Immunology of viral disease, how to curb persistent infection

1. 1. Summaries 1.1. Preamble and extended abstract The present thesis dissertation addresses the question of antiviral immunity from the particular standpoint of the adaptive T cell-mediated immune response. The experimental work is presented in the form of three published articles (two experimental articles and one review article, see sections 4.1, 4.2 and 4.3 on pages 73, 81 and 91, respectively), describing advances both in our understanding of viral control by CD8 T lymphocytes, and in vaccine development against the Human Immunodeficiency Virus Type 1 (HIV-1). Because the articles focus on rather specialized areas of antiviral immunity, the article sections are preceded by a general introduction (section 3) on the immune system in general, and on four viruses that were addressed in the experimental work, namely HIV-1, Cytomegalovirus (CMV), Epstein Barr Virus (EBV) and Influenzavirus (Flu). This introduction section is aimed at providing a glimpse on viral molecular biology and immunity, to help the hypothetical non-expert reader proceeding into the experimental part. For this reason, each section is presented as individual entity and can be consulted separately. The four viruses described are of peculiar relevance to immunity because they induce an array of opposite host responses. Flu causes a self limiting disease after which the virus is eradicated. CMV and EBV cause pauci-symptomatic or asymptomatic diseases after which the viruses establish lifelong latency in the host cells, but are kept in check by immunity. Eventually, HIV-1 establishes both latency - by inserting its genome into the host cell chromosome - and proceeds in destroying the immune system in a poorly controlled fashion. Hence, understanding the fundamental differences between these kinds of viral host interactions might help develop new strategies to curb progressive diseases caused by viruses such as HIV-1. Publication #1: The first article (section 4.1, page 73) represents the main frame of my laboratory work. It analyses the ability of CD8 T lymphocytes recovered from viral-infected patients to secrete interferon γ (IFN-γ) alone or in conjunction with interleukin 2 (IL-2) when exposed in vitro to their cognate viral antigens. CD8 T cells are instrumental in controlling viral infection. They can identify infected cells by detecting viral antigens presented at the surface of the infected cells, and eliminate both the cell and its infecting virus by triggering apoptosis and/or lysis of the infected cell. Recognition of these antigens triggers the cognate CD8 cells to produce cytokines, including IFN-γ and IL-2, which in turn attract and activate other pro-inflammatory cells. IFN-γ triggers both intrinsic antiviral activity of the infected cells and distant activation of pro-inflammatory cells, which are important for the eradication of infection. IL-2 is essential for clonal expansion of the antigen (Ag)-specific CD8 T cell. Hence the existence of Ag-specific CD8 cells secreting both IFN-γand IL-2 should be beneficial for controlling infection. In this first work we determined the percentage of IFN-y/IL-2 double positive and single IFN-γsecreting CD8 T cells against antigens HIV-1, CMV, EBV and Flu in three groups of subjects: (i) HIV-1 infected patients progressing to disease (progressors), (ii) HIV-1-infected subjects not progressing to disease (long-term non progressors or LTNP), and (iii) HIV negative blood donors. The results disclosed a specific IFN-y/IL-2 double positive CD8 response in all subjects able to control infection. In other words, IFN-y/IL-2 double positive CD8 cells were present in virus-specific CD8 T cells against Flu, CMV and EBV as well against HIV-1 in LTNP. In contrast, progressors only had single IFN-γsecreting CD8 T cells. Hence, the ability to develop an IFN-y/IL-2 double positive response might be critical to control infection, independently of the nature of the virus. Additional experiments helped identify the developmental stage of the missing cells (using different markers such as CD45RA and CCR7) and showed a correlation between the absence of IL-2 secreting CD8 T cells and a failure in the proliferation capacity of virus-specific CD8 T cells. Addition of exogenous IL-2 could restore clonal expansion of HIV-1 specific CD8 T cells, at least in vitro. It could further been shown, that IL-2 secreting CD8 T cells are sufficient to support proliferation even in absence of CD4 help. However, the reason for the missing IFN-y/IL-2 double positive CD8 T cell response in HIV-1 progessors has yet to be determined. Publication #2: The second article (section 4.2, page 81) explores new strategies to trigger CD8 T cell immunity against specific HIV-1 proteins believed to be processed and exposed as "infection signal" at the surface of infected cells. Such signals consist of peptide fragments (8- 13 amino acids) originating from viral proteins and presented to CD8 T cells in the frame of particular cell surface molecules of the major histocompatibility complex class I* (MHC I). To mimic "natural" viral infection, the HIV-1 polyprotein Gagpolnef was inserted and expressed in either of two attenuated viruses i.e. vaccinia virus (MVA) or poxvirus (NYVAC). Mice were infected with these recombinant viruses and specific CD8 T cell response to Gagpolnef peptides was sought. Mice could indeed mount a CD8 T cell response against the HIV-1 antigens, indicating that the system worked, at least in this animal model. To further test whether peptides from Gagpolnef could also be presented in the frame of the human MHC class I proteins, a second round of experiments was performed in "humanized" transgenic mice expressing human