Fasciola hepatica cathepsin L-like proteases: biology, function and potential in the development of first generation liver fluke vaccines.

Fasciola hepatica secretes cathepsin L proteases that facilitate the penetration of the parasite through the tissues of its host, and also participate in functions such as feeding and immune evasion. The major proteases, cathepsin L1 (FheCL1) and cathepsin L2 (FheCL2) are members of a lineage that gave rise to the human cathepsin Ls, Ks and Ss, but while they exhibit similarities in their substrate specificities to these enzymes they differ in having a wider pH range for activity and an enhanced stability at neutral pH. There are presently 13 Fasciola cathepsin L cDNAs deposited in the public databases representing a gene family of at least seven distinct members, although the temporal and spatial expression of each of these members in the developmental stage of F. hepatica remains unclear. Immunolocalisation and in situ hybridisation studies, using antibody and DNA probes, respectively, show that the vast majority of cathepsin L gene expression is carried out in the epithelial cells lining the parasite gut. Within these cells the enzyme is packaged into secretory vesicles that release their contents into the gut lumen for the purpose of degrading ingested host tissue and blood. Liver flukes also express a novel multi-domain cystatin that may be involved in the regulation of cathepsin L activity. Vaccine trials in both sheep and cattle with purified native FheCL1 and FheCL2 have shown that these enzymes can induce protection, ranging from 33 to 79%, to experimental challenge with metacercariae of F. hepatica, and very potent anti-embryonation/hatch rate effects that would block parasite transmission. In this article we review the vaccine trials carried out over the past 8 years, the role of antibody and T cell responses in mediating protection and discuss the prospects of the cathepsin Ls in the development of first generation recombinant liver fluke vaccines. Author Keywords: Helminths; Trematodes; Parasites; Cathepsins; Proteases; Vaccines; Immunology; Biochemistry

Klebsiella pneumoniae outer membrane protein A is required to prevent the activation of airway epithelial cells

Outer membrane protein A (OmpA) is a class of proteins highly conserved among the Enterobacteriaceae family and throughout evolution. Klebsiella pneumoniae is a capsulated Gram-negative pathogen. It is an important cause of community-acquired and nosocomial pneumonia. Evidence indicates that K. pneumoniae infections are characterized by a lack of an early inflammatory response. Data from our laboratory indicate that K. pneumoniae CPS helps to suppress the host inflammatory response. However, it is unknown whether K. pneumoniae employs additional factors to modulate host inflammatory responses. Here, we report that K. pneumoniae OmpA is important for immune evasion in vitro and in vivo. Infection of A549 and normal human bronchial cells with 52OmpA2, an ompA mutant, increased the levels of IL-8. 52145-?wca ompA, which does not express CPS and ompA, induced the highest levels of IL-8. Both mutants could be complemented. In vivo, 52OmpA2 induced higher levels of tnfa, kc, and il6 than the wild type. ompA mutants activated NF-?B, and the phosphorylation of p38, p44/42, and JNK MAPKs and IL-8 induction was via NF-?B-dependent and p38- and p44/42-dependent pathways. 52OmpA2 engaged TLR2 and -4 to activate NF-?B, whereas 52145-?wca ompA activated not only TLR2 and TLR4 but also NOD1. Finally, we demonstrate that the ompA mutant is attenuated in the pneumonia mouse model. The results of this study indicate that K. pneumoniae OmpA contributes to attenuate airway cell responses. This may facilitate pathogen survival in the hostile environment of the lung. © 2011 by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.

