Characterization of the immunological properties of " Plasmodium falciparum " and " Plasmodium berghei " circumsporozoite proteins : antibody responses and recognition by specific CD8+ T cells

SUMMARY Interest in developing intervention strategies against malaria by targeting the liver stage of the Plasmodium life cycle has been fueled by studies which show that sterile protective immunity can be achieved by immunization with radiation-attenuated sporozoites. Anti-malarial drugs and insecticides have been widely used to control the disease, but in the hope of developing a more cost-effective intervention strategy, vaccine development has taken centre stage in malaria research. There is currently no vaccine against malaria. Attenuated sporozoite-induced immunity is achieved by antibodies and T cells against malaria liver stage antigens, the most abundant being the circumsporozoite protein (CSP), and many vaccine formulations aim at mimicking this immunity. However, the mechanisms by which the antibody and T cell immune responses are generated after infection by sporozoites, or after immunization with different vaccine formulations are still not well understood. The first part of this work aimed at determining the ability of primary hepatocytes from BALB/c mice to process and present CSP-derived peptides after infection with P. berghei sporozoites. Both infected hepatocytes and those traversed by sporozoites during migration were found to be capable of processing and presenting the CSP to specific CD8+ T cells in vitro. The pathway of processing and presentation involved the proteasome, aspartic proteases and transport through a post-Endoplasmic Reticulum (ER) compartment. These results suggest that in vivo, infected hepatocytes contribute to the elicitation and expansion of a T cell response. In the second part, the antibody responses of CB6F1 mice to synthetic peptides corresponding to the N- and C-terminal domains of P. berghei and P. falciparum CS proteins were characterized. Mice were immunized with single peptides or a combination of N- and C-terminal peptides. The peptides were immunogenic in mice and the antisera generated could recognize the native CSP on the sporozoite surface. Antisera generated against the N-terminal peptides or against the combinations inhibited sporozoite invasion of hepatocytes in vitro. In vivo, more mice immunized with single P. berghei peptides were protected from infection upon a challenge with P. berghei sporozoites, than mice immunized with a combination of N- and C-terminal peptides. Furthermore, P. falciparum N-terminal peptides were recognized by serum samples from people living in malaria-endemic areas. Importantly, recognition of a peptide from the N-terminal fragment of the P. falciparum CSP by sera from children living in a malaria-endemic region was associated with protection from disease. These results underline the potential of using such peptides as malaria vaccine candidates. RESUME L'intérêt de développer des stratégies d'intervention contre la malaria ciblant le stade pré-erythrocytaire a été alimenté par des études qui montrent qu'il est possible d'obtenir une immunité par l'injection de sporozoites irradiés. Les médicaments et les insecticides anti-paludiques ont été largement utilisés pour contrôler la maladie, mais dans l'espoir de développer une stratégie d'intervention plus rentable, le développement de vaccins a été placé au centre des recherches actuelles contre la malaria. A l'heure actuelle, il n'existe aucun vaccin contre la malaria. L'immunité induite par les sporozoites irradiés est due à l'effet combiné d'anticorps et de cellules T qui agissent contre les antigènes du stade hépatique dont le plus abondant est la protéine circumsporozoite (CSP). Beaucoup de formulations de vaccin visent à imiter l'immunité induite par les sporozoites irradiés. Cependant, les mécanismes par lesquels les anticorps et les cellules T sont génerés après infection par les sporozoites ou après immunisation avec des formulations de vaccin ne sont pas bien compris. La première partie de ce travail a visé à déterminer la capacité de hépatocytes primaires provenant de souris BALB/c à "processer" et à présenter des peptides dérivés de la CSP, après infection par des sporozoites de Plasmodium berghei. Nous avons montré que in vitro, les hépatocytes infectés et ceux traversés par les sporozoites pendant leur migration étaient capables de "processer" et de présenter la CSP aux cellules T CD8+ spécifiques. La voie de présentation implique le protéasome, les protéases de type aspartique et le transport à travers un compartiment post-reticulum endoplasmique. Ces résultats suggèrent que in vivo, les hépatocytes infectés contribuent à l'induction et à l'expansion d'une réponse immunitaire spécifique aux cellules T. Dans la deuxième partie, nous avons caractérisé les réponses anticorps chez les souris de la souche CB6F1 face aux peptides N- et C-terminaux des protéines circumsporozoites de Plasmodium berghei et Plasmodium falciparum. Les souris ont été immunisées avec les peptides individuellement ou en combinaison. Les peptides utilisés étaient immunogéniques chez les souris, et les anticorps produits pouvaient reconnaître la protéine CSP native à la surface des sporozoites. In vitro, les sera contre les peptides N-teminaux et les combinaisons étaient capables d'inhiber l'invasion de hépatocytes par les sporozoites. In vivo, plus de souris immunisées avec les peptides individuels de la CSP de P. berghei étaient protégées contre la malaria que les souris immunisées avec une combinaison de peptides N- et C-terminaux. De plus, les peptides N-terminaux de la CSP de P. falciparum ont été reconnus par les sera de personnes vivant dans des régions endémiques pour la malaria. Il est intéressant de voir que la reconnaissance d'un peptide N-terminal de P. falciparum par des sera d'enfants habitant dans des régions endémiques était associé à la protection contre la maladie. Ces résultats soulignent le potentiel de ces peptides comme candidats-vaccin contre la malaria.

