Imaging Neuroinflammation in Progressive Multiple Sclerosis

Multiple sclerosis (MS) is a chronic autoimmune disease of the central nervous system CNS), where inflammation and neurodegeneration lead to irreversible neuronal damage. In MS, a dysfunctional immune system causes auto‐reactive lymphocytes to migrate into CNS where they initiate an inflammatory cascade leading to focal demyelination, axonal degeneration and neuronal loss. One of the hallmarks of neuronal injury and neuroinflammation is the activation of microglia. Activated microglia are found not only in the focal inflammatory lesions, but also diffusely in the normal‐appearing white matter (NAWM), especially in progressive MS. The purine base, adenosine is a ubiquitous neuromodulator in the CNS and also participates in the regulation of inflammation. The effect of adenosine mediated via adenosine A2A receptors has been linked to microglial activation, whereas modulating A2A receptors may exert neuroprotective effects. In the majority of patients, MS presents with a relapsing disease course, later advancing to a progressive phase characterised by a worsening, irreversible disability. Disease modifying treatments can reduce the severity and progression in relapsing MS, but no efficient treatment exists for progressive MS. The aim of this research was to investigate the prevalence of adenosine A2A receptors and activated microglia in progressive MS by using in vivo positron emission tomography (PET) imaging and [11C]TMSX and [11C](R)‐PK11195 radioligands. Magnetic resonance imaging (MRI) with diffusion tensor imaging (DTI) was performed to evaluate structural brain damage. Non‐invasive input function methods were also developed for the analyses of [11C]TMSX PET data. Finally, histopathological correlates of [11C](R)‐PK11195 radioligand binding related to chronic MS lesions were investigated in post‐mortem samples of progressive MS brain using autoradiography and immunohistochemistry. [11C]TMSX binding to A2A receptors was increased in NAWM of secondary progressive MS (SPMS) patients when compared to healthy controls, and this correlated to more severe atrophy in MRI and white matter disintegration (reduced fractional anisotropy, FA) in DTI. The non‐invasive input function methods appeared as feasible options for brain [11C]TMSX images obviating arterial blood sampling. [11C](R)‐PK11195 uptake was increased in the NAWM of SPMS patients when compared to patients with relapsing MS and healthy controls. Higher [11C](R)‐PK11195 binding in NAWM and total perilesional area of T1 hypointense lesions was associated with more severe clinical disability, increased brain atrophy, higher lesion load and reduced FA in NAWM in the MS patients. In autoradiography, increased perilesional [11C](R)‐PK11195 uptake was associated with increased microglial activation identified using immunohistochemistry. In conclusion, brain [11C]TMSX PET imaging holds promise in the evaluation of diffuse neuroinflammation in progressive MS. Being a marker of microglial activation, [11C](R)‐ PK11195 PET imaging could possibly be used as a surrogate biomarker in the evaluation of the neuroinflammatory burden and clinical disease severity in progressive MS.

Modulation of peritoneal macrophage activity by the saturation state of the fatty acid moiety of phosphatidylcholine

To determine the effects of saturated and unsaturated fatty acids in phosphatidylcholine (PC) on macrophage activity, peritoneal lavage cells were cultured in the presence of phosphatidylcholine rich in saturated or unsaturated fatty acids (sat PC and unsat PC, respectively), both used at concentrations of 32 and 64 µM. The treatment of peritoneal macrophages with 64 µM unsat PC increased the production of hydrogen peroxide by 48.3% compared to control (148.3 ± 16.3 vs 100.0 ± 1.8%, N = 15), and both doses of unsat PC increased adhesion capacity by nearly 50%. Moreover, 64 µM unsat PC decreased neutral red uptake by lysosomes by 32.5% compared to the untreated group (67.5 ± 6.8 vs 100.0 ± 5.5%, N = 15), while both 32 and 64 µM unsat PC decreased the production of lipopolysaccharide-elicited nitric oxide by 30.4% (13.5 ± 2.6 vs 19.4 ± 2.5 µM) and 46.4% (10.4 ± 3.1 vs 19.4 ± 2.5 µM), respectively. Unsat PC did not affect anion production in non-stimulated cells or phagocytosis of unopsonized zymosan particles. A different result pattern was obtained for macrophages treated with sat PC. Phorbol 12-miristate 13-acetate-elicited superoxide production and neutral red uptake were decreased by nearly 25% by 32 and 64 µM sat PC, respectively. Sat PC did not affect nitric oxide or hydrogen peroxide production, adhesion capacity or zymosan phagocytosis. Thus, PC modifies macrophage activity, but this effect depends on cell activation state, fatty acid saturation and esterification to PC molecule and PC concentration. Taken together, these results indicate that the fatty acid moiety of PC modulates macrophage activity and, consequently, is likely to affect immune system regulation in vivo.

