Cytokines and hs-CRP levels in individuals treated with low-dose aspirin for cardiovascular prevention: a population-based study (CoLaus Study).

Pro-inflammatory cytokines and high-sensitive C-reactive protein (hs-CRP) are associated with increased risk for cardiovascular disease. Low-dose aspirin for CV prevention is reported to have anti-inflammatory effects. The aim of this study was to determine the association between pro-inflammatory cytokines and hs-CRP levels and low-dose aspirin use for cardiovascular prevention in a population-based cohort (CoLaus Study). We assessed blood samples in 6085 participants (3201 women) aged 35-75years. Medications' use and indications were recorded. Among aspirin users (n=1'034; 17%), overall low-dose users (351; 5.8%) and low-dose for cardiovascular prevention users (324; 5.3%) were selected for analysis. Pro-inflammatory cytokines (IL-1β, IL-6 and TNF-α were assessed by a multiplex particle-based flow cytometric assay and hs-CRP by an immunometric assay. Cytokines and hs-CRP were presented in quartiles. Multivariate analysis adjusting for sex, age, smoking status, body mass index, diabetes mellitus and immunomodulatory drugs showed no association between cytokines and hs-CRP levels and low-dose aspirin use for cardiovascular prevention, either comparing the topmost vs. the three other quartiles (OR 95% CI, 0.84 (0.59-1.18), 1.03 (0.78-1.32), 1.10 (0.83-1.46), 1.00 (0.67-1.69) for IL-1β, IL-6, TNF-α and hs-CRP, respectively), or comparing the topmost quartile vs. the first one (OR 95% CI, 0.87 (0.60-1.26), 1.19 (0.79-1.79), 1.26 (0.86-1.84), 1.06 (0.67-1.69)). Low-dose aspirin use for cardiovascular prevention does not impact plasma pro-inflammatory cytokine and hs-CRP levels in a population-based cohort.

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.

Myelin basic protein content of aggregating rat brain cell cultures treated with cytokines and/or demyelinating antibody: effects of macrophage enrichment.

The demyelinative potential of the cytokines interleukin-1 alpha (IL-1 alpha), interferon-gamma (IFN-gamma), and tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) has been investigated in myelinating aggregate brain cell cultures. Treatment of myelinated cultures with these cytokines resulted in a reduction in myelin basic protein (MBP) content. This effect was additively increased by anti-myelin/oligodendrocyte glycoprotein (alpha-MOG) in the presence of complement. Qualitative immunocytochemistry demonstrated that peritoneal macrophages, added to the fetal telencephalon cell suspensions at the start of the culture period, successfully integrated into aggregate cultures. Supplementing the macrophage component of the cultures in this fashion resulted in increased accumulation of MBP. The effect of IFN-gamma on MBP content of cultures was not affected by the presence of macrophages in increased numbers.

Differential effects of pro- and anti-inflammatory cytokines alone or in combinations on the metabolic profile of astrocytes.

We have previously reported that the pro-inflammatory cytokines tumor necrosis factor-α (TNFα) and interleukin-1β (IL-1β) induce profound modifications of the metabolic profile of astrocytes. The present study was undertaken to further characterize the effects of cytokines in astrocytes and to determine whether similar effects could also be observed in neurons. To do so, selected pro-inflammatory (IL-6 and interferon-γ, in addition to the above-mentioned TNFα and IL-1β) and anti-inflammatory cytokines (IL-4, IL-10, transforming growth factor-β1 and interferon-β) were applied to primary neuronal and astrocytic cultures, and key metabolic parameters were assessed. As a general pattern, we observed that pro-inflammatory cytokines increased glucose utilization in astrocytes while the anti-inflammatory cytokines IL-4 and IL-10 decreased astrocytic glucose utilization. In contrast, no significant change could be observed in neurons. When pairs of pro-inflammatory cytokines were co-applied in astrocytes, several additive or synergistic modifications could be observed. In contrast, IL-10 partially attenuated the effects of pro-inflammatory cytokines. Finally, the modifications of the astrocytic metabolism induced by TNFα + IL-1β and interferon-γ modulated neuronal susceptibility to an excitotoxic insult in neuron-astrocyte co-cultures. Together, these results suggest that pro- and anti-inflammatory cytokines differentially affect the metabolic profile of astrocytes, and that these changes have functional consequences for surrounding neurons.