Immune response to the mumps component of the MMR vaccine in the routine of immunisation services in the Brazilian National Immunisation Program

A non-controlled longitudinal study was conducted to evaluate the combined vaccine against measles, mumps and rubella (MMR) immunogenicity in 150 children vaccinated in the routine of three health units in the city of Rio de Janeiro, Brazil, 2008-2009, without other vaccines administered during the period from 30 days before to 30 days after vaccination. A previous study conducted in Brazil in 2007, in 1,769 children ranging from 12-15 months of age vaccinated against yellow fever and MMR simultaneously or at intervals of 30 days or more between doses, had shown low seroconversion for mumps regardless of the interval between administration of the two vaccines. The current study showed 89.5% (95% confidence interval: 83.3; 94.0) seroconversion rate for mumps. All children seroconverted for measles and rubella. After revaccination, high antibody titres and seroconversion rates were achieved against mumps. The results of this study and others suggest that two MMR doses confer optimal immunoresponses for all three antigens and the possible need for additional doses should be studied taking into account not only serological, but also epidemiological data, as there is no serological correlate of protection for mumps.

The use of halloysite clay and carboxyl-functionalised multi-walled carbon nanotubes for recombinant LipL32 antigen delivery enhanced the IgG response

We studied the feasibility of using halloysite clay nanotubes (HNTs) and carboxyl-functionalised multi-walled carbon nanotubes (COOH-MWCNTs) as antigen carriers to improve immune responses against a recombinant LipL32 protein (rLipL32). Immunisation using the HNTs or COOH-MWCNTs significantly increased the rLipL32-specific IgG antibody titres (p < 0.05) of Golden Syrian hamsters. None of the vaccines tested conferred protection against a challenge using a virulent Leptospira interrogans strain. These results demonstrated that nanotubes can be used as antigen carriers for delivery in hosts and the induction of a humoral immune response against purified leptospiral antigens used in subunit vaccine preparations.

Strength and cost of an induced immune response are associated with a heritable melanin-based colour trait in female tawny owls.

1. Melanin pigments provide the most widespread source of coloration in vertebrates, but the adaptive function of such traits remains poorly known. 2. In a wild population of tawny owls (Strix aluco), we investigated the relationships between plumage coloration, which varies continuously from dark to pale reddish, and the strength and cost of an induced immune response. 3. The degree of reddishness in tawny owl feather colour was positively correlated with the concentration of phaeomelanin and eumelanin pigments, and plumage coloration was highly heritable (h(2) = 0.93). No carotenoids were detected in the feathers. 4. In mothers, the degree of melanin-based coloration was associated with antibody production against a vaccine, with dark reddish females maintaining a stronger level of antibody for a longer period of time compared to pale reddish females, but at a cost in terms of greater loss of body mass. 5. A cross-fostering experiment showed that, independent of maternal coloration, foster chicks reared by vaccinated mothers were lighter than those reared by nonvaccinated mothers. Hence, even though dark reddish mothers suffered a stronger immune cost than pale reddish mothers, this asymmetric cost was not translated to offspring growth. 6. Our study suggests that different heritable melanin-based colorations are associated with alternative strategies to resist parasite attacks, with dark reddish individuals investing more resources towards the humoral immune response than lightly reddish conspecifics.

CD1d-restricted NK T cells are dispensable for specific antibody responses and protective immunity against liver stage malaria infection in mice.

Immunization with a single dose of irradiated sporozoites is sufficient to induce protection against malaria in wild-type mice. Although this protection is classically attributed to conventional CD4+ and CD8+ T cells, several recent reports have suggested an important role for CD1-restricted NK T cells in immunity to malaria. In this study, we directly compared the ability of C57BL/6 wild-type and CD1-deficient mice to mount a protective immune response against Plasmodium berghei sporozoites. Our data indicate that CD1-restricted NK T cells are not required for protection in this model system. Moreover, specific IgG antibody responses to the P. berghei circumsporozoite repeat sequence were also unaffected by CD1 deficiency. Collectively, our data demonstrate that CD1-restricted NK T cells are dispensable for protective immunity to liver stage P. berghei infection.

Acquired antibody responses against Plasmodium vivax infection vary with host genotype for duffy antigen receptor for chemokines (DARC).

BACKGROUND: Polymorphism of the Duffy Antigen Receptor for Chemokines (DARC) is associated with susceptibility to and the severity of Plasmodium vivax malaria in humans. P. vivax uses DARC to invade erythrocytes. Individuals lacking DARC are 'resistant' to P. vivax erythrocytic infection. However, susceptibility to P. vivax in DARC+ individuals is reported to vary between specific DARC genotypes. We hypothesized that the natural acquisition of antibodies to P. vivax blood stages may vary with the host genotype and the level of DARC expression. Furthermore, high parasitemia has been reported to effect the acquisition of immunity against pre-erythrocytic parasites. We investigated the correlation between host DARC genotypes and the frequency and magnitude of antibodies against P. vivax erythrocytic stage antigens. METHODOLOGY/FINDINGS: We assessed the frequencies and magnitudes of antibody responses against P. vivax and P. falciparum sporozoite and erythrocytic antigens in Colombian donors from malaria-endemic regions. The frequency and level of naturally-acquired antibodies against the P. vivax erythrocytic antigens merozoite surface protein 1 (PvMSP1) and Duffy binding protein (PvDBP) varied with the host DARC genotypes. Donors with one negative allele (FY*B/FY*Bnull and FY*A/FY*Bnull) were more likely to have anti-PvMSP1 and anti-PvDBP antibodies than those with two positive alleles (FY*B/FY*B and FY*A/FY*B). The lower IgG3 and IgG1 components of the total IgG response may account for the decreased responses to P. vivax erythrocytic antigens with FY*A/FY*B and FY*B/FY*B genotypes. No such association was detected with P. falciparum erythrocytic antigens, which does not use DARC for erythrocyte invasion. CONCLUSION/SIGNIFICANCE: Individuals with higher DARC expression, which is associated with higher susceptibility to P. vivax infection, exhibited low frequencies and magnitudes of P. vivax blood-stage specific antibody responses. This may indicate that one of the primary mechanisms by which P. vivax evades host immunity is through DARC indirectly down-regulating humoral responses against erythrocytic invasion and development.