Immune cells and oxidative stress in the endotoxin tolerance mouse model

Sepsis is a systemic inflammatory response that can lead to tissue damage and death. In order to increase our understanding of sepsis, experimental models are needed that produce relevant immune and inflammatory responses during a septic event. We describe a lipopolysaccharide tolerance mouse model to characterize the cellular and molecular alterations of immune cells during sepsis. The model presents a typical lipopolysaccharide tolerance pattern in which tolerance is related to decreased production and secretion of cytokines after a subsequent exposure to a lethal dose of lipopolysaccharide. The initial lipopolysaccharide exposure also altered the expression patterns of cytokines and was followed by an 8- and a 1.5-fold increase in the T helper 1 and 2 cell subpopulations. Behavioral data indicate a decrease in spontaneous activity and an increase in body temperature following exposure to lipopolysaccharide. In contrast, tolerant animals maintained production of reactive oxygen species and nitric oxide when terminally challenged by cecal ligation and puncture (CLP). Survival study after CLP showed protection in tolerant compared to naive animals. Spleen mass increased in tolerant animals followed by increases of B lymphocytes and subpopulation Th1 cells. An increase in the number of stem cells was found in spleen and bone marrow. We also showed that administration of spleen or bone marrow cells from tolerant to naive animals transfers the acquired resistance status. In conclusion, lipopolysaccharide tolerance is a natural reprogramming of the immune system that increases the number of immune cells, particularly T helper 1 cells, and does not reduce oxidative stress.

Cardiac gene expression and systemic cytokine profile are complementary in a murine model of post-ischemic heart failure

After myocardial infarction (MI), activation of the immune system and inflammatory mechanisms, among others, can lead to ventricular remodeling and heart failure (HF). The interaction between these systemic alterations and corresponding changes in the heart has not been extensively examined in the setting of chronic ischemia. The main purpose of this study was to investigate alterations in cardiac gene and systemic cytokine profile in mice with post-ischemic HF. Plasma was tested for IgM and IgG anti-heart reactive repertoire and inflammatory cytokines. Heart samples were assayed for gene expression by analyzing hybridization to AECOM 32k mouse microarrays. Ischemic HF significantly increased the levels of total serum IgM (by 5.2-fold) and total IgG (by 3.6-fold) associated with a relatively high content of anti-heart specificity. A comparable increase was observed in the levels of circulating pro-inflammatory cytokines such as IL-1β (3.8X) and TNF-α (6.0X). IFN-γ was also increased by 3.1-fold in the MI group. However, IL-4 and IL-10 were not significantly different between the MI and sham-operated groups. Chemokines such as MCP-1 and IL-8 were 1.4- and 13-fold increased, respectively, in the plasma of infarcted mice. We identified 2079 well annotated unigenes that were significantly regulated by post-ischemic HF. Complement activation and immune response were among the most up-regulated processes. Interestingly, 21 of the 101 quantified unigenes involved in the inflammatory response were significantly up-regulated and none were down-regulated. These data indicate that post-ischemic heart remodeling is accompanied by immune-mediated mechanisms that act both systemically and locally.

Possible in vivo mechanisms involved in photodynamic therapy using tetrapyrrolic macrocycles

Photodynamic therapy (PDT) mediated by oxidative stress causes direct tumor cell damage as well as microvascular injury. To improve this treatment new photosensitizers are being synthesized and tested. We evaluated the effects of PDT with 5,10,15,20-tetrakis(4-methoxyphenyl)-porphyrin (TMPP) and its zinc complex (ZnTMPP) on tumor levels of malondialdehyde (MDA), reduced glutathione (GSH) and cytokines, and on the activity of caspase-3 and metalloproteases (MMP-2 and -9) and attempted to correlate them with the histological alterations of tumors in 3-month-old male Wistar rats, 180 ± 20 g, bearing Walker 256 carcinosarcoma. Rats were randomly divided into five groups: group 1, ZnTMPP+irradiation (IR) 10 mg/kg body weight; group 2, TMPP+IR 10 mg/kg body weight; group 3, 5-aminolevulinic acid (5-ALA+IR) 250 mg/kg body weight; group 4, control, no treatment; group 5, only IR. The tumors were irradiated for 15 min with red light (100 J/cm², 10 kHz, 685 nm) 24 h after drug administration. Tumor tissue levels of MDA (1.1 ± 0.7 in ZnTMPP vs 0.1 ± 0.04 nmol/mg protein in control) and TNF-α (43.5 ± 31.2 in ZnTMPP vs 17.3 ± 1.2 pg/mg protein in control) were significantly higher in treated tumors than in controls. Higher caspase-3 activity (1.9 ± 0.9 in TMPP vs 1.1 ± 0.6 OD/mg protein in control) as well as the activation of MMP-2 (P < 0.05) were also observed in tumors. These parameters were correlated (Spearman correlation, P < 0.05) with the histological alterations. These results suggest that PDT activates the innate immune system and that the effects of PDT with TMPP and ZnTMPP are mediated by reactive oxygen species, which induce cell membrane damage and apoptosis.