Functional Genomic Screen Identifies Klebsiella pneumoniae Factors Implicated in Blocking Nuclear Factor κB (NF-κB) Signaling

Klebsiella pneumoniae is etiologic agent of community-acquired and nosocomial pneumonia. It has been shown that K. pneumoniae infections are characterized by reduced early inflammatory response. Recently our group have shown that K. pneumoniae dampens the activation of inflammatory responses by antagonizing the activation of the NF-κB canonical pathway. Our results revealed that K. pneumoniae capsule (CPS) was necessary but not sufficient to attenuate inflammation. To identify additional Klebsiella factors required to dampen inflammation, we standardized and applied a high-throughput gain-on-function screen to examine a Klebsiella transposon mutant library. We identified 114 mutants that triggered the activation of NF-κB. Two gene ontology categories accounted for half of the loci identified in the screening, that of metabolism and transport (32% of the mutants), and of enveloperelated genes (17%). Characterization of the mutants revealed that the lack of the enterobactin siderophore was linked to a reduced CPS expression which in turn underlined the NF- κB activation induced by the mutant. The lipopolysaccharide (LPS) O-polysaccharide and the pullulanase (PulA) type 2 secretion system (T2SS) are required for full effectiveness of immune evasion. Importantly, these factors do not play a redundant role. The fact that LPS Opolysaccharide and T2SS mutants-induced responses were dependent on TLR2-TLR4- MyD88 activation suggested that LPS Opolysaccharide and PulA perturbed TLRdependent recognition of K. pneumoniae. Finally, we demonstrate that LPS O-polysaccharide and pulA mutants are attenuated in the pneumonia mouse model. We propose that LPS Opolysaccharide and PulA T2SS could be new targets for designing new antimicrobials. Increasing TLR-governed defence responses might provide also selective alternatives for the management of K. pneumoniae pneumonia.

Protein glycosylation of exosomes from ovarian carcinoma cells: structures and biological roles

Dissertation presented to obtain the Ph.D. degree in Biology

Manipulation of the ubiquitin-proteasome system by HIV-1 : role of the accessory protein Vpr

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), l’agent étiologique du SIDA, est un rétrovirus complexe arborant plusieurs protéines accessoires : Nef, Vif, Vpr, et Vpu. Celles-ci sont impliquées dans la modulation de la réplication virale, dans l’évasion immunitaire et dans la progression de la pathogenèse du SIDA. Dans ce contexte, il a été démontré que la protéine virale R (Vpr) induit un arrêt de cycle cellulaire en phase G2. Le mécanisme par lequel Vpr exerce cette fonction est l’activation, ATR (Ataxia telangiectasia and Rad3 related)-dépendante, du point de contrôle de dommage à l’ADN, mais les facteurs et mécanismes moléculaires directement impliqués dans cette activité demeurent inconnus. Afin d’identifier de nouveaux facteurs cellulaires interagissant avec Vpr, nous avons utilisé une purification d’affinité en tandem (TAP) pour isoler des complexes protéiques natifs contenant Vpr. Nous avons découvert que Vpr s’associait avec CRL4A(VprBP), un complexe cellulaire d’E3 ubiquitine ligase, comprenant les protéines Cullin 4A, DDB1 (DNA damage-binding protein 1) et VprBP (Vpr-binding protein). Nos études ont mis en évidence que le recrutement de la E3 ligase par Vpr était nécessaire mais non suffisant pour l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2, suggérant ainsi que des événements additionnels seraient impliqués dans ce processus. À cet égard, nous apportons des preuves directes que Vpr détourne les fonctions de CRL4A(VprBP) pour induire la polyubiquitination de type K48 et la dégradation protéosomale de protéines cellulaires encore inconnues. Ces événements d’ubiquitination induits par Vpr ont été démontrés comme étant nécessaire à l’activation d’ATR. Finalement, nous montrons que Vpr forme des foyers ancrés à la chromatine co-localisant avec VprBP ainsi qu’avec des facteurs impliqués dans la réparation de l’ADN. La formation de ces foyers représente un événement essentiel et précoce dans l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2. Enfin, nous démontrons que Vpr est capable de recruter CRL4A(VprBP) au niveau de la chromatine et nous apportons des preuves indiquant que le substrat inconnu ciblé par Vpr est une protéine associée à la chromatine. Globalement, nos résultats révèlent certains des ménanismes par lesquels Vpr induit des perturbations du cycle cellulaire. En outre, cette étude contribue à notre compréhension de la modulation du système ubiquitine-protéasome par le VIH-1 et son implication fonctionnelle dans la manipulation de l’environnement cellulaire de l’hôte.