Impaired antibody memory to varicella zoster virus in HIV-infected children: low antibody levels and avidity*.

OBJECTIVE: HIV-infected children have impaired antibody responses after exposure to certain antigens. Our aim was to determine whether HIV-infected children had lower varicella zoster virus (VZV) antibody levels compared with HIV-infected adults or healthy children and, if so, whether this was attributable to an impaired primary response, accelerated antibody loss, or failure to reactivate the memory VZV response. METHODS: In a prospective, cross-sectional and retrospective longitudinal study, we compared antibody responses, measured by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), elicited by VZV infection in 97 HIV-infected children and 78 HIV-infected adults treated with antiretroviral therapy, followed over 10 years, and 97 age-matched healthy children. We also tested antibody avidity in HIV-infected and healthy children. RESULTS: Median anti-VZV immunoglobulin G (IgG) levels were lower in HIV-infected children than in adults (264 vs. 1535 IU/L; P<0.001) and levels became more frequently unprotective over time in the children [odds ratio (OR) 17.74; 95% confidence interval (CI) 4.36-72.25; P<0.001]. High HIV viral load was predictive of VZV antibody waning in HIV-infected children. Anti-VZV antibodies did not decline more rapidly in HIV-infected children than in adults. Antibody levels increased with age in healthy (P=0.004) but not in HIV-infected children. Thus, antibody levels were lower in HIV-infected than in healthy children (median 1151 IU/L; P<0.001). Antibody avidity was lower in HIV-infected than healthy children (P<0.001). A direct correlation between anti-VZV IgG level and avidity was present in HIV-infected children (P=0.001), but not in healthy children. CONCLUSION: Failure to maintain anti-VZV IgG levels in HIV-infected children results from failure to reactivate memory responses. Further studies are required to investigate long-term protection and the potential benefits of immunization.

The role of Toll-like Receptor (TLR) 9 in the development of a T-helper (Th)1/Th2 response in the murine model of infection with " Leishmania major "