Evasion of immune responses by Trypanosoma cruzi, the etiological agent of Chagas disease

Infection with the protozoan parasite Trypanosoma cruzi leads to Chagas disease, which affects millions of people in Latin America. Infection with T. cruzi cannot be eliminated by the immune system. A better understanding of immune evasion mechanisms is required in order to develop more effective vaccines. During the acute phase, parasites replicate extensively and release immunomodulatory molecules that delay parasite-specific responses mediated by T cells. This immune evasion allows the parasite to spread in the host. In the chronic phase, parasite evasion relies on its replication strategy of hijacking the TGF-β signaling pathway involved in inflammation and tissue regeneration. In this article, the mechanisms of immune evasion described for T. cruzi are reviewed.

Association among genetic predisposition, gut microbiota, and host immune response in the etiopathogenesis of inflammatory bowel disease

Inflammatory bowel disease (IBD), which includes Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC), is a chronic disorder that affects thousands of people around the world. These diseases are characterized by exacerbated uncontrolled intestinal inflammation that leads to poor quality of life in affected patients. Although the exact cause of IBD still remains unknown, compelling evidence suggests that the interplay among immune deregulation, environmental factors, and genetic polymorphisms contributes to the multifactorial nature of the disease. Therefore, in this review we present classical and novel findings regarding IBD etiopathogenesis. Considering the genetic causes of the diseases, alterations in about 100 genes or allelic variants, most of them in components of the immune system, have been related to IBD susceptibility. Dysbiosis of the intestinal microbiota also plays a role in the initiation or perpetuation of gut inflammation, which develops under altered or impaired immune responses. In this context, unbalanced innate and especially adaptive immunity has been considered one of the major contributing factors to IBD development, with the involvement of the Th1, Th2, and Th17 effector population in addition to impaired regulatory responses in CD or UC. Finally, an understanding of the interplay among pathogenic triggers of IBD will improve knowledge about the immunological mechanisms of gut inflammation, thus providing novel tools for IBD control.

CLEVER-1 as an immune suppressive molecule

The immune response and immune suppression are equally essential for the immune system to protect the host against an infection and to protect self-molecules in different pathophysiological conditions. Pregnancy is one of the conditions where the maternal immune system remains resistant against microbes and yet attains tolerance to protect the fetus, whose genetic material differs partially from the mother’s. However, if the balance of immune suppression is not precise in the host it can favor conditions which lead to diseases, such as cancer and autoimmune disorders. This study was initiated to investigate the expression and functions of CLEVER-1/Stabilin-1, a multifunctional protein expressed on subsets of endothelial cells and type II macrophages, as an immune suppressive molecule. Firstly, the expression of CLEVER-1/stabilin-1 and its function in human placental macrophages were examined. Secondly, the expression profile and functional significance of stabilin-1 on healthy human monocytes was investigated. The results clarified the expression of CLEVER-1/stabilin-1 on placental macrophages, and verified that CLEVER-1/stabilin-1 functions as an adhesion and scavenging molecule on these cells. The data from normal monocytes revealed that the monocytes with low stabilin-1 expression carried a pro-inflammatory gene signature, and that stabilin-1 can directly or indirectly regulate pro-inflammatory genes in monocytes. Finally, it was shown that monocyte CLEVER-1/stabilin-1 dampens IFN production by T cells. To conclude, CLEVER-1/stabilin-1 is defined as an immune suppressive molecule on monocytes and macrophages. Strikingly, anti-stabilin-1 antibodies may have the potential to promote the Th1 dependent inflammatory response and counteract the tumor induced immune suppression.

