Lymph node stromal cells in homeostasis and immune response

Summary : Antigen-specific T lymphocytes constantly patrol the body to search for invading pathogens. Given the large external and internal body surfaces that need to be surveyed, a sophisticated strategy is necessary to facilitate encounters between T cells and pathogens. Dendritic cells present at all body surfaces are specialized in capturing pathogens and bringing them to T zones of secondary lymphoid organs, such as the lymph nodes and the spleen. Here, dendritic cells present antigenic fragments and activate the rare antigen-specific T lymphocytes. This induction of an immune response is facilitated in multiple ways by a dense network of poorly characterized stromal cells, termed fibroblastic reticular cells (FRCs). They constitutively produce the chemokines CCL21 and CCL19, which attract naïve T cells and dendritic cells into the T zone. Further, they provide an adhesion scaffold for dendritic cells and a migration scaffold for naïve T cells, allowing efficient screening of dendritic cell by thousands of T cells. FRCs also form a system of microchannels (conduits) that allows rapid transport of antigen or cytokines from the subcapsular sinus to the T zone. We characterized lymph node FRCS by flow cytometry, immunofluorescence microscopy, real time PCR and functional assays and could show that FRCs are a unique type of myofibroblasts which produce the T cell survival factor IL-7. This function was shown to be critically involved in regulating the size of the peripheral T cell pool and further demonstrates the importance of FRCs in maintaining immunocompetence. As we observed that some dendritic cells also express the receptor for IL-7, we expected a similar function of IL-7 in their survival. Surprisingly, we found no role for IL-7 in their survival but in their development. Analysis of hematopoietic precursors suggested that part of the dendritic cell pool develops out of an IL-7 dependent precursor, which maybe shared with lymphocytes. During the induction of an immune response, lymph node homeostasis is drastically altered when the lymph node expands several-fold in size to accommodate many more lymphocytes. Here, we describe that this expansion of the T zone is accompanied by the activation and proliferation of FRCs thereby preserving T zone architecture and function. This expansion of the FRC network is regulated by antigen-independent and -dependent events. It demonstrates the incredible plasticity of this organ allowing clonal expansion of antigen-specific lymphocytes. Résumé : Les lymphocytes T, spécifiques pour un antigène particulier, patrouillent constamment le corps à la recherche de l'invasion de pathogène. A cause des grandes surfaces externes et internes du corps, une stratégie sophistiquée est nécessaire afin de faciliter les rencontres entre les cellules T et les agents pathogènes. Les cellules dendritiques présentes dans toutes les surfaces du corps sont spécialisées dans la capture des agents pathogènes et dans le transport vers les zones T des organes lymphoïdes secondaires, comme les ganglions lymphatiques et la rate. Dans ces organes, les cellules dendritiques présentent les fragments antigéniques et activent les lymphocytes T rares. L'induction de cette réponse immunitaire est facilitée de différentes manières par un réseau dense de cellules strornales mal caractérisé, appelées 'fibroblastic reticular tells' (FRCs). FRCs produisent constitutivement les chimiokines CCL21 et CCL19, qui attirent les lymphocytes T naïfs et les cellules dendritiques vers la zone T. En outre, elles donnent une base d'adhérence pour les cellules dendritiques et elles attirent les cellules T naïves vers les cellules dendritiques. Les FRCs forment des petits canaux (ou conduits) qui permettent le transport rapide d'antigènes solubles ou de cytokines vers la zone T. Nous avons caractérisé les FRCs par cytométrie en flux, immunofluorescence et par PCR en temps réel et nous avons démontré que les FRCs sont un type unique de rnyofibroblastes qui produisent un facteur de survie des cellules T, l'Interleukine-7. Il a été démontré que cette fonction est cruciale afin d'augmenter la taille et la diversité du répertoire de cellules T, et ainsi, maintenir l'immunocompétence. Comme nous avons observé que certaines cellules dendritiques expriment également le récepteur de l'IL-7, nous avons testé une fonction similaire dans leur survie. Étonnamment, nous n'avons pas trouvé de rôle pour l'IL-7 dans leur survie, mais dans leur développement. L'analyse des précurseurs hématopoïétiques a suggéré qu'une fraction des cellules dendritiques se développe à partir des précurseurs dépendants de l'IL-7, qui sont probablement partagés avec les lymphocytes. Au cours de l'induction d'une réponse immunitaire, l'homéostasie du ganglion lymphatique est considérablement modifiée. En effet, sa taille augmente considérablement afin d'accueillir un plus grand nombre de lymphocytes. Nous décrivons ici que cet élargissement de la zone T est accompagné par l'activation et 1a prolifération des FRCs, préservant l'architecture et la fonction de la zone T. Cette expansion du réseau des FRCs est régie par des évènements à la fois dépendants et indépendants de l'antigène. Cela montre l'incroyable plasticité de cet organe qui permet l'expansion clonale des lymphocytes T spécifiques.

