ER stress activates the NLRP3 inflammasome via an UPR-independent pathway.

Uncontrolled endoplasmic reticulum (ER) stress responses are proposed to contribute to the pathology of chronic inflammatory diseases such as type 2 diabetes or atherosclerosis. However, the connection between ER stress and inflammation remains largely unexplored. Here, we show that ER stress causes activation of the NLRP3 inflammasome, with subsequent release of the pro-inflammatory cytokine interleukin-1β. This ER-triggered proinflammatory signal shares the same requirement for reactive oxygen species production and potassium efflux compared with other known NLRP3 inflammasome activators, but is independent of the classical unfolded protein response (UPR). We thus propose that the NLRP3 inflammasome senses and responds to ER stress downstream of a previously uncharacterized ER stress response signaling pathway distinct from the UPR, thus providing mechanistic insight to the link between ER stress and chronic inflammatory diseases.

Malignant lymphoma cells induce tolerance of T cells

Inhibitory receptors are involvedin the induction of T cell dysfunctionand exhaustion in chronic viral infectionsand in tumors. In the presentstudy, we analyzed the expressionpattern of 3 different inhibitory receptors(PD-1, Lag-3, 2B4) in a murine Bcell lymphoma model. Furthermore,we functionally characterized CD8+T cells expressing inhibitory receptorsfor cytokine production and proliferation.Expansion and secretion ofpro-inflammatory cytokines of CD8+T cells from lymphoma-bearing E-myc mice were significantly reducedcompared to the healthy controls.Similarly, expansion and effectorfunction of CD8+ TCR transgenic(p14) Tcells specific for the gp-33 antigenof lymphocytic choriomeningitisvirus (LCMV) was reduced inlymphoma-bearing E-myc mice afteractivation with LCMV. The functionalimpairment of CTL in the presenceof lymphoma was reversible aftertransfer to naive C57BL/6 recipients.In vitro co-culture experimentsrevealed that the proliferation ofanti-CD3-activated CD8+ T cellsfrom WT mice was significantly inhibitedby CD19+ lymphoma cellsfrom E-myc mice, whereas no inhibitionwas observed after co-culturewith normal B cells. Supernatants ofin vitro cultured lymphoma B cellsand blood sera from lymphoma-bearingE-myc mice significantly reducedT cell proliferation in vitro, ascompared to supernatants from normalB cells cultures or sera of healthyanimals. These experiments indicatethat the lymphoma B cells inactivateCTL by a soluble factor. Expressionanalysis of different important immunologicalcytokines revealed that themacrophage migration inhibitory factor(MIF) is selectively overexpressedin malignant B cells. This finding wasconfirmed by analyzing MIF proteinin culture supernatants and in celllysates. Therefore, lymphoma B cellsmay reduce T cell function and suppresslymphoma surveillance by secretionof MIF.

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.

Inhibitor of apoptosis proteins limit RIP3 kinase-dependent interleukin-1 activation.

Interleukin-1β (IL-1β) is a potent inflammatory cytokine that is usually cleaved and activated by inflammasome-associated caspase-1. To determine whether IL-1β activation is regulated by inhibitor of apoptosis (IAP) proteins, we treated macrophages with an IAP-antagonist "Smac mimetic" compound or genetically deleted the genes that encode the three IAP family members cIAP1, cIAP2, and XIAP. After Toll-like receptor priming, IAP inhibition triggered cleavage of IL-1β that was mediated not only by the NLRP3-caspase-1 inflammasome, but also by caspase-8 in a caspase-1-independent manner. In the absence of IAPs, rapid and full generation of active IL-1β by the NLRP3-caspase-1 inflammasome, or by caspase-8, required the kinase RIP3 and reactive oxygen species production. These results demonstrate that activation of the cell death-inducing ripoptosome platform and RIP3 can generate bioactive IL-1β and implicate them as additional targets for the treatment of pathological IL-1-driven inflammatory responses.

A decrease of plasma macrophage migration inhibitory factor concentration is associated with lower numbers of circulating lymphocytes in experimental Plasmodium falciparum malaria.