Rôle de CD47 dans l’induction de la tolérance in vivo

La tolérance orale permet la modulation de la réponse immunitaire à l’égard des antigènes exogènes présents dans la lumière intestinale. Essentiels à l’établissement d’une relation symbiotique entre le système immunitaire et la flore intestinale, l’induction et le maintien de la tolérance orale reposent sur différents mécanismes immunologiques. Parmi eux, l’induction de cellules T régulatrices par les cellules dendritiques et de mécanismes apoptotiques. Or, la glycoprotéine membranaire CD47 est impliquée, en périphérie, dans ces mécanismes. Cependant, le rôle de CD47 dans la tolérance orale n’est pas connu. À l’aide d’un modèle murin déficient en CD47, nous avons démontré principalement, que l’absence de CD47 est associée à une diminution de 50 % de la proportion de cellules dendrites myéloïdes CD11b+CD103- retrouvées dans les ganglions mésentériques. Suite au transfert adoptif de cellules T antigènes spécifiques dans nos différents modèles expérimentaux, on a, aussi, observé une diminution de 45 % de leur niveau d’activation dans les ganglions mésentériques. Malgré les effets observés, le CD47 n’est pas impliqué dans l’induction d’une réaction de tolérance orale secondaire à l’administration intragastrique de fortes doses d’ovalbumine. Cependant, nous avons démontré que CD47 est impliquée au niveau de la migration des cellules dendritiques de la peau et de certaines sous-populations retrouvées dans les ganglions mésentériques.

Mécanismes de subversion de l'immunité innée par le virus de l'Hépatite C (VHC)

L'hépatite C pose un problème de santé publique majeur, dans la mesure où le risque de développer une infection chronique est relativement élevé (40 à 60%) et où la résistance au traitement de choix - l’interféron alpha pégylé et la ribavirine - touche près de la moitié des patients. Cette persistence virale repose avant tout sur de puissantes stratégies d’évasion du système immunitaire inné de l’hôte par le virus. Dans ce projet, nous nous sommes intéressés à la caractérisation de la réponse antivirale dans des hépatocytes primaires humains normaux et chroniquement infectés avec le VHC, un domaine encore largement inconnu dû à la difficulté d’obtenir ce type de matériel primaire. Nous avons étudié la fonctionnalité de deux voies majeures de détection des pathogènes viraux suite à l’exposition d’hépatocytes primaires humains à de l’ARNdb intracellulaire, via le récepteur et adaptateur RIG-I/MDA5-CARDIF, et extracellulaire via TLR3-TRIF, mimant ainsi les étapes précoces de la détection d’un virus par la cellule hôte. Nous avons établi par RT-PCR quantitatif et analyse transcriptomique par microarray, que ces deux voies de stimulation sont fonctionnelles dans des hépatocytes primaires normaux et que leur activation entraîne à la fois l’expression de gènes antiviraux communs (ISG56, ISG15, CXCL10, …) mais aussi spécifiques avec les gènes IL28A, IL28B et IL29 qui sont une signature de l’activation de la voie de détection de l’ARNdb intracellulaire. La protéine virale NS3/4A joue un rôle majeur à la fois dans le clivage de la polyprotéine virale initiale, mais aussi en interférant avec les cascades de signalisation engagées suite à la détection par la cellule hôte de l’ARN du VHC. Plus particulièrement, nous avons démontré que l’expression ectopique de NS3/4A dans des hépatocytes primaires humains normaux entraîne une diminution significative de l’induction des gènes antiviraux dûe au clivage de CARDIF au cours de l’activation de la voie de signalisation médiée par RIG-I. Nous avons également démontré que l’expression de la NS3/4A entraîne des modifications de l’expression de gènes-clé impliqués dans la régulation de l’apoptose et du programme de mort cellulaire, en particulier lorsque la voie TLR3 est induite. L’ensemble de ces effets sont abolis en présence de BILN2061, inhibiteur spécifique de NS3/4A. Malgré les stratégies de subversion de l’immunité innée par le VHC, nous avons démontré l’induction significative de plusieurs ISGs et chemokines dans des hepatocytes primaires provenant de patients chroniquement infectés avec le VHC, sans toutefois détecter d’interférons de type I, III ou certains gènes antiviraux précoces comme CCL5. Ces observations, concomitantes avec une diminution de l’expression de CARDIF et une correlation inverse entre les niveaux d’ARNm des ISGs et l’ARN viral révèlent une réponse antivirale partielle dûe à des mécanismes interférents sous-jacents. Cette réponse antivirale détectable mais inefficace est à mettre en lien avec l’échec du traitement classique PEG-IFN-ribavirine chez la moitié des patients traités, mais aussi en lien avec l’inflammation chronique et les dommages hépatiques qui mènent ultimement au développement d’une fibrose puis d’une cirrhose chez une grande proportion de patients chroniquement infectés.

