The superoxide anion donor, potassium superoxide, induces pain and inflammation in mice through production of reactive oxygen species and cyclooxygenase-2

It is currently accepted that superoxide anion (O2•−) is an important mediator in pain and inflammation. The role of superoxide anion in pain and inflammation has been mainly determined indirectly by modulating its production and inactivation. Direct evidence using potassium superoxide (KO2), a superoxide anion donor, demonstrated that it induced thermal hyperalgesia, as assessed by the Hargreaves method. However, it remains to be determined whether KO2 is capable of inducing other inflammatory and nociceptive responses attributed to superoxide anion. Therefore, in the present study, we investigated the nociceptive and inflammatory effects of KO2. The KO2-induced inflammatory responses evaluated in mice were: mechanical hyperalgesia (electronic version of von Frey filaments), thermal hyperalgesia (hot plate), edema (caliper rule), myeloperoxidase activity (colorimetric assay), overt pain-like behaviors (flinches, time spent licking and writhing score), leukocyte recruitment, oxidative stress, and cyclooxygenase-2 mRNA expression (quantitative PCR). Administration of KO2 induced mechanical hyperalgesia, thermal hyperalgesia, paw edema, leukocyte recruitment, the writhing response, paw flinching, and paw licking in a dose-dependent manner. KO2 also induced time-dependent cyclooxygenase-2 mRNA expression in the paw skin. The nociceptive, inflammatory, and oxidative stress components of KO2-induced responses were responsive to morphine (analgesic opioid), quercetin (antioxidant flavonoid), and/or celecoxib (anti-inflammatory cyclooxygenase-2 inhibitor) treatment. In conclusion, the well-established superoxide anion donor KO2 is a valuable tool for studying the mechanisms and pharmacological susceptibilities of superoxide anion-triggered nociceptive and inflammatory responses ranging from mechanical and thermal hyperalgesia to overt pain-like behaviors, edema, and leukocyte recruitment.

Rôle de la phospholipase A2 de type V dans le recrutement de leucocytes au foyer inflammatoire

Les phospholipases A2 sécrétées (sPLA2) font partie d’une grande famille d’enzymes impliquées dans la synthèse d’écosanoïdes, de chimiokines et dans l’expression de molécules d’adhérence. Ce groupe comprend dix isoformes différentes (sPLA2-IB, -IIA, -IIC, -IID, -IIE, -IIF, -III, -V, -X et XII) dont la majorité sont surexprimées en présence de molécules pro-inflammatoires telles que l’interleukine-1β (IL-1 β) et le lipopolysaccharide bactérien (LPS). La sPLA2-IIA fut longtemps considérée comme la principale sPLA2 associée à l’inflammation. Toutefois, un nombre grandissant d’études suggère l’implication d’autres isoformes dans la réponse inflammatoire. Étant donné la similarité structurelle des différentes isoformes de sPLA2, la majorité des inhibiteurs présentement disponibles sont non spécifiques et bloquent simultanément plus d’une sPLA2. De ce fait, encore peu de choses sont connues quant au rôle précis de chacune des sPLA2 dans la réponse inflammatoire. Ayant accès à des souris génétiquement modifiées n’exprimant pas la sPLA2-V (sPLA2-V-/-), nous avons donc investigué le rôle spécifique de la sPLA2-V dans le recrutement leucocytaire induit par le LPS, ainsi que sa capacité à moduler l’expression de certaines molécules d’adhérence. Pour ce faire, nous avons utilisé le modèle inflammatoire de la poche d’air sous-cutanée. L’administration de LPS dans la poche d’air de souris contrôles (WT) entraîne un recrutement leucocytaire important. Cet appel de cellules inflammatoires est cependant significativement diminué chez les souris sPLA2-V-/-. De plus, l’expression des molécules d’adhérence VCAM-1 et ICAM-1 est également diminuée chez les souris sPLA2-V-/- comparativement aux souris WT. Nos résultats démontrent donc le rôle important de la sPLA2-V dans le recrutement leucocytaire et l’expression de molécules d’adhérence induits par le LPS, confirmant ainsi l’implication de cette enzyme dans le processus inflammatoire.