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.

Oxytocin response to an experimental psychosocial challenge in adults exposed to traumatic experiences during childhood or adolescence.

Long-term implications of the exposure to traumatizing experiences during childhood or adolescence, such as sexual abuse, or cancer, have been documented, namely the subjects' response to an acute stress in adulthood. Several indicators of the stress response have been considered (e.g. cortisol, heart rate). Oxytocin (OT) response to an acute stress of individuals exposed to trauma has not been documented. Eighty subjects (n=26 women who had experienced episodes of child abuse, n=25 men and women healthy survivors of cancer in childhood or adolescence, and 29 controls) have been submitted to a laboratory session involving an experimental stress challenge, the Trier social stress test. Overall, there was a clear OT response to the psychosocial challenge. Subjects having experienced a childhood/adolescence life-threatening illness had higher mean levels of OT than both abused and control subjects. There was a moderate negative relationship between OT and salivary cortisol. It is suggested that an acute stress stimulates OT secretion, and that the exposure to enduring life-threatening experiences in childhood/adolescence has long-lasting consequences regarding the stress system and connected functions, namely the activation of OT secretion. Better knowledge of such long-term implications is important so that to prevent dysregulations of the stress responses, which have been shown to be associated to the individual's mental health.

Distinct neuronal circuits underlying the bahavioral and physiological components of the fear response