MHC molecules. The transgenic mice were also able to load Gagpolnef peptides on their human MHC molecule, and these cells could be detected and destroyed by Ag-specific CD8 T cells isolated from HIV-1-infected patients. Therefore, expressing Gagpolnef on attenuated recombinant viruses might represent a valid strategy for anti-HIV-1 immunization in human. Publication #3: This is a review paper (section 4.3, page 91) describing the immune response to CMV and newly developed methods to detect this cellular immune response. Some of it focuses on the detection of T cells by using in vitro manufactured tetramers. These consist of four MHC class I molecules linked together and loaded with the appropriate antigenic peptide. The tetramer can be labeled with a fluorochrome and analyzed with a fluorescence-activated cell sorter. Taken together, the work presented indicates that (i) an appropriate CD8 T cell response consisting of IFN-y/IL-2 double positive effectors, can potentially control viral infection, including HIV-1 infection, (ii) such a response might be triggered by recombinant viral vaccines, and (iii) CD8 T cell response can be monitored by a variety of techniques, including recently-developed MHC class I tetramers. 1. 2. Préambule et résumé élargi Le présent travail de thèse s'intéresse à l'immunité antivirale du point de vue particulier de la réponse adaptative des cellules T. Le travail expérimental est présenté sous la forme de trois articles publiés (2 articles expérimentaux et 1 article de revue, voir sections 4.1, 4.2 et 4.3, pages 58, 66 et 77, respectivement), décrivant des progrès dans la compréhension du contrôle de l'infection virale par les lymphocytes T CD8, ainsi que dans le développement de nouveaux vaccins contre le Virus d'Immunodéficience de Humaine de type 1 (VIH-1). En raison du caractère spécialisé de l'immunité antivirale de type cellulaire, les articles sont précédés par une introduction générale (section 3), dont le but est de pourvoir le lecteur non avisé avec des bases nécessaire à une meilleure appréhension du travail expérimental. Cette introduction présente les grandes lignes du système immunitaire, et décrit de façon générale les 4 virus utilisés dans le travail expérimental: à savoir le virus VIH-1, le Cytomégalovirus (CMV), le virus Epstein Barr (EBV) et le virus Influenza A (Flu). Toutes les sections sont présentées de façon individuelle et peuvent être consultées séparément. La description des 4 virus a une pertinence particulière quant à leur interaction avec le système immun. En effet, ils induisent une panoplie de réponses immunitaires s'étendant aux extrêmes de la réaction de l'hôte. Influenza A est à l'origine d'une maladie cytopathique aiguë, au décours de laquelle le virus est éradiqué par l'hôte. CMV et EBV sont classiquement à l'origine d'infections pauci-symptomatiques, voire asymptomatiques, après lesquelles les virus persistent de façon latente dans la cellule hôte. Cependant, ils restent sous le contrôle du système immun, qui peut prévenir une éventuelle réactivation. Enfin, VIH-1 s'établit à la fois en infection latente - par l'insertion de son génome dans le chromosome des cellules hôtes - et en infection productive et cytopathique, échappant au contrôle immunitaire et détruisant ses cellules cibles. La compréhension des différences fondamentales entre ces différents types d'interactions virus-hôte devraient faciliter le développement de nouvelles stratégies antivirales. Article 1: Le premier article (section 4.1 Page 58) représente l'objet principal de mon travail de laboratoire. Il analyse la capacité des lymphocytes T CD8 spécifiques de différent virus à sécréter de l'interféron gamma (IFN-y) et/ou de l'interleukine 2 (IL-2) après stimulation par leur antigène spécifique. Les cellules T CD8 jouent un rôle crucial dans le contrôle des infections virales. Elles identifient les cellules infectées en détectant des antigènes viraux présentés à la surface de ces mêmes cellules, et éliminent à la fois les cellules infectées et les virus qu'elles contiennent en induisant l'apoptose et/ou la lyse des cellules cibles. Parallèlement, l'identification de l'antigène par la cellule T CD8 la stimule à sécréter des cytokines. L'IFN-γen est un exemple. L'IFN-γ stimule les cellules infectées à développer une activé antivirale intrinsèque. De plus, il attire sur place d'autres cellules de l'inflammation, et active leur fonction d'éradication des pathogènes. L'IL-2 est un autre exemple. L'IL-2 est essentielle à l'expansion clonale des cellules T CD8 spécifiques à un virus donné. Elle est donc essentielle à augmenter le pool de lymphocytes antiviraux. En conséquence, la double capacité de sécréter de l'IFN-γ et de IL-2 pourrait être un avantage pour le contrôle antiviral par les cellules T CD8. Dans ce travail nous avons comparé les proportions de lymphocytes T CD8 doubles positifs (IFN-γ/IL-2) et simples positifs (IFN-γ) chez trois groupes de sujets: (i) des patients infectés par VIH-1 qui ne contrôlent pas l'infection (progresseurs), (ii) des patients infectés par VIH-1, mais contrôlant l'infection malgré l'absence de traitement ("long term non progressors" [LTNP]) et (iii) des donneurs de sang négatifs pour l'infection à VIH-1. Les résultats ont montré que les individus capables de contrôler une infection possédaient des cellules T CD8 doubles positifs (IFN-γ/IL-2), alors que les patients ne contrôlant pas l'infection procédaient prioritairement des CD8 simples positifs (IFN-γ). Spécifiquement, les lymphocytes T spécifiques pour Flu, CMV, EBV, et VII-1-1 chez les LTNP étaient tous IFN-γ/IL-2 doubles positifs. Au contraire, les lymphocytes T CD8 spécifique à VIH-1 étaient IFN-γ simples positifs chez les progresseurs. La capacité