Régulation moléculaire de la barrière hémo-encéphalique

La Sclérose en plaques (SEP) est une maladie auto-immune inflammatoire démyélinisante du système nerveux central (SNC), lors de laquelle des cellules inflammatoires du sang périphérique infiltrent le SNC pour y causer des dommages cellulaires. Dans ces réactions neuroinflammatoires, les cellules immunitaires traversent le système vasculaire du SNC, la barrière hémo-encéphalique (BHE), pour avoir accès au SNC et s’y accumuler. La BHE est donc la première entité que rencontrent les cellules inflammatoires du sang lors de leur migration au cerveau. Ceci lui confère un potentiel thérapeutique important pour influencer l’infiltration de cellules du sang vers le cerveau, et ainsi limiter les réactions neuroinflammatoires. En effet, les interactions entre les cellules immunitaires et les parois vasculaires sont encore mal comprises, car elles sont nombreuses et complexes. Différents mécanismes pouvant influencer la perméabilité de la BHE aux cellules immunitaires ont été décrits, et représentent aujourd’hui des cibles potentielles pour le contrôle des réactions neuro-immunes. Cette thèse a pour objectif de décrire de nouveaux mécanismes moléculaires opérant au niveau de la BHE qui interviennent dans les réactions neuroinflammatoires et qui ont un potentiel thérapeutique pour influencer les interactions neuro-immunologiques. Ce travail de doctorat est séparé en trois sections. La première section décrit la caractérisation du rôle de l’angiotensine II dans la régulation de la perméabilité de la BHE. La seconde section identifie et caractérise la fonction d’une nouvelle molécule d’adhérence de la BHE, ALCAM, dans la transmigration de cellules inflammatoires du sang vers le SNC. La troisième section traite des propriétés sécrétoires de la BHE et du rôle de la chimiokine MCP-1 dans les interactions entre la BHE et les cellules souches. Dans un premier temps, nous démontrons l’importance de l’angiotensinogène (AGT) dans la régulation de la perméabilité de la BHE. L’AGT est sécrété par les astrocytes et métabolisé en angiotensine II pour pouvoir agir au niveau des CE de la BHE à travers le récepteur à l’angiotensine II, AT1 et AT2. Au niveau de la BHE, l’angiotensine II entraîne la phosphorylation et l’enrichissement de l’occludine au sein de radeaux lipidiques, un phénomène associé à l’augmentation de l’étanchéité de la BHE. De plus, dans les lésions de SEP, on retrouve une diminution de l’expression de l’AGT et de l’occludine. Ceci est relié à nos observations in vitro, qui démontrent que des cytokines pro-inflammatoires limitent la sécrétion de l’AGT. Cette étude élucide un nouveau mécanisme par lequel les astrocytes influencent et augmentent l’étanchéité de la BHE, et implique une dysfonction de ce mécanisme dans les lésions de la SEP où s’accumulent les cellules inflammatoires. Dans un deuxième temps, les techniques établies dans la première section ont été utilisées afin d’identifier les protéines de la BHE qui s’accumulent dans les radeaux lipidiques. En utilisant une technique de protéomique nous avons identifié ALCAM (Activated Leukocyte Cell Adhesion Molecule) comme une protéine membranaire exprimée par les CE de la BHE. ALCAM se comporte comme une molécule d’adhérence typique. En effet, ALCAM permet la liaison entre les cellules du sang et la paroi vasculaire, via des interactions homotypiques (ALCAM-ALCAM pour les monocytes) ou hétérotypiques (ALCAM-CD6 pour les lymphocytes). Les cytokines inflammatoires augmentent le niveau d’expression d’ALCAM par la BHE, ce qui permet un recrutement local de cellules inflammatoires. Enfin, l’inhibition des interactions ALCAM-ALCAM et ALCAM-CD6 limite la transmigration des cellules inflammatoires (monocytes et cellules T CD4+) à travers la BHE in vitro et in vivo dans un modèle murin de la SEP. Cette deuxième partie identifie ALCAM comme une cible potentielle pour influencer la transmigration de cellules inflammatoires vers le cerveau. Dans un troisième temps, nous avons pu démontrer l’importance des propriétés sécrétoires spécifiques à la BHE dans les interactions avec les cellules souches neurales (CSN). Les CSN représentent un potentiel thérapeutique unique pour les maladies du SNC dans lesquelles la régénération cellulaire est limitée, comme dans la SEP. Des facteurs qui limitent l’utilisation thérapeutique des CSN sont le mode d’administration et leur maturation en cellules neurales ou gliales. Bien que la route d’administration préférée pour les CSN soit la voie intrathécale, l’injection intraveineuse représente la voie d’administration la plus facile et la moins invasive. Dans ce contexte, il est important de comprendre les interactions possibles entre les cellules souches et la paroi vasculaire du SNC qui sera responsable de leur recrutement dans le parenchyme cérébral. En collaborant avec des chercheurs de la Belgique spécialisés en CSN, nos travaux nous ont permis de confirmer, in vitro, que les cellules souches neurales humaines migrent à travers les CE humaines de la BHE avant d’entamer leur différenciation en cellules du SNC. Suite à la migration à travers les cellules de la BHE les CSN se différencient spontanément en neurones, en astrocytes et en oligodendrocytes. Ces effets sont notés préférentiellement avec les cellules de la BHE par rapport aux CE non cérébrales. Ces propriétés spécifiques aux cellules de la BHE dépendent de la chimiokine MCP-1/CCL2 sécrétée par ces dernières. Ainsi, cette dernière partie suggère que la BHE n’est pas un obstacle à la migration de CSN vers le SNC. De plus, la chimiokine MCP-1 est identifiée comme un facteur sécrété par la BHE qui permet l’accumulation et la différentiation préférentielle de cellules souches neurales dans l’espace sous-endothélial. Ces trois études démontrent l’importance de la BHE dans la migration des cellules inflammatoires et des CSN vers le SNC et indiquent que de multiples mécanismes moléculaires contribuent au dérèglement de l’homéostasie du SNC dans les réactions neuro-immunes. En utilisant des modèles in vitro, in situ et in vivo, nous avons identifié trois nouveaux mécanismes qui permettent d’influencer les interactions entre les cellules du sang et la BHE. L’identification de ces mécanismes permet non seulement une meilleure compréhension de la pathophysiologie des réactions neuroinflammatoires du SNC et des maladies qui y sont associées, mais suggère également des cibles thérapeutiques potentielles pour influencer l’infiltration des cellules du sang vers le cerveau