Rôle de l'axe CD40/CD40L dans la régulation de la fonction paquettaire

Le CD40 ligand (CD40L) est une molécule inflammatoire appartenant à la famille du Facteur de Nécrose Tumorale ("Tumor Necrosis Factor", TNF), originalement identifié au niveau des cellules immunitaires. L’interaction du CD40L avec son récepteur de haute affinité présent sur les cellules B, le CD40, est d’une importance cruciale à la production d’immunoglobulines lors de la réponse immunitaire. Aujourd’hui, nous savons que ces deux molécules qui constituent l’axe CD40/CD40L sont aussi exprimées au niveau des cellules du système vasculaire et occupent une place importante dans une variété de réactions inflammatoires, de sorte que le CD40L est présentement reconnu comme une molécule thrombo-inflammatoire prédictive des évènements cardiovasculaires. Les plaquettes sont la principale source du CD40L soluble ("soluble CD40L", sCD40L) plasmatique et il fut démontré être impliqué dans l’activation plaquettaire, malgré que son impact exact sur la fonction plaquettaire et les mécanismes sous-jacents demeurent inconnus. Ainsi, le but de ce projet était de déterminer l’impact du sCD40L sur la fonction plaquettaire et d’élucider les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-jacents. Les objectifs spécifiques étaient : 1) d’évaluer l’impact du sCD40L sur l’activation et l’agrégation plaquettaire in vitro; 2) de déterminer le récepteur cible (CD40 ou autre) impliqué dans ces effets; 3) de décortiquer les voies signalétiques intracellulaires et moléculaires induites par le sCD40L, impliquant la participation potentielle de la famille du facteur associé du récepteur du TNF ("Tumor Necrosis Factor Receptor Associated Factor", TRAF) et 4) d’analyser l’effet du sCD40L sur la formation du thrombus in vivo. Le sCD40L augmente fortement l’activation et l’agrégation plaquettaire induite par de faibles doses d’agonistes. Les plaquettes humaines traitées avec une forme mutante du sCD40L qui n’interagit pas avec le CD40 et les plaquettes de souris CD40 déficientes (CD40-/-) ne furent pas en mesure d’induire ces effets. De plus, nous démontrons la présence de plusieurs membres de la famille des TRAFs dans les plaquettes, parmi lesquels seulement TRAF-2 interagit avec le CD40 suite à la stimulation par le sCD40L. Le sCD40L agit sur les plaquettes au repos par l’entremise de la protéine Rac1 et de sa cible en aval, soit la protéine kinase activatrice du mitogène p38 ("Mitogen Activating Protein Kinase", MAPK). Ceci mène ultimement au changement de forme plaquettaire et à la polymérisation de l’actine. Par ailleurs, il est intéressant de noter que les souris CD40-/- démontrent un défaut significatif de l’agrégation plaquettaire en réponse au collagène, ce qui souligne l’importance du CD40 dans les interactions plaquettes-plaquettes. Dans un deuxième temps, le sCD40L amplifie l’agrégation plaquettaire en sang complet, accélère les temps de thrombose in vitro mesurés à l’aide du système PFA-100 et augmente l’adhésion plaquettaire au collagène sous condition de flux, le tout par l’entremise du CD40. Finalement, dans un modèle de thrombose artérielle murin, l’infusion du sCD40L exacerbe la formation du thrombus chez les souris du type sauvage ("Wild Type", WT), mais non chez les souris CD40-/-. Ceci fut en plus associé à une augmentation significative du nombre de leucocytes au sein du thrombus des souris WT traitées à l’aide du sCD40L, tel que démontré par marquage immuno-histologique anti-CD45 et par quantification des coupes artérielles par microscopie optique. En résumé, ce projet identifie une nouvelle voie signalétique, TRAF-2/Rac1/p38 MAPK, en réponse au sCD40L et démontre ses effets sur l’activation et l’agrégation plaquettaire. De manière encore plus importante, nous démontrons pour la première fois la présence d’une corrélation positive entre les niveaux circulants du sCD40L et la thrombose artérielle, tout en soulignant l’importance du CD40 dans ce processus. Ainsi, le sCD40L constitue un activateur important des plaquettes, les prédisposant à une thrombose exacerbée en réponse au dommage vasculaire. Ces résultats peuvent expliquer le lien étroit qui existe entre les niveaux circulants du sCD40L et l’incidence des maladies cardiovasculaires.

