Role of the naive and memory CD4+T-cell repertoire in transplantation

Purpose: The exact role of individual T cell-subsets in the development of rejection is not clearly defined. Given their distinct phenotypes, effector functions and trafficking patterns, naïve (CD45RBhiCD44lo) and memory (CD45RBloCD44hi) T cells may play distinct roles in anti-donor immunity after transplantation. Furthermore, only the CD4+CD45RBlo population contains CD4+CD25+ T cells, a subset with suppressive functions playing a major role in the maintenance of peripheral tolerance. The aim of this work was to study the contribution of these individual subsets in alloresponses via the direct and indirect pathways using a murine experimental model. Methods and materials: Purified naïve or memory CD4+ T cells were adoptively transferred into lymphopenic mice undergoing a skin allograft. Donor to recipient MHC combinations were chosen in order to study the direct and the indirect pathways of allorecognition separately. Graft survival and in vivo expansion, effector function and trafficking of the transferred T cells was assessed at different time points after transplantation. Results: We found that the cross-reactive CD4+CD45RBlo memory T-cell pool was heterogeneous and contained cells with regulatory potentials, both in the CD4+CD25+ and CD4+CD25-populations. CD4+ T cells capable of inducing strong primary alloreactive responses in vitro and rejection of a first allograft in vivo were mainly contained within the CD45RBhi naïve CD4+ T-cell compartment. CD4+CD45RBlo T cells proliferated less abundantly to allogeneic stimulation than their naïve counterparts both in vitro and in vivo, and allowed prolonged allograft survival even after the depletion of the CD4+CD25+ subset. Interestingly, CD4+CD25-CD45RBlo T cells were capable of prolonging allograft survival, mainly when the indirect pathway was the only mechanism of allorecognition. The indirect pathway response, which was shown to drive true chronic rejection and contribute to chronic allograft dysfunction, was predominantly mediated by naïve CD4+ T cells. Conclusion: This work provides new insights into the mechanisms that drive allograft rejection and should help develop new clinical immunosuppressive protocols. In particular, our results highlight the importance of selectively targeting individual T-cell subsets to prevent graft rejection but at the same time maintain immune protective responses to common pathogens.

Metastatic leishmaniasis. A chronic inflammatory response to Leishmania's viral endosymbiont.