Rôle des cellules endothéliales dans l’immunité innée précoce induite lors d’infections par des coronavirus murins

Les cellules endothéliales (EC) constituent une première barrière physique à la dissémination de virus pléiotropiques circulant par voie hématogène mais leur contribution à la défense innée anti-virale est peu connue. Des dysfonctions des EC de la barrière hémato-encéphalique (BMEC) et des sinusoïdes hépatiques (LSEC) ont été rapportées dans des neuropathologies et des hépatites aiguës ou chroniques d’origine virale, suggérant que des atteintes à leur intégrité contribuent à la pathogenèse. Les sérotypes de coronavirus de l’hépatite murine (MHV), se différenciant par leur capacité à induire des hépatites et des maladies neurologiques de sévérité variable et/ou leur tropisme pour les EC, représentent des modèles viraux privilégiés pour déterminer les conséquences de l’infection des EC sur la pathogenèse virale. Lors d’infection par voie hématogène, le sérotype MHV3, le plus virulent des MHV, induit une hépatite fulminante, caractérisée par une réponse inflammatoire sévère, et des lésions neurologiques secondaires alors que le sérotype moins virulent, MHV-A59, induit une hépatite modérée sans atteintes secondaires du système nerveux central (SNC). Par ailleurs, le sérotype MHV3, à la différence du MHV-A59, démontre une capacité à stimuler la production de cytokines par la voie TLR2. Les variants atténués du MHV3, les virus 51.6-MHV3 et YAC-MHV3, sont caractérisés par un faible tropisme pour les LSEC et induisent respectivement une hépatite modérée et subclinique. Compte tenu de l’importance des LSEC dans le maintien de la tolérance hépatique et de l’élimination des pathogènes circulants, il a été postulé que la sévérité de l’hépatite et de la réponse inflammatoire lors d’infections par les MHV est associée à la réplication virale et à l’altération des propriétés tolérogéniques et vasculaires des LSEC. Les désordres inflammatoires hépatiques pourraient résulter d’une activation différentielle du TLR2, plutôt que des autres TLR et des hélicases, selon les sérotypes. D’autre part, compte tenu du rôle des BMEC dans la prévention des infections du SNC, il a été postulé que l’invasion cérébrale secondaire par les coronavirus est reliée à l’infection des BMEC et le bris subséquent de la barrière hémato-encéphalique (BHE). À l’aide d’infections in vivo et in vitro par les différents sérotypes MHV, chez des souris ou des cultures de BMEC et de LSEC, nous avons démontré, d’une part, que l’infection in vitro des LSEC par le sétotype MHV3, à la différence des variants 51.6- et YAC-MHV3, altérait la production du facteur vasodilatant NO et renversait leur phénotype tolérogénique en favorisant la production de cytokines et de chimiokines inflammatoires. Ces dysfonctions se traduisaient in vivo par une réponse inflammatoire incontrôlée et une dérégulation du recrutement intrahépatique de leucocytes, favorisant la réplication virale et les dommages hépatiques. Nous avons aussi démontré, à l’aide de souris TLR2 KO et de LSEC dont l’expression du TLR2 a été abrogée par des siRNA, que la sévérité de l’hépatite et de la réponse inflammatoire induite par le sérotype MHV3, dépendait en partie de l’induction et de l’activation préférentielle du TLR2 par le virus dans le foie. D’autre part, la sévérité de la réplication virale au foie et des désordres dans le recrutement leucocytaire intrahépatique induits par le MHV3, et non par le MHV-A59 et le 51.6-MHV3, corrélaient avec une invasion virale subséquente