth. Besides the mentioned autocrine effects of IL-35 expression on the DC line itself, we surprisingly observed that the expression of IL-35 or the addition of IL-35 containing medium enhances neutrophil survival and induces proliferation of endothelial cells. Our findings indicate that the cytokine IL-35 might not only be a potent regulator of adaptive immune responses, but it also implies IL-35 to mediate diverse effects on an array of cellular targets. This abilities make IL-35 a promising target molecule not only for the treatment of auto-inflammatory disease but also to improve anti-cancer immunotherapies. Indeed, by applying active TGFβ+ in murine autoimmune encephalitis we were able to completely inhibit the development of the disease, whereas IL-35+DCs reduced disease incidence and severity. Furthermore, the preventive transfer of IL-35+DCs delayed rejection of transplanted skin to the same extend as the combination of IL-10/actTGF-β expressing DCs. Thus, the expression of a single tolerogenic molecule can be sufficient to interfere with the adequate activation and function of dendritic cells and of co-cultured T lymphocytes. The respective mechanisms of tolerance induction seem to be different for each of the investigated molecule. The application of a combination of multiple tolerogenic molecules might therefore evoke synergistic effects in order to overcome (auto-) immunity. In a second project we tried to improve the immunogenicity of dendritic cell-based cancer vaccines using two different approaches. First, the C57BL/6 derived MuTu dendritic cell line was genetically modified in order to express the MHC class I molecule H-2Kd. We hypothesized that the expression of BALB/c specific MHC class I haplotype (H-2Kd) should allow the priming of tumor-specific CD8+ T cells by the otherwise allogeneic dendritic cells. At the same time, the transfer of these H-2Kd+ DCs into BALB/c mice was thought to evoke a strong inflammatory environment that might act as an "adjuvant", helping to overcome tumor induced immune suppression. Using this so called "semi-allogeneic" vaccination approach, we could demonstrate that the delivery of tumor lysate pulsed H-2Kd+ DCs significantly delayed tumor growth when compared to autologous or allogeneic vaccination. However, we were not able to coherently elucidate the cellular mechanisms underlying the observed effect. Second, we generated MuTu DC lines which stably express the pro-inflammatory cytokines IL-2, IL-12 or IL-15. We investigated whether the combination of DC vaccination and local delivery of pro-inflammatory cytokines might enhance tumor specific T cell responses. Indeed, we observed an enhanced T cell proliferation and activation when they were cocultured in vitro with IL-12 or IL-2-expressing DCs. But unfortunately we could not observe a beneficial or even synergistic impact on tumor development when cytokine delivery was combined with semi-allogeneic DC vaccination.