Macrophage migration inhibitory factor (MIF) has recently been implicated in the pathogenesis of malarial anaemia. However, field studies have reported contradictory results on circulating MIF concentrations in patients with clinically overt Plasmodium falciparum malaria. We determined plasma MIF levels over time in 10 healthy volunteers during experimental P. falciparum infection. Under fully controlled conditions, MIF levels decreased significantly during early blood-stage infection and reached a nadir at day 8 post-infection. A decrease in the number of circulating lymphocytes, which are an important source of MIF production, paralleled the decrease in MIF levels. Monocyte/macrophage counts remained unchanged. At MIF nadir, the anti-inflammatory cytokine interleukin (IL)-10, which is an inhibitor of T-cell MIF production, was detectable in only 2 of 10 volunteers. Plasma concentrations of the pro-inflammatory cytokines IL-8 and IL-1beta were only marginally elevated. We conclude that circulating MIF levels decrease early in blood-stage malaria as a result of the decline in circulating lymphocytes.

The Selective Phosphodiesterase 4 Inhibitor Roflumilast and Phosphodiesterase 3/4 Inhibitor Pumafentrine Reduce Clinical Score and TNF Expression in Experimental Colitis in Mice.

OBJECTIVE: The specific inhibition of phosphodiesterase (PDE)4 and dual inhibition of PDE3 and PDE4 has been shown to decrease inflammation by suppression of pro-inflammatory cytokine synthesis. We examined the effect of roflumilast, a selective PDE4 inhibitor marketed for severe COPD, and the investigational compound pumafentrine, a dual PDE3/PDE4 inhibitor, in the preventive dextran sodium sulfate (DSS)-induced colitis model. METHODS: The clinical score, colon length, histologic score and colon cytokine production from mice with DSS-induced colitis (3.5% DSS in drinking water for 11 days) receiving either roflumilast (1 or 5 mg/kg body weight/d p.o.) or pumafentrine (1.5 or 5 mg/kg/d p.o.) were determined and compared to vehicle treated control mice. In the pumafentrine-treated animals, splenocytes were analyzed for interferon-γ (IFNγ) production and CD69 expression. RESULTS: Roflumilast treatment resulted in dose-dependent improvements of clinical score (weight loss, stool consistency and bleeding), colon length, and local tumor necrosis factor-α (TNFα) production in the colonic tissue. These findings, however, were not associated with an improvement of the histologic score. Administration of pumafentrine at 5 mg/kg/d alleviated the clinical score, the colon length shortening, and local TNFα production. In vitro stimulated splenocytes after in vivo treatment with pumafentrine showed a significantly lower state of activation and production of IFNγ compared to no treatment in vivo. CONCLUSIONS: These series of experiments document the ameliorating effect of roflumilast and pumafentrine on the clinical score and TNF expression of experimental colitis in mice.