du SNC, au niveau de la BHE. Nous avons démontré que l’invasion cérébrale du MHV3 était associée à une infection productive des BMEC et l’altération subséquente des protéines de jonctions serrées occludine, VE-cadhérine et ZO-1 se traduisant par une augmentation de la perméabilité de la BHE et l’entrée consécutive du virus dans le cerveau. Dans l’ensemble, les résultats de cette étude mettent en lumière l’importance du maintien de l’intégrité structurale et fonctionnelle des LSEC et des BMEC lors d’infections virales aigües par des MHV afin de limiter les dommages hépatiques associés à l’induction d’une réponse inflammatoire exagérée et de prévenir le passage des virus au cerveau suite à une dissémination par voie hématogène. Ils révèlent en outre un nouveau rôle aggravant pour le TLR2 dans l’évolution de l’hépatite virale aigüe ouvrant la voie à de nouvelles avenues thérapeutiques visant à moduler l’activité inflammatoire du TLR2.

Efeito anti-inflamatório do heparinóide isolado do camarão Litopenaeus vannamei sobre a peritonite aguda

In recent years the heparin has been the subject of several studies that aim to expand its use as a therapeutic agent, due to its ability to modulate the activity of various proteins that play important roles in the regulation of pathophysiological processes. In several experiments and preclinical trials, heparin has demonstrated an anti-inflammatory role. However, its clinical use is limited, due to its strong anticoagulant activity and hemorrhagic complications. For this reason, considerable efforts have been employed in discovery of heparin analogous (heparinoid) with reduced side effects, that retain the anti-inflammatory properties of heparin. In this context, a heparinoid obtained from the head of Litopenaeus vannamei shrimp, which presents a structural similarity to heparin, showed, in previous studies, anti-inflammatory activity in a model of acute peritonitis with reduced anticoagulant effect in vitro and low hemorrhagic activity. Thus, the present work had as objective to evaluate the effect the heparinoid of the cephalothorax of gray shrimp on the acute inflammatory response in different times (3 or 6 hours after the induction of inflammatory stimulus), using the model of acute peritonitis induced in mice. It was also analyzed the HL effect over the activity of elastase, an enzyme involved in leukocyte recruitment. Furthermore to check if the different doses of heparin and heparinoid change the hemostatic balance in vivo, was assessed the effect of these compounds on the plasma clotting time in animals submitted to inflammation. The results show that in 3 hours, all doses of heparinoid were able to prevent efficiently in the acute inflammatory process without any anticoagulant effects, unlike the extrapolation dose of heparin, which has induced a large hemorrhage due its high anticoagulant activity. However, 6 hours after induction of inflammation, only the dosages of 0.1 and 1.0 μg/Kg of heparin and 1.0 μg/Kg of heparinoid kept anti-migratory effect, without changing of the hemostatic balance. These results indicate that the anti-migratory effect of theses compounds depends on the dosage and time of inflammatory stimulus. The HL and heparin were also able to inhibit the activity of the enzyme elastase. The discovery of this bioactive compound in the cephalothorax of shrimps can arouse great interest in biotechnology, since this compound could be useful as a structural model interesting for the development of new therapeutic agents for peritonitis