Abstract : Expression of fear involves changes in a number of behavioral and physiological parameters that are triggered by the central amygdala (CeA). The fear circuit also includes a series of brain stem nuclei that are the final effectors of the changes induced by the fear reaction. The CeA expresses many different neuropeptide receptors that can modulate fear responses. Today, the precise organization and the modulation of projections from the amygdala to the brain stem are still poorly understood. The aim of this project was to better understand the organization and the modulation of the fear circuit. To investigate this we first determined whether the CeA is composed of separate neuronal populations, where each one projects to specific brain stem nuclei, or whether single CeA neurons project to several nuclei. For this purpose, we first selected two brain stem nuclei implicated in the modulation of different components of the fear reactions, the periaqueductal gray (implicated in freezing) and the nucleus of solitary tract (implicated in heart rate modulation). We then performed double injections of two different retrograde tracers in these two nuclei and we quantified the subsequent presence of co-labelling in the CeA. We found that neurons projecting to the PAG and to the NTS are organized in separate populations. Subsequent electrophysiological recordings of the two populations revealed that PAG and NTS projecting neurons also have different electrophysiological characteristics. We then verified in vitro whether the neurons projecting to different brain stem nuclei express specific combinations of neuropeptide receptors, and whether a neuropeptide acting pre-synaptically (oxytocin) specifically modulates one of these two projections. We did not find differences at the level of expression of neurópeptide receptors, but we observed that oxytocin, a neuropeptide with anxiolytic properties, modulates PAG projecting neurons without affecting NTS projecting neurons. As oxytocin appeared to specifically modulate projections to the PAG, involved in the modulation of the freezing reaction, but did not affect the projections to the NTS, implicated in the modulation of cardiovascular parameters, we verified how this modulation translates in living animals. We investigated the effects of infra-amygdala injection of oxytocin on cardiovascular and behavioral changes induced by contextual fear conditioning. We found that oxytocin decreased the freezing response without affecting the cardiovascular system. Finally, as neuropeptides are considered potential future anxiolytics, we investigated whether diazepam and oxytocin, acting on the same circuit, had additive effects. This question was addressed exclusively with an in vitro electrophysiological approach. We obtained that oxytocin and diazepam, when co-applied, had an additive effect on both synaptic transmission and neuronal activity. These results open new perspectives for the possible clinical applications of oxytocin. Résumé : L'expression de la peur est accompagnée par de nombreux changements physiologiques et comportementaux qui sont déclenchés par l'amygdale centrale (CeA). Le circuit inclue aussi une série de noyaux du tronc cérébrale qui sont les effecteurs des différentes composantes de la réaction de peur. On sait que CeA envoie des projections aux noyaux du tronc cérébral et que ces neurones expriment une grande variété de récepteurs aux neuropeptides. Par contre, l'organisation des projections, ainsi que la modulation de ces projections par les neuropeptides reste encore peu connue. Avec ce projet, on premièrement voulu déterminer si CeA est composée de populations neuronales séparées qui projettent vers un noyau spécifique, ou bien si chaque neurones envoie des projections vers plusieurs noyaux. A ce propos, on a effectué des doubles injections de deux traceurs rétrogrades différentes dans deux noyaux du tronc cérébral impliqués dans des différentes composantes des réactions de peur. On a injecté la substance grise périaqueducale (PAG), qui est impliquée dans la réponse d'immobilisation, ainsi que le noyau du tractus solitaire (NTS) qui est responsable des changements cardiovasculaires. On a ensuite quantifié la présence de neurones contenant les deux traceurs dans CeA. On a trouvé que la plupart des neurones de l'amygdale centrale projettent vers un noyau spécifique, et on peut donc dire que l'amygdale semble être composée de populations neuronales séparées. On a ensuite mesuré les caractéristiques électrophysiologiques de ces deux projections et on a trouvé des différences substantielles concernant la résistance membranaire, la capacitance, le potentiel membranaire de repos ainsi que la fréquence des potentiels d'action spontanés. Puis, comme beaucoup de neuropéptides dans l'amygdale exercent un effet modulatoire sûr les réactions de peur et sur l'anxiété, on a étudié les effets directs et indirects d'une série de neuropeptides sur les différentes projections pour évaluer s'il y a des neuropeptides qui agissent spécifiquement sur une. On n'a pas trouvé de différences entre neurones qui projettent vers le PAG et neurones qui projettent vers le NTS concernant les effets de neuropeptides qui agissent directement sur ces cellules. Par contre, on a trouvé que l'ocytocine, un neuropeptide qui se lie à des récepteurs dans la partie latérale de l'amygdale centrale et inhibe de façon indirecte les neurones de l'amygdala centrale médiale, module les projections vers le PAG sans affecter celles qui vont vers le NTS. Comme le PAG est impliqué dans la réponse d'immobilisation, alors que le NTS est impliqué dans la modulation cardiovasculaire, on a ensuite étudié les effets de l'ocytocine injectée dans l'amygdale de rat vivants sur les réactions de peur conditionnées. On a trouvé que l'ocytocine diminue la réponse d'immobilisation sans par contre affecter la réponse cardiovasculaire. Pour terminer, on a vérifié si l'ocytocine potentialise les effets d'un médicament anxiolytique, le diazeparn. Avec une étude in vitro on a trouvé qu'une co-application d'ocytocine et diazeparn résulte en un effet additionnel à la fois sur la transmission synaptique ainsi que sur l'activité neuronale des neurones de l'amygdale centrale médiale. Ces résultats ouvrent des nouvelles perspectives pour une potentielle utilisation clinique de l'ocytocine.

Interferon-Induced Gene Expression Is a Stronger Predictor of Treatment Response Than IL28B Genotype in Patients With Hepatitis C.