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

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

Immunological mechanisms underlying infectious and chronic lung diseases

Le système respiratoire permet l'échange de gaz entre un organisme et son environnement. Pour fonctionner efficacement, il doit lutter contre les infections tout en maintenant une tolérance aux particules inoffensives. Les cytokines sont des petites protéines qui permettent la communication entre les différentes cellules et jouent un rôle important dans la régulation de l'homéostasie et de l'immunité des surfaces pulmonaires. Une production altérée des cytokines sous-tend beaucoup de maladies du système pulmonaire. Ainsi, la compréhension de la biologie fondamentale des cytokines pourrait contribuer à la mise au point de nouveaux traitements. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le rôle de deux cytokines, le TSLP (Thymic stromal lymphopoietin) et l'IL-17 (Interleukin 17) dans les réponses immunitaires bénéfiques et nuisibles en utilisant des modèles précliniques de souris des maladies pulmonaires. L'asthme est une maladie qui est caractérisée par la bronchoconstriction réversible, l'inflammation des voies respiratoires inférieures, l'hyperréactivité bronchique et le remodelage tissulaire. Le type d'inflammation affectant les voies respiratoires et la présence ou non d'allergie permettent d'établir les différents types d'asthme. La TSLP est une cytokine qui est principalement exprimée à des niveaux élevés dans les poumons de patients souffrant d'asthme allergique. En conséquence, la majeure partie de la recherche sur la TSLP a mis l'accent sur le rôle joué par celle- ci dans les réponses négatives conduisant au développement de l'asthme allergique. Dans cette thèse, nous montrons que la TSLP joue aussi un rôle bénéfique dans les réponses immunitaires pulmonaires. Nous avons découvert que la TSLP atténue la grippe en augmentant les réponses des lymphocytes T cytotoxiques contre le virus. Nous avons également étudié la fonction de la TSLP dans l'asthme non allergique. Contrairement à l'asthme allergique, nous avons constaté que la TSLP diminue les réponses inflammatoires dans l'asthme non allergique en réglant la production de l'IL-17, une cytokine qui favorise la maladie. Ainsi, nous démontrons les fonctions pleiotropes de la TSLP dans des contextes spécifiques de la maladie. Nos résultats ont des implications importantes pour le développement de thérapies ciblant la TSLP dans l'asthme. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié les mécanismes pathogéniques qui sous-tendent le développement de la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie chronique le plus largement associée aux fumeurs. Elle est caractérisée par une limitation progressive et irréversible du débit d'air et la destruction de la structure des poumons. L'augmentation globale de l'incidence de la maladie encourage grandement la compréhension des mécanismes pathogéniques et l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. Nous avons découvert que les micro-organismes trouvés dans les voies respiratoires aggravent la maladie en augmentant la production de l'IL-17. L'IL-17 est une cytokine inflammatoire qui est impliquée dans plusieurs maladies pulmonaires chroniques, dont la BPCO. Dans notre modèle animal de la maladie, nous avons neutralisé 1ÌL-17A en utilisant un anticorps spécifique et observé une reprise de la fonction pulmonaire. Dans cette étude, nous avons identifié 2 axes potentiels pour l'intervention thérapeutique contre la BPCO. Cibler les bactéries dans les voies respiratoires soit par l'utilisation d'antibiotiques ou l'utilisation de thérapies à base immunitaire qui antagonisent l'activité spécifiques de l'IL-17. Dans l'avenir, notre laboratoire va collaborer avec des cliniciens pour acquérir des échantillons humains et tester la pertinence de nos résultats dans la maladie humaine. -- L'interaction avec l'environnement extérieur est vitale pour le fonctionnement du système respiratoire. Par conséquent, ce dernier a adopté une multitude de réseaux effecteurs et régulateurs qui