de développer une réponse IFN-γ/IL-2 pourraient être primordiale pour le contrôle de l'infection, indépendamment de la nature du virus. En effet, il a été montré que l'absence de sécrétion d'IL2 par les lymphocytes T CD8 corrélait avec leur incapacité de proliférer. Dans nos mains, cette prolifération a pu être restaurée in vitro par l'adjonction exogène d'IL-2. Toutefois, la faisabilité de ce type de complémentation in vivo n'est pas claire. Des expériences additionnelles ont permis de préciser de stade de développement des lymphocytes doubles positifs et simples positifs par le biais des marqueurs CD45RA et CCR7. Il reste maintenant à comprendre pourquoi certains lymphocytes T CD8 spécifiques sont incapables à sécréter de l'IL-2. Article 2: Le deuxième article explore des nouvelles stratégies pour induire une immunité T CD8 spécifique aux protéines du VIH-1, qui sont édités et exposés à la surface des cellules infectées. Ces signaux consistent en fragments de peptide de 8-13 acide aminés provenant de protéines virales, et exposées à la surface des cellules infectées dans le cadre des molécules spécialisées d'histocompatibilité de classe I (en anglais "major histocompatibility class I" ou MHC I). Pour mimer une infection virale, la polyprotéine Gagpolnef du VIH-1 a été insérée et exprimée dans deux vecteurs viraux atténués, soit MVA (provenant de vaccinia virus) ou NYVAC (provenant d'un poxvirus). Ensuite des souris ont été infectées avec ces virus recombinants et la réponse T CD8 aux peptides issus de Gagpolnef a été étudiée. Les souris ont été capables de développer une réponse de type CD8 T contre ces antigènes du VIH-1. Pour tester si ces antigènes pouvaient aussi être présentés par dans le cadre de molécules MHC humaines, des expériences supplémentaires ont été faites avec des souris exprimant un MHC humain. Les résultats de ces manipulations ont montré que des cellules T CD8 spécifique aux protéines du VIH pouvaient être détectées. Ce travail ouvre de nouvelles options quant à l'utilisation des virus recombinants exprimant Gagpolnef comme stratégie vaccinale contre le virus VIH-I chez l'homme. Article 3: Ces revues décrivent la réponse immunitaire à CMV ainsi que des nouvelles méthodes pouvant servir à sa détection. Une partie du manuscrit décrit la détection de cellule T à l'aide de tétramères. Il s'agit de protéines chimériques composées de 4 quatre molécules MHC liées entre elles. Elles sont ensuite "chargées" avec le peptide antigénique approprié, et utilisée pour détecter les cellules T CD8 spécifiques à ce montage. Elles sont aussi marquées par un fluorochrome, qui permet une analyse avec un cytomètre de flux, et l'isolement ultime des CD8 d'intérêt. En résumé, le travail présenté dans cette thèse indique que (i) une réponse T CD8 appropriée - définie par la présence des cellules effectrices doublement positives pour l'IFN-γ et l'IL-2 - semble indispensable pour le contrôle des infections virales, y compris par le VIH-1, (ii) une telle réponse peut être induite par des vaccin viral recombinant, et (iii) la réponse T CD8 peut être analysée et suivie grâce à plusieurs techniques, incluant celle des tétramères de MHC class I. 1.3. Résumé pour un large public Le système immunitaire humain est composé de différents éléments (cellules, tissus et organes) qui participent aux défenses de l'organisme contre les pathogènes (bactéries, virus). Parmi ces cellules, les lymphocytes T CD8, également appelés cellules tueuses, jouent un rôle important dans la réponse immunitaire et le contrôle des infections virales. Les cellules T CD8 reconnaissent de manière spécifique des fragments de protéines virales qui sont exposés à la surface des cellules infectées par le virus. Suite à cette reconnaissance, les cellules T CD8 sont capables de détruire et d'éliminer ces cellules infectées, ainsi que les virus qu'elles contiennent. Dans le contexte d'une infection par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH), le virus responsable du SIDA, il a pu être montré que la présence des cellules T CD8 est primordiale. En effet, en l'absence de ces cellules, les individus infectés par le VIH progressent plus rapidement vers le SIDA. Au cours de la vie, l'Homme est exposé à plusieurs virus. Mais à l'opposé du VIH, certains d'entre eux ne causent pas des maladies graves : par exemple le virus de la grippe (Influenza), le cytomégalovirus ou encore le virus d'Epstein-Barr. Certains de ces virus peuvent être contrôlés et éliminés de l'organisme (p. ex. le virus de la grippe), alors que d'autres ne sont que contrôlés par notre système immunitaire et restent présents en petite quantité dans le corps sans avoir d'effet sur notre santé. Le sujet de mon travail de thèse porte sur la compréhension du mécanisme de contrôle des infections virales par le système immunitaire : pourquoi certains virus peuvent être contrôlés ou même éliminés de l'organisme alors que d'autres, et notamment le VIH, ne le sont pas. Ce travail a permis de démontrer que les cellules T CD8 spécifiques du VIH ne sécrètent pas les mêmes substances, nécessaires au développement d'une réponse antivirale efficace, que les cellules T CD8 spécifiques des virus contrôlés (le virus de la grippe, le cytomégalovirus et le virus d'Epstein-Barr). Parallèlement nous avons également observé que les lymphocytes T CD8 spécifiques du VIH ne possèdent pas la capacité de se diviser. Ils sont ainsi incapables d'être présents en quantité suffisante pour assurer un combat efficace contre le virus du SIDA. La (les) différence(s) entre les cellules T CD8 spécifiques aux virus contrôlés (grippe, cytomégalovirus et Epstein-Barr) et au VIH pourront peut-être nous amener à comprendre comment restaurer une immunité efficace contre ce dernier.