Exploration pathologique des souris transgéniques porteuses du gène VPU de VIH-1

L‟infection par le VIH-1, chez les patients, affecte principalement le système immunitaire et conduit à une destruction graduelle des lymphocytes T CD4 et, par conséquent, entraîne un état d‟immunodéficience. Cette immunodéficience permet l'établissement d‟infections opportunistes qui sont responsables de manifestations cliniques associées au Sida. Ces patients peuvent aussi développer des lymphomes, lésions du système nerveux central et une atteinte rénale. L'ampleur et la sévérité des conditions associées observées chez les patients infectés par le VIH-1 ne peuvent être imputées seulement au processus infectieux et à la déplétion des cellules T CD4+. Ceci suggère que les produits des gènes de régulation pourraient avoir des effets cytopathogènes. Cependant, les études sur la physiopathogenèse induite par le VIH ou ses différents gènes ont été difficiles à mener en raison de l'absence d'animaux de laboratoire infectés par ce virus. Ceux-ci auraient pu aider à disséquer le rôle des différents composants du génome viral et les mécanismes pathogénétiques impliqués. Pour pallier cette contrainte, nous avons produit le premier modèle de souris transgéniques pour le gène vpu. Vpu code pour une phosphoprotéine membranaire avec plusieurs fonctions connues. Elle participe au relargage des virions à la surface cellulaire, induit la dégradation des CD4, induit la régulation négative des CMH-1, augmente la susceptibilité à la mort cellulaire des lymphocytes T infectés par le VIH et favorise la réplication virale en empêchant les mécanismes antiviraux cellulaires. Dans ce travail, nous avons caractérisé pathologiquement un modèle de souris transgéniques porteuses du gène vpu du VIH-1. Nos résultats démontrent que l‟expression de vpu chez les souris transgéniques induit le développement spontané d‟une hyperplasie lymphoïde pansystémique, une splénomégalie avec une hyperplasie lymphoïde folliculaire évoluant en lésions prémalignes et malignes qui présentent certaines similarités avec la maladie de Castleman et une iv glomérulonéphrite mesangioproliférative qui rappelle certaines altérations de néphropathie associée au VIH chez les patients infectés. L‟ensemble des altérations démontre que les souris Tg/vpu développent une activation chronique et non spécifique du système immunitaire. Dans cette activation immunitaire, une dérégulation de l‟IL-6 et une hyperplasie du réseau de cellules métallophiliques pourraient être impliquées. D‟autres résultats obtenus sur les évaluations du fonctionnement du système immunitaire de la rate et du thymus mettent en évidence une susceptibilité augmentée des lymphocytes des tissus lymphoïdes aux effets apoptotiques de la dexaméthasone et des lipopolysaccharides et un retard dans le repeuplement par les cellules d‟organes lymphoïdes ainsi qu‟une réaction inflammatoire (Schwartzman) exacerbée et des anomalies dans la réaction d‟hypersensibilité retardée expérimentale. Ce modèle transgénique reproduit plusieurs anomalies rencontrées chez les patients infectés par le VIH et ouvre de nouvelles hypothèses sur la pathogenèse de l‟infection par le VIH.

Étude fonctionnelle et génétique d'une population de lymphocytes T CD4-CD8- impliquée dans la résistance au diabète auto-immun chez la souris