Rôle du TLR2 dans l’hépatite fulminante induite par le virus de l’hépatite murine

Ce travail examine les mécanismes de l’immunité innée impliqués dans l’hépatite aiguë virale du modèle murin d’infection par le virus de l’hépatite virale murine de type 3 (MHV-3). Afin de déterminer le rôle du TLR2 dans l’aggravation de l’hépatite, des infections avec le virus MHV-3 ont été réalisées in vivo chez des souris C57BL/6 et des souris déficientes pour le gène tlr2 et in vitro dans des macrophages et des hépatocytes infectés avec le virus MHV-3 et le virus moins virulent MHV-A59. Les niveaux de transcription et de traduction des senseurs microbiens, des interférons (IFN) de type I, des cytokines et/ou des chimiokines ont été évalués par qRT-PCR et ELISA. Les cellules ont été traitées avec des petits ARNs interférants (siRNAs) pour le TLR2 et le CEACAM1a ou mises en présence d’inhibiteurs des voies d’endocytose. Les résultats révèlent le rôle stimulateur du TLR2 pour la réplication virale, la production de cytokines pro-inflammatoires IL-6 et TNF-α et des chimiokines CXCL1, CXCL10 et CCL2. Un nouveau mécanisme d’échappement aux senseurs viraux dépendant du TLR2 a également été mis en évidence dans les macrophages et les hépatocytes lors de l’infection de ces cellules avec le virus MHV-3, et non pas avec le virus moins virulent MHV-A59. Ces différents travaux révèlent un nouveau rôle du TLR2 lors d’infections virales dans l'aggravation de la réponse inflammatoire tout en protégeant le virus des autres senseurs de la réponse immune innée.

Caractérisation de stratégies stimulant l’immunité cellulaire par l’étude de la présentation antigénique d’une nanoparticule vaccinale et du blocage d’un mécanisme d’immunosuppression

Il existe plusieurs défis au développement d’une thérapie visant à stimuler l’immunité cellulaire. Dans la prévention contre certains virus et en immunothérapie du cancer, l’induction de lymphocytes T spécifiques est cependant primordiale. Dans la première partie de l’étude, nous avons porté notre attention sur la compréhension de la présentation croisée par le complexe majeur d’histocompatibilité de classe I (CMH I) médiée par des particules pseudo-virales (VLP) composées de la protéine de surface de potexvirus à laquelle nous avons ajouté un épitope de la protéine M1 du virus de l’influenza ou un épitope de la protéine gp100 du mélanome. Cette VLP se caractérise par sa capacité à stimuler, sans l’aide d’adjuvant, le système immunitaire et de présenter de façon croisée l’épitope inséré dans sa protéine de surface et ce, indépendamment de l’activité du protéasome. Nous avons, tout d’abord, comparé les propriétés de présentation antigénique croisée des VLP formées du virus de la mosaïque de la malva (MaMV) à celles des VLP du virus de la mosaïque de la papaye (PapMV). Les résultats confirment que ces propriétés sont partagées par plusieurs membres de la famille des potexvirus malgré des divergences de séquences (Hanafi et al. Vaccine 2010). De plus, nous avons procédé à des expériences pour préciser le mécanisme menant à la présentation de l’épitope inséré dans les VLP de PapMV. Les résultats nous confirment une voie vacuolaire dépendante de l’activité de la cathepsine S et de l’acidification des lysosomes pour l’apprêtement antigénique. L’induction de l’autophagie par les VLP semble également nécessaire à la présentation croisée par les VLP de PapMV. Nous avons donc établi un nouveau mécanisme de présentation croisée vacuolaire dépendant de l’autophagie (Hanafi et al. soumis Autophagy). En second lieu, en immunothérapie du cancer, il est aussi important de contrôler les mécanismes d’évasion immunitaire mis en branle par la tumeur. Nous avons spécifiquement étudié l’enzyme immunosuppressive indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO) (revue de la littérature dans les tumeurs humaines; Hanafi et al. Clin. Can. Res 2011) et son inhibition dans les cellules tumorales. Pour ce faire, nous avons tenté d’inhiber son expression par la fludarabine, agent chimiothérapeutique précédemment étudié pour son activité inhibitrice de l’activation de STAT1 (signal transducers and activators of transcription 1). Étonnamment, nos résultats ont montré l’inhibition d’IDO dans les cellules tumorales par la fludarabine, indépendamment de l’inhibition de la phosphorylation de STAT1. Nous avons démontré que le mécanisme d’action dépendait plutôt de l’induction de la dégradation d’IDO par le protéasome (Hanafi et al. PlosOne 2014). Les travaux présentés dans cette thèse ont donc portés autant sur la compréhension d’une nouvelle plateforme de vaccination pouvant médier l’activation de lymphocytes T CD8+ cytotoxiques et sur le contrôle d’une immunosuppression établie par les cellules tumorales pour évader au système immunitaire. Ces deux grandes stratégies sont à considérer en immunothérapie du cancer et la combinaison avec d’autres thérapies déjà existantes pourra permettre une meilleure réponse clinique.