Analysis of Escherichia coli isolated from bovine mastitic milk

Mastitis has been recognized for some time as the most costly disease in dairy herds. From February to November 2004, 670 samples of bovine mastitic milk from which 231 Escherichia coli strains were isolated, were collected from two Brazilian states. The strains were screened for the presence of Shiga toxin-producing (stx 1 and stx 2) and intimin (eae) genes. Twenty (8.6%) strains were detected by PCR to harbor the Shiga toxin genes (8 the stx 1 gene, 12 the stx 2 gene and none both of them). Two (0.8%) of the Escherichia coli strains studied were eae positive non Shiga toxin-producing. The strains were also examined for resistance to 12 antimicrobial agents. The predominantly observed resistance was to tetracycline (92.2%), streptomycin (90.4%), nalidixic acid (88.3%), amikacin (86.5%) and cephalothin (84.8%). Multidrug resistance was found among 152 isolates (65.8%).

Serum cytokine levels in autoimmune and non-autoimmune hyperthyroid states

Although the role of interleukin-2 (IL-2) and interferon gamma (gIFN) is still poorly understood in hyperthyroid diseases, it is reasonable to assume that these cytokines may be present at higher levels in Graves' disease (GD) than in other primarily non-autoimmune thyroid diseases. In order to look for an easy method to distinguish GD from primarily non-autoimmune causes of hyperthyroidism, we compared 13 healthy individuals with 21 treated and untreated hyperthyroid GD patients and with 19 patients with hyperthyroidism due to other etiologies: 7 cases of multinodular goiter, 5 cases of excessive hormone replacement and 7 cases of amiodarone-associated hyperthyroidism. All patients presented low TSH levels and a dubious clinical thyroid state. We found a good correlation between TSH and serum IL-2 levels (r = 0.56; P<0.01). Serum IL-2 (P<0.01) and gIFN (P<0.01) levels were lower in the hyperthyroid group of patients than in control subjects, suggesting a depressed TH1 pattern in the T-cell subset of hyperthyroid patients. GD had normal IL-2 levels, while patients with other forms of thyrotoxicosis presented decreased IL-2 levels (P<0.05). There was no difference between treated and untreated GD patients. We suggest that the direct measurement of serum IL-2 level may help to confirm hyperthyroidism caused by GD.

Cytokine profile and nitric oxide levels in sera from patients with brucellosis

The aims of this study were to investigate the serum levels of some cytokines [tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha), interleukin 1ß (IL-1ß), IL-2R, IL-6, and IL-8] and nitric oxide (NO) levels in patients with untreated brucellosis and to test the correlation of these parameters with each other. The study was conducted on 67 subjects, 37 patients with brucellosis and 30 healthy individuals with no history of Brucella infection. Brucellosis was identified by a positive blood culture and/or increased Brucella antibodies in serological tests in addition to compatible clinical symptoms. Cytokine profile analysis was performed by the immulite chemiluminescent enzyme immunometric assay whose inter- and intra-assay coefficients of variance were 2.6-3.6 and 4.4-8.5%, respectively. The levels of nitrites/nitrates, which are representative of NO levels, were measured by the Griess method. Patients with brucellosis had significantly elevated serum levels of nitrites/nitrates, IL-2R, IL-6 and IL-8 (mean ± SD, 102.8 ± 23.8 µmol/l, 806.1 ± 58.5 U/ml, 21.1 ± 2.3 pg/ml, and 8.8 ± 1.6 pg/ml, respectively) compared to healthy controls, whereas TNF-alpha and IL-1ß levels were unchanged. No statistically significant correlation was detected between any of the studied cytokine levels and nitrate/nitrite concentrations according to Pearson's linear correlation test. We conclude that only IL-6, IL-8 and IL-2R are elevated in brucellosis and the extent of elevation depends on the severity and clinical pattern of the disease. Moderate elevation in serum NO was comparable to that observed in previous studies. This explains the absence or very rare occurrence of septic shock in brucellosis.

A novel noninvasive method to detect rejection after heart transplantation

Prompt and accurate detection of rejection prior to pathological changes after organ transplantation is vital for monitoring rejections. Although biopsy remains the current gold standard for rejection diagnosis, it is an invasive method and cannot be repeated daily. Thus, noninvasive monitoring methods are needed. In this study, by introducing an IL-2 neutralizing monoclonal antibody (IL-2 N-mAb) and immunosuppressants into the culture with the presence of specific stimulators and activated lymphocytes, an activated lymphocyte-specific assay (ALSA) system was established to detect the specific activated lymphocytes. This assay demonstrated that the suppression in the ALSA test was closely related to the existence of specific activated lymphocytes. The ALSA test was applied to 47 heart graft recipients and the proliferation of activated lymphocytes from all rejection recipients proven by endomyocardial biopsies was found to be inhibited by spleen cells from the corresponding donors, suggesting that this suppression could reflect the existence of activated lymphocytes against donor antigens, and thus the rejection of a heart graft. The sensitivity of the ALSA test in these 47 heart graft recipients was 100%; however, the specificity was only 37.5%. It was also demonstrated that IL-2 N-mAb was indispensible, and the proper culture time courses and concentrations of stimulators were essential for the ALSA test. This preliminary study with 47 grafts revealed that the ALSA test was a promising noninvasive tool, which could be used in vitro to assist with the diagnosis of rejection post-heart transplantation.