Inflammation-induced modulation of cellular galectin-1 and-3 expression in a model of rat peritonitis

Objective and design: To investigate the effect of galectin-1 (Gal-1) and -3 (Gal-3) on leukocyte migration and analyze the expression of both galectins in inflammatory cells using a model of rat peritonitis.Material or Subjects: Sprague-Dawley rats (n = 4 per group).Treatment: Peritonitis was induced in animals through intraperitoneal injection of carrageenin (1.5 mg/kg) and rat mesenteries were analyzed at different time points (0, 4, 24 and 48h). For pharmacological treatment, rats received intravenous injection of Gal-1 or -3 (3 mu g/kg) followed by carrageenin.Methods: Western blotting and immunoelectron microscopy analysis. Statistical analysis was performed using ANOVA followed by Bonferroni test.Results: Pharmacological treatment with Gal-1, but not Gal-3, inhibited (similar to 50%) leukocyte recruitment into the peritoneal cavity at 4h time-point. In this early phase, immunogold staining of mesenteries showed a diminished Gal-3 expression in degranulated mast cells and Gal-1 in transmigrated neutrophils (similar to 20% reduction compared to intravascular cells). In the later phases (24 and 48 h), leukocyte turnover was associated with augmented Gal-1 expression in neutrophils and macrophages and Gal-3 in mast cells and macrophages.Conclusions: These results point to a balanced expression of cell-associated-Gal-1/Gal-3 and might impact on the development of new therapeutic strategies for inflammatory diseases.

Impairment of neutrophil migration to remote inflammatory site during lung histoplasmosis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Development of lamellar gel phase emulsion containing marigold oil (Calendula officinalis) as a potential modern wound dressing

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

von Willebrand factor-mediated platelet adhesion is critical for deep vein thrombosis in mouse models

Deep vein thrombosis (DVT) and its complication, pulmonary embolism, are frequent causes of disability and mortality. Although blood flow disturbance is considered an important triggering factor, the mechanism of DVT initiation remains elusive. Here we show that 48-hour flow restriction in the inferior vena cava (IVC) results in the development of thrombi structurally similar to human deep vein thrombi. von Willebrand factor (VWF)-deficient mice were protected from thrombosis induced by complete (stasis) or partial (stenosis) flow restriction in the IVC. Mice with half normal VWF levels were also protected in the stenosis model. Besides promoting platelet adhesion, VWF carries Factor VIII. Repeated infusions of recombinant Factor VIII did not rescue thrombosis in VWF(-/-) mice, indicating that impaired coagulation was not the primary reason for the absence of DVT in VWF(-/-) mice. Infusion of GPG-290, a mutant glycoprotein Ib?-immunoglobulin chimera that specifically inhibits interaction of the VWF A1 domain with platelets, prevented thrombosis in wild-type mice. Intravital microscopy showed that platelet and leukocyte recruitment in the early stages of DVT was dramatically higher in wild-type than in VWF(-/-) IVC. Our results demonstrate a pathogenetic role for VWF-platelet interaction in flow disturbance-induced venous thrombosis.