1.1 SUMMARY The role of the non-specific innate immune system is as important as the elaboration of the adaptive immune system in the initiation of an immune response to pathogens. The role of the Toll-like receptors (TLRs) in the innate immune response to virus and bacterial pathogens is widely recognised, however, little is known about the role of TLRs in host defence against eukaryotic pathogens. Immunologic investigations on the marine model of infection with Leishmania major (L. major) have correlated the outcome of the disease with expansion of different subsets of CD4+ cells, designated Th1 and Th2. The resistance of C57BL/6, CBA and C3H/He mice is linked with an IL-12 driven Th1 response. In BALB/c mice the susceptibility correlates with an IL-4 driven Th2 response. The initial event promoting the development of a Th1 or Th2 response still remains elusive. Recently, the contribution of the TLR signalling pathway in the innate and acquired immune response to infection with the intracellular protozoan parasite L. major has been demonstrated. Thus, the purpose of this study is to determine whether TLRs may play a role in influencing the outcome of the infection by directing the development of a Th1 or a Th2 response during infection with L, major parasites, in resistant C57BL/6 and susceptible BALB/c mice, respectively. We demonstrated that MyD88, the major TLR adaptor molecule is necessary for C57BL/6 to develop a resistant Th1 response following L. major infection. Our data show the essential role of MyD88 in the establishment of a protective Th1 response. We subsequently aimed to determine which TLRs may be involved in the protective response. Since TLR2 and TLR4 have shown to have a potential role for Leishmania recognition, we analysed the course of infection in TLR2 and TLR4 deficient mice on a C57BL/6 resistant background following L. major infection. Our results clearly demonstrate that TLR2 or TLR4 aze dispensable to control the outcome of the disease as the TLR2 and TLR4 knockout mice developed a protective Th1 response. With the aim of determining a potential TLR candidate important in the initiation of the Thl response, we assessed the mRNA expression of different TLRs (TLR1 to TLR9) using quantitative real-time RT-PCR at different time points during the first week of infection. The results clearly showed an upregulation of TLR7 and TLR9 mRNA expression during the early phase of infection in resistant C57BL/6 mice but not in susceptible BALB/c mice. To provide in vivo evidence for the role for, these TLRs in the outcome of cutaneous leishmaniasis, studies using TLR7 and TLR9 deficient mice on a resistant C57BL/6 background were performed. The TLR7 deficient mice developed a resistance phenotype that was comparable with C57BL/6 wild type mice. Thus, the presence of TLR7 is not indispensable for the development of a Th1 response and resistance to infection. On the contrary, TLR9 deficient mice on the C57BL/6 resistant background showed high variability in the outcome of the disease. Although some mice behave as resistant C57BL/6 mice, half of them developed high lesion following infection and showed a decrease in IFN-γ production and an increase in IL-4 as compared to wild type mice. These results suggest that TLR9 may be involved in the control of infection. To test the hypothesis that regulatory T cells (Treg) are playing a role in the high variability in the disease outcome in TLR9 deficient mice, depletion of CD4+CD25+ T cells with a specific antibody three days before infection with L. major were performed Interestingly, these treated mice developed large lesions, low IL-4 and decreased IFN-γ producion when compared to untreated mice. A better understanding of the mechanism by which Treg cells influence the outcome of the disease in TLR9 deficient mice following L. major infection is currently under investigation. Altogether, this study demonstrates the importance of TLR9 in the induction of a protective T'h1 response, a process that is involved in the resolution of the lesion induced by L. major infection. 1.2 RÉSUMÉ Le rôle de la réponse immunitaire innée a longtemps été négligé quant à l'impact qu'elle pourrait avoir dans l'initiation d'une réponse immune adaptative efficace dirigée contre un pathogène. Si l'importance des récepteurs Toll-like (TLR) du système inné dans la reconnaissance des virus et bactéries a été démontrée, son rôle dans la défense contre les pathogènes eucaryotes reste encore très élusif. Récemment, il a été montré que les voies de signalisation provenant de l'activation des TLRs pouvaient initier la réponse immunitaire innée et adaptative après une infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major). Dans un modèle marin d'infection avec L. major alors que la plupart des souches de souris telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1) induite par IL-12, peu de souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse Th2 induite par IL-4. La différentiation Th1/Th2 est un événement qui prend place de manière définitive lors de la première semaine après infection. Les événements précoces promouvant le développement d'une réponse Th1 ou Th2 n'étant pas connus, l'objectif de ce travail a été de démontrer un rôle des TLRs dans l'initiation d'une réponse immune innée et adaptative suite à l'infection par L. major. Nous avons démontré que MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, est nécessaire pour que les souris résistantes C57BL/6 développent une réponse Th1 protectrice. L'importance du rôle de TLR2 et TLR4 dans la reconnaissance du parasite Leishmania ayant été démontrée, nous avons privilégié l'analyse de la réponse immunitaire suite à une infection in vivo de souris déficiente en TLR2 ou TLR4 sur un fond génétique résistant. Les résultats obtenus montrent que la présence de ces récepteurs n'est pas indispensable pour le contrôle de l'infection et la polarisation d'une réponse Th1 caractéristique de la résistance à L. major. Cependant d'autres TLRs peuvent aussi activer la voie de signalisation MyD88 dépendante. L'expression de l'ARNm des différents TLRs dans les ganglions drainant de souris sensibles et résistantes pendant la première semaine d'infection a été déterminée par PCR quantitative en temps réel. Les résultats obtenus montrent que l'ARNm de TLR7 et TLR9 était régulé positivement suite à l'infection par L. major chez les souris résistantes C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était détectable chez les souris sensibles BALB/c. Le rôle des récepteurs TLR7 et TLR9 a donc été évalué par l'infection par L. major des souris déficientes en TLR7 et TLR9 sur fond génétique C57BL/6. Nos résultats ont clairement démontré que les souris déficientes en TLR7 montrent une réponse immunitaire identique à celle des souris résistantes C57BL/6, signifiant que TLR7 n'est pas indispensable au développement d'une Th1 ainsi qu'au contrôle de la parasitémie. Paz contre, les souris déficientes en TLR9 sur un fond génétique résistant ont montré une grande variabilité dans la réponse à l'infection. En effet, la moitié des souris deviennent sensibles à l'infection, ceci étant associé à une diminution dans la production d'IFN-γ et à une augmentation de la production d'IL-4. Ces résultats suggèrent que TLR9 est impliqué dans le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Cependant les résultats avec les souris déficientes en TLR9 montrant une grande hétérogénéité et une balance Th1/Th2 instable, nous avons émis l'hypothèse que les cellules T régulatrices pouvaient être impliquées dans ce phénomène. Nous avons effectivement constaté qu'après déplétion des cellules CD4+CD25+, les souris déficientes en TLR9 développent des lésions aussi grandes que les souris BALB/c après infection par L. major. Cependant le nombre de parasites reste le même que chez les souris C57BL/6. De plus la production d'IL-4 ainsi que celle d'IFN-γ reste extrêment bas. Les mécanismes régulateurs impliqués dans ce processus sont en cours d'analyse. Ce travail met en évidence l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. 1.3 RESUME POUR UN LARGE PUBLIC La leishmaniose est une maladie parasitaire répandue dans le monde entier et touchant plus de 88 pays. L'incidence mondiale de la leishmaniose cutanée et de 1 à 1,5 million de nouveaux cas par année. Plus de 12 millions de personnes sont affectées par la maladie et 350 millions de personnes sont une population à risque. Un modèle marin d'infection avec Leishmania major (L. major) a été établi qui reproduit plusieurs tableaux cliniques observés dans le cas de la leishmaniose cutanée chez l'homme. L'analyse de la réponse immunitaire dans les souris infectées par L. major a permis de distinguer deux groupes : les souris de la plupart des souches telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1), alors que quelques souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse de type Th2. La réponse immune adaptative dans le modèle d'infection avec L. major à été largement étudiée. Cependant, les événements précoces déterminants pour le développement d'une réponse Th1 ou Th2 restent encore très flous. Récemment, plusieurs publications ont montré que les récepteurs Toll-like (TLR) peuvent contribuer à l'initiation de la réponse immunitaire lors d'une infection avec le parasite intracellulaire L. major. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié le rôle de MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, dans la réponse immune suite à une infection avec L. major. En l'absence de MyD88, les souris normalement résistantes à l'infection avec L. major deviennent sensibles et développent des lésions importantes. Ces souris ne sont plus capables de développer une réponse Thl, normalement caractéristique de leur phénotype résistant. Nous avons ensuite tenté de comprendre quels TLRs, plus précisément, pouvait être impliqué dans ce processus. Malgré quelques évidences démontrant que TLR2 et TLR4 pouvaient avoir un rôle important dans l'initiation d'une réponse immunitaire adaptative à Leishmania, nous avons montré que, in vivo après infection avec L. major, la déficience d'un de ces récepteurs n'était pas suffisante à faire basculer la réponse immunitaire. Les souris C57BL/6 déficient en TLR2 ou TLR4 peuvent parfaitement contrôler l'évolution de la maladie. De plus, ces souris, malgré l'absence de TLR2 ou TLR4, sont capables de monter une parfaite réponse Thl. Etant donné que TLR2 et TLR4 n'étaient pas essentiels pour la résistance à la maladie, nous avons analysé les TLRs, parmi les 12 décrits qui pouvaient être indispensables au développement d'une réponse de type Th1 associée à la résistance à l'infection par Leishmania. Nos expériences ont montré que l'expression de l'ARN messager (ARNm) de TLR7 et TLR9 était modulée suite à l'infection par L. major chez la souris résistante C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était visible chez les souris sensible BALB/c. Pensant que ces TLRs pourraient jouer un rôle dans la réponse immunitaire au parasite, nous avons étudié l'évolution de l'infection dans les souris déficientes en TLR7 et TLR9. Nos résultats ont clairement démontré que TLR7 n'était pas indispensable à la résistance au parasite alors que l'absence de TLR9 avait des conséquences radicales sur le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Ce travail révèle ainsi l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. Il est a noté que nos résultats sont en accord avec le fait que les motifs CpG, qui sont des immunostimulateurs interagissant avec le TLR9, ont une activité adjuvante importante dans la préparation de vaccins contre la leishmaniose. Une meilleure compréhension des mécanismes immunologiques impliquant le TLR9 dans la reconnaissance du parasite est alors indispensable pour le développement de vaccins thérapeutiques efficaces.