Prevalence et caracterisation de Staphylococcus aureus resistant a la methicilline d'origine aviaire au Quebec

Le Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM) est un enjeu majeur en santé publique. Il est responsable d’une grande variété d’infections. Les “Livestock Associated-MRSA” (LA-MRSA) sont des SARM ayant comme origine les animaux de production tels le porc ou la volaille. Ils constituent un risque de transmission à l’humain via la chaîne alimentaire. Les LA-MRSA peuvent former du biofilm ce qui augmente leur tolérance aux stress environnementaux. Le biofilm est partiellement régulé par le système Agr. Il n’existe aucune donnée sur les ‘LA-MRSA’ d’origine aviaire au Québec. Les objectifs de ce projet étaient : (i) de déterminer la prévalence de ces SARM dans la viande de poulet et le poulet à griller de la province de Québec et (ii) de caractériser les isolats retrouvés. La collecte d’échantillons s’est effectuée dans 43 épiceries (309 cuisses et pilons de poulet) et dans deux abattoirs (échantillons nasaux et fécaux de 200 poulets) de la Montérégie. La prévalence de SARM a été évaluée à 1.29% (IC 95%: 0.35-3.28) et 0% dans la viande et les oiseaux respectivement. Les isolats testés se sont révélés résistants aux bêta-lactamines (n=15), à la tétracycline (n=10), à l’oxytétracycline (n=10), à la spectinomycine (n=10) et à la tobramycine (n=1). Le typage a révélé deux clones différents (ST398-V, n=10; et ST8-IVa ’USA300’, n=5). La présence de gènes de résistance aux antibiotiques (blaZ, blaR, blaI, erm(A), lnu(A), aad(D), fosB, tet(K), tet(L) et spc) ainsi que plusieurs gènes codant pour l’évasion du système immunitaire (IEC), la production de toxines ou encore pour la production de biofilm ont aussi été détectés. Une forte production de biofilm a été observée pour la majorité des isolats (n=11) à l’exception de certains isolats ST398. Le taux d’expression du système Agr n’a révélé aucune différence particulière entre les SARM testés. Pour conclure, nos données indiquent une faible prévalence de SARM chez la volaille et la viande de poulet. Les isolats ont été catégorisés en deux génotypes, dont un portant plus de gènes de résistance aux antibiotiques (ST398) et l’autre possédant plus de gènes de virulence (ST8).

