Investigating the CD4+ T cell response to infection with Trypanosoma brucei

African trypanosomes are a protozoan parasite with the ability to cause disease states in both humans and animals; rendering them an important and relevant subject of study. These diseases have a vast socioeconomic impact upon the African continent and are perpetuated in part by the parasite's ability to evade the adaptive immune response. This thesis describes CD4+ T cell response to trypanosome infection, through the use of murine infection models and in vitro assays.

Cell surface Glut1 levels distinguish human CD4 and CD8 T lymphocyte subsets with distinct effector functions

International audience

Co-administration of plasmid-encoded granulocyte-macrophage colony-stimulating factor increases human immunodeficiency virus-1 DNA vaccine-induced polyfunctional CD4+ T-cell responses

T-cell based vaccines against human immunodeficiency virus (HIV) generate specific responses that may limit both transmission and disease progression by controlling viral load. Broad, polyfunctional, and cytotoxic CD4+ T-cell responses have been associated with control of simian immunodeficiency virus/HIV-1 replication, supporting the inclusion of CD4+ T-cell epitopes in vaccine formulations. Plasmid-encoded granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (pGM-CSF) co-administration has been shown to induce potent CD4+ T-cell responses and to promote accelerated priming and increased migration of antigen-specific CD4+ T-cells. However, no study has shown whether co-immunisation with pGM-CSF enhances the number of vaccine-induced polyfunctional CD4+ T-cells. Our group has previously developed a DNA vaccine encoding conserved, multiple human leukocyte antigen (HLA)-DR binding HIV-1 subtype B peptides, which elicited broad, polyfunctional and long-lived CD4+ T-cell responses. Here, we show that pGM-CSF co-immunisation improved both magnitude and quality of vaccine-induced T-cell responses, particularly by increasing proliferating CD4+ T-cells that produce simultaneously interferon-γ, tumour necrosis factor-α and interleukin-2. Thus, we believe that the use of pGM-CSF may be helpful for vaccine strategies focused on the activation of anti-HIV CD4+ T-cell immunity.

Effet de Streptococcus Suis sur la capacité de présentation antigénique de cellules dendritiques

Streptococcus suis est un important pathogène porcin et humain, causant méningites et septicémies. Des études suggèrent que S. suis dispose de facteurs de virulence, notamment sa capsule polysaccharidique (CPS), qui lui permettent de moduler les fonctions des cellules dendritiques (DCs), situées à l’interface entre l’immunité innée et adaptative. Les difficultés à développer un vaccin efficace suggèrent aussi une altération de la voie T dépendante. L’objectif général du projet était d’évaluer l’effet de S. suis sur l’activation des cellules T CD4+ ainsi que sur la capacité de présentation antigénique des DCs. Nous avons étudié dans un modèle murin in vivo la réponse T CD4+ mémoire lors d’infections primaire et secondaire. Une faible réponse mémoire centrale a été obtenue, suggérant que la réponse adaptative générée contre S. suis est limitée. Étant donné l’importance du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) de classe II dans la présentation antigénique, nous avons évalué in vitro et in vivo l’expression de ces molécules chez les DCs. Une modulation de l’expression du MHC-II par S. suis a été observée. L’analyse de la transcription de gènes impliqués dans la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle du MHC-II nous permet de suggérer que S. suis régule à la baisse la synthèse de nouvelles molécules et favorise leur dégradation lysosomale. Cette stratégie, dans laquelle la CPS ne jouerait qu’un rôle partiel, permettrait à S. suis d’échapper à la réponse adaptative T dépendante. Les résultats de cette étude fourniront de nouvelles perspectives dans la compréhension de la réponse adaptative lors de l’infection par S. suis.

Paléoécologie d’une tourbière à pergélisol en dégradation du sud des Territoires du Nord-Ouest : implications pour le cycle du carbone