Th2 activities induced during virgin T cell priming in the absence of IL-4, IL-13, and B cells.

Virgin T cells being primed to Th2-inducing or Th1-inducing Ags, respectively, start to synthesize IL-4 or IFN-gamma as they begin to proliferate. Parallel respective induction of B cells to produce gamma1 or gamma2a switch transcripts provides additional evidence of early divergent Th activity. This report concerns the roles of IL-4, IL-13, and B cells in these early events in vivo. Th2 responses were induced in lymph nodes against hapten-protein given s.c. with killed Bordetella pertussis adjuvant. In T cell proliferation in wild-type mice, IL-4 message up-regulation and gamma1 and epsilon switch transcript production were underway 48-72 h after immunization. The absence of IL-4, IL-13, or B cells did not alter the early T cell proliferative response. The gamma1 and epsilon switch transcript production was still induced in the absence of IL-4, IL-13, or both, but at a reduced level, while the dominance of switching to IgG1 in the extrafollicular hapten-specific plasma cell response was retained. The up-regulation of IL-4 message was not reduced or delayed in the absence of B cells and was only marginally reduced by the absence of IL-13. It is concluded that signals delivered by dendritic cells, which are not dependent on the presence of IL-4, IL-13, or B cells, can prime virgin T cells and induce the early Th2 activities studied. These early events that direct virgin T cells toward Th2 differentiation contrast with the critical later role of Th2 cytokines in selectively expanding Th2 clones and driving further IL-4 synthesis.

The fate and persistence of Leishmania major in mice of different genetic backgrounds: an example of exploitation of the immune system by intracellular parasites.

Leishmania spp. are intracellular protozoan parasites that are delivered within the dermis of their vertebrate hosts. Within this peripheral tissue and the draining lymph node, they find and/or rapidly create dynamic microenvironments that determine their ultimate fate, namely their more or less successful expansion, and favour their transmission to another vertebrate host though a blood-feeding vector. Depending on their genetic characteristics as well as the genetic make-up of their hosts, once within the dermis Leishmania spp. very rapidly drive and maintain sustained T cell-dependent immune responses that arbitrate their ultimate fate within their hosts. The analysis of the parasitism exerted by Leishmania major in mice of different genetic backgrounds has allowed us to recognize some of the early and late mechanisms driven by this parasite that lead to either uncontrolled or restricted parasitism. Uncontrolled parasitism by Leishmania major characterizing mice from a few inbred strains (e.g. BALB/c) is associated with the expansion of parasite reactive Th2 CD4 lymphocytes and results from their rapid and sustained activity. In contrast, restricted parasitism characteristic of mice from the majority of inbred strains results from the development of a polarized parasite-specific Th1 CD4 response. This murine model of infection has already been and will continue to be particularly instrumental in dissecting the rules controlling the pathway of differentiation of T cells in vivo. In the long run, the understanding of these rules should contribute to the rational development of novel immunotherapeutic interventions against severe infectious diseases.

Modulation du métabolisme du glucose astrocytaire par les cytokines pro-inflammatoires et le peptide beta-amyloïde. A la recherche d'une composante gliale aux processus neurodégénératifs