BACKGROUND & AIMS: The host immune response during the chronic phase of hepatitis C virus infection varies among individuals; some patients have a no interferon (IFN) response in the liver, whereas others have full activation IFN-stimulated genes (ISGs). Preactivation of this endogenous IFN system is associated with nonresponse to pegylated IFN-α (pegIFN-α) and ribavirin. Genome-wide association studies have associated allelic variants near the IL28B (IFNλ3) gene with treatment response. We investigated whether IL28B genotype determines the constitutive expression of ISGs in the liver and compared the abilities of ISG levels and IL28B genotype to predict treatment outcome. METHODS: We genotyped 109 patients with chronic hepatitis C for IL28B allelic variants and quantified the hepatic expression of ISGs and of IL28B. Decision tree ensembles, in the form of a random forest classifier, were used to calculate the relative predictive power of these different variables in a multivariate analysis. RESULTS: The minor IL28B allele was significantly associated with increased expression of ISG. However, stratification of the patients according to treatment response revealed increased ISG expression in nonresponders, irrespective of IL28B genotype. Multivariate analysis of ISG expression, IL28B genotype, and several other factors associated with response to therapy identified ISG expression as the best predictor of treatment response. CONCLUSIONS: IL28B genotype and hepatic expression of ISGs are independent predictors of response to treatment with pegIFN-α and ribavirin in patients with chronic hepatitis C. The most accurate prediction of response was obtained with a 4-gene classifier comprising IFI27, ISG15, RSAD2, and HTATIP2.

Severe hyperlipidemia causes impaired renin-angiotensin system function in apolipoprotein E deficient mice.

Dyslipidemia is a known risk factor for cardiovascular diseases and may associate with renal injury. Using mouse models with various degrees of hypercholesterolemia and hypertryliceridemia, we investigated the effects of lipids on the renin-angiotensin system (RAS). ApoE-/- mice were fed either a high fat diet (HF-ApoE-/-; mice developed hypertriglyceridemia and severe hypercholesterolemia) or regular chow (R-ApoE(-/-); mice developed less severe hypercholesterolemia only). Renal histopathology in the HF-ApoE-/- revealed massive lipid accumulation especially at the glomerular vascular pole. In these mice plasma renin concentration was significantly reduced (489+/-111 ng/(ml h) versus 1023+/-90 ng/(ml h) in R-ApoE-/- mice) and blood pressure was consequently significantly lower than in R-ApoE-/- (104+/-2 mmHg versus 115+/-2 mmHg, respectively). A model of renin-dependent renovascular hypertension (two-kidney, one clip) was generated and HF-ApoE-/- mice proved unable to increase renin secretion, and blood pressure, in response to diminished renal perfusion as compared to regular chow fed mice (665+/-90 ng/(ml h) versus 2393+/-372 ng/(ml h), respectively and 106+/-3 mmHg versus 140+/-2 mmHg, respectively). Hypertriglyceridemia and severe hypercholesterolemia are associated with renal lipid deposition and impaired renin secretion in ApoE-/- mice exposed to high fat diet. These observations further characterize the phenotype of this widely used mouse model and provide a rationale for the use of these mice to study lipid induced organ damage.

Nematode selenoproteome: the use of the selenocysteine insertion system to decode one codon in an animal genome?

Selenocysteine (Sec) is co-translationally inserted into selenoproteins in response to codon UGA with the help of the selenocysteine insertion sequence (SECIS) element. The number of selenoproteins in animals varies, with humans having 25 and mice having 24 selenoproteins. To date, however, only one selenoprotein, thioredoxin reductase, has been detected in Caenorhabditis elegans, and this enzyme contains only one Sec. Here, we characterize the selenoproteomes of C.elegans and Caenorhabditis briggsae with three independent algorithms, one searching for pairs of homologous nematode SECIS elements, another searching for Cys- or Sec-containing homologs of potential nematode selenoprotein genes and the third identifying Sec-containing homologs of annotated nematode proteins. These methods suggest that thioredoxin reductase is the only Sec-containing protein in the C.elegans and C.briggsae genomes. In contrast, we identified additional selenoproteins in other nematodes. Assuming that Sec insertion mechanisms are conserved between nematodes and other eukaryotes, the data suggest that nematode selenoproteomes were reduced during evolution, and that in an extreme reduction case Sec insertion systems probably decode only a single UGA codon in C.elegans and C.briggsae genomes. In addition, all detected genes had a rare form of SECIS element containing a guanosine in place of a conserved adenosine present in most other SECIS structures, suggesting that in organisms with small selenoproteomes SECIS elements may change rapidly.