permettent de distinguer les particules inhalées comme «dangereuses» ou «inoffensives» et de réagir en conséquence. L'équilibre entre ces réseaux est essentielle pour lutter contre le «danger» déclenché par une infection ou des dommages, et finalement pour le retour à l'homéostasie. Le milieu de cytokine local contribue de manière significative à la mise au point de ces réponses. Ainsi, la caractérisation du rôle des cytokines dans l'état d'équilibre et la maladie a des implications claires pour les interventions thérapeutiques dans les maladies respiratoires aiguës et chroniques. Cette thèse a porté sur le rôle des cytokines, la lymphopoïétine stromale thymique (TSLP) et TIL-17A dans l'élaboration de réponses immunitaires pulmonaires. La TSLP est principalement produite par les cellules épithéliales et peut cibler une myriade de cellules immunitaires. Bien qu'elle ait été montrée être un puissant inducteur des réponses de type Th2, son rôle dans d'autres contextes inflammatoires est relativement inexploré. Dans le premier projet de cette thèse, nous avons découvert une nouvelle fonction de la TSLP dans l'immunité antivirale contre la grippe, une infection virale. Nous avons constaté que la TSLP a réglementé la réponse neutrophile au début de l'infection, en amplifiant l'immunité adaptative spécifique du virus. Mécaniquement, la TSLP a augmenté l'expression de l'IL-15 et du CD70 sur les cellules dendritiques recrutées dans les poumons suite à l'infection et a renforcé leur capacité de stimuler localement les lymphocytes T CD8+ spécifiques du virus. En outre, nous avons étudié la TSLP dans le cadre de divers phénotypes de l'asthme et également démontré l'impact pléiotropique qu'elle a sur les réponses immunitaires pulmonaires. En accord avec les rapports précédents, nous avons constaté que la TSLP a exacerbé l'inflammation atopique médiée par le Th2. En revanche la TSLP a réduit les réponses de l'IL-17A et l'inflammation neutrophile subséquente dans le modèle non atopique, ainsi que l'exacerbation du modèle atopique provoqué par une infection virale. Nos résultats démontrent une dichotomie dans le rôle de la TSLP dans la pathogenèse de l'asthme et soulignent la nécessité d'envisager plusieurs phénotypes d'asthme pour une évaluation approfondie de son potentiel thérapeutique dans cette maladie. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons caractérisé les mécanismes pathogènes qui sous-tendent la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie hétérogène définie par une diminution progressive de la fonction pulmonaire. Bien que des déclencheurs environnementaux puissent aggraver la maladie, chez les personnes sensibles une maladie établie peut progresser à travers un cercle inflammatoire auto-entretenu. Nous avons cherché à définir les mécanismes sous-jacents à l'aide d'un modèle murin d'inflammation chronique, qui reproduit les caractéristiques pathologiques de la maladie humaine. Puisqu'ont été associés à la BPCO sévère des changements dans le microbiome des voies respiratoires, nous avons supposé que les signaux dérivés de certains microbes pourraient favoriser des voies inflammatoires chroniques de progression de la maladie. Nous avons observé que, en l'absence d un microbiome, la maladie s'est améliorée tel que démontré par une réduction de l'inflammation des voies respiratoires et une amélioration de la fonction pulmonaire. Cela a été lié spécifiquement à une production réduite d'IL-17A, une cytokine qui a été impliquée dans la maladie humaine. De plus la cinétique de production de 1IL- 17A dépendant du microbiote est corrélé à la sévérité de la maladie. Sur la base de ces données, la neutralisation de l'IL-17A a également eu un effet bénéfique sur l'évolution de la maladie. Le rôle significatif de 1TL-17A dans l'aggravation de la maladie a été couplé à sa capacité à engager un dialogue entre les voies inflammatoires innées et adaptatives. Il a influencé le recrutement et le phénotype des neutrophiles et des macrophages, ce qui a eu un impact direct et indirect sur la formation et la fonction des tissus lymphoïdes tertiaires associée à des stades sévères