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.

Induction of CD8 T-cell responses restricted to multiple HLA class I alleles in a cancer patient by immunization with a 20-mer NY-ESO-1f (NY-ESO-1 91-110) peptide.

Immunogenicity of a long 20-mer NY-ESO-1f peptide vaccine was evaluated in a lung cancer patient TK-f01, immunized with the peptide with Picibanil OK-432 and Montanide ISA-51. We showed that internalization of the peptide was necessary to present CD8 T-cell epitopes on APC, contrasting with the direct presentation of the short epitope. CD8 T-cell responses restricted to all five HLA class I alleles were induced in the patient after the peptide vaccination. Clonal analysis showed that B*35:01 and B*52:01-restricted CD8 T-cell responses were the two dominant responses. The minimal epitopes recognized by A*24:02, B*35:01, B*52:01 and C*12:02-restricted CD8 T-cell clones were defined and peptide/HLA tetramers were produced. NY-ESO-1 91-101 on A*24:02, NY-ESO-1 92-102 on B*35:01, NY-ESO-1 96-104 on B*52:01 and NY-ESO-1 96-104 on C*12:02 were new epitopes first defined in this study. Identification of the A*24:02 epitope is highly relevant for studying the Japanese population because of its high expression frequency (60%). High affinity CD8 T-cells recognizing tumor cells naturally expressing the epitopes and matched HLA were induced at a significant level. The findings suggest the usefulness of a long 20-mer NY-ESO-1f peptide harboring multiple CD8 T-cell epitopes as an NY-ESO-1 vaccine. Characterization of CD8 T-cell responses in immunomonitoring using peptide/HLA tetramers revealed that multiple CD8 T-cell responses comprised the dominant response.

Impact of induction therapy on airway complications after sleeve lobectomy for lung cancer.

BACKGROUND: Sleeve lobectomy is a valid alternative to pneumonectomy for the treatment of centrally located operable non-small cell lung cancer (NSCLC), but concern has been evoked regarding a potentially increased risk of bronchial anastomosis complications after induction therapy. This study examined the impact of induction therapy on airway healing after sleeve lobectomy for NSCLC. METHODS: Bronchial anastomosis complications were recorded with respect to the induction regimen applied (neoadjuvant chemotherapy vs chemoradiotherapy) in a consecutive series of patients with sleeve lobectomy for NSCLC. RESULTS: Ninety-nine patients underwent sleeve resection, 28 of them after induction therapy. Twelve patients received chemotherapy alone, and 16 patients had radiochemotherapy. There were no significant differences in postoperative 90-day mortality (3.6% vs 2.8%) and morbidity (54% vs 49%) for patients with and without induction therapy. Bronchial anastomosis complications occurred in 3 patients (10.8%) with neoadjuvant therapy and in 2 (2.8%) without (p = 0.3). In the induction therapy group, two bronchial stenoses occurred after radiochemotherapy and one bronchopleural fistula after chemotherapy alone. In patients without induction therapy, one bronchial stenosis and one bronchopleural fistula were observed. All bronchial stenoses were successfully treated by dilatation, and both bronchopleural fistulas occurring after right lower lobectomy were successfully treated by reoperation and completion sleeve bilobectomy with preservation of the upper lobe. CONCLUSIONS: Sleeve lobectomy for NSCLC can be safely performed after induction chemotherapy and radiochemotherapy with mortality and incidence of airway complications similar to that observed in nonpretreated patients. The treatment of airway complications does not differ for patients with and without induction therapy.

Induction of p38, tumour necrosis factor-α and RANTES by mechanical stretching of keratinocytes expressing mutant keratin 10R156H.

Background : Epidermolytic hyperkeratosis (bullous congenital ichthyosiform erythroderma), characterized by ichthyotic, rippled hyperkeratosis, erythroderma and skin blistering, is a rare autosomal dominant disease caused by mutations in keratin 1 or keratin 10 (K10) genes. A severe phenotype is caused by a missense mutation in a highly conserved arginine residue at position 156 (R156) in K10. Objectives: To analyse molecular pathomechanisms of hyperproliferation and hyperkeratosis, we investigated the defects in mechanosensation and mechanotransduction in keratinocytes carrying the K10R156H mutation. Methods: Differentiated primary human keratinocytes infected with lentiviral vectors carrying wild-type K10 (K10wt) or mutated K10R156H were subjected to 20% isoaxial stretch. Cellular fragility and mechanosensation were studied by analysis of mitogen-activated protein kinase activation and cytokine release. Results: Cultured keratinocytes expressing K10R156H showed keratin aggregate formation at the cell periphery, whereas the filament network in K10wt cells was normal. Under stretching conditions K10R156H keratinocytes exhibited about a twofold higher level of filament collapse compared with steady state. In stretched K10R156H cells, higher p38 activation, higher release of tumour necrosis factor-alpha and RANTES but reduced interleukin-1 beta secretion compared with K10wt cells was observed. Conclusions: These results demonstrate that the R156H mutation in K10 destabilizes the keratin intermediate filament network and affects stress signalling and inflammatory responses to mechanical stretch in differentiated cultured keratinocytes.