Regulation of stress response is heritable and functionally linked to melanin-based coloration.

Abstract Sexual selection theory posits that ornaments can signal the genetic quality of an individual. Eumelanin-based coloration is such an ornament and can signal the ability to cope with a physiological stress response because the melanocortin system regulates eumelanogenesis as well as physiological stress responses. In the present article, we experimentally investigated whether the stronger stress sensitivity of light than dark eumelanic individuals stems from differential regulation of stress hormones. Our study shows that darker eumelanic barn owl nestlings have a lower corticosterone release after a stressful event, an association, which was also inherited from the mother (but not the father) to the offspring. Additionally, nestlings sired by darker eumelanic mothers more quickly reduced experimentally elevated corticosterone levels. This provides a solution as to how ornamented individuals can be more resistant to various sources of stress than drab conspecifics. Our study suggests that eumelanin-based coloration can be a sexually selected signal of resistance to stressful events.

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.

Sensing, uptake and response to c4-dicarboxylic acids in pseudomonas aeruginosa pao1

C4-dicarboxylates are one of the preferred carbon and energy sources for the growth of P. aeruginosa, a ubiquitous and metabolically versatile bacterium. However, despite their importance, C4-dicarboxylates sensing and uptake systems were poorly understood in P. aeruginosa and only little information was available in the literature. In our work, the C4-dicarboxylate transport (Dct) system in P. aeruginosa was found to be composed of a novel two-component system, called DctB/DctD, regulating together with the sigma factor RpoN the expression of two newly identified C4-dicarboxylate transporters: DctA and DctPQM. Inactivation of the dct A, dctB or dctD gene caused a growth defect of the strain in minimal media supplemented with succinate, fumarate or malate, indicating their major role in Dct. However, residual growth of the dctA mutant in these media suggested the presence of redundant C4-dicarboxylate transporter(s). Tn5 insertion mutagenesis of the kdctA mutant, combined with a screening for growth on succinate, led to the identification of a second Dct system, the DctPQM transporter, belonging to the tripartite ATP-independent periplasmic (TRAP) family of carriers. AdctAAdctPQM double mutant showed no growth on malate and fumarate albeit residual growth on succinate suggested that additional transporters for succinate are present. Competition experiments demonstrated that the DctPQM carrier was more efficient than the DctA carrier for the utilization of succinate at μΜ concentrations, whereas DctA was the major transporter at mM concentrations. For the first time, high- and low-affinity uptake systems for succinate (DctA and DctPQM) are reported to function co-ordinately to transport C4- dicarboxylates. Most probably, the presence of redundant uptake systems contributes to the versatility of this bacterium. Next, the regulation of the Dct system was investigated. While performing a parallel study about the carbon catabolite repression (CCR) phenomenon in P. aeruginosa, a link between the CCR cascade (CbrAB/CrcZ/Crc) and the Dct system was observed. Crc is a translational repressor acting when preferred carbon sources (like C4-dicarboxylates) are present. CrcZ is a small RNA acting as a functional antagonist of Crc and induced by the CbrA/CbrB two-component system when non preferred carbon sources (like mannitol) are utilized. Novel targets of the CbrAB/CrcZ/Crc system in P. aeruginosa were identified using transcriptome analysis; among them dctA and dctPQM were detected. CCR is regulating the dct transporter genes expression depending on the succinate concentrations in the medium of growth; this modulation of CCR is possible because, at the same time, succinate concentrations tune CCR. In a medium containing high succinate concentrations, CrcZ levels were low and therefore Crc inhibited the translation of mRNA targets. Whereas in a medium containing low succinate concentrations, the subsequent increase of CrcZ levels sequestered Crc, inhibiting its activity. This model shows for the first time that CCR possesses a feedback-based circuitry, a very important type of regulatory loop that confers the best adaptive response under changing environmental conditions. The expression of the dct transporter genes is also found to be regulated by the RNA chaperone protein Hfq. Hfq has the same post-transcriptional effect than Crc at high concentration of succinate, i.e. inhibiting dctP and dctR and indirectly favouring dctA expression. Moreover, an additional indirect positive regulation of dctP expression by Hfq was