Le diabète auto-immun résulte de la destruction des cellules bêta pancréatiques sécrétrices d’insuline par les lymphocytes T du système immunitaire. Il s’ensuit une déficience hormonale qui peut être comblée par des injections quotidiennes d’insuline d’origine exogène, toutefois il demeure à ce jour impossible de guérir les patients atteints de la maladie. De façon générale, un système immunitaire sain reconnaît une multitude d’antigènes différents et assure ainsi notre défense à l’égard de différents pathogènes ou encore de cellules tumorales. Il arrive cependant que, pour des raisons génétiques et/ou environnementales, les lymphocytes T puissent s’activer de façon aberrante suite à la reconnaissance d’antigènes provenant du soi. C’est ce bris de tolérance qui mène au développement de pathologies auto-immunes telles que le diabète auto-immun. Afin de limiter l’auto-immunité, des mécanismes de sélection stricts permettent d’éliminer la majorité des lymphocytes T présentant une forte affinité envers des antigènes du soi lors de leur développement dans le thymus. Certains de ces lymphocytes réussissent toutefois à échapper à l’apoptose et migrent en périphérie afin d’y circuler en quête d’un antigène spécifiquement reconnu. Il est alors primordial que des mécanismes périphériques assurent le maintien de la tolérance immunitaire en faisant obstacle à l’activation et à la prolifération des lymphocytes T auto-réactifs. L’une des avenues afin d’inhiber le développement de réponses immunitaires aberrantes est la génération de lymphocytes T régulateurs. Ces cellules, d’origine thymique ou périphérique, peuvent arborer différents phénotypes et agissent via de multiples mécanismes afin d’inactiver et/ou éliminer les cellules impliquées dans l’apparition de pathologies auto-immunes. L’utilisation de modèles murins transgéniques a permis la mise en évidence d’une population peu caractérisée de lymphocytes T au potentiel régulateur. En effet, la proportion de ces cellules T n’exprimant pas les corécepteurs CD4 et CD8 (double négatives, DN) a été inversement corrélée à la prédisposition à l’auto-immunité chez ces ii souris. L’objectif principal de cette thèse est de démontrer la fonction immuno-régulatrice des lymphocytes T DN, tout en investiguant les facteurs génétiques responsables du maintien de cette population cellulaire. Nous avons observé que les lymphocytes T DN exercent une activité cytotoxique à l’égard des lymphocytes B de façon spécifique à l’antigène, via la libération de granules cytolytiques contenant du granzyme B et de la perforine. Par ailleurs, nous avons établi qu’un unique transfert adoptif de ces cellules est suffisant afin d’inhiber le développement du diabète auto-immun chez des hôtes transgéniques prédisposés à la maladie. Le recours à des souris déficientes pour l’expression du gène CD47 a permis de constater que la voie de signalisation CD47-Sirp est essentielle dans le maintien de la proportion des lymphocytes T DN. De plus, le locus murin de prédisposition au diabète auto-immun Idd13, qui contient le gène Sirp, a été identifié pour son rôle dans la régulation de la proportion de ces cellules. Finalement, une analyse génétique a révélé que d’autres intervalles génétiques sont impliqués dans le contrôle de la population des lymphocytes T DN. Parmi ceux-ci, un locus situé en région proximale du chromosome 12 a été validé grâce à la création de souris congéniques. Grâce aux résultats présentés dans cette thèse, notre compréhension de la biologie ainsi que de la régulation des lymphocytes T DN est approfondie. Ces connaissances constituent un pas important vers la création de thérapies cellulaires novatrices permettant de prévenir et de guérir diverses pathologies auto-immunes.

The Effects of Pro-inflammatory Cytokines on the L-type Calcium Current in Mouse Ventricular Myocytes

L’inflammation: Une réponse adaptative du système immunitaire face à une insulte est aujourd’hui reconnue comme une composante essentielle à presque toutes les maladies infectieuses ou autres stimuli néfastes, tels les dommages tissulaires incluant l’infarctus du myocarde et l’insuffisance cardiaque. Dans le contexte des maladies cardiovasculaires, l’inflammation se caractérise principalement par une activation à long terme du système immunitaire, menant à une faible, mais chronique sécrétion de peptides modulateurs, appelés cytokines pro-inflammatoires. En effet, la littérature a montré à plusieurs reprises que les patients souffrant d’arythmies et de défaillance cardiaque présentent des taux élevés de cytokines pro-inflammatoires tels le facteur de nécrose tissulaire alpha (TNFα), l’interleukine 1β (IL-1β) et l’interleukine 6. De plus, ces patients souffrent souvent d’une baisse de la capacité contractile du myocarde. Le but de notre étude était donc de déterminer si un lien de cause à effet existe entre ces phénomènes et plus spécifiquement si le TNFα, l’IL-1β et l’IL-6 peuvent affecter les propriétés électriques et contractiles du cœur en modulant le courant Ca2+ de type L (ICaL) un courant ionique qui joue un rôle primordial au niveau de la phase plateau du potentiel d’action ainsi qu’au niveau du couplage excitation-contraction. Les possibles méchansimes par lesquels ces cytokines exercent leurs effets seront aussi explorés. Pour ce faire, des cardiomyocytes ventriculaires de souris nouveau-nées ont été mis en culture et traités 24 heures avec des concentrations pathophysiologiques (30 pg/mL) de TNFα, IL-1β ou IL-6. Des enregistrements de ICaL réalisés par la technique du patch-clamp en configuration cellule entière ont été obtenus par la suite et les résultats montrent que le TNFα n’affecte pas ICaL, même à des concentrations plus élevées (1 ng/mL). En revanche, l’IL-1β réduisait de près de 40% la densité d’ICaL. Afin d’examiner si le TNFα et l’IL-1β pouvaient avoir un effet synergique, les cardiomyocytes ont été traité avec un combinaison des deux cytokines. Toutefois aucun effet synergique sur ICaL n’a été constaté. En outre, l’IL-6 réduisait ICaL significativement, cependant la réduction de 20% était moindre que celle induite par IL-1β. Afin d’élucider les mécanismes sous-jacents à la réduction de ICaL après un traitement avec IL-1β, l’expression d’ARNm de CaV1.2, sous-unité α codante pour ICaL, a été mesurée par qPCR et les résultats obtenus montrent aucun changement du niveau d’expression. Plusieurs études ont montré que l’inflammation et le stress oxydatif vont de pair. En effet, l’imagerie confocale nous a permis de constater une augmentation accrue du stress oxydatif induit par IL-1β et malgré un traitement aux antioxydants, la diminution de ICaL n’a pas été prévenue. Cette étude montre qu’IL-1β et IL-6 réduisent ICaL de façon importante et ce indépendamment d’une régulation transcriptionelle ou du stress oxydatif. De nouvelles données préliminaires suggèrent que ICaL serait réduit suite à l’activation des protéines kinase C mais des études additionelles seront nécessaires afin d’étudier cette avenue. Nos résultats pourraient contribuer à expliquer les troubles du rythme et de contractilité observés chez les patients souffrant de défaillance cardiaque.