Résumé large public: Une altération localisée du métabolisme du glucose, le substrat énergétique préférentiellement utilisé dans le cerveau, est un trait caractéristique précoce de la maladie d'Alzheimer (MA). Il est maintenant largement admis que le beta-amyloïde, la neuroinflammation et le stress oxydatif participent au développement de la MA. Cependant les mécanismes cellulaires de la pathogenèse restent à identifier. Le métabolisme cérébral a ceci de remarquable qu'il repose sur la coopération entre deux types cellulaires, ainsi les astrocytes et les neurones constituent une unité métabolique. Les astrocytes sont notamment responsables de fournir aux neurones des substrats énergétiques, ainsi que des précurseurs du glutathion pour la défense contre le stress oxydatif. Ces fonctions astrocytaires sont essentielles au bon fonctionnement et à la survie neuronale; par conséquent, une altération de ces fonctions astrocytaires pourrait participer au développement de certaines maladies cérébrales. Le but de ce travail est, dans un premier temps, d'explorer les effets de médiateurs de la neuroinflammation (les cytokines pro-inflammatoires) et du peptide beta-amyloïde sur le métabolisme des astrocytes corticaux, en se focalisant sur les éléments en lien avec le métabolisme énergétique et le stress oxydatif. Puis, dans un second temps, de caractériser les conséquences pour les neurones des modifications du métabolisme astrocytaire induites par ces substances. Les résultats obtenus ici montrent que les cytokines pro-inflammatoires et le beta-amyloïde induisent une profonde altération du métabolisme astrocytaire, selon deux profils distincts. Les cytokines pro-inflammatoires, particulièrement en combinaison, agissent comme « découpleurs » du métabolisme énergétique du glucose, en diminuant l'apport potentiel de substrats énergétiques aux neurones. En plus de son effet propre, le peptide beta-amyloïde potentialise les effets des cytokines pro-inflammatoires. Or, dans le cerveau de patients atteints de la MA, les astrocytes sont exposés simultanément à ces deux types de substances. Les deux types de substances ont un effet ambivalent en termes de stress oxydatif. Ils induisent à la fois une augmentation de la libération de glutathion (potentiellement protecteur pour les neurones voisins) et la production d'espèces réactives de l'oxygène (potentiellement toxiques). Etant donné l'importance de la coopération entre astrocytes et neurones, ces modulations du métabolisme astrocytaire pourraient donc avoir un retentissement majeur sur les cellules environnantes, et en particulier sur la fonction et la survie neuronale. Résumé Les astrocytes et les neurones constituent une unité métabolique. Les astrocytes sont notamment responsables de fournir aux neurones des substrats énergétiques, tels que le lactate, ainsi que des précurseurs du glutathion pour la défense contre le stress oxydatif. Une altération localisée du métabolisme du glucose, le substrat énergétique préférentiellement utilisé dans le cerveau, est un trait caractéristique, précoce, de la maladie d'Alzheimer (MA). Il est maintenant largement admis que le beta-amyloïde, la neuroinflammation et le stress oxydatif participent au développement de la MA. Cependant, les mécanismes cellulaires de la pathogenèse restent à identifier. Le but de ce travail est d'explorer les effets des cytokines pro-inflammatoires (Il-1 ß et TNFα) et du beta-amyloïde (Aß) sur le métabolisme du glucose des astrocytes corticaux en culture primaire ainsi que de caractériser les conséquences, pour la viabilité des neurones voisins, des modifications du métabolisme astrocytaire induites par ces substances. Les résultats obtenus montrent que les cytokines pro-inflammatoires et le beta-amyloïde induisent une profonde altération du métabolisme astrocytaire, selon deux profils distincts. Les cytokines pro-inflammatoires, particulièrement en combinaison, agissent comme « découpleurs » du métabolisme glycolytique astrocytaire. Après 48 heures, le traitement avec TNFα et Il-lß cause une augmentation de la capture de glucose et de son métabolisme dans la voie des pentoses phosphates et dans le cycle de Krebs. A l'inverse, il cause une diminution de la libération de lactate et des stocks cellulaires de glycogène. En combinaison avec les cytokines tel qu'in vivo dans les cerveaux de patients atteints de MA, le peptide betaamyloïde potentialise les effets décrits ci-dessus. Isolément, le Aß cause une augmentation coordonnée de la capture de glucose et de toutes les voies de son métabolisme (libération de lactate, glycogenèse, voie des pentoses phosphate et cycle de Krebs). Les traitements altèrent peu les taux de glutathion intracellulaires, par contre ils augmentent massivement la libération de glutathion dans le milieu extracellulaire. A l'inverse, les deux types de traitements augmentent la production intracellulaire d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). De plus, les cytokines pro-inflammatoires en combinaison augmentent massivement la production des ROS dans l'espace extracellulaire. Afin de caractériser l'impact de ces altérations métaboliques sur la viabilité des neurones environnants, un modèle de co-culture et des milieux conditionnés astrocytaires ont été utilisés. Les résultats montrent qu'en l'absence d'une source exogène d'antioxydants, la présence d'astrocytes favorise la viabilité neuronale ainsi que leur défense contre le stress oxydatif. Cette propriété n'est cependant pas modulée par les différents traitements. D'autre part, la présence d'astrocytes, et non de milieu conditionné, protège les neurones contre l'excitotoxicité due au glutamate. Les astrocytes prétraités (aussi bien avec le beta-amyloïde qu'avec les cytokines pro-inflammatoires) perdent cette propriété. Cet élément suggère que la perturbation du métabolisme astrocytaire causé par les cytokines pro-inflammatoires ou le beta-amyloïde pourrait participer à l'atteinte de la viabilité neuronale associée à certaines pathologies neurodégénératives.