found. Finally, a metabolome approach was performed to investigate the internal signals modulating CCR via induction of CbrA activity in P. aeruginosa PAOl and P. putida KT2442. The results of the analysis are currently under study in the laboratory. - Les acides C4-dicarboxyliques font partie des sources de carbone et d'énergie préférés de P. aeruginosa, une bactérie versatile et ubiquitaire. Néanmoins, malgré leur importance, comment la présence des acides C4-dicarboxyliques dans le milieu est sentie par la bactérie et comment ils sont transportés dans la cellule chez P. aeruginosa n'étaient pas connus. De plus, peu d'informations sur ces procédés ont été répertoriées dans la littérature. Grace à notre travail, le système de transport des acides C4-dicarboxyliques (Dct) chez P. aeruginosa a pu être caractérisé. En effet, il est composé d'un nouveau système à deux composants, nommé DctB/DctD, qui régule, en combinaison avec le facteur sigma alternatif RpoN, l'expression des deux nouveaux transporteurs des acides C4-dicarboxyliques: DctA et DctPQM. L'inactivation des gènes dctA, dctB or dctD cause un défaut de croissance des souches mutantes dans un milieu minimum contenant du succinate, fumarate ou malate; confirmation de leur rôle dans le Dct. Cependant, une croissance résiduelle du mutant dctA dans ces milieux suggérerait une redondance des transporteurs d'acides Grdicarboxyliques. Une expérience de mutagenèse dans la souche AdctA, utilisant le transposon Tn5, combiné avec un criblage génétique sur la croissance dans le succinate, nous a permis d'identifier le deuxième transporteur DctPQM. DctPQM appartient à la famille des transporteurs TRAP (tripartite ATP-independent periplasmic). Un double mutant AdctAAdctPQM ne pousse pas dans du malate ou fumarate mais par contre présente une croissance résiduelle dans le succinate suggérant l'existence de transporteurs supplémentaires pour le succinate. En réalisant des expériences de compétitions nous avons démontré que le transporteur DctPQM est plus efficace que le transporteur DctA pour l'utilisation de succinate à une concentration de l'ordre du μΜ. Par contre, DctA est le transporteur le plus important pour une concentration de succinate de l'ordre du raM. Pour la première fois, deux systèmes de transport, un avec une forte- et un avec une faible-affinité (DctA et DctPQM) pour le succinate, sont coordonnés dans leur activité de transport des acides C4- dicarboxyliques, probablement contribuant à la versatilité de la bactérie. Ensuite, nous avons étudié la régulation du system Dct. En effectuant, en parallèle, une étude sur le phénomène de la répression catabolique (RC) chez P. aeruginosa, un lien entre la RC et le système Dct a été observé. La cascade des régulateurs formant la RC est composée de CbrA/CbrB, CrcZ et Crc. Crc est un répresseur traductionnel qui agit quand des sources de carbone préférées (comme les acides C4-dicarboxyliques) sont présentes dans le milieu. CrcZ est un petit ARN non-codant qui agit comme antagoniste de Crc. L'expression de CrcZ est induite par le système à deux composants CbrA/CbrB lorsque une source de carbone non-préférée est utilisée (comme le mannitol). Des nouvelles cibles du système CbrAB/CrcZ/Crc chez P. aeruginosa ont été identifiées grâce à une analyse du transcriptome des souches mutantes des régulateurs de la cascade. Parmi les cibles identifiées, les gènes dctA et dctPQM étaient présents. La RC régule l'expression des transporteurs dct en fonction de la concentration de succinate dans le milieu de croissance. Cette régulation est possible parce que, en même temps, les acides C4- dicarboxyliques régulent la RC. Dans un milieu contenant une grande concentration du succinate, le niveau d'expression de CrcZ est faible, donc Crc peut inhiber l'expression de ces ARN messagers cibles. Par contre, dans un milieu avec une faible concentration de succinate, l'augmentation de l'expression de CrcZ titre Crc et inhibe son activité. Ce modèle de régulation rétroactive est très important pour le phénomène de la RC, parce qu'il permet à la bactérie d'accorder une meilleure réponse à un changement environnemental. L'expression des gènes codant pour les transporteurs dct sont aussi régulés par la protéine chaperonne d'ARN Hfq. Hfq semble avoir le même effet traductionnelle que Crc, lorsqu'il y a une forte concentration de succinate. Nous avons ainsi observé une régulation négative de l'expression du gène dct Ρ et dctR, qui code pour un répresseur de la transcription de dctA. Nous avons aussi observé une régulation positive de la transcription de dctP par Hfq, probablement de façon indirecte. Enfin, une analyse du metabolome a était utilisée pour chercher les signaux internes modulant la RC et, en particulier, l'activité de la protéine senseur CbrA chez P. aeruginosa PAOl et P. putida KT2442. Les résultats de l'analyse sont en cours d'étude dans le laboratoire.