Leishmania parasites have been plaguing humankind for centuries as a range of skin diseases named the cutaneous leishmaniases (CL). Carried in a hematophagous sand fly, Leishmania usually infests the skin surrounding the bite site, causing a destructive immune response that may persist for months or even years. The various symptomatic outcomes of CL range from a benevolent self- healing reddened bump to extensive open ulcerations, resistant to treatment and resulting in life- changing disfiguration. Many of these more aggressive outcomes are geographically isolated within the habitats of certain Neotropical Leishmania species; where about 15% of cases experience metastatic complications. However, despite this correlation, genetic analysis has revealed no major differences between species causing the various disease forms. We have recently identified a cytoplasmic dsRNA virus within metastatic L. guyanensis parasites that acts as a potent innate immunogen capable of worsening lesionai inflammation and prolonging parasite survival. The dsRNA genome of Leishmania RNA virus (LRV) binds and stimulates Toll-Like-Receptor-3 (TLR3), inducing this destructive inflammation, which we speculate as a factor contributing to the development of metastatic disease. This thesis establishes the first experimental model of LRV-mediated leishmanial metastasis and investigates the role of non-TLR3 viral recognition pathways in LRV-mediated pathology. Viral dsRNA can be detected by various non-TLR3 pattern recognition receptors (PRR); two such PRR groups are the RLRs (Retinoic acid-inducible gene 1 like receptors) and the NLRs (nucleotide- binding domain, leucine-rich repeat containing receptors). The RLRs are designed to detect viral dsRNA in the cytoplasm, while the NLRs react to molecular "danger" signals of cell damage, often oligomerizing into molecular scaffolds called "inflammasomes" that activate a potent inflammatory cascade. Interestingly, we found that neither RLR signalling nor the inflammasome pathway had an effect on LRV-mediated pathology. In contrast, we found a dramatic inflammasome independent effect for the NLR family member, NLRP10, where a knockout mouse model showed little evidence of disease. This phenotype was mimicked in an NLR knockout with which NLRP10 is known to interact: NLRC2. As this pathway induces the chronic inflammatory cell lineage TH17, we investigated the role of its key chronic inflammatory cytokine, IL-17A, in human patients infected by L. guyanensis. Indeed, patients infected with LRV+ parasites had a significantly increased level of IL-17A in lesionai biopsies. Interestingly, LRV presence was also associated with a significant decrease in the correlate of protection, IFN-y. This association was repeated in our murine model, where after we were able to establish the first experimental model of LRV-dependent leishmanial metastasis, which was mediated by IL-17A in the absence of IFN-y. Finally, we tested a new inhibitor of IL-17A secretion, SR1001, and reveal its potential as a Prophylactic immunomodulator and potent parasitotoxic drug. Taken together, these findings provide a basis for anti-IL-17A as a feasible therapeutic intervention to prevent and treat the metastatic complications of cutaneous leishmaniasis. -- Les parasites Leishmania infectent l'homme depuis des siècles causant des affections cutanées, appelées leishmanioses cutanées (LC). Le parasite est transmis par la mouche des sables et réside dans le derme à l'endroit de la piqûre. Au niveau de la peau, le parasite provoque une réponse immunitaire destructrice qui peut persister pendant des mois voire des années. Les symptômes de LC vont d'une simple enflure qui guérit spontanément jusqu' à de vastes ulcérations ouvertes, résistantes aux traitements. Des manifestations plus agressives sont déterminées par les habitats géographiques de certaines espèces de Leishmania. Dans ces cas, environ 15% des patients développent des lésions métastatiques. Aucun «facteur métastatique» n'a encore été trouvé à ce jour dans ces espèces. Récemment, nous avons pu identifier un virus résidant dans certains parasites métastatiques présents en Guyane française (appelé Leishmania-virus, ou LV) et qui confère un avantage de survie à son hôte parasitaire. Ce virus active fortement la réponse inflammatoire, aggravant l'inflammation et prolongeant l'infection parasitaire. Afin de diagnostiquer, prévenir et traiter ces lésions, nous nous sommes intéressés à identifier les composants de la voie de signalisation anti-virale, responsables de la persistance de cette inflammation. Cette étude décrit le premier modèle expérimental de métastases de la leishmaniose induites par LV, et identifie plusieurs composants de la voie inflammatoire anti-virale qui facilite la pathologie métastatique. Contrairement à l'homme, les souris de laboratoire infectées par des Leishmania métastatiques (contenant LV, LV+) ne développent pas de lésions métastatiques et guérissent après quelques semaines d'infection. Après avoir analysé un groupe de patients atteints de leishmaniose en Guyane française, nous avons constaté que les personnes infectées avec les parasites métastatiques LV+ avaient des niveaux significativement plus faibles d'un composant immunitaire protecteur important, appelé l'interféron (IFN)-y. En utilisant des souris génétiquement modifiées, incapables de produire de l'IFN-y, nous avons observé de telles métastases. Après inoculation dans le coussinet plantaire de souris IFN-y7" avec des parasites LV+ ou LV-, nous avons démontré que seules les souris infectées avec des leishmanies ayant LV développent de multiples lésions secondaires sur la queue. Comme nous l'avons observé chez l'homme, ces souris sécrètent une quantité significativement élevée d'un composant inflammatoire destructeur, l'interleukine (IL)-17. IL-17 a été incriminée pour son rôle dans de nombreuses maladies inflammatoires chroniques. On a ainsi trouvé un rôle destructif similaire pour l'IL-17 dans la leishmaniose métastatique. Nous avons confirmé ce rôle en abrogeant IL-17 dans des souris IFN-y7- ce qui ralentit l'apparition des métastases. Nous pouvons donc conclure que les métastases de la leishmaniose sont induites par l'IL-17 en absence d'IFN-v. En analysant plus en détails les voies de signalisation anti-virale induites par LV, nous avons pu exclure d'autres voies d'activation de la réponse inflammatoire. Nous avons ainsi démontré que la signalisation par LV est indépendante de la signalisation inflammatoire de type « inflammasome ». En revanche, nous avons pu y lier plusieurs autres molécules, telles que NLRP10 et NLRC2, connues pour leur synergie avec les réponses inflammatoires. Cette nouvelle voie pourrait être la cible pour des médicaments inhibant l'inflammation. En effet, un nouveau médicament qui bloque la production d'IL-17 chez la souris s'est montré prometteur dans notre modèle : il a réduit le gonflement des lésions ainsi que la charge parasitaire, indiquant que la voie anti-virale /inflammatoire est une approche thérapeutique possible pour prévenir et traiter cette infection négligée.