Innate immune response to poxvirus vectors

Summary : A large body of evidence indicates that the innate immune system plays a key role in host response to viral infection. Recently, Toll-like receptors (TLRs), RIG-I-like receptors (RLRs), and NOD-like receptor receptors (NLRs) have emerged as key innate immune sensors of microbial products, eliciting intracellular signaling and leading to the production of chemokines, cytokines and interferons (IFNs) that shape innate immune responses and coordinate the development of adaptive immunity. Poxviruses are currently developed as vaccines vectors for infectious diseases such as HIV, tuberculosis and malaria. Modified vaccinia virus Ankara (MVA) and New York vaccinia virus (NWAC) are attenuated, replication deficient strains of poxvirus. The mechanisms underlying innate immune responses to MVA and NYVAC are poorly characterized. Thus, the objectives of the project were to determine the innate immune profile stimulated by poxviruses in innate immune cells and to evaluate the impact of modifications in the viral genome on MVA and NYVAC immunogenicity. MVA stimulated the production of abundant amounts of chemokines and IFNß but low levels of cytokines by human macrophages. In contrast, NYVAC weakly stimulated the production of all mediators. Interestingly, MVA and NYVAC strongly stimulated innate immune responses in vivo and in human whole blood, suggesting that a soluble factors}, possibly a complement component, was required for optimal activation of innate immune cells by poxviruses. Modified MVA and NYVAC produced by single or multiple deletions of viral genes targeting crucial pathways of host innate immunity, and mutant poxviruses with limited replication capacity, increased the production of pro-inflammatory molecules by human whole blood. Gene expression profiling in human macrophages confirmed the increased immunologic stimulatory capacity of modified poxviruses. The pathways activated by MVA and NYVAC in innate immune cells were described by analysing the response of knockdown or shRNA transduced macrophages with impaired expression of TLRs and their adaptors (MyD8$ and TRIF), RLRs (RIG-I, MDA-5 and the adaptor IPS-1) and the NALP3 inflammasome composed óf the NLR NALP3, caspase-1 and ASC. These experiments revealed a critical role for TLR2-TLR6-MyD88 in the production of tFNß-independent chemokines and of MDA-5-IPS-1 in the production of IFNß and IFNßdependent chemokines. The transcription of the iL1b gene encoding for the IL-1ß cytokine was initiated through TLR2-MyD88, whereas the maturation and the secretion of IL-1ß were controlled by the NALP3 inflammasome. Finally, we analyzed the role of macrophage migration inhibitory factor (MIF), a mediator of inflammation and innate immune responses, in MVA infection. We observed that MVA infection increased MIF production by innate immune cells and that MIF deficiency impaired macrophage and dendritic cell responses (ie migration, maturation, cytokine and IFN production) to MVA infection in vitro and in vivo. Moreover, MIF-deficiency resulted in delayed anti-MVA specific antibody production in mice immunized with the virus. In conclusion, we demonstrate. that poxviruses can be modified genetically to improve their immunogenicity. We also report the first comprehensive analysis of poxvirus sensing by innate immune cells, showing that the TLR, RLR and NLR pathways play specific and coordinated roles in regulating cytokine, chemokine and IFN response to poxvirus infection. Finally, we show that MIF is an integral host component involved in innate and adaptive immune responses to MVA infection. The present findings provide important information relevant to the study of the pathogenesis of poxvirus infections and allow a better understanding of the immunogenic potential of vaccine vectors, which is required for the development of optimized modìfied pox-vaccine vectors.

Anti-CTLA-4 therapy broadens the melanoma-reactive CD8+ T cell response.