Distinct phenotypes of antigen-selected CD8 T cells emerge at different stages of an in vivo immune response.

We have previously described a unique system for identifying Ag-selected CD8 T cells during an in vivo response in normal mice. In this system, lymphocytes isolated from DBA/2 mice injected i.p. with HLA-CW3 transfected syngeneic (H-2d) P815 cells show a remarkable expansion of CD8 cells that utilize TCR expressing the V beta 10 gene segment and additional structural features characteristic of Kd-restricted CW3-specific CTL clones. We have now taken advantage of this system to characterize the surface phenotype of CD8 cells selected by Ag in vivo. We observed several distinct phenotypes at different stages of the response. At the peak of the response, Ag-selected cells were low in CD62L and CD45RB expression but displayed high levels of CD44. In addition, there was a partial down-regulation of CD8 and TCR. Cells of this phenotype were present in lymphoid tissues for several mo after immunization. Much later in the response, Ag-selected cells expressed higher levels of CD8 and TCR. Moreover, a distinct subset of these long-term immune cells emerged that now expressed CD62L and CD45RB. Analysis of CD8 cells from different tissues also revealed certain differences, particularly in TCR and co-receptor levels from liver-derived cells compared with circulating cells at the peak of the response. Our findings suggest that the function of Ag-selected CD8 cells may be regulated over time and according to location by subtle changes in cell-surface phenotype.

Estradiol and progesterone strongly inhibit the innate immune response of mononuclear cells in newborns.

Newborns are particularly susceptible to bacterial infections due to qualitative and quantitative deficiencies of the neonatal innate immune system. However, the mechanisms underlying these deficiencies are poorly understood. Given that fetuses are exposed to high concentrations of estradiol and progesterone during gestation and at time of delivery, we analyzed the effects of these hormones on the response of neonatal innate immune cells to endotoxin, bacterial lipopeptide, and Escherichia coli and group B Streptococcus, the two most common causes of early-onset neonatal sepsis. Here we show that at concentrations present in umbilical cord blood, estradiol and progesterone are as powerful as hydrocortisone for inhibition of cytokine production by cord blood mononuclear cells (CBMCs) and newborn monocytes. Interestingly, CBMCs and newborn monocytes are more sensitive to the effects of estradiol and progesterone than adult peripheral blood mononuclear cells and monocytes. This increased sensitivity is associated with higher expression levels of estrogen and membrane progesterone receptors but is independent of a downregulation of Toll-like receptor 2 (TLR2), TLR4, and myeloid differentiation primary response gene 88 in newborn cells. Estradiol and progesterone mediate their anti-inflammatory activity through inhibition of the NF-κB pathway but not the mitogen-activated protein kinase pathway in CBMCs. Altogether, these results suggest that elevated umbilical cord blood concentrations of estradiol and progesterone acting on mononuclear cells expressing high levels of steroid receptors contribute to impair innate immune responses in newborns. Therefore, intrauterine exposure to estradiol and progesterone may participate in increasing susceptibility to infection during the neonatal period.

Impaired musculoskeletal response to age and exercise in PPARβ(-/-) diabetic mice.