Les tourbières ont contribué à refroidir le climat terrestre pendant l’Holocène en accumulant un réservoir de carbone important. Dans la forêt boréale canadienne, les sols gelés en permanence (pergélisols) sont répandus et ceux-ci sont principalement localisés dans les tourbières où ils forment des plateaux surélevés. Le dégel du pergélisol, causé entre autres par le réchauffement atmosphérique ou d’autres perturbations, provoque l’effondrement des plateaux et la saturation en eau du sol ce qui modifie entre autres le couvert végétal et le cycle du carbone. Les modélisations suggèrent que les latitudes nordiques seront les plus affectées par le réchauffement climatique alors qu’on y observe déjà un recul du couvert du pergélisol. Il est primordial de comprendre comment le dégel du pergélisol affecte la fonction de puits de carbone des tourbières puisque des rétroactions sur le climat sont possibles si une grande quantité de gaz à effet de serre est émise ou séquestrée. J’utilise une chronoséquence représentant le temps depuis le dégel d’un plateau de pergélisol des Territoires du Nord-Ouest pour comprendre les facteurs influençant l’aggradation et la dégradation du pergélisol dans les tourbières et évaluer l’effet du dégel sur l’accumulation de carbone et la préservation du carbone déjà accumulé. Les taux d’accumulation de carbone associés à la présence de pergélisol dans le passé et au présent sont lents, et la tourbe est moins décomposée dans les secteurs ayant été affectés plus longtemps par le pergélisol. En somme, le pergélisol réduit l’accumulation de carbone en surface mais permet une meilleure préservation du carbone déjà accumulé.

Effet de Streptococcus Suis sur la capacité de présentation antigénique de cellules dendritiques

Streptococcus suis est un important pathogène porcin et humain, causant méningites et septicémies. Des études suggèrent que S. suis dispose de facteurs de virulence, notamment sa capsule polysaccharidique (CPS), qui lui permettent de moduler les fonctions des cellules dendritiques (DCs), situées à l’interface entre l’immunité innée et adaptative. Les difficultés à développer un vaccin efficace suggèrent aussi une altération de la voie T dépendante. L’objectif général du projet était d’évaluer l’effet de S. suis sur l’activation des cellules T CD4+ ainsi que sur la capacité de présentation antigénique des DCs. Nous avons étudié dans un modèle murin in vivo la réponse T CD4+ mémoire lors d’infections primaire et secondaire. Une faible réponse mémoire centrale a été obtenue, suggérant que la réponse adaptative générée contre S. suis est limitée. Étant donné l’importance du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) de classe II dans la présentation antigénique, nous avons évalué in vitro et in vivo l’expression de ces molécules chez les DCs. Une modulation de l’expression du MHC-II par S. suis a été observée. L’analyse de la transcription de gènes impliqués dans la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle du MHC-II nous permet de suggérer que S. suis régule à la baisse la synthèse de nouvelles molécules et favorise leur dégradation lysosomale. Cette stratégie, dans laquelle la CPS ne jouerait qu’un rôle partiel, permettrait à S. suis d’échapper à la réponse adaptative T dépendante. Les résultats de cette étude fourniront de nouvelles perspectives dans la compréhension de la réponse adaptative lors de l’infection par S. suis.

Paléoécologie d’une tourbière à pergélisol en dégradation du sud des Territoires du Nord-Ouest : implications pour le cycle du carbone

Les tourbières ont contribué à refroidir le climat terrestre pendant l’Holocène en accumulant un réservoir de carbone important. Dans la forêt boréale canadienne, les sols gelés en permanence (pergélisols) sont répandus et ceux-ci sont principalement localisés dans les tourbières où ils forment des plateaux surélevés. Le dégel du pergélisol, causé entre autres par le réchauffement atmosphérique ou d’autres perturbations, provoque l’effondrement des plateaux et la saturation en eau du sol ce qui modifie entre autres le couvert végétal et le cycle du carbone. Les modélisations suggèrent que les latitudes nordiques seront les plus affectées par le réchauffement climatique alors qu’on y observe déjà un recul du couvert du pergélisol. Il est primordial de comprendre comment le dégel du pergélisol affecte la fonction de puits de carbone des tourbières puisque des rétroactions sur le climat sont possibles si une grande quantité de gaz à effet de serre est émise ou séquestrée. J’utilise une chronoséquence représentant le temps depuis le dégel d’un plateau de pergélisol des Territoires du Nord-Ouest pour comprendre les facteurs influençant l’aggradation et la dégradation du pergélisol dans les tourbières et évaluer l’effet du dégel sur l’accumulation de carbone et la préservation du carbone déjà accumulé. Les taux d’accumulation de carbone associés à la présence de pergélisol dans le passé et au présent sont lents, et la tourbe est moins décomposée dans les secteurs ayant été affectés plus longtemps par le pergélisol. En somme, le pergélisol réduit l’accumulation de carbone en surface mais permet une meilleure préservation du carbone déjà accumulé.