de la maladie. -- The interaction with the external environment is vital for the functioning of the respiratory system. Consequently, it has adopted a multitude of effector and regulatory networks that enable it to distinguish inhaled particles as 'dangerous' or 'innocuous' and respond accordingly. The balance between these networks is crucial to counteract the 'danger' triggered by infection or damage, and ultimately return to homeostasis. The local cytokine milieu contributes significantly to the fine- tuning of these responses. Thus, characterizing the role of cytokines in steady state and disease has clear implications for therapeutic interventions in acute and chronic respiratory disorders. This thesis focused on the role of the cytokines, thymic stromal lymphopoietin (TSLP) and IL-17A in shaping pulmonary immune responses. TSLP is primarily produced by barrier epithelial cells and can target a myriad of immune cells. Although it has been shown to be potent inducer of Th2 type responses, its role in other inflammatory settings is relatively unexplored. In the first project of this thesis, we discovered a novel function of TSLP in antiviral immunity to Influenza A infection. We found that while TSLP regulated the early neutrophilic response to infection, it amplified virus specific adaptive immunity. Mechanistically, TSLP enhanced the expression of IL-15 and CD70 on the lung recruited inflammatory dendritic cells and strengthened their ability to stimulate virus specific CD8+ T cell responses locally. In addition we investigated TSLP in the context of diverse asthma phenotypes and further demonstrated the pleiotropic impact it has on pulmonary immune responses. In concurrence with previous reports we found that TSLP exacerbated Th2 mediated atopic inflammation. In contrast TSLP curtailed IL-17A responses and subsequent neutrophilic inflammation in the non-atopic model as well as virus induced exacerbation of the atopic model. Our findings demonstrate a dichotomy in the role of TSLP in asthma pathogenesis and emphasize the need to consider multiple asthma phenotypes for a thorough evaluation of its therapeutic potential in this disease. In the next part of this thesis we characterized the pathogenic mechanisms underlying chronic obstructive pulmonary disease. COPD is a heterogeneous disease defined by a progressive decline in lung function. Although environmental triggers exacerbate the disease, in susceptible individuals the established disease can progress through a self-sustained inflammatory circle. We sought to delineate the underlying mechanisms by using a murine model of chronic inflammation, which reproduced key pathological features of the human disease. As changes in the airway microbiome have been linked to severe COPD, we speculated that microbial derived signals could facilitate the establishment of chronic inflammatory pathways that favour disease progression. We found that the absence of a microbiota ameliorated disease, exhibited by a reduction in airway inflammation and an improvement in lung function. This was linked specifically to an impaired production of IL-17A, a cytokine that has been implicated in human disease. Moreover the kinetics of microbiota-dependent IL-17A production correlated with the disease severity. Based on these data targeted neutralization of IL-17A also had a beneficiai effect on the disease outcome. The prominent role played by IL-I7A in driving the disease was coupled to its ability in engaging and mediating cross talk between pathogenic innate and adaptive immune pathways. It influenced the recruitment and phenotype of neutrophils and macrophages, as well as impacted upon the formation and function of tertiary lymphoid tissue associated with severe disease. Thus, temporal and spatial changes in cytokine production, their cellular targets and interaction with the local milieu determine the balance between immunity and pathology in the lung. Collectively our findings provide novel mechanistic insights in the complex role played by cytokines in orchestrating pulmonary immune responses and have clear implications for human disease.