Development of designed site-directed pseudopeptide-peptido-mimetic immunogens as novel minimal subunit-vaccine candidates for malaria

Synthetic vaccines constitute the most promising tools for controlling and preventing infectious diseases. When synthetic immunogens are designed from the pathogen native sequences, these are normally poorly immunogenic and do not induce protection, as demonstrated in our research. After attempting many synthetic strategies for improving the immunogenicity properties of these sequences, the approach consisting of identifying high binding motifs present in those, and then performing specific changes on amino-acids belonging to such motifs, has proven to be a workable strategy. In addition, other strategies consisting of chemically introducing non-natural constraints to the backbone topology of the molecule and modifying the a-carbon asymmetry are becoming valuable tools to be considered in this pursuit. Non-natural structural constraints to the peptide backbone can be achieved by introducing peptide bond isosters such as reduced amides, partially retro or retro-inverso modifications or even including urea motifs. The second can be obtained by strategically replacing L-amino-acids with their enantiomeric forms for obtaining both structurally site-directed designed immunogens as potential vaccine candidates and their Ig structural molecular images, both having immunotherapeutic effects for preventing and controlling malaria.

Functional Characterization of LcpA, a Surface-Exposed Protein of Leptospira spp. That Binds the Human Complement Regulator C4BP

We have previously shown that pathogenic leptospiral strains are able to bind C4b binding protein (C4BP). Surface-bound C4BP retains its cofactor activity, indicating that acquisition of this complement regulator may contribute to leptospiral serum resistance. In the present study, the abilities of seven recombinant putative leptospiral outer membrane proteins to interact with C4BP were evaluated. The protein encoded by LIC11947 interacted with this human complement regulator in a dose-dependent manner. The cofactor activity of C4BP bound to immobilized recombinant LIC11947 (rLIC11947) was confirmed by detecting factor I-mediated cleavage of C4b. rLIC11947 was therefore named LcpA (for leptospiral complement regulator-acquiring protein A). LcpA was shown to be an outer membrane protein by using immunoelectron microscopy, cell surface proteolysis, and Triton X-114 fractionation. The gene coding for LcpA is conserved among pathogenic leptospiral strains. This is the first characterization of a Leptospira surface protein that binds to the human complement regulator C4BP in a manner that allows this important regulator to control complement system activation mediated either by the classical pathway or by the lectin pathway. This newly identified protein may play a role in immune evasion by Leptospira spp. and may therefore represent a target for the development of a human vaccine against leptospirosis.

Transcriptional memory and switching in the Plasmodium falciparum rif gene family

The human malaria parasite Plasmodium falciparum expresses erythrocyte-surface directed variant antigens which are important virulence factors Many are transcribed from multigene families and presumably their mode of expression is strictly controlled to guarantee immune evasion in the human host. In order to elucidate the dynamics of rif transcription and to investigate if rif switching is comparable to var switching we monitored rif variant gene expression in parasites with different cytoadhesive properties as well as after a number of reinvasions. We found identical transcripts in parasite lines with different adhesive phenotypes suggesting that rif genes do not have a critical role in determining the cytoadhesion specificity of infected erythrocytes. We show for the first time that rif genes may show a conserved mode of transcription, maintaining the previously dominant rif transcript in subsequent reinvasions, but also observed rapid switching at rates up to 45% per generation, much higher than for the var gene family. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Sequence diversity and evolutionary dynamics of the dimorphic antigen merozoite surface protein-6 and other Msp genes of Plasmodium falciparum

Immune evasion by Plasmodium falciparum is favored by extensive allelic diversity of surface antigens. Some of them, most notably the vaccine-candidate merozoite surface protein (MSP)-1, exhibit a poorly understood pattern of allelic dimorphism, in which all observed alleles group into two highly diverged allelic families with few or no inter-family recombinants. Here we describe contrasting levels and patterns of sequence diversity in genes encoding three MSP-1-associated surface antigens of P. falciparum, ranging from an ancient allelic dimorphism in the Msp-6 gene to a near lack of allelic divergence in Msp-9 to a more classical multi-allele polymorphism in Msp-7 Other members of the Msp-7 gene family exhibit very little polymorphism in non-repetitive regions. A comparison of P. falciparum Msp-6 sequences to an orthologous sequence from P. reichenowi provided evidence for distinct evolutionary histories of the 5` and 3` segments of the dimorphic region in PfMsp-6, consistent with one dimorphic lineage having arisen from recombination between now-extinct ancestral alleles. In addition. we uncovered two surprising patterns of evolution in repetitive sequence. Firsts in Msp-6, large deletions are associated with (nearly) identical sequence motifs at their borders. Second, a comparison of PfMsp-9 with the P. reichenowi ortholog indicated retention of a significant inter-unit diversity within an 18-base pair repeat within the coding region of P. falciparum, but homogenization in P. reichenowi. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