Analyse de profils de chaussées: Effet du gel saisonnier et de la dégradation du pergélisol

Des techniques adaptées aux contextes routiers sont nécessaires pour maintenir et réhabiliter des chaussées construites sur pergélisol ou en contexte de gel saisonnier. Plusieurs problématiques peuvent engendrer une augmentation des coûts de réparation et entretien, une diminution de la durée de vie des chaussées et des problèmes reliés à la sécurité des usagers de la route. L’objectif du projet consiste donc à élaborer un outil d’aide à la décision, qui contribuerait à localiser les zones sensibles au gel saisonnier et à la dégradation du pergélisol, à discerner les causes de dégradation des chaussées dues au gel saisonnier et à sélectionner les meilleures stratégies d’atténuation et de réfection à moindre coût. Le projet de recherche est divisé en deux volets distincts. Le premier volet traite des problématiques de gel de chaussées en contexte de gel saisonnier. Actuellement, il existe des méthodes de diagnostic qui permettent de détecter les endroits où un problème de gélivité est susceptible d’être présent. Par contre, ces méthodes ne permettent pas de discerner si le problème de gel est en profondeur ou en surface de la chaussée; en d’autres mots si le problème est lié à un soulèvement différentiel du sol ou à un soulèvement de fissures. De plus, les méthodes utilisées ne sont pas adaptées aux chaussées en contexte municipal. Selon les problématiques connues de certains sites, il a été possible de développer un abaque permettant de différencier si la problématique de gel se situe en surface ou en profondeur dans une chaussée. Puis, une analyse d’imagerie 3D a été réalisée pour complémenter l’abaque créé. À l’aide de cette technologie, une nouvelle méthode sera mise au point pour détecter des problématiques de gel grâce aux profils transversaux. Le deuxième volet porte sur les chaussées construites sur pergélisol. Les méthodes actuelles de détection de la dégradation du pergélisol sous les chaussées manquent de précision et ont besoin d’être raffinées, surtout dans le contexte actuel de réchauffement climatique. Pour ce faire, trois sites d’essais ont été étudiés sur l’Alaska Highway au Yukon. En fonction de différentes analyses telles que des analyses de profils longitudinaux, de la densité spectrale et de longueurs d’onde, des tendances ont été décelées pour caractériser l’instabilité du pergélisol.

Caractérisation des variants R100 et D191 de la protéine de dégradation de l’hème ChuS

ChuS est une protéine provenant d’une bactérie pathogène de l’humain qui a la capacité de lier et de dégrader l’hème de l’hôte pour en libérer le fer nécessaire à la croissance bactérienne. Deux résidus potentiellement importants du site actif, l’arginine 100 (R100) et l’acide aspartique 191 (D191) ont été investigués afin de mieux comprendre leur rôle dans la catalyse par ChuS. Nos résultats révèlent que le résidu D191 n’est pas essentiel à l’activité catalytique, mais qu’il est important pour la stabilité du complexe entre l’enzyme et l’un de ses substrats (hème) alors que le résidu R100 est absolument essentiel à l’activité catalytique. Nos études cinétiques et spectroscopiques détaillées fournissent des informations qui permettent de mieux comprendre le mécanisme catalytique de ChuS. Elles aident ainsi à obtenir une meilleure compréhension des voies d’acquisition de l’hème comme source de fer chez les bactéries pathogènes et à définir de nouvelles cibles thérapeutiques.

Dégradation chimique de l’interface cathodique carbone-fonte de cellules de production d’aluminium

Les producteurs d’aluminium sont des acteurs majeurs dans l’économie du Québec. Le métal gris est apprécié pour sa légèreté et sa résistance à la corrosion. Bien qu’il possède des qualités indéniables, sa production consomme une quantité considérable d’électricité. L’amélioration de l’efficacité énergétique du procédé est donc primordiale d’un point de vue économique et environnemental. L’étude du contact électrique entre le carbone et la fonte à l’intérieur de l’ensemble cathodique fait partie de la liste des paramètres pour optimiser la consommation énergétique de la cellule Hall-Héroult. Ce contact doit offrir une résistance minimale au passage du courant nécessaire pour la réaction d’électrolyse. Au cours du temps, la qualité du contact se dégrade en raison de la transformation physique et chimique des matériaux. Cette thèse se concentre sur l’étude de la dégradation chimique de la surface de la fonte. La première partie étudie la pénétration des composés chimiques provenant du bain d’électrolyse à l’intérieur du bloc de carbone. Le gonflement sodique suit généralement la diffusion du sodium, un sous-produit de la réaction cathodique, et du bain. Le gonflement causé par le sodium a été mesuré directement à l’aide de LVDT alors que la diffusion du bain électrolytique a été déterminée par microtomographie à rayons X. La seconde partie évalue le mécanisme de la dégradation du contact électrique entre le carbone et la fonte. Des travaux en laboratoire ont été réalisés pour quantifier l’impact des paramètres d’opération. Les résultats obtenus ont été comparés par la suite à des échantillons industriels provenant de deux technologies pour évaluer leur degré de dégradation. Un modèle numérique a été calibré à partir de ces résultats pour estimer l’effet de la dégradation de la fonte sur la chute de voltage cathodique. Les résultats démontrent que les paramètres d’opération de la cellule d’électrolyse ont des effets sur la vitesse de pénétration des espèces chimiques dans le bloc de carbone. Un bain plus riche en sodium ou une densité de courant cathodique plus élevée augmente la vitesse de pénétration. La présence d’une nappe d’aluminium au démarrage de l’électrolyse au contraire divise le gonflement et la pénétration du bain de moitié. La vitesse de dégradation de la fonte suit la même tendance. De plus, une augmentation de température de 50 °C provoque une fusion partielle de la surface de la fonte. Ces résultats intégrés au modèle numérique montre que la dégradation du contact entre le carbone et la fonte augmente la chute de voltage cathodique mais aussi change la distribution du courant à la surface du bloc de carbone. La détermination du mécanisme de dégradation de la fonte par des essais en laboratoire combinée avec la pénétration des espèces chimiques constitue l’apport original de cette thèse et ceci permet d’éclaircir le processus d’évolution de ce contact électrique sous condition d’opération.