The MyD88 protein 88 pathway is differently involved in immune responses induced by distinct substrains of Leishmania major.

Host resistance to Leishmania major is highly dependent on the development of a Th1 immune response. The TLR adaptator myeloid differentiation protein 88 (MyD88) has been implicated in the Th1 immune response associated with the resistant phenotype observed in C57BL/6 mice after infection with L. major. To investigate whether the MyD88 pathway is differentially used by distinct substrains of parasites, MyD88(-/-) C57BL/6 mice were infected with two substrains of L. major, namely L. major LV39 and L. major IR75. MyD88(-/-) mice were susceptible to both substrains of L. major, although with different kinetics of infection. The mechanisms involved during the immune response associated with susceptibility of MyD88(-/-) mice to L. major is however, parasite substrain-dependent. Susceptibility of MyD88(-/-) mice infected with L. major IR75 is a consequence of Th2 immune-deviation, whereas susceptibility of MyD88(-/-) mice to infection with L. major LV39 resulted from an impaired Th1 response. Depletion of regulatory T cells (Treg) partially restored IFN-gamma secretion and the Th1 immune response in MyD88(-/-) mice infected with L. major LV39, demonstrating a role of Treg activity in the development of an impaired Th1 response in these mice.

Pro-inflammatory cytokines induce the transcription factors C/EBPbeta and C/EBPdelta in astrocytes.

The transcription factors CCAAT/enhancer binding protein (C/EBP)-beta and -delta are key regulators for the expression of the acute phase genes in the liver, such as complement component C3 and antichymotrypsin. In the brain, these acute phase proteins are produced in response to pro-inflammatory cytokines by the reactive astrocytes, in particular those surrounding the amyloid plaques of Alzheimer's disease brains. Here we show that lipopolysaccharides (LPS), IL-1beta, and TNFalpha induce the expression of the c/ebpbeta and -delta genes in mouse primary astrocytes. This induction precedes the expression of the acute phase genes coding for the complement component C3 and the mouse homologue of antichymotrypsin. The induction of these two acute phase genes by LPS is blocked by cycloheximide, whereas this protein synthesis inhibitor does not affect the expression of the c/ebp genes. Altogether, our data support a role as immediate-early genes for c/ebpbeta and -delta, whose expression is induced by pro-inflammatory cytokines in mouse cortical astrocytes. In the liver, these transcription factors are known to play an important role in inflammation and energy metabolism regulation. Therefore, C/EBPbeta and -delta could be pivotal transcription factors involved in brain inflammation, in addition to their previously demonstrated role in brain glycogen metabolism regulation (Cardinaux and Magistretti. J Neurosci 16:919-929, 1996).

Mice from a genetically resistant background lacking the interferon gamma receptor are susceptible to infection with Leishmania major but mount a polarized T helper cell 1-type CD4+ T cell response.