The South American Plasmodium falciparum var gene repertoire is limited, highly shared and possibly lacks several antigenic types

The Plasmodium falciparum var gene family encodes large variant antigens, which are important virulence factors, and also targets of the humoral host response. The frequently observed mild outcomes of falciparum malaria in many places of the Amazon area prompted us to ask whether a globally restricted variant (var) gene repertoire is present in currently circulating and older isolates of this area. By exhaustive analysis of var gene tags from 89 isolates and clones taken during many years from all over the Brazilian Amazon, we estimate that there are probably no more than 350-430 distinct sequence types, less than for any similar sized area studied so far. Detailed analysis of the var tags from genetically distinct clones obtained from single isolates revealed restricted and redundant repertoires suggesting either a low incidence of infective bites or restricted variant gene diversity in inoculated parasites. Additionally, we found a structuring of var gene repertoires observed as a higher pairwise typing sharing in isolates from the same microregion compared to isolates from different regions. Fine analysis of translated var tags revealed that certain Distinct Sequence Identifiers (DSIDs) were differently represented in Brazilian/South American isolates when compared to datasets from other continents. By global alignment of worldwide var DBL alpha sequences and sorting in groups with more than 76% identity, 125 clusters were formed and more than half of all genes were found in nine clusters with 50 or more sequences. While Brazilian/South American sequences were represented only in 64 groups, African sequences were found in the majority of clusters. DSID type 1 related sequences accumulated almost completely in one single cluster, indicating that limited recombination occurs in these specific var gene types. These data demonstrate the so far highest pairwise type sharing values for the var gene family in isolates from all over an entire subcontinent. The apparent lack of specific sequences types suggests that the P. falciparum transmission dynamics in the whole Amazon are probably different from any other endemic region studied and possibly interfere with the parasite`s ability to efficiently diversify its variant gene repertoires. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Protein variation in blood-dwelling schistosome worms generated by differential splicing of micro-exon gene transcripts

Schistosoma mansoni is a well-adapted blood-dwelling parasitic helminth, persisting for decades in its human host despite being continually exposed to potential immune attack. Here, we describe in detail micro-exon genes (MEG) in S. mansoni, some present in multiple copies, which represent a novel molecular system for creating protein variation through the alternate splicing of short (<= 36 bp) symmetric exons organized in tandem. Analysis of three closely related copies of one MEG family allowed us to trace several evolutionary events and propose a mechanism for micro-exon generation and diversification. Microarray experiments show that the majority of MEGs are up-regulated in life cycle stages associated with establishment in the mammalian host after skin penetration. Sequencing of RT-PCR products allowed the description of several alternate splice forms of micro-exon genes, highlighting the potential use of these transcripts to generate a complex pool of protein variants. We obtained direct evidence for the existence of such pools by proteomic analysis of secretions from migrating schistosomula and mature eggs. Whole-mount in situ hybridization and immunolocalization showed that MEG transcripts and proteins were restricted to glands or epithelia exposed to the external environment. The ability of schistosomes to produce a complex pool of variant proteins aligns them with the other major groups of blood parasites, but using a completely different mechanism. We believe that our data open a new chapter in the study of immune evasion by schistosomes, and their ability to generate variant proteins could represent a significant obstacle to vaccine development.

The central repeat domain 1 of Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus (KSHV) latency associated-nuclear antigen 1 (LANA1) prevents cis MHC class I peptide presentation

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)