The therapeutic potential of the humoral pattern recognition molecule PTX3 in chronic lung infection caused by Pseudomonas aeruginosa

Chronic lung infections by Pseudomonas aeruginosa strains are a major cause of morbidity and mortality in cystic fibrosis (CF) patients. Although there is no clear evidence for a primary defect in the immune system of CF patients, the host is generally unable to clear P. aeruginosa from the airways. PTX3 is a soluble pattern recognition receptor that plays nonredundant roles in the innate immune response to fungi, bacteria, and viruses. In particular, PTX3 deficiency is associated with increased susceptibility to P. aeruginosa lung infection. To address the potential therapeutic effect of PTX3 in P. aeruginosa lung infection, we established persistent and progressive infections in mice with the RP73 clinical strain RP73 isolated from a CF patient and treated them with recombinant human PTX3. The results indicated that PTX3 has a potential therapeutic effect in P. aeruginosa chronic lung infection by reducing lung colonization, proinflammatory cytokine levels (CXCL1, CXCL2, CCL2, and IL-1β), and leukocyte recruitment in the airways. In models of acute infections and in in vitro assays, the prophagocytic effect of PTX3 was maintained in C1q-deficient mice and was lost in C3- and Fc common γ-chain-deficient mice, suggesting that facilitated recognition and phagocytosis of pathogens through the interplay between complement and FcγRs are involved in the therapeutic effect mediated by PTX3. These data suggested that PTX3 is a potential therapeutic tool in chronic P. aeruginosa lung infections, such as those seen in CF patients.

E- and P-selectin are not required for the development of experimental autoimmune encephalomyelitis in C57BL/6 and SJL mice

In multiple sclerosis and in its animal model experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), inflammatory cells migrate across the endothelial blood-brain barrier (BBB) and gain access to the CNS. It is well-established that alpha4 integrins are actively involved in leukocyte recruitment across the BBB during EAE. In contrast, the role of endothelial E- and P-selectin in this process has been a controversial issue. In this study, we demonstrate that P-selectin protein can be detected in meningeal blood vessel endothelial cells in healthy SJL and C57BL/6 mice and on rare parenchymal CNS blood vessels in C57BL/6, but not SJL, mice. During EAE, expression of P-selectin but not E-selectin was found up-regulated on inflamed CNS microvessels surrounded by inflammatory infiltrates irrespective of their meningeal or parenchymal localization with a more prominent immunostaining detected in C57BL/6 as compared with SJL mice. P-selectin immunostaining could be localized to CNS endothelial cells and to CD41-positive platelets adhering to the vessel wall. Despite the presence of P-selectin in wild-type mice, E/P-selectin-deficient SJL and C57BL/6 mice developed clinical EAE indistinguishable from wild-type mice. Absence of E- and P-selectin did neither influence the activation of myelin-specific T cells nor the composition of the cellular infiltrates in the CNS during EAE. Finally, endothelial-specific tetracycline-inducible expression of E-selectin at the BBB in transgenic C57BL/6 mice did not alter the development of EAE. Thus, E- and P-selectin are not required for leukocyte recruitment across the BBB and the development of EAE in C57BL/6 and in SJL mice.

The metastatic T-cell hybridoma antigen/P-selectin glycoprotein ligand 1 is required for hematogenous metastasis of lymphomas

Using variants of the murine BW5147 lymphoma cell-line, we have previously identified 3 monoclonal antibodies (MAbs) that discriminate between metastatic and nonmetastatic BW5147-derived T-cell hybridomas and lymphomas, as well as BW5147-unrelated T-lymphomas. These MAbs were reported to recognize an identical membrane-associated sialoglycoprotein, termed "metastatic T-cell hybridoma antigen" (MTH-Ag). Here, we document that the expression pattern of the MTH-Ag on metastatic and nonmetastatic BW5147 variants correlates with that of the P-selectin glycoprotein ligand 1 (PSGL-1), a sialomucin involved in leukocyte recruitment to sites of inflammation. Moreover, the MAbs against the MTH-Ag recognize PSGL-1 when it is transfected in MTH-Ag-negative BW5147 variants, suggesting that the MTH-Ag is PSGL-1. Overexpression of MTH-Ag/PSGL-1 in MTH-Ag-negative BW5147 variants did not affect their in vivo malignancy. Yet, down-regulation of MTH-Ag/PSGL-1 expression on metastatic, MTH-Ag-positive BW5147 variants, using an RNA interference (RNAi) approach, resulted, in a dose-dependent manner, in a significant reduction of liver and spleen colonization and a delay in mortality of the recipient mice upon intravenous inoculation. Collectively, these results demonstrate that, although MTH-Ag/PSGL-1 overexpression alone may not be sufficient for successful dissemination and organ colonization, MTH-Ag/PSGL-1 plays a critical role in hematogenous metastasis of lymphoid cancer cells.