CD40 signalling in platelet function

Le CD40 est un membre de la famille des récepteurs du facteur de nécrose tumorale ("Tumour necrosis factor", TNF), initialement identifié sur des cellules de carcinome de la vessie. L'interaction du CD40 avec son ligand (CD40L) est d'une importance cruciale pour le développement des cellules B et de la commutation d'isotype au cours de la réponse immunitaire acquise. L'expression du complexe CD40/CD40L était initialement cru d'être limiter aux cellules du système immunitaire, mais aujourd'hui il est bien connu que ce complexe est également exprimé sur les cellules du système circulatoire et vasculaire, et est impliqué dans diverses réactions inflammatoires; de sorte que le CD40L est maintenant considéré comme une molécule thrombo-inflammatoire prédictive des événements cardiovasculaires. Les plaquettes expriment constitutivement le CD40, alors que le CD40L n'est exprimé que suite à leur l'activation. Il est ensuite clivé en sa forme soluble (sCD40L) qui représente la majorité du sCD40L en circulation. Il fut démontré que le sCD40L influence l'activation plaquettaire mais son effet exact sur la fonction plaquettaire, ainsi que les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-jacents à son action demeurent inconnus. Ainsi, ce projet a été entrepris dans le but d’adresser les objectifs spécifiques suivants: 1) évaluer les effets in vitro du sCD40L sur l'activation et l'agrégation plaquettaire; 2) identifier les récepteurs plaquettaires impliqués dans l’action du sCD40L; 3) élucider les voies signalétiques intracellulaires induits par le sCD40L; 4) évaluer les effets du sCD40L sur la formation de thrombus in vivo. Nous avons trouvé que le sCD40L augmente fortement l'activation et l'agrégation des plaquettes en réponse à de faibles concentrations d'agonistes. Les plaquettes humaines traitées avec une forme mutante du sCD40L qui n'interagit pas avec le CD40, et les plaquettes de souris déficientes en CD40 ne furent pas en mesure d'induire de telles réponses, indiquant que le récepteur principal du sCD40L au niveau des plaquettes est le CD40. En plus, nous avons identifié la présence de plusieurs membres de la famille du facteur associé du récepteur du TNF ("TNF receptor-associated factor", TRAF) dans les plaquettes et nous avons montré que seulement le TRAF2 s'associe avec le CD40 suite à la stimulation par le sCD40L. Nos résultats indiquent aussi que le sCD40L agisse sur les plaquettes au repos par l'entremise de deux voies signalétiques distinctes. La première voie implique l'activation de la petite GTPase Rac1 et de sa cible en aval, soit la protéine kinase p38 activée par le mitogène ("p38 mitogen-activated protein kinase", p38 MAPK ), menant au changement de forme plaquettaire et à la polymérisation de l'actine; alors que la deuxième voie implique l'activation de la cascade signalétique du NF-kB. Par ailleurs, à la suite d'une lésion artérielle induite par le chlorure de fer, le sCD40L exacerbe la formation de thrombus et l'infiltration leucocytaire au sein du thrombus dans les souris du type sauvage, mais pas chez les souris déficientes en CD40. En conclusion, ce projet a permis d'identifier pour la première fois deux voies signalétiques distinctes en aval du CD40 plaquettaire et a permis d'établir leur implication dans l'activation et l'agrégation plaquettaire en réponse au sCD40L. De manière plus importante, ce projet nous a permis d'établir un lien direct entre les niveaux élevés du sCD40L circulant et la formation de thrombus in vivo, tout en soulignant l'importance du CD40 dans ce processus. Par conséquent, l'axe CD40/CD40L joue un rôle important dans l'activation des plaquettes, les prédisposant à une thrombose accrue en réponse à une lésion vasculaire. Ces résultats peuvent expliquer en partie la corrélation entre les taux circulants élevés du sCD40L et l'incidence des maladies cardiovasculaires.