Oxidative stress and cellular immunity in patients with recurrent aphthous ulcers

Recurrent aphthous ulcer (RAU) is an inflammatory condition of the oral mucosa characterized by painful, well-circumscribed, single or multiple round or ovoid ulcerations. The exact etiologic factor(s) of these ulcerations are not yet understood. The objective of this study was to evaluate inflammatory processes and free radical metabolism of 25 patients with RAUs compared to 25 healthy controls. The levels of malondialdehyde (MDA) and glutathione (GSH) were determined by high-performance liquid chromatography. Tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), interleukin-2 (IL-2), IL-10, and IL-12 were determined by ELISA. Nitric oxide (NO), myeloperoxidase (MPO), total antioxidant status (TAS), and total oxidant status (TOS) levels were measured spectroscopically in serum. The levels of MDA, GSH, TNF-α, IL-2, IL-12, MPO, and TOS, and oxidative stress index (OSI) were higher, and the levels of NO, IL-10, and TAS were lower in patients with RAU than in controls. Statistical analysis showed that GSH, TNF-α, IL-2, IL-10, and OSI differed significantly in patients with RAU compared to controls. These parameters have important roles in oxidant/antioxidant defense.

Les récepteurs activés par les protéases dans les tissus articulaires humains arthrosiques

L’arthrose (OA) est une maladie articulaire dégénérative à l’étiologie complexe et diverse. Les travaux de ces dernières années ont démontré que l’OA est une pathologie affectant tous les tissus de l’articulation incluant le cartilage, la membrane synoviale et l’os sous-chondral. L’OA se traduit par une déstructuration et une perte de fonctionnalité de l’articulation, et est principalement caractérisée par une perte de cartilage articulaire. L’inflammation de la membrane synoviale joue un rôle déterminant dans la progression de l’OA, toutefois elle serait secondaire à la dégradation du cartilage. De plus, l’os sous-chondral est également le siège de nombreuses transformations lors de l’OA. Il est fortement suggéré que ces changements ne correspondent pas seulement à une conséquence, mais pourraient être une cause du développement de l’OA impliquant une communication entre ce tissu et le cartilage. Il est maintenant bien établi que les voies inflammatoires et cataboliques jouent un rôle crucial dans l’OA. C’est pourquoi, nous avons étudié l’implication d’une nouvelle famille de récepteurs membranaires, les PARs, et plus particulièrement le PAR-2 dans les voies physiopathologiques de l’OA. Notre hypothèse est que l’activation de PAR-2 au cours de l’OA est un phénomène majeur du développement/progression de la maladie faisant du récepteur PAR-2 un candidat privilégié pour le développement de nouvelles approches thérapeutiques ciblant non seulement le cartilage mais aussi l’os sous-chondral. Pour cette étude, nous avons travaillé in vitro avec des chondrocytes (Cr) et des ostéoblastes (Ob) OA respectivement du cartilage et de l’os sous-chondral du condyle fémoral humain. Nos résultats ont démontré que PAR-2 était plus exprimé dans les Cr et les Ob OA que dans les cellules normales. Par ailleurs, PAR-2 est régulé positivement par certains facteurs retrouvés au cours de l’OA comme l’IL-1β, le TNF-α et le TGF-β dans les Cr OA, et par l’IL-1β, le TNF-α et la PGE2 dans les Ob OA. De plus, les principaux facteurs cataboliques et inflammatoires, soit la MMP-1, la MMP-13 et la COX-2 sont produits en quantité plus élevée suite à l’activation du récepteur dans le cartilage OA. De même, l’activation de PAR-2 dans les Ob OA conduit à une production accrue de facteurs pro-résorptifs tels que RANKL, l’IL-6, la MMP-1 et la MMP-9, et à l’augmentation de l’activité pro-résorptive de ces cellules. En outre, dans les deux types tissulaires étudiés, l’activation de PAR-2 augmente l’activité de certaines protéines de la famille des MAPKinases comme Erk1/2, p38 et JNK. Finalement, nous avons conclu notre étude en employant un modèle in vivo d’OA induite chez la souris sauvage et déficiente pour le gène PAR-2. Nos résultats ont démontré que l’absence d’expression et de production de PAR-2 influençait le processus inflammatoire et les changements structuraux affectant à la fois le cartilage et l’os sous-chondral, conduisant à un ralentissement du développement de l’OA. Nos travaux de recherche ont donc permis de montrer que le récepteur PAR-2 est un élément majeur du processus OA en agissant sur les voies cataboliques et inflammatoires du cartilage, et sur le remodelage tissulaire de l’os sous-chondral. Mots-clés : Arthrose, chondrocyte, cartilage, ostéoblaste, os sous-chondral, PAR-2, MMPs, COX, ILs, RANKL, résorption osseuse, MAPKinase, catabolisme, inflammation

Régulation dynamique de l’activité du récepteur des estrogènes beta (ERβ) par la phosphorylation,l’ubiquitination et la sumoylation