Immune cell entry into the central nervous system: involvement of adhesion molecules and chemokines

In multiple sclerosis and in its animal model experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), inflammatory cells migrate across the highly specialized endothelial blood-brain barrier (BBB) and gain access to the central nervous system (CNS). It is well established that leukocyte recruitment across this vascular bed is unique due to the predominant involvement of alpha4-integrins in mediating the initial contact to as well as firm adhesion with the endothelium. In contrast, the involvement of the selectins, L-selectin, E- and P-selectin and their respective carbohydrate ligands such as P-selectin glycoprotein (PSGL)-1 in this process has been controversially discussed. Intravital microscopic analysis of immune cell interaction with superficial brain vessels demonstrates a role for E- and P-selectin and their common ligand PSGL-1 in lymphocyte rolling. However, E- and P-selectin-deficient SJL- or C57Bl/6 mice or PSGL-1-deficient C57Bl/6 mice develop EAE indistinguishable from wild-type mice. Considering these apparently discrepant observations, it needs to be discussed whether the molecular mechanisms involved in leukocyte trafficking across superficial brain vessels are irrelevant for EAE pathogenesis or whether the therapeutic efficacy of targeting alpha4-integrins in EAE is truly dependent on the inhibition of leukocyte trafficking across the BBB.

Characterization of the interactions between fibronectin and the Borrelia burgdorferi lipoprotein, BBK32

The findings presented in this dissertation detail the complex interaction between BBK32 and fibronectin and describe novel consequences of the interaction. BBK32 is a fibronectin-binding protein on Borrelia burgdorferi, the causative agent of Lyme disease. We found that BBK32 contains multiple fibronectin-binding motifs, recognizing the fibronectin N-terminal domain (NTD) and the gelatin binding domain (GBD) in an anti-parallel order, where corresponding sites in BBK32 and fibronectin are aligned so that there is a one-to-one interaction between the proteins. While characterizing this interaction, we discovered that binding of BBK32 to the GBD inhibits the migration stimulating factor's (MSF) motogenic activity. In the presence of BBK32, endothelial cells do not migrate in response to increasing concentrations of MSF or the GBD. MSF is found under wound healing conditions, and inhibition of its activity may allow the tick-transmitted spirochetes to delay wound healing and to establish an infection. ^ Biophysical structural studies, designed to identify a mechanism of interaction, revealed that BBK32 binding to the NTD leads to the unfolding of plasma fibronectin, which exposes α5β1 integrin recognition motifs. Binding assays demonstrate that the BBK32-NTD interaction enhances the plasma fibronectin-α5β1 integrin interaction, which may allow B. burgdorferi to invade host cells, and thereby evade the host immune system. ^ We also determined that BBK32 binds fibronectin F3 modules, which leads to plasma fibronectin aggregation and induction of superfibronectin. The resulting superfibronectin is conformationally distinct from plasma and cellular fibronectin, and can inhibit endothelial cell proliferation. BBK32's active superfibronectin-forming motif has been located to a region between residues 160 and 175, which contains two sequence motifs that are also found in anastellin, the only other known superfibronectin-inducing protein. ^ A potential consequence of BBK32-induced superfibronectin formation was identified. BBK32-induced superfibronectin formation results in the exposure of α4β1 integrin recognition sequences in fibronectin. The α4β1 integrin is required for leukocyte transendothelial cell migration. BBK32-induced superfibronectin inhibits this activity. The inhibition of leukocyte recruitment to the infection site may slow the activity of the host immune system, and permit the spirochetes to establish an infection. ^

Rôle des cellules endothéliales dans l’immunité innée précoce induite lors d’infections par des coronavirus murins