Enhanced-reality video fluorescence: a real-time assessment of intestinal viability.

OBJECTIVE: Our aim was to evaluate a fluorescence-based enhanced-reality system to assess intestinal viability in a laparoscopic mesenteric ischemia model. MATERIALS AND METHODS: A small bowel loop was exposed, and 3 to 4 mesenteric vessels were clipped in 6 pigs. Indocyanine green (ICG) was administered intravenously 15 minutes later. The bowel was illuminated with an incoherent light source laparoscope (D-light-P, KarlStorz). The ICG fluorescence signal was analyzed with Ad Hoc imaging software (VR-RENDER), which provides a digital perfusion cartography that was superimposed to the intraoperative laparoscopic image [augmented reality (AR) synthesis]. Five regions of interest (ROIs) were marked under AR guidance (1, 2a-2b, 3a-3b corresponding to the ischemic, marginal, and vascularized zones, respectively). One hour later, capillary blood samples were obtained by puncturing the bowel serosa at the identified ROIs and lactates were measured using the EDGE analyzer. A surgical biopsy of each intestinal ROI was sent for mitochondrial respiratory rate assessment and for metabolites quantification. RESULTS: Mean capillary lactate levels were 3.98 (SD = 1.91) versus 1.05 (SD = 0.46) versus 0.74 (SD = 0.34) mmol/L at ROI 1 versus 2a-2b (P = 0.0001) versus 3a-3b (P = 0.0001), respectively. Mean maximal mitochondrial respiratory rate was 104.4 (±21.58) pmolO2/second/mg at the ROI 1 versus 191.1 ± 14.48 (2b, P = 0.03) versus 180.4 ± 16.71 (3a, P = 0.02) versus 199.2 ± 25.21 (3b, P = 0.02). Alanine, choline, ethanolamine, glucose, lactate, myoinositol, phosphocholine, sylloinositol, and valine showed statistically significant different concentrations between ischemic and nonischemic segments. CONCLUSIONS: Fluorescence-based AR may effectively detect the boundary between the ischemic and the vascularized zones in this experimental model.

A new poly(ortho ester)-based drug delivery system as an adjunct treatment in filtering surgery.

PURPOSE: Pharmacologic modulation of wound healing after glaucoma filtering surgery remains a major clinical challenge in ophthalmology. Poly(ortho ester) (POE) is a bioerodible and biocompatible viscous polymer potentially useful as a sustained drug delivery system that allows the frequency of intraocular injections to be reduced. The purpose of this study was to determine the efficacy of POE containing a precise amount of 5-fluorouracil (5-FU) in an experimental model of filtering surgery in the rabbit. METHODS: Trabeculectomy was performed in pigmented rabbit eyes. An ointmentlike formulation of POE containing 1% wt/wt 5-FU was injected subconjunctivally at the site of surgery, during the procedure. Intraocular pressure (IOP), bleb persistence, and ocular inflammatory reaction were monitored until postoperative day 30. Quantitative analysis of 5-FU was performed in the anterior chamber. Histologic analysis was used to assess the appearance of the filtering fistula and the polymer's biocompatibility. RESULTS: The decrease in IOP from baseline and the persistence of the filtering bleb were significantly more marked in the 5-FU-treated eyes during postoperative days 9 through 28. Corneal toxicity triggered by 5-FU was significantly lower in the group that received 5-FU in POE compared with a 5-FU tamponade. Histopathologic evaluation showed that POE was well tolerated, and no fibrosis occurred in eyes treated with POE containing 5-FU. CONCLUSIONS: In this rabbit model of trabeculectomy, the formulation based on POE and containing a precise amount of 5-FU reduced IOP and prolonged bleb persistence in a way similar to the conventional method of a 5-FU tamponade, while significantly reducing 5-FU toxicity.