Anti-CTLA-4 treatment improves the survival of patients with advanced-stage melanoma. However, although the anti-CTLA-4 antibody ipilimumab is now an approved treatment for patients with metastatic disease, it remains unknown by which mechanism it boosts tumor-specific T cell activity. In particular, it is unclear whether treatment amplifies previously induced T cell responses or whether it induces new tumor-specific T cell reactivities. Using a combination ultraviolet (UV)-induced peptide exchange and peptide-major histocompatibility complex (pMHC) combinatorial coding, we monitored immune reactivity against a panel of 145 melanoma-associated epitopes in a cohort of patients receiving anti-CTLA-4 treatment. Comparison of pre- and posttreatment T cell reactivities in peripheral blood mononuclear cell samples of 40 melanoma patients demonstrated that anti-CTLA-4 treatment induces a significant increase in the number of detectable melanoma-specific CD8 T cell responses (P = 0.0009). In striking contrast, the magnitude of both virus-specific and melanoma-specific T cell responses that were already detected before start of therapy remained unaltered by treatment (P = 0.74). The observation that anti-CTLA-4 treatment induces a significant number of newly detected T cell responses-but only infrequently boosts preexisting immune responses-provides strong evidence for anti-CTLA-4 therapy-enhanced T cell priming as a component of the clinical mode of action.

Neutrophils contribute to development of a protective immune response during onset of infection with Leishmania donovani.

Neutrophils are key components of the inflammatory response and as such contribute to the killing of microorganisms. In addition, recent evidence suggests their involvement in the development of the immune response. The role of neutrophils during the first weeks post-infection with Leishmania donovani was investigated in this study. When L. donovani-infected mice were selectively depleted of neutrophils with the NIMP-R14 monoclonal antibody, a significant increase in parasite numbers was observed in the spleen and bone marrow and to a lesser extent in the liver. Increased susceptibility was associated with enhanced splenomegally, a delay in the maturation of hepatic granulomas, and a decrease in inducible nitric oxide synthase expression within granulomas. In the spleen, neutrophil depletion was associated with a significant increase in interleukin 4 (IL-4) and IL-10 levels and reduced gamma interferon secretion by CD4(+) and CD8(+) T cells. Increased production of serum IL-4 and IL-10 and higher levels of Leishmania-specific immunoglobulin G1 (IgG1) versus IgG2a revealed the preferential induction of Th2 responses in neutrophil-depleted mice. Altogether, these data suggest a critical role for neutrophils in the early protective response against L. donovani, both as effector cells involved in the killing of the parasites and as significant players influencing the development of a protective Th1 immune response.

An anti-CD19 antibody coupled to a tetanus toxin peptide induces efficient Fas ligand (FasL)-mediated cytotoxicity of a transformed human B cell line by specific CD4+ T cells.

Treatment of B cell lymphoma patients with MoAbs specific for the common B cell marker (CD20) has shown a good overall response rate, but the number of complete remissions is still very low. The use of MoAbs coupled to radioisotopes can improve the results, but induces undesirable myelodepression. As an alternative, we proposed to combine the specificity of MoAbs with the immunogenicity of T cell epitopes. We have previously shown that an anti-Ig lambda MoAb coupled to an MHC class II-restricted universal T cell epitope peptide P2 derived from tetanus toxin induces efficient lysis of a human B cell lymphoma by a specific CD4+ T cell line. Here we demonstrate that the antigen presentation properties of the MoAb peptide conjugate are maintained using a MoAb directed against a common B cell marker, CD19, which is known to be co-internalized with the B cell immunoglobulin receptor. In addition, we provide evidence that B cell lysis is mediated by the Fas apoptosis pathway, since Fas (CD95), but not tumour necrosis factor receptor (TNFr) or TNF-related receptors, is expressed by the target B cells, and FasL, but not perforin, is expressed by the effector T cells. These results show that B cell lymphomas can be 'foreignized' by MoAb-peptide P2 conjugates directed against the common B cell marker CD19 and eliminated by peptide P2-specific CD4+ T cells, via the ubiquitous Fas receptor. This approach, which bridges the specificity of passive antibody therapy with an active T cell immune response, may be complementary to and more efficient than the present therapy results with unconjugated chimeric anti-CD20 MoAbs.

Development and evaluation of antibody-MHC/peptide conjugates as a new form of cancer immunotherapy