Fragility fractures are recognized complication of diabetes, but yet the underlying mechanisms remain poorly understood. This is particularly pronounced in type 2 diabetes in which the propensity to fall is increased but bone mass is not necessarily low. Thus, whether factors implicated in the development of insulin resistance and diabetes directly impact on the musculoskeletal system remains to be investigated. PPARβ(-/-) mice have reduced metabolic activity and are glucose intolerant. We examined changes in bone and muscle in PPARβ(-/-) mice and investigated both the mechanism behind those changes with age as well as their response to exercise. Compared with their wild type, PPARβ(-/-) mice had an accelerated and parallel decline in both muscle and bone strength with age. These changes were accompanied by increased myostatin expression, low bone formation, and increased resorption. In addition, mesenchymal cells from PPARβ(-/-) had a reduced proliferation capacity and appeared to differentiate into more of an adipogenic phenotype. Concomitantly we observed an increased expression of PPARγ, characteristic of adipocytes. The anabolic responses of muscle and bone to exercise were also diminished in PPARβ(-/-) mice. The periosteal bone formation response to direct bone compression was, however, maintained, indicating that PPARβ controls periosteal bone formation through muscle contraction and/or metabolism. Taken together, these data indicate that PPARβ deficiency leads to glucose intolerance, decreased muscle function, and reduced bone strength. On a molecular level, PPARβ appears to regulate myostatin and PPARγ expression in muscle and bone, thereby providing potential new targets to reverse bone fragility in patients with metabolic disturbances.

Design Guide and Construction Specifications for National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES) Site Runoff Control, 2006

According to the 1972 Clean Water Act, the Environmental Protection Agency (EPA) established a set of regulations for the National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES). The purpose of these regulations is to reduce pollution of the nation’s waterways. In addition to other pollutants, the NPDES regulates stormwater discharges associated with industrial activities, municipal storm sewer systems, and construction sites. Phase II of the NPDES stormwater regulations, which went into effect in Iowa in 2003, applies to construction activities that disturb more than one acre of ground. The regulations also require certain communities with Municipal Separate Storm Sewer Systems (MS4) to perform education, inspection, and regulation activities to reduce stormwater pollution within their communities. Iowa does not currently have a resource to provide guidance on the stormwater regulations to contractors, designers, engineers, and municipal staff. The Statewide Urban Design and Specifications (SUDAS) manuals are widely accepted as the statewide standard for public improvements. The SUDAS Design manual currently contains a brief chapter (Chapter 7) on erosion and sediment control; however, it is outdated, and Phase II of the NPDES stormwater regulations is not discussed. In response to the need for guidance, this chapter was completely rewritten. It now escribes the need for erosion and sediment control and explains the NPDES stormwater regulations. It provides information for the development and completion of Stormwater Pollution Prevention Plans (SWPPPs) that comply with the stormwater regulations, as well as the proper design and implementation of 28 different erosion and sediment control practices. In addition to the design chapter, this project also updated a section in the SUDAS Specifications manual (Section 9040), which describes the proper materials and methods of construction for the erosion and sediment control practices.

The inositol Inpp5k 5-phosphatase affects osmoregulation through the vasopressin-aquaporin 2 pathway in the collecting system.

Inositol Inpp5k (or Pps, SKIP) is a member of the inositol polyphosphate 5-phosphatases family with a poorly characterized function in vivo. In this study, we explored the function of this inositol 5-phosphatase in mice and cells overexpressing the 42-kDa mouse Inpp5k protein. Inpp5k transgenic mice present defects in water metabolism characterized by a reduced plasma osmolality at baseline, a delayed urinary water excretion following a water load, and an increased acute response to vasopressin. These defects are associated with the expression of the Inpp5k transgene in renal collecting ducts and with alterations in the arginine vasopressin/aquaporin-2 signalling pathway in this tubular segment. Analysis in a mouse collecting duct mCCD cell line revealed that Inpp5k overexpression leads to increased expression of the arginine vasopressin receptor type 2 and increased cAMP response to arginine vasopressin, providing a basis for increased aquaporin-2 expression and plasma membrane localization with increased osmotically induced water transport. Altogether, our results indicate that Inpp5k 5-phosphatase is important for the control of the arginine vasopressin/aquaporin-2 signalling pathway and water transport in kidney collecting ducts.