Les estrogènes jouent un rôle primordial dans le développement et le fonctionnement des tissus reproducteurs par leurs interactions avec les récepteurs des estrogènes ERα et ERβ. Ces récepteurs nucléaires agissent comme facteurs de transcription et contrôlent l’expression des gènes de façon hormono-dépendante et indépendante grâce à leurs deux domaines d’activation (AF-1 et AF-2). Une dérégulation de leur activité transcriptionnelle est souvent à l’origine de pathologies telles que le cancer du sein, de l’endomètre et des ovaires. Alors que ERα est utilisé comme facteur pronostic pour l’utilisation d’agents thérapeutiques, l’importance de la valeur clinique de ERβ est encore controversée. Toutefois, des évidences récentes lui associent un pouvoir anti-tumorigénique en démontrant que sa présence favorise l’inhibition de la progression de ces cancers ainsi que l’efficacité des traitements. En combinaisons avec d’autres études, ces observations démontrent que bien que les deux isoformes partagent une certaine similitude d’action, les ERs sont en mesure d’exercer des fonctions distinctes. Ces différences sont fortement attribuables au faible degré d’homologie observé entre certains domaines structuraux des ERs, comme le domaine AF-1, ce qui fait en sorte que les différents sites de modifications post-traductionnelles (MPTs) présents sur les ERs sont très peu conservés entre les isoformes. Or, l’activité transcriptionnelle ligand-dépendante et indépendante des ERs est hautement régulée par les MPTs. Elles sont impliquées à tous les niveaux de l’activation des ERs incluant la liaison et la sensibilité au ligand, la localisation cellulaire, la dimérisation, l’interaction avec l’ADN, le recrutement de corégulateurs transcriptionnels, la stabilité et l’arrêt de la transcription. Ainsi, de par leur dissimilitude, les ERs seront différemment régulés par la signalisation cellulaire. Comme un débalancement de plusieurs voies de signalisation ont été associées à la progression de tumeurs ER-positives ainsi qu’au développement d’une résistance, une meilleure compréhension de l’impact des MPTs sur la régulation spécifique des ERs s’avère essentielle en vue de proposer et/ou développer des traitements adéquats pour les cancers gynécologiques. Les résultats présentés dans cette thèse ont pour objectif de mieux comprendre les rôles des MPTs sur l’activité transcriptionnelle de ERβ qui sont, contrairement à ERα, très peu connus. Nous démontrons une régulation dynamique de ERβ par la phosphorylation, l’ubiquitination et la sumoylation. De plus, toutes les MPTs nouvellement découvertes par mes recherches se situent dans l’AF-1 de ERβ et permettent de mieux comprendre le rôle capital joué par ce domaine dans la régulation de l’activité ligand-dépendante et indépendante du récepteur. Dans la première étude, nous observons qu’en réponse aux MAPK, l’AF-1 de ERβ est phosphorylé au niveau de sérines spécifiques et qu’elles jouent un rôle important dans la régulation de l’activité ligand-indépendante de ERβ par la voie ubiquitine-protéasome. En effet, la phosphorylation de ces sérines régule le cycle d’activation-dégradation de ERβ en modulant son ubiquitination, sa mobilité nucléaire et sa stabilité en favorisant le recrutement de l’ubiquitine ligase E6-AP. De plus, ce mécanisme d’action semble être derrière la régulation différentielle de l’activité de ERα et ERβ observée lors de l’inhibition du protéasome. Dans le second papier, nous démontrons que l’activité et la stabilité de ERβ en présence d’estrogène sont étroitement régulées par la sumoylation phosphorylation-dépendante de l’AF-1, processus hautement favorisé par l’action de la kinase GSK-3. La sumoylation de ERβ par SUMO-1 prévient la dégradation du récepteur en entrant en compétition avec l’ubiquitination au niveau du même site accepteur. De plus, contrairement à ERα, SUMO-1 réprime l’activité de ERβ en altérant son interaction avec l’ADN et l’expression de ses gènes cibles dans les cellules de cancers du sein. Également, ces recherches ont permis d’identifier un motif de sumoylation dépendant de la phosphorylation (pSuM) jusqu’à lors inconnu de la communauté scientifique, offrant ainsi un outil supplémentaire à la prédiction de nouveau substrat de la sumoylation. En plus de permettre une meilleure compréhension du rôle des signaux intracellulaires dans la régulation de l’activité transcriptionnelle de ERβ, nos résultats soulignent l’importance des MPTs dans l’induction des différences fonctionnelles observées entre ERα et ERβ et apportent des pistes supplémentaires à la compréhension de leurs rôles physiopathologiques respectifs.

Inmunoterapia en pacientes con cáncer de pulmón de células no pequeñas versus terapia convencional. Revisión sistemática