Risk of Human Papillomavirus-Associated Cancers Among Persons With AIDS

Background Although risk of human papillomavirus (HPV)–associated cancers of the anus, cervix, oropharynx, penis, vagina, and vulva is increased among persons with AIDS, the etiologic role of immunosuppression is unclear and incidence trends for these cancers over time, particularly after the introduction of highly active antiretroviral therapy in 1996, are not well described. Methods Data on 499 230 individuals diagnosed with AIDS from January 1, 1980, through December 31, 2004, were linked with cancer registries in 15 US regions. Risk of in situ and invasive HPV-associated cancers, compared with that in the general population, was measured by use of standardized incidence ratios (SIRs) and 95% confidence intervals (CIs). We evaluated the relationship of immunosuppression with incidence during the period of 4–60 months after AIDS onset by use of CD4 T-cell counts measured at AIDS onset. Incidence during the 4–60 months after AIDS onset was compared across three periods (1980–1989, 1990–1995, and 1996–2004). All statistical tests were two-sided. Results Among persons with AIDS, we observed statistically significantly elevated risk of all HPV-associated in situ (SIRs ranged from 8.9, 95% CI = 8.0 to 9.9, for cervical cancer to 68.6, 95% CI = 59.7 to 78.4, for anal cancer among men) and invasive (SIRs ranged from 1.6, 95% CI = 1.2 to 2.1, for oropharyngeal cancer to 34.6, 95% CI = 30.8 to 38.8, for anal cancer among men) cancers. During 1996–2004, low CD4 T-cell count was associated with statistically significantly increased risk of invasive anal cancer among men (relative risk [RR] per decline of 100 CD4 T cells per cubic millimeter = 1.34, 95% CI = 1.08 to 1.66, P = .006) and non–statistically significantly increased risk of in situ vagina or vulva cancer (RR = 1.52, 95% CI = 0.99 to 2.35, P = .055) and of invasive cervical cancer (RR = 1.32, 95% CI = 0.96 to 1.80, P = .077). Among men, incidence (per 100 000 person-years) of in situ and invasive anal cancer was statistically significantly higher during 1996–2004 than during 1990–1995 (61% increase for in situ cancers, 18.3 cases vs 29.5 cases, respectively; RR = 1.71, 95% CI = 1.24 to 2.35, P < .001; and 104% increase for invasive cancers, 20.7 cases vs 42.3 cases, respectively; RR = 2.03, 95% CI = 1.54 to 2.68, P < .001). Incidence of other cancers was stable over time. Conclusions Risk of HPV-associated cancers was elevated among persons with AIDS and increased with increasing immunosuppression. The increasing incidence for anal cancer during 1996–2004 indicates that prolonged survival may be associated with increased risk of certain HPV-associated cancers.