Characterization of Tollip in the Interleulkin-1 Receptor/Toll Like Receptors signaling pathways

SUMMARY IL-1R and TLRs are key players in innate immunity and inflammation. Tollip was identified as a component of IL-1RI, TLR2 and TLR4 signaling complexes that activate NF-κB and MAP kinase pathways. Tollip was previously shown as a negative regulator of NF-κB and MAP Kinase activation. We have characterized the role of Tollip in IL-R/TLRs induced signaling by the analysis of the Tollip deficient mice. We showed that NF-κB and MAPK (p38, JNK, or ERK1/2) signaling appeared normal in Tollip deficient cells following stimulation with IL-1β, lipopolysaccharide (LPS), and other TLR ligands. Also IL-1β and TLRs ligands induced activation of immune cells was indistinguishable from wild-type cells. Strikingly, in Tollip deficient mice the production of the inflammatory cytokines, IL-6 or TNF-α was significantly reduced relative to control mice after treatment with physiological doses of IL-1β or LPS, whereas no difference was observed at high doses of stimulation with LPS or in LPS induced septic shock. Therefore, Tollip could be critical for regulation of optimal responses to IL-1β and LPS, in addition to its role as negative regulator of the signaling. We also studied the role of Tollip as an endocytic adaptor for IL-1R endocytosis. We could show that Il-1R is ubiquitinated after IL-1β stimulation, and that Tollip's CUE domain binds IL-1RI in an ubiquitin-dependent manner. We followed IL-1R internalization and Tollip localization by confocal microscopy. Consistent with a role for Tollip in sorting of ubiquitinated IL-1RI, a significant amount of Tollip was also localized at the late endosomal compartment. We could show that Tollip is required for efficient lysosomal targeting of ubiquitinated IL-1R1, In the absence of Tollip or in Tollip deficient cells reconstituted with a Tollip mutant (defective in ubiquitin binding) IL-1RI accumulates in enlarged late endosomes. In addition, Tollip was shown to interact with, another endocytic adapter, Toml, and both interact with IL-1RI. In conclusion, we showed that Tollip is required for IL-1β and LPS signaling for cytokine production. In addition we showed and that Tollip has a role as an endocytic adapter, necessary for efficient trafficking and lysosomal degradation of IL-1RI. Resumé Le récepteur à l'interleukine-1 (IL-1R) et les récepteurs "Toll-like" (TLRs) sont des acteurs cruciaux de la réponse immunitaire innée et de l'inflammation. La proteine Tollip a été identifiée comme étant un élément des complexes de signalisation, induits par les récepteurs IL-1RI, TLR-2 et TLR-4, qui mènent à l'activation de la voie des MAP kinases et de NF-κB. Dans de précédentes études, il a été montré que Tollip pouvait inhiber ces deux voies de signalisation. Nous avons voulu caractériser plus précisément le rôle de Tollip dans l'activation des voies de signalisation mitées par IL-1R/TLRs en utilisant une lignée murine déficiente pour la protéine Tollip. Ainsi, en absence de Tollip, les cascades d'activation de NF-κB et MAPK (p38, JNK, or ERK1/2) ne semblent pas affectées après stimulation avec IL-1β, lipopolysaccharide (LPS) ou d' autres ligands des TLR. La réponse des cellules du système immunitaire induite par la stimulation avec IL-1β et les ligands des TLR est également comparable entre les souris sauvages et les souris deficientes pour Tollip. Par contre, dans cette lignée murine, la production de cytokines proinflammatoires IL-6 et TNFα induite par la stimulation à dose physiologique de IL-1β or LPS, est réduite. Cependant, lors de stimulation à plus hautes doses de LPS ou pendant un choc septique induit par de LPS, cette réduction n'est pas observée. Ces résultats montrent que Tollip pourrait avoir un rôle déterminant dans l'activation optimale en réponse à l' IL-1β et au LPS qui s'ajoute à sa fonction inhibitrice des mêmes voies de signalisation. Nous avons aussi étudié le rôle de Tollip comme molécule adaptatatrice du mécanisme endocytique d'internalisation de l' IL-1RI. Ainsi, l' IL-1R est ubiquitiné après stimulation par l' IL-1β , permettant à Tollip de se lier au récepteur. Cette interaction est réalisée entre le domaine CUE de Tollip et l'IL-1R via l'ubiquitine. L'internalisation et la localisation intracellulaire de l'IL-1RI et de Tollip ont été observés par microscopie confocale. En accord avec le rôle de Tollip dans le triage et la recirculation des IL-1R ubiquitiné, une quantité importante de Tollip été détectée dans l' endosome tardif. Nous avons pu démontrer que Tollip était nécessaire pour diriger efficacement ubiquitiné vers les lysosomes. Dans des cellules déficientes pour Tollip, ou reconstituées avec un mutant de Tollip (MF/AA) incapable de lier l'ubiquitine, IL-1RI s'accumule dans des vesicules anormales de l'endosome tardif. Dans ce travail, nous avons pu confirmer et préciser la fonction de la protéine Tollip dans l' activation de la production de cytokines induites par l' IL-1p and le LPS lors de l'inflammation et découvrir son rôle d'adaptateur dans l' internalisation et l'endocytose de l' IL-1RI.

The Intestinal Microbiota Contributes to the Ability of Helminths to Modulate Allergic Inflammation.

Intestinal helminths are potent regulators of their host's immune system and can ameliorate inflammatory diseases such as allergic asthma. In the present study we have assessed whether this anti-inflammatory activity was purely intrinsic to helminths, or whether it also involved crosstalk with the local microbiota. We report that chronic infection with the murine helminth Heligmosomoides polygyrus bakeri (Hpb) altered the intestinal habitat, allowing increased short chain fatty acid (SCFA) production. Transfer of the Hpb-modified microbiota alone was sufficient to mediate protection against allergic asthma. The helminth-induced anti-inflammatory cytokine secretion and regulatory T cell suppressor activity that mediated the protection required the G protein-coupled receptor (GPR)-41. A similar alteration in the metabolic potential of intestinal bacterial communities was observed with diverse parasitic and host species, suggesting that this represents an evolutionary conserved mechanism of host-microbe-helminth interactions.

Voluntary Exercise Stabilizes Established Angiotensin II-Dependent Atherosclerosis in Mice through Systemic Anti-Inflammatory Effects.