Les cellules endothéliales (EC) constituent une première barrière physique à la dissémination de virus pléiotropiques circulant par voie hématogène mais leur contribution à la défense innée anti-virale est peu connue. Des dysfonctions des EC de la barrière hémato-encéphalique (BMEC) et des sinusoïdes hépatiques (LSEC) ont été rapportées dans des neuropathologies et des hépatites aiguës ou chroniques d’origine virale, suggérant que des atteintes à leur intégrité contribuent à la pathogenèse. Les sérotypes de coronavirus de l’hépatite murine (MHV), se différenciant par leur capacité à induire des hépatites et des maladies neurologiques de sévérité variable et/ou leur tropisme pour les EC, représentent des modèles viraux privilégiés pour déterminer les conséquences de l’infection des EC sur la pathogenèse virale. Lors d’infection par voie hématogène, le sérotype MHV3, le plus virulent des MHV, induit une hépatite fulminante, caractérisée par une réponse inflammatoire sévère, et des lésions neurologiques secondaires alors que le sérotype moins virulent, MHV-A59, induit une hépatite modérée sans atteintes secondaires du système nerveux central (SNC). Par ailleurs, le sérotype MHV3, à la différence du MHV-A59, démontre une capacité à stimuler la production de cytokines par la voie TLR2. Les variants atténués du MHV3, les virus 51.6-MHV3 et YAC-MHV3, sont caractérisés par un faible tropisme pour les LSEC et induisent respectivement une hépatite modérée et subclinique. Compte tenu de l’importance des LSEC dans le maintien de la tolérance hépatique et de l’élimination des pathogènes circulants, il a été postulé que la sévérité de l’hépatite et de la réponse inflammatoire lors d’infections par les MHV est associée à la réplication virale et à l’altération des propriétés tolérogéniques et vasculaires des LSEC. Les désordres inflammatoires hépatiques pourraient résulter d’une activation différentielle du TLR2, plutôt que des autres TLR et des hélicases, selon les sérotypes. D’autre part, compte tenu du rôle des BMEC dans la prévention des infections du SNC, il a été postulé que l’invasion cérébrale secondaire par les coronavirus est reliée à l’infection des BMEC et le bris subséquent de la barrière hémato-encéphalique (BHE). À l’aide d’infections in vivo et in vitro par les différents sérotypes MHV, chez des souris ou des cultures de BMEC et de LSEC, nous avons démontré, d’une part, que l’infection in vitro des LSEC par le sétotype MHV3, à la différence des variants 51.6- et YAC-MHV3, altérait la production du facteur vasodilatant NO et renversait leur phénotype tolérogénique en favorisant la production de cytokines et de chimiokines inflammatoires. Ces dysfonctions se traduisaient in vivo par une réponse inflammatoire incontrôlée et une dérégulation du recrutement intrahépatique de leucocytes, favorisant la réplication virale et les dommages hépatiques. Nous avons aussi démontré, à l’aide de souris TLR2 KO et de LSEC dont l’expression du TLR2 a été abrogée par des siRNA, que la sévérité de l’hépatite et de la réponse inflammatoire induite par le sérotype MHV3, dépendait en partie de l’induction et de l’activation préférentielle du TLR2 par le virus dans le foie. D’autre part, la sévérité de la réplication virale au foie et des désordres dans le recrutement leucocytaire intrahépatique induits par le MHV3, et non par le MHV-A59 et le 51.6-MHV3, corrélaient avec une invasion virale subséquente du SNC, au niveau de la BHE. Nous avons démontré que l’invasion cérébrale du MHV3 était associée à une infection productive des BMEC et l’altération subséquente des protéines de jonctions serrées occludine, VE-cadhérine et ZO-1 se traduisant par une augmentation de la perméabilité de la BHE et l’entrée consécutive du virus dans le cerveau. Dans l’ensemble, les résultats de cette étude mettent en lumière l’importance du maintien de l’intégrité structurale et fonctionnelle des LSEC et des BMEC lors d’infections virales aigües par des MHV afin de limiter les dommages hépatiques associés à l’induction d’une réponse inflammatoire exagérée et de prévenir le passage des virus au cerveau suite à une dissémination par voie hématogène. Ils révèlent en outre un nouveau rôle aggravant pour le TLR2 dans l’évolution de l’hépatite virale aigüe ouvrant la voie à de nouvelles avenues thérapeutiques visant à moduler l’activité inflammatoire du TLR2.