RESUMEN Antecedentes y Justificación: El cáncer de pulmón es la principal causa de muerte relacionada con Cáncer en el mundo. El cáncer pulmonar de células no pequeñas (Non-Small-cell lung cancer NSCLC) representa el 85% de todos los cánceres de pulmón y en un 40% es diagnosticado tardíamente y con los tratamientos disponibles actualmente (cirugía, radioterapia y quimioterapia) presenta una supervivencia a 5 años entre el 10 y el 15%. En los últimos años han surgido nuevos tratamientos basados en la inmunoterapia que prometen mejorar la supervivencia de estos pacientes. Objetivo: Determinar la eficacia de la inmunoterapia en el tratamiento del cáncer de pulmón de células no pequeñas (NSCLC) con el fin de integrar la información disponible para su posterior uso en la clínica. Metodología: Se realizó búsqueda exhaustiva de la literatura disponible del 1 de Enero de 2003 al 31 de Diciembre de 2013. Se examinaron las siguientes bases de datos: Pubmed, Scielo, Medline, Lilacs, EMBASE, Bandolier, peDRO y Cochrane. Se utilizaron los términos MeSH de búsqueda: immunotherapy, NSCLC, clinical trials. Resultados: de 163 referencias identificadas en las bases de datos, 12 fueron seleccionadas para la revisión. Se identificaron 11 estrategias inmunoterapéuticas que fueron complementarias al uso de quimioterapia, radioterapia o ambas. No se encontró diferencia significativa entre la supervivencia global de los grupos de intervención y controles con excepción de 1 artículo. La mayoría de efectos secundarios fueron de leves a moderados y no hubo diferencias significativas entre los grupos. Discusión: no se evidenció un aumento significativo de la supervivencia global con la utilización de inmunoterapias, a excepción de la que emplea células asesinas inducidas por citocinas junto a células dendríticas. Sin embargo es necesario esperar resultados de estudios fase III en curso.

Efectividad del tratamiento inmunomodulador con leucocitos alogénicos, en aborto involuntario recurrente. Revisión sistemática y metaanálisis

Dentro del marco del aborto involuntario recurrente (AIR), se han propuesto causas autoinmunes y alogénicas, e implementación de terapias como la inmunización activa con leucocitos alogénicos de la pareja o de donantes. La evidencia disponible en cuanto a la efectividad de estos tratamientos es contradictoria, por lo que se desea realizar una revisión sistemática para evaluar la efectividad de la inmunización activa con leucocitos alogénicos de la pareja o de donantes para esta condición. Se realizó un estudio tipo revisión sistemática de la literatura, usando las siguientes bases de datos: Medline, Embase, Cochrane Library y Scielo. Se realizó una búsqueda a través del registro de ensayos clínicos del Instituto Nacional de Salud de los Estados Unidos (www.clinicaltrials.gov) y, una búsqueda manual a través de las referencias de los estudios seleccionados siguiendo la estrategia de bola de nieve. Se seleccionaron ensayos clínicos y estudios de cohorte analítica, en idioma inglés y español. Se realizó un análisis cuantitativo de la información por medio de un metaanálisis. El tratamiento inmunomodulador con linfocitos puede considerarse como una terapia efectiva para mantener la gestación y lograr recién nacido vivo según resultados estadísticos; sin embargo la calidad de los estudios incluidos es baja, por lo que no se aconseja para la práctica rutinaria. Se sugiere la realización de estudios con metodologías robustas y que apoyen los resultados presentados en esta investigación.

Neurokinin-B transcription in erythroid cells - Direct activation by the hematopoietic transcription factor GATA-1

The GATA family of transcription factors establishes genetic networks that control developmental processes including hematopoiesis, vasculogenesis, and cardiogenesis. We found that GATA-1 strongly activates transcription of the Tac-2 gene, which encodes proneurokinin-B, a precursor of neurokinin-B (NK-B). Neurokinins function through G protein-coupled transmembrane receptors to mediate diverse physiological responses including pain perception and the control of vascular tone. Whereas an elevated level of NK-B was implicated in pregnancy-associated pre-eclampsia ( Page, N. M., Woods, R. J., Gardiner, S. M., Lomthaisong, K., Gladwell, R. T., Butlin, D. J., Manyonda, I. T., and Lowry, P. J. ( 2000) Nature 405, 797 - 800), the regulation of NK-B synthesis and function are poorly understood. Tac-2 was expressed in normal murine erythroid cells and was induced upon ex vivo erythropoiesis. An estrogen receptor fusion to GATA-1 (ER-GATA-1) and endogenous GATA-1 both occupied a region of Tac-2 intron-7, which contains two conserved GATA motifs. Genetic complementation analysis in GATA-1-null G1E cells revealed that endogenous GATA-2 occupied the same region of intron-7, and expression of ER-GATA-1 displaced GATA-2 and activated Tac-2 transcription. Erythroid cells did not express neurokinin receptors, whereas aortic and yolk sac endothelial cells differentially expressed neurokinin receptor subtypes. Since NK-B induced cAMP accumulation in yolk sac endothelial cells, these results suggest a new mode of vascular regulation in which GATA-1 controls NK-B synthesis in erythroid cells.

Dietary synbiotics reduce cancer risk factors in polypectomized and colon cancer patients

Background: Animal studies suggest that prebiotics and probiotics exert protective effects against tumor development in the colon, but human data supporting this suggestion are weak. Objective: The objective was to verify whether the prebiotic concept (selective interaction with colonic flora of nondigested carbohydrates) as induced by a synbiotic preparation-oligofructose-enriched inulin (SYN1) + Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) and Bifidobacterium lactis Bb12 (BB12)-is able to reduce the risk of colon cancer in humans. Design: The 12-wk randomized, double-blind, placebo-controlled trial of a synbiotic food composed of the prebiotic SYN1 and probiotics LGG and BB12 was conducted in 37 colon cancer patients and 43 polypectomized patients. Fecal and blood samples were obtained before, during, and after the intervention, and colorectal biopsy samples were obtained before and after the intervention. The effect of synbiotic consumption on a battery of intermediate biomarkers for colon cancer was examined. Results: Synbiotic intervention resulted in significant changes in fecal flora: Bifidobacterium and Lactobacillus increased and Clostridium perfringens decreased. The intervention significantly reduced colorectal proliferation and the capacity of fecal water to induce necrosis in colonic cells and improve epithelial barrier function in polypectomized patients. Genotoxicity assays of colonic biopsy samples indicated a decreased exposure to genotoxins in polypectomized patients at the end of the intervention period. Synbiotic consumption prevented an increased secretion of interleukin 2 by peripheral blood mononuclear cells in the polypectomized patients and increased the production of interferon gamma in the cancer patients. Conclusions: Several colorectal cancer biomarkers can be altered favorably by synbiotic intervention.