Summary One of the major goals of cancer immunotherapy is the induction of a specific and effective antitumor cytotoxic T lymphocyte (CTL) response. However, the downregulation of Class I Major Histocompatibility Complexes (MHC) expression and the low level of tumor peptide presentation on tumor cell surface, ás well as the low immunogenicity of tumor specific antigens, limit the effectiveness of anti-tumor CTL responses. On the other hand, monoclonal antibodies, which bind with high affinity to tumor cell surface markers, are powerful tumor targeting tools. However, their capacity to .kill cancer cells is limited and mAb cancer treatments usually require the addition of different form of chemotherapy. The new cancer immunotherapy strategy described herein combines the advantage of the high tumor targeting capacity of monoclonal antibodies (mAb) with the powerful cytotoxicity of CD8 T lymphocytes directed against highly antigenic peptide-MHC complexes. Monoclonal antibody Fab fragments directed against a cell surface tumor associated antigen (TAA) are chemically coupled to soluble MHC class I complexes carrying a highly antigenic peptide. Antibody guided targeting and oligomerization of numerous antigenic class IMHC/peptide complexes on tumor cell surfaces can redirect the cytotoxicity of peptide-specific CD8 T cells towards target cancer cells. After the description of the production of murine anti-tumor xMHC/peptide conjugates in the first part of this thesis, the therapeutic potential of such conjugates were sequentially investigated in different syngeneic tumor mouse models. As a first proof of principle, transgenic OT-1 mice and later CEA transgenic C57BL/6 (B6) mice, adoptively transferred with OT-1 spleen cells and immunized with ovalbumin, were used as a model of high frequency of ova peptide specific T cells. In these mice, growth inhibition and regression of palpable colon carcinoma expressing CEA, were obtained by systemic injection of anti-CEA Fab/H-2Kb/ova peptide conjugates. Next, LCMV virus and influenza virus infection of B6 mice were used as viral models to redirect natural antiviral CTL responses to tumors via conjugates loaded with viral peptides. We showed that in mice infected with the LCMV virus, subcutaneous CEA-expressing tumor cells were inhibited by the H2Db/GP33 restricted anti-viral CTL response when preincubated before grafting with anti-CEA Fab-H-2Db/GP33 peptide conjugates. In mice infected with the influenza virus, lung metastases expressing the HER2 antigen were inhibited by the H-2Db/NP366 restricted CTLs response when preincubated before injection with anti-Her2 Fab-H-2Db/NP366 peptide conjugates. In the last chapter, the stability of the peptide in the anti-CEA Fab-H-2Db/GP33 conjugates was improved by the covalent photocross-link of the GP33 peptide in the H-2Db MHC groove. Thus, LCMV immune mice could reject CEA expressing tumors when treated with systemic injections of anti-CEA FabH-2Db/GP33 cross-linked conjugates. These results are encouraging for the potential application of this strategy in clinic. Such conjugates could be used alone in patients boosted by the relevant virus, or used in combination with existing T cell based ìmmunotherapy. Résumé Une des principales approches utilisées dans l'immunothérapie contre le cancer consiste en l'induction d'une réponse T cytotoxique (CTL) spécifiquement dirigée contre la tumeur. Cependant, le faible niveau d'expression des complexes majeurs d'histocompatibilité de classe I (CMH I) et de présentation des peptides tumoraux à la surface des cellules cancéreuses ainsi que la faible immunogenicité des antigens tumoraux, limitent l'efficacité de la réponse CTL. D'autre part,. l'injection d'anticorps monoclonaux (mAb), se liant avec une haute affinité aux marqueurs de surface des cellules tumorales, a fourni des résultats cliniques encourageant. Cependant l'efficacité de ces mAbs contre des tumeur solides reste limitée et necessite souvent l'addition de chimiotherapie. La nouvelle stratégie thérapeutique décrite dans ce travail associe le fort pouvoir de localisation des anticorps monoclonaux et le fort pouvoir cytotoxique des lymphocytes T CD8+. Des fragments Fab d'anticorps monoclonaux, dirigés contre des antigènes surexprimés à la surface de cellules tumorales, ont été chimiquement couplés à des CMH I solubles, portant un peptide fortement antigénique. Le ciblage et l'oligomérisation à la surface des cellules tumorales de nombreux CMH I présentant un peptide antigénique, va réorienter la cytotoxicité des cellules T CD8+ spécifiques du peptide présenté, vers les cellules tumorales cibles. Après une description de la production de conjugé anti-tumeur x CMH Upeptide dans la première partie de cette thèse, le potentiel thérapeutique de tels conjugés a été successivement étudiés in vivo dans différents modèles de tumeur syngénéiques. Tout d'abord, des souris OT-1 transgéniques, puis des souris C57BL/6 (B6) transférées avec des cellules de rate OT-1 puis immunisées avec l'ovalbumine, ont été employées comme modèle de haute fréquence de cellules T CD8+ spécifiques du peptide ova. Chez ces souris, l'inhibition de la croissance et la régression de nodules palpables de carcinomes exprimant l'antigène caccino embryonaire (ACE), ont été obtenues par l'injection systémique de conjugés anti-ACE Fab/H-2Kb/ova. Par la suite, l'infection de souris B6 par le virus LCMV et par le virus de la grippe, ont été utilisés comme modèles viraux pour redirigées des réponses anti-virales naturelles vers les tumeurs, en utilisant des conjugés chargés avec des peptides viraux. Nous avons montré que .chez les souris infectées par le LCMV, la croissance de carcinome sous-cutané est empêchée par la réponse anti-virale, spécifique du complexe H2Db/GP33, lorsque les cellules tumorales greffées sont pré-incubées avec des conjugés anti-CEA Fab-H-2Db/GP33. Dans le cas de souris infectées par le virus de la grippe, la métastatisation de mélanomes pulmonaires exprimant l'antigène HER-2 est inhibée par la réponse anti-virale spécifique du complexe H-2Db/NP366, après pré-incubation des cellules tumorales avec des conjugés anti-Her2 FabxH-2Db/NP366. Dans le dernier chapitre, la liaison covalente du peptide GP33 dans le complexe H-2Db a amélioré la stabilité des conjugés correspondants et a permis le traitement systémique de souris greffées avec des tumeurs exprimant l'ACE et infectées par le LCMV. L'ensemble de ces résultats sont encourageant pour l'application de cette strategie en clinique. De tels conjugués pourraient être employés seuls ou en combinaison avec des protocols d'immunisation peptidique anti-tumoral. Résumé pour un large public Dans les pays industrialisés, le cancer se situe au deuxième rang des causes de mortalité après les maladies cardiovasculaires. Les principaux traitement de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches mises en oeuvre pour la lutte contre le cancer. Elle peut être humorale, et s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la proliferation des cellules tumorales exprimant l'antigène. Certains sont utilisés en clinique pour le traitement de lymphomes, de carcinomes de l'ovaire et du sein ou encore de carcinomes metastatiques du côlon. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements exigent souvent d'être combiner avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et reposer sur une démarche de type vaccinal, consistant à générer des lymphocytes T cytotoxiques (cytotoxic T lymphocytes :CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Or les cellules tumorales ne presentent pas efficacement les peptides antigèniques, car elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des antigènes d'histocompatibilité de classe I, des molécules d'adhésion et des cytokines costimulatrices, et par une faible expression des antigènes associés aux tumeurs. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL specifiquement dirigés contre des antigens tumoraux, les régressions tumorales obtenus grace à ces vaccinations sont relativement rares. Alors que chez les personnes atteintes du cancer on observe l'instauration d'une tolérance immunitaire vis-à-vis de la tumeur, à l'inverse, notre systeme immunitaire reste parfaitement capable de combattre des infection virales classiques, tels que la grippe, qui font aussi appel à une réponse T cytotoxique. Notre groupe de recherche a donc eu l'idee de développer une nouvelle approche thérapeutique où une réponse immunitaire anti-virale très efficace serait redirigée vers les tumeurs par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons chimiquement couplés des fragments d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes surexprimés à la surface de cellules tumorales, à des CMH I portant un peptide viral antigénique. Les cellules tumorales, ciblées par le fragment anticorps et couvertes d' antigènes viraux présentés par des molécules de CMH I, peuvent ainsi tromper les lymphocytes cytotoxiques anti-viraux qui vont détruire les cellules tumorales comme si elles étaient infectées par le virus. Suite à des résultats prometteurs obtenus in vitro avec différents conjugués anticorps-CMH humain de type HLA.A2/peptide Flu, le but du projet était de tester in vivo des conjugués anticorps-CMH I murins sur des modèles expérimentaux de souris. Tout d'abord, des souris transgéniques pour un recepteur T specifique du peptide ova, puis des transferts adoptifs de ces cellules T specifiques dans des souris immunocompétentes, ont été choisi comme modèle de haute fréquence des cellules T spécifiques, et ont permi de valider le principe de la strategie in vivo. Puis, deux modèles viraux ont été elaboré avec le virus LCMV et le virus Influenza, pour réorienter des réponses antivirales naturelles vers les tumeurs grâce à des conjugés chargés avec des peptides viraux. Nous avons montré la grande capacité de nos conjugués à rediriger des réponses cytotoxiques vers les tumeurs et inhiber la croissance de tumeurs syngénéiques sous cutanés et pulmonaires. Ces résultats d'inhibition tumorales obtenus dans des souris immunocompétentes, grâce à l'injection de conjugués anticorps xCMH/peptide et réorientant deux réponses antivirales différentes vers deux modèles tumoraux syngeneiques, sont encourageant pour l'application de cette nouvelle stratégie en clinique.