Mice with homologous disruption of the gene coding for the ligand-binding chain of the interferon (IFN) gamma receptor and derived from a strain genetically resistant to infection with Leishmania major have been used to study further the role of this cytokine in the differentiation of functional CD4+ T cell subsets in vivo and resistance to infection. Wild-type 129/Sv/Ev mice are resistant to infection with this parasite, developing only small lesions, which resolve spontaneously within 6 wk. In contrast, mice lacking the IFN-gamma receptor develop large, progressing lesions. After infection, lymph nodes (LN) and spleens from both wild-type and knockout mice showed an expansion of CD4+ cells producing IFN-gamma as revealed by measuring IFN-gamma in supernatants of specifically stimulated CD4+ T cells, by enumerating IFN-gamma-producing T cells, and by Northern blot analysis of IFN-gamma transcripts. No biologically active interleukin (IL) 4 was detected in supernatants of in vitro-stimulated LN or spleen cells from infected wild-type or deficient mice. Reverse transcription polymerase chain reaction analysis with primers specific for IL-4 showed similar IL-4 message levels in LN from both types of mice. The IL-4 message levels observed were comparable to those found in similarly infected C57BL/6 mice and significantly lower than the levels found in BALB/c mice. Anti-IFN-gamma treatment of both types of mice failed to alter the pattern of cytokines produced after infection. These data show that even in the absence of IFN-gamma receptors, T helper cell (Th) 1-type responses still develop in genetically resistant mice with no evidence for the expansion of Th2 cells.

Immunopathogenesis of Asthma and Atopic Diseases – The specific Role of a selected Panel of Genes in human T helper Cell Differentiation

T helper cell (Th) functions are crucial for proper immune defence against various intra- and extracellular pathogens. According to the specific immune responses, Th cells can be classified into subtypes, Th1 and Th2 cells being the most frequently characterized classes. Th1 and Th2 cells interact with other immune cells by regulating their functions with specific cytokine production. IFN, IL-2 and TNF- are the cytokines predominantly produced by Th1 cells whereas Th2 cells produce Th2-type cytokines, such as IL-4, IL-5 and IL-13. Upon TCR activation and in the presence of polarizing cytokines, Th cells differentiate into effector subtypes from a common precursor cell. IFN and IL-12 are the predominant Th1 polarizing cytokines whereas IL-4 directs Th2 polarization. The cytokines mediate their effects through specific receptor signalling. The differentiation process is complex, involving various signalling molecules and routes, as well as functions of the specific transcription factors. The functions of the Th1/Th2 cells are tightly regulated; however, knowledge on human Th cell differentiation is, as yet, fairly poor. The susceptibility for many immune-mediated disorders often originates from disturbed Th cell responses. Thus, research is needed for defining the molecular mechanisms involved in the differentiation and balanced functions of the Th cells. Importantly, the new information obtained will be crucial for a better understanding of the pathogenesis of immune-mediated disorders, such as asthma or autoimmune diseases. In the first subproject of this thesis, the role of genetic polymorphisms in the human STAT6, GATA3 and STAT4 genes were investigated for asthma or atopy susceptibility in Finnish asthma families by association analysis. These genes code for key transcription factors regulating Th cell differentiation. The study resulted in the identification of a GATA3 haplotype that associated with asthma and related traits (high serum IgE level). In the second subproject, an optimized method for human primary T cell transfection and enrichment was established. The method can be utilized for functional studies for the selected genes of interest. The method was also utilized in the third subproject, which aimed at the identification of novel genes involved in early human Th cell polarization (0-48h) using genome-wide oligonucleotide arrays. As a result, numerous genes and ESTs with known or unknown functions were identified in the study. Using an shRNA knockdown approach, a panel of novel IL-4/STAT6 regulated genes were identified in the functional studies of the genes. Moreover, one of the genes, NDFIP2, with a previously uncharacterized role in the human Th differentiation, was observed to promote IFN production of the differentiated Th1 cells. Taken together, the results obtained have revealed potential new relevant candidate genes serving as a basis for further studies characterizing the detailed networks involved in the human Th cell differentiation as well as in the genetic susceptibility of Th-mediated immune disorders.

Regulatory Mechanisms involved in Th2 Cell Differentiation. A Proteomics Approach.