Effect of polydextrose on intestinal microbes and immune functions in pigs

Dietary fibre has been proposed to decrease risk for colon cancer by altering the composition of intestinal microbes or their activity. In the present study, the changes in intestinal microbiota and its activity, and immunological characteristics, such as cyclo-oxygenase (COX)-2 gene expression in mucosa, in pigs fed with a high-energy-density diet, with and without supplementation of a soluble fibre (polydextrose; PDX) (30 g/d) were assessed in different intestinal compartments. PDX was gradually fermented throughout the intestine, and was still present in the distal colon. Irrespective of the diet throughout the intestine, of the four microbial groups determined by fluorescent in situ hybridisation, lactobacilli were found to be dominating, followed by clostridia and Bacteroides. Bifidobacteria represented a minority of the total intestinal microbiota. The numbers of bacteria increased approximately ten-fold from the distal small intestine to the distal colon. Concomitantly, also concentrations of SCFA and biogenic amines increased in the large intestine. In contrast, concentrations of luminal IgA decreased distally but the expression of mucosal COX-2 had a tendency to increase in the mucosa towards the distal colon. Addition of PDX to the diet significantly changed the fermentation endproducts, especially in the distal colon, whereas effects on bacteria] composition were rather minor. There was a reduction in concentrations of SCFA and tryptamine, and an increase in concentrations of spermidine in the colon upon PDX supplementation. Furthermore, PDX tended to decrease the expression of mucosal COX-2, therefore possibly reducing the risk of developing colon cancer-promoting conditions in the distal intestine.

Interaction of PPARG Pro12Ala with dietary fat influences plasma lipids in subjects at cardiometabolic risk

The PPARγ2 gene SNP Pro12Ala has shown variable association with metabolic syndrome traits in healthy subjects. We investigated the effect of interaction between genotype and the ratio of polyunsaturated:saturated (P:S) fatty acid intake on plasma lipids in 367 White subjects aged 30-70 y at increased cardiometabolic risk, in the RISCK study. Interaction was determined after habitual diet at recruitment, at baseline after a 4-week high-SFA (HS) diet and after 24-week reference (HS), high-MUFA (HM) and low-fat (LF) diets. At recruitment, there were no significant associations between genotype and plasma lipids, however, P:S x genotype interaction influenced plasma total cholesterol (TC) (P=0.02), LDL-cholesterol (LDL-C) (P=0.002) and triglyceride (TG) (P=0.02) concentrations. At P:S ratio ≤0.33, mean TC and LDL-C concentrations in Ala12 allele carriers were significantly higher than in non-carriers (respectively P=0.003; P=0.0001). Significant trends in reduction of plasma TC (P=0.02) and TG (P=0.002) concentrations occurred with increasing P:S (respectively ≤0.33 to >0.65 and 0.34 to >0.65) in Ala12 allele carriers. There were no significant differences between carriers and non-carriers after the 4-week HS diet or 24-week interventions. Plasma TC and TG concentrations in PPARG Ala12 allele carriers decrease as P:S increases, but are not dependent on a reduction in SFA intake.

Endurance training modulates lymphocyte function in rats with post-MI CHF

Purpose: Exercise training restores innate immune system cell function in post-myocardial infarction (post-MI) rats. However, studies of the involvement of lymphocyte (Ly) in the setting of the congestive heart failure (CHF) are few. To address this issue, we investigated the function of Ly obtained from cervical lymph nodes from post-MI CHF rats submitted to treadmill running training. Methods: Twenty-five male Wistar rats were randomly assigned to the following groups: rats submitted to ligation of the left coronary artery, which were sedentary (MI-S, N= 7, only limited activity) or trained (MI-T, N= 6, on a treadmill (0% grade at 13-20 m.m(-1)) for 60 min.d(-1), 5 d.wk(-1), for 8-10 wk); or sham-operated rats, which were sedentary (sham-S, N = 6) or trained (sham-T, N = 6). The incorporation of [2-C-14]-thymidine by Ly cultivated in the presence of concanavalin A (Con A) and lipopolysaccharide (LPS), cytokine production by Ly cultivated in the presence of phytohemagglutinin (PHA), and plasma concentration of glutamine were assessed in all groups, 48 h after the last exercise session. Results: Proliferative capacity was increased, following incubation with Con-A in the MI groups, when compared with the sham counterparts. When incubated in the presence of PHA, MI-S produced more IL-4 (96%) than sham-S (P < 0.001). The training protocol induced a 2.2-fold increase in the production of interleukin-2 (P < 0.001) of the cells obtained from the cervical lymph nodes of MI-T, compared with MI-S. Conclusion: The moderate endurance training protocol caused an increase in IL-2 production, and a trend toward the reversion of the Th-1/Th-2 imbalance associated with IL-4 production increased in the post-MI CHF animal model.