We have previously demonstrated that exercise training prevents the development of Angiotensin (Ang) II-induced atherosclerosis and vulnerable plaques in Apolipoprotein E-deficient (ApoE-/-) mice. In this report, we investigated whether exercise attenuates progression and promotes stability in pre-established vulnerable lesions. To this end, ApoE-/- mice with already established Ang II-mediated advanced and vulnerable lesions (2-kidney, 1-clip [2K1C] renovascular hypertension model), were subjected to sedentary (SED) or voluntary wheel running training (EXE) regimens for 4 weeks. Mean blood pressure and plasma renin activity did not significantly differ between the two groups, while total plasma cholesterol significantly decreased in 2K1C EXE mice. Aortic plaque size was significantly reduced by 63% in 2K1C EXE compared to SED mice. Plaque stability score was significantly higher in 2K1C EXE mice than in SED ones. Aortic ICAM-1 mRNA expression was significantly down-regulated following EXE. Moreover, EXE significantly down-regulated splenic pro-inflammatory cytokines IL-18, and IL-1β mRNA expression while increasing that of anti-inflammatory cytokine IL-4. Reduction in plasma IL-18 levels was also observed in response to EXE. There was no significant difference in aortic and splenic Th1/Th2 and M1/M2 polarization markers mRNA expression between the two groups. Our results indicate that voluntary EXE is effective in slowing progression and promoting stabilization of pre-existing Ang II-dependent vulnerable lesions by ameliorating systemic inflammatory state. Our findings support a therapeutic role for voluntary EXE in patients with established atherosclerosis.

Cytokine profiles during experimental Chagas' disease

People infected with Trypanosoma cruzi remain so for life, yet only 30-40% of these individuals develop characteristic chagasic cardiomyopathies. Similarly, when infected with the Brazilian strain of T. cruzi, DBA/2 mice develop severe cardiac damage while B10.D2 mice do not. To better understand the immunological parameters that may be involved in the disease process, we have used this murine model (DBA/2 vs B10.D2) and compared the changes in cytokine production during the course of infection with T. cruzi. Concanavalin A (Con A) stimulation of spleen cells harvested during the acute phase (day 30) resulted in similarly high levels of IFN-g in both mouse strains. However, the amount of IFN-g in supernatants from cultures of B10.D2 spleen cells initiated during the chronic phase (day 72) was at subacute levels, whereas secretion by chronic DBA/2 spleen cells remained high. In addition, Con A-stimulated spleen cells from acute DBA/2 mice produced approximately twice as much IL-10 and significantly more IL-4 than cells from B10.D2 mice. IL-4 secretion remained low by cells from chronic B10.D2 mice, but when using cells from chronic DBA/2 mice, levels continued to increase beyond the already high levels secreted by cells harvested during the acute phase. Proliferative responses to Con A stimulation by spleen cells from DBA/2 mice were significantly higher than those from B10.D2 mice in both the acute and chronic phases. These data suggest that enhanced responses in DBA/2 mice, which may be related to a higher parasite burden, a lack of down-regulation, and/or the onset of autoimmune phenomena, correlate with the more severe cardiomyopathy seen in pathopermissive mice.

Effect of fatty acids on leukocyte function

Fatty acids have various effects on immune and inflammatory responses, acting as intracellular and intercellular mediators. Polyunsaturated fatty acids (PUFAs) of the omega-3 family have overall suppressive effects, inhibiting lymphocyte proliferation, antibody and cytokine production, adhesion molecule expression, natural killer cell activity and triggering cell death. The omega-6 PUFAs have both inhibitory and stimulatory effects. The most studied of these is arachidonic acid that can be oxidized to eicosanoids, such as prostaglandins, leukotrienes and thromboxanes, all of which are potent mediators of inflammation. Nevertheless, it has been found that many of the effects of PUFA on immune and inflammatory responses are not dependent on eicosanoid generation. Fatty acids have also been found to modulate phagocytosis, reactive oxygen species production, cytokine production and leukocyte migration, also interfering with antigen presentation by macrophages. The importance of fatty acids in immune function has been corroborated by many clinical trials in which patients show improvement when submitted to fatty acid supplementation. Several mechanisms have been proposed to explain fatty acid modulation of immune response, such as changes in membrane fluidity and signal transduction pathways, regulation of gene transcription, protein acylation, and calcium release. In this review, evidence is presented to support the proposition that changes in cell metabolism also play an important role in the effect of fatty acids on leukocyte functioning, as fatty acids regulate glucose and glutamine metabolism and mitochondrial depolarization.