In vivo targeting of an anti-tumor antibody coupled to antigenic MHC class I complexes induces specific growth inhibition and regression of established syngeneic tumor grafts.

The concept of antibody-mediated targeting of antigenic MHC/peptide complexes on tumor cells in order to sensitize them to T-lymphocyte cytotoxicity represents an attractive new immunotherapy strategy. In vitro experiments have shown that an antibody chemically conjugated or fused to monomeric MHC/peptide can be oligomerized on the surface of tumor cells, rendering them susceptible to efficient lysis by MHC-peptide restricted specific T-cell clones. However, this strategy has not yet been tested entirely in vivo in immunocompetent animals. To this aim, we took advantage of OT-1 mice which have a transgenic T-cell receptor specific for the ovalbumin (ova) immunodominant peptide (257-264) expressed in the context of the MHC class I H-2K(b). We prepared and characterized conjugates between the Fab' fragment from a high-affinity monoclonal antibody to carcinoembryonic antigen (CEA) and the H-2K(b) /ova peptide complex. First, we showed in OT-1 mice that the grafting and growth of a syngeneic colon carcinoma line transfected with CEA could be specifically inhibited by systemic injections of the conjugate. Next, using CEA transgenic C57BL/6 mice adoptively transferred with OT-1 spleen cells and immunized with ovalbumin, we demonstrated that systemic injections of the anti-CEA-H-2K(b) /ova conjugate could induce specific growth inhibition and regression of well-established, palpable subcutaneous grafts from the syngeneic CEA-transfected colon carcinoma line. These results, obtained in a well-characterized syngeneic carcinoma model, demonstrate that the antibody-MHC/peptide strategy can function in vivo. Further preclinical experimental studies, using an anti-viral T-cell response, will be performed before this new form of immunotherapy can be considered for clinical use.

Immune response to hepatitis B vaccination in HIV-positive adults with isolated antibodies to HBV core antigen.

OBJECTIVE: To investigate the merits of vaccination against hepatitis B virus (HBV) in HIV-positive individuals with isolated antibodies to hepatitis B core antigen (anti-HBc). METHODS: HIV-positive patients with isolated anti-HBc and CD4 counts >200 cells/mm(3) received HBV vaccination. An antibody titre to hepatitis B surface antigen (anti-HBs titres) ≥10 IU/L one month post-vaccination was termed an anamnestic response; a titre <10 IU/L was termed a primary response. Patients with primary responses received a 3-dose vaccine course. Anti-HBs titres in all responders were measured 12 and 24 months post-vaccination. RESULTS: 37 patients were studied: 19 (51%) were co-infected with hepatitis C; median CD4 count was 443 cells/mm(3). 8/37 patients (22%) elicited an anamnestic response. 29/37 patients (78%) elicited a primary response. After a 3-dose vaccine course, 15/25 primary responders (60%) achieved anti-HBs titres ≥10 IU/L. HIV acquisition through injecting drug use was the only independent predictor of an anamnestic response (OR 22.9, CI 1.71-306.74, P=0.018). Median anti-HBs titres for anamnestic and primary responders were 51 IU/L (13-127) and 157 IU/L (25-650) respectively. Of all responders, 12/23 (52%) retained anti-HBs titres ≥10 IU/L at 24 months. Anti-HBs duration was not significantly different between anamnestic and primary responders. CONCLUSIONS: 23/37 HIV-positive patients (62%) with isolated anti-HBc achieved anti-HBs titres ≥10 IU/L after 1-3 vaccine doses. However, duration of this immune response was short-lived (