Th2-solujen erilaistumista ohjaavat säätelyverkostot ja niiden tutkiminen proteomiikan avulla Astma ja allergiat ovat laajalle levinneitä ja vakavia sairauksia, joista kärsivät miljoonat ihmiset ympäri maailmaa. Koe-eläimillä tehdyt tutkimukset osoittavat, että interleukiini-4 (IL-4) on tärkeä allergisen astman ja allergioiden kehittymiselle ja kroonistumiselle. Se ohjaa T-auttajasolujen (Th-solujen) kehittymistä Th2-tyypin soluiksi, joilla on merkittävä rooli näiden tautien puhkeamisessa. Th2-solut tuottavat myös itse IL-4:ä, joka edesauttaa taudin seuraavien vaiheiden kehittymistä. Erityisesti STAT6-proteiini, joka aktivoituu IL-4-stimulaation seurauksena, on tarpeen Th2- vasteen syntymiselle ja kroonistumiselle antigeenin aiheuttamassa keuhkoputkien astmaattisessa tulehduksessa. Väitöskirjatyöni tarkoituksena oli käyttää kaksidimensionaaliseen elektroforeesiin (2- DE) perustuvaa proteomiikkaa ja massaspektrometriaa uusien Th2-solujen erilaistumista säätelevien proteiinien tunnistamiseksi. Erilaistumattomat Th-solut eristettiin vastasyntyneen napaverestä tai hiiren pernasta. Solut aktivoitiin Tsolureseptorin ja ns. ko-stimulatoristen reseptorien kautta ja erilaistettiin joko Th1- tai Th2-suuntaan vastaavasti erilaistavien IL-12- ja IL-4-sytokiinien avulla. Ensimmäisessä tutkimuksessa in vitro -erilaistettujen Th1- ja Th2-solujen proteomeja verrattiin keskenään proteiinien ilmenemisessä tai proteiinimodifikaatioissa olevien erojen tunnistamiseksi. Kaksi muuta päätutkimusta keskittyivät IL-4:n aiheuttamaan proteiinitason säätelyyn ensimmäisen vuorokauden aikana T-soluaktivaation jälkeen. Näistä ensimmäisessä IL-4:n aiheuttamia eroja tunnistettiin aktivoiduista ihmisen Thsoluista. IL-4:n todettiin säätelevän useita proteiineja kaspaasien välittämissä signalointiteissä sekä lisäävän T-solujen elävyyttä ja aktivoitumista. Toisessa tutkimuksessa STAT6-poistogeenisten hiirien lymfosyyttien proteomia verrattiin villityypin kontrollisoluihin T-soluaktivaation ja IL-4-stimulaation jälkeen. Näissä tutkimuksissa karakterisoitiin useita uusia IL-4:n ja STAT6:n kohdeproteiineja ja löydettiin uusia säätelyverkostoja. Tutkimustulokset ovat johtaneet uusiin Th2-erilaistumismekanismeja koskeviin hypoteeseihin.

Cytokines and hs-CRP levels in individuals treated with aspirin for cardiovascular prevention: a population-based study (CoLaus Study)

Backgrounds: Pro-inflammatory cytokines and high-sensitive C-reactive protein (hs-CRP) are associated with increased risk for cardiovascular disease. Low-dose aspirin for cardiovascular (CV) prevention is reported to have anti-inflammatory effects. The aim of this study was to determine the association between cytokines and hs-CRP levels and low-dose aspirin use for CV prevention in a population-based cohort (CoLaus Study). Methods and Results: Blood samples were assessed in 6,085 participants (3,201 women) aged 35-75 years. Medications' use and indications were recorded. Among aspirin users (n=1'034; 17%), overall low-dose (351; 5.8%) and low-dose for CV prevention (324; 5.3%) users were specifically selected for analysis. IL-1beta, IL-6 and TNF-alpha were assessed by a multiplex particle-based flow cytometric assay and hs-CRP by an immunometric assay. Cytokines and hs-CRP were presented in quartiles. Multivariate analysis adjusting for sex, age, smoking status, body mass index, concomitant use of various immunomodulatory drugs, diabetes mellitus showed no association between cytokines and hs-CRP levels and low-dose aspirin use for CV prevention either comparing the topmost vs. the three other quartiles (OR 95% CI, 0.84 (0.59 - 1.18), 1.03 (0.78 - 1.32), 1.10 (0.83 - 1.46), 1.00 (0.67 - 1.69) for IL-1beta, IL-6, TNF-alpha and hs-CRP, respectively), or comparing the topmost quartile vs. the first one (OR 95% CI, 0.87 (0.60 - 1.26), 1.19 (0.79 - 1.79), 1.26 (0.86 - 1.84), 1.06 (0.67 - 1.69)). Conclusions: Low-dose aspirin use for cardiovascular prevention does not seem to impact plasma cytokine and hs-CRP levels in a population-based cohort.