Development of a Glycocluster Adjuvant Mimicking Natural Yeast beta-(1,2)-Structures

Allergy is characterized by T helper (Th) 2-type immune response after encounter with an allergen leading to subsequent immunoglobulin (Ig) E-mediated hypersensitivity reaction and further allergic inflammation. Allergen-specific immunotherapy (SIT) balances the Th2-biased immunity towards Th1 and T regulatory responses. Adjuvants are used in allergen preparations to intensify and modify SIT. β-(1,2)-oligomannoside constituents present in Candida albicans (C. albicans) cell wall possess Th1-type immunostimulatory properties. The aim of this thesis was to develop a β-(1,2)-linked carbohydrate compound with known structure and anti-allergic properties to be applied as an adjuvant in SIT. First the immunostimulatory properties of various fungal extracts were studied. C. albicans appeared to be the most promising Th1-inducing extract, which led to the synthesis of various mono- or divalent oligomannosides designed on the basis of C. albicans. These carbohydrates did not induce strong cytokine production in human peripheral blood mononuclear cell (PBMC) cultures. In contrast to earlier reports using native oligosaccharides from C. albicans, synthetic -(1,2)-linked mannotetraose did not induce any tumor necrosis factor production in murine macrophages. Next, similarities with synthesized divalent mannosides and the antigenic epitopes of β-(1,2)-linked C. albicans mannan were investigated. Two divalent compounds inhibited specific IgG antibodies binding to below 3 kDa hydrolyzed mannan down to the level of 30–50% showing similar antigenicity to C. albicans. Immunomodulatory properties of synthesized carbohydrate assemblies ranging from mono- to pentavalent were evaluated. A trivalent acetylated dimannose (TADM) induced interleukin-10 (IL-10) and interferon-γ responses. TADM also suppressed birch pollen induced IL-4 and IL-5 responses in allergen (Bet v) stimulated PBMCs of birch pollen allergic subjects. This suppression was stronger with TADM than with other used adjuvants, immunostimulatory oligonucleotides and monophosphoryl lipid A. In a murine model of asthma, the allergen induced inflammatory responses could also be suppressed by TADM on cytokine and antibody levels.

Endothelial dysfunction in cardiovascular and endocrine-metabolic diseases: an update

The endothelium plays a vital role in maintaining circulatory homeostasis by the release of relaxing and contracting factors. Any change in this balance may result in a process known as endothelial dysfunction that leads to impaired control of vascular tone and contributes to the pathogenesis of some cardiovascular and endocrine/metabolic diseases. Reduced endothelium-derived nitric oxide (NO) bioavailability and increased production of thromboxane A2, prostaglandin H2 and superoxide anion in conductance and resistance arteries are commonly associated with endothelial dysfunction in hypertensive, diabetic and obese animals, resulting in reduced endothelium-dependent vasodilatation and in increased vasoconstrictor responses. In addition, recent studies have demonstrated the role of enhanced overactivation ofβ-adrenergic receptors inducing vascular cytokine production and endothelial NO synthase (eNOS) uncoupling that seem to be the mechanisms underlying endothelial dysfunction in hypertension, heart failure and in endocrine-metabolic disorders. However, some adaptive mechanisms can occur in the initial stages of hypertension, such as increased NO production by eNOS. The present review focuses on the role of NO bioavailability, eNOS uncoupling, cyclooxygenase-derived products and pro-inflammatory factors on the endothelial dysfunction that occurs in hypertension, sympathetic hyperactivity, diabetes mellitus, and obesity. These are cardiovascular and endocrine-metabolic diseases of high incidence and mortality around the world, especially in developing countries and endothelial dysfunction contributes to triggering, maintenance and worsening of these pathological situations.