The effect of positive airway pressure during pre-oxygenation and induction of anaesthesia upon duration of non-hypoxic apnoea

Résumé de l'étude. L'application d'une pression positive (PEEP) pendant la phase d'induction d'une anesthésie générale peut prévenir la formation d'atélectasies pulmonaires. Ceci pourrait permettre d'accroître la durée d'apnée non hypoxique par l'augmentation de la capacité pulmonaire résiduelle fonctionnelle (CRF). Nous avons étudié le bénéfice de l'application d'une PEEP durant la phase d'induction d'une anesthésie générale sur la durée d'apnée avant que la saturation périphérique en oxygène atteigne 90%. Quarante patients ASA I-II ont été randomisés en deux groupes distincts. - Dans le groupe PEEP (n=20), les patients ont été pré-oxygénés durant 5 minutes avec une Fi02 à l00% par l'intermédiaire d'un appareil de CPAP (6cmH2O). Après induction de l'anesthésie, les patients furent ventilés mécaniquement (PEEP 6cmH2O) durant 5 minutes supplémentaires. - Dans le groupe ZEEP (n=20), aucune pression positive (ni CPAP, ni PEEP) ne fut utilisée. La durée d'apnée pour atteindre une saturation périphérique de 90% fut mesurée. La durée d'apnée non hypoxique était plus longue dans le groupe PEEP par rapport au groupe ZEEP (599 +/- 135 s vs 470 +/- 150 s, p= 0,007). Nous concluons que l'application d'une pression positive durant la phase d'induction d'une anesthésie générale chez l'adulte prolonge la durée d'apnée non hypoxique de plus de 2 minutes.

Induction of transgenic hairy roots in soybean genotypes by Agrobacterium rhizogenes‑mediated transformation

The objective of this work was to perform the screening of soybean genotypes as to their ability to respond to the induction of hairy roots by Agrobacterium rhizogenes‑mediated transformation. Four Brazilian soybean cultivars (BRSMG 68 Vencedora, BRS 137, Embrapa 48, and MG/BR 46 Conquista) and two North American ones adapted to Brazilian cropping conditions (Bragg and IAS‑5) were screened for their capacity to respond to A. rhizogenes in protocols for in vitro hairy root culture and ex vitro composite plant production. Four‑day‑old seedlings with uniform size were injected with A. rhizogenes harboring the plasmid p35S‑GFP. Seedlings expressing green fluorescent protein (GFP) in at least one hairy root were used to determine the transformation frequency. Using an axenic in vitro protocol, excised cotyledons from four‑day‑old seedlings were infected with A. rhizogenes harboring the pCAMBIA1301 plasmid, containing the gusA reporter gene. The transformation frequency and the number of days for hairy root emergence after bacterial infection (DAI) were evaluated. The transformation frequency and DAI varied according to the genotype. Cultivars MG/BR 46 Conquista and BRSMG 68 Vencedora are more susceptible to A. rhizogenes and can be recommended for transformation experiments.

CD4+CD25+ T cell depletion impairs tolerance induction in a murine model of asthma.

BACKGROUND: Regulatory T cells (Tregs) are key players in controlling the development of airway inflammation. However, their role in the mechanisms leading to tolerance in established allergic asthma is unclear. OBJECTIVE: To examine the role of Tregs in tolerance induction in a murine model of asthma. METHODS: Ovalbumin (OVA) sensitized asthmatic mice were depleted or not of CD25(+) T cells by anti-CD25 PC61 monoclonal antibody (mAb) before intranasal treatment (INT) with OVA, then challenged with OVA aerosol. To further evaluate the respective regulatory activity of CD4(+)CD25(+) and CD4(+)CD25(-) T cells, both T cell subsets were transferred from tolerized or non-tolerized animals to asthmatic recipients. Bronchoalveolar lavage fluid (BALF), T cell proliferation and cytokine secretion were examined. RESULTS: Intranasal treatment with OVA led to increased levels of IL-10, TGF-beta and IL-17 in lung homogenates, inhibition of eosinophil recruitment into the BALF and antigen specific T cell hyporesponsiveness. CD4(+)CD25(+)Foxp3(+) T cells were markedly upregulated in lungs and suppressed in vitro and in vivo OVA-specific T cell responses. Depletion of CD25(+) cells before OVA INT severely hampered tolerance induction as indicated by a strong recruitment of eosinophils into BALF and a vigorous T cell response to OVA upon challenge. However, the transfer of CD4(+)CD25(-) T cells not only suppressed antigen specific T cell responsiveness but also significantly reduced eosinophil recruitment as opposed to CD4(+)CD25(+) T cells. As compared with control mice, a significantly higher proportion of CD4(+)CD25(-) T cells from OVA treated mice expressed mTGF-beta. CONCLUSION: Both CD4(+)CD25(+) and CD4(+)CD25(-) T cells appear to be essential to tolerance induction. The relationship between both subsets and the mechanisms of their regulatory activity will have to be further analyzed.