Pneumolysin Activates the NLRP3 Inflammasome and Promotes Proinflammatory Cytokines Independently of TLR4.

Pneumolysin (PLY) is a key Streptococcus pneumoniae virulence factor and potential candidate for inclusion in pneumococcal subunit vaccines. Dendritic cells (DC) play a key role in the initiation and instruction of adaptive immunity, but the effects of PLY on DC have not been widely investigated. Endotoxin-free PLY enhanced costimulatory molecule expression on DC but did not induce cytokine secretion. These effects have functional significance as adoptive transfer of DC exposed to PLY and antigen resulted in stronger antigen-specific T cell proliferation than transfer of DC exposed to antigen alone. PLY synergized with TLR agonists to enhance secretion of the proinflammatory cytokines IL-12, IL-23, IL-6, IL-1β, IL-1α and TNF-α by DC and enhanced cytokines including IL-17A and IFN-γ by splenocytes. PLY-induced DC maturation and cytokine secretion by DC and splenocytes was TLR4-independent. Both IL-17A and IFN-γ are required for protective immunity to pneumococcal infection and intranasal infection of mice with PLY-deficient pneumococci induced significantly less IFN-γ and IL-17A in the lungs compared to infection with wild-type bacteria. IL-1β plays a key role in promoting IL-17A and was previously shown to mediate protection against pneumococcal infection. The enhancement of IL-1β secretion by whole live S. pneumoniae and by PLY in DC required NLRP3, identifying PLY as a novel NLRP3 inflammasome activator. Furthermore, NLRP3 was required for protective immunity against respiratory infection with S. pneumoniae. These results add significantly to our understanding of the interactions between PLY and the immune system.

Targeting Cytokines: Production and Characterization of Anti-TNF-α scFvs by Phage Display Technology.

The antibody display technology (ADT) such as phage display (PD) has substantially improved the production of monoclonal antibodies (mAbs) and Ab fragments through bypassing several limitations associated with the traditional approach of hybridoma technology. In the current study, we capitalized on the PD technology to produce high affinity single chain variable fragment (scFv) against tumor necrosis factor-alpha (TNF- α), which is a potent pro-inflammatory cytokine and plays important role in various inflammatory diseases and malignancies. To pursue production of scFv antibody fragments against human TNF- α, we performed five rounds of biopanning using stepwise decreased amount of TNF-α (1 to 0.1 μ g), a semi-synthetic phage antibody library (Tomlinson I + J) and TG1 cells. Antibody clones were isolated and selected through enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) screening. The selected scFv antibody fragments were further characterized by means of ELISA, PCR, restriction fragment length polymorphism (RFLP) and Western blot analyses as well as fluorescence microscopy and flow cytometry. Based upon binding affinity to TNF-α , 15 clones were selected out of 50 positive clones enriched from PD in vitro selection. The selected scFvs displayed high specificity and binding affinity with Kd values at nm range to human TNF-α . The immunofluorescence analysis revealed significant binding of the selected scFv antibody fragments to the Raji B lymphoblasts. The effectiveness of the selected scFv fragments was further validated by flow cytometry analysis in the lipopolysaccharide (LPS) treated mouse fibroblast L929 cells. Based upon these findings, we propose the selected fully human anti-TNF-α scFv antibody fragments as potential immunotherapy agents that may be translated into preclinical/clinical applications.