Human herpesvirus 8 load and progression of AIDS-related Kaposi sarcoma lesions

Introduction—Human herpesvirus 8 (HHV8) is necessary for Kaposi sarcoma (KS) to develop, but whether peripheral blood viral load is a marker of KS burden (total number of KS lesions), KS progression (the rate of eruption of new KS lesions), or both is unclear. We investigated these relationships in persons with AIDS. Methods—Newly diagnosed patients with AIDS-related KS attending Mulago Hospital, in Kampala, Uganda, were assessed for KS burden and progression by questionnaire and medical examination. Venous blood samples were taken for HHV8 load measurements by PCR. Associations were examined with odds ratio (OR) and 95% confidence intervals (CI) from logistic regression models and with t-tests. Results—Among 74 patients (59% men), median age was 34.5 years (interquartile range [IQR], 28.5-41). HHV8 DNA was detected in 93% and quantified in 77% patients. Median virus load was 3.8 logs10/106 peripheral blood cells (IQR 3.4-5.0) and was higher in men than women (4.4 vs. 3.8 logs; p=0.04), in patients with faster (>20 lesions per year) than slower rate of KS lesion eruption (4.5 vs. 3.6 logs; p<0.001), and higher, but not significantly, among patients with more (>median [20] KS lesions) than fewer KS lesions (4.4 vs. 4.0 logs; p=0.16). HHV8 load was unrelated to CD4 lymphocyte count (p=0.23). Conclusions—We show significant association of HHV8 load in peripheral blood with rate of eruption of KS lesions, but not with total lesion count. Our results suggest that viral load increases concurrently with development of new KS lesions.

Hodgkin lymphoma and immunodeficiency in persons with HIV/AIDS

In persons with HIV/AIDS (PWHAs), Hodgkin lymphoma (HL) risk is increased. However, HL incidence in PWHAs has unexpectedly increased since highly active antiretroviral therapy (HAART) was introduced. We linked nationwide HIV/AIDS and cancer registry data from 1980 through 2002. Immunity was assessed by CD4 T-lymphocyte counts at AIDS onset. Annual HL incidence rates were calculated for 4 through 27 months after AIDS onset. During 477 368 person years (py's) of follow-up in 317 428 persons with AIDS (PWAs), 173 HL cases occurred (36.2 per 105 py's). Incidence was significantly higher in 1996 to 2002 than earlier. Incidence in PWAs with 150 to 199 CD4 cells/μL was 53.7 per 105 py's, whereas in PWAs with fewer than 50 CD4 cells/μL, it was 20.7 per 105 py's (Ptrend = .002). For each HL subtype, incidence decreased with declining CD4 counts, but nodular sclerosing decreased more precipitously than mixed cellularity, thereby increasing the proportion of mixed cellularity HL seen in PWAs. We conclude that HL incidence is lower with severe immunosuppression than with moderate immunosuppression, and HAART-related improvements in CD4 counts likely explain the increasing HL incidence in PWHAS observed since 1996. With more severe immunosuppression, nodular sclerosing HL becomes infrequent, explaining the higher proportion of mixed cellularity HL found in PWAs. Pathogenesis implications are discussed.

IL-18 inhibits growth of murine orthotopic prostate carcinomas via both adaptive and innate immune mechanisms

Interleukin(IL)-18 is a pleiotrophic cytokine with functions in immune modulation, angiogenesis and bone metabolism. In this study, the potential of IL-18 as an immunotherapy for prostate cancer (PCa) was examined using the murine model of prostate carcinoma, RM1 and a bone metastatic variant RM1(BM)/B4H7-luc. RM1 and RM1(BM)/B4H7-luc cells were stably transfected to express bioactive IL-18. These cells were implanted into syngeneic immunocompetent mice, with or without an IL-18-neutralising antibody (αIL-18, SK113AE4). IL-18 significantly inhibited the growth of both subcutaneous and orthotopic RM1 tumors and the IL-18 neutralizing antibody abrogated the tumor growth-inhibition. In vivo neutralization of interferon-gamma (IFN-γ) completely eliminated the anti-tumor effects of IL-18 confirming an essential role of IFN-γ as a down-stream mediator of the anti-tumor activity of IL-18. Tumors from mice in which IL-18 and/or IFN-γ was neutralized contained significantly fewer CD4+ and CD8+ T cells than those with functional IL-18. The essential role of adaptive immunity was demonstrated as tumors grew more rapidly in RAG1−/− mice or in mice depleted of CD4+ and/or CD8+ cells than in normal mice. The tumors in RAG1−/− mice were also significantly smaller when IL-18 was present, indicating that innate immune mechanisms are involved. IL-18 also induced an increase in tumor infiltration of macrophages and neutrophils but not NK cells. In other experiments, direct injection of recombinant IL-18 into established tumors also inhibited tumor growth, which was associated with an increase in intratumoral macrophages, but not T cells. These results suggest that local IL-18 in the tumor environment can significantly potentiate anti-tumor immunity in the prostate and clearly demonstrate that this effect is mediated by innate and adaptive immune mechanisms.