Impingement jet cooling of end windings in a high-speed electric machine

The rotational speed of high-speed electric machines is over 15 000 rpm. These machines are compact in size when compared to the power rate. As a consequence, the heat fluxes are at a high level and the adequacy of cooling becomes an important design criterion. In the high-speed machines, the air gap between the stator and rotor is a narrow flow channel. The cooling air is produced with a fan and the flow is then directed to the air gap. The flow in the gap does not provide sufficient cooling for the stator end windings, and therefore additional cooling is required. This study investigates the heat transfer and flow fields around the coil end windings when cooling jets are used. As a result, an innovative and new assembly is introduced for the cooling jets, with the benefits of a reduced amount of hot spots, a lower pressure drop, and hence a lower power need for the cooling fan. The gained information can also be applied to improve the cooling of electric machines through geometry modifications. The objective of the research is to determine the locations of the hot spots and to find out induced pressure losses with different jet alternatives. Several possibilities to arrange the extra cooling are considered. In the suggested approach cooling is provided by using a row of air jets. The air jets have three main tasks: to cool the coils effectively by direct impingement jets, to increase and cool down the flow that enters the coil end space through the air gap, and to ensure the correct distribution of the flow by forming an air curtain with additional jets. One important aim of this study is the arrangement of cooling jets in such manner that hot spots can be avoided to wide extent. This enables higher power density in high-speed motors. This cooling system can also be applied to the ordinary electric machines when efficient cooling is needed. The numerical calculations have been performed using a commercial Computational Fluid Dynamics software. Two geometries have been generated: cylindrical for the studied machine and Cartesian for the experimental model. The main parameters include the positions, arrangements and number of jets, the jet diameters, and the jet velocities. The investigated cases have been tested with two widely used turbulence models and using a computational grid of over 500 000 cells. The experimental tests have been made by using a simplified model for the end winding space with cooling jets. In the experiments, an emphasis has been given to flow visualisation. The computational analysis shows good agreement with the experimental results. Modelling of the cooling jet arrangement enables also a better understanding of the complex system of heat transfer at end winding space.

An operon of three transcriptional regulators controls horizontal gene transfer of the integrative and conjugative element ICEclc in Pseudomonas knackmussii B13.

The integrative and conjugative element ICEclc is a mobile genetic element in Pseudomonas knackmussii B13, and an experimental model for a widely distributed group of elements in Proteobacteria. ICEclc is transferred from specialized transfer competent cells, which arise at a frequency of 3-5% in a population at stationary phase. Very little is known about the different factors that control the transfer frequency of this ICE family. Here we report the discovery of a three-gene operon encoded by ICEclc, which exerts global control on transfer initiation. The operon consists of three consecutive regulatory genes, encoding a TetR-type repressor MfsR, a MarR-type regulator and a LysR-type activator TciR. We show that MfsR autoregulates expression of the operon, whereas TciR is a global activator of ICEclc gene expression, but no clear role was yet found for MarR. Deletion of mfsR increases expression of tciR and marR, causing the proportion of transfer competent cells to reach almost 100% and transfer frequencies to approach 1 per donor. mfsR deletion also caused a two orders of magnitude loss in population viability, individual cell growth arrest and loss of ICEclc. This indicates that autoregulation is an important feature maintaining ICE transfer but avoiding fitness loss. Bioinformatic analysis showed that the mfsR-marR-tciR operon is unique for ICEclc and a few highly related ICE, whereas tciR orthologues occur more widely in a large variety of suspected ICE among Proteobacteria.

Early life host-microbe interactions : implications for the development of asthma

Plus de 300 millions de personnes dans le monde souffrent de l'asthme. L'asthme est une maladie inflammatoire chronique des voies respiratoires caractérisée par des symptômes variables et récurrents, une obstruction bronchique réversible et des bronchospasmes. Les symptômes communs incluent une respiration sifflante, de la toux, une oppression thoracique et de la dyspnée. Normalement, la maladie commence à se manifester pendant l'enfance. Pourtant, facteurs génétiques héréditaires et événements environnementaux survenant au cours de la petite enfance sont responsables de sa manifestation, indiquant que le développement de la maladie est lié à des événements qui se produisent bien avant son déclenchement. L'infection respiratoire virale aiguë constitue un de ces facteurs environnementaux jouant un rôle prépondérant. Un des virus les plus communs est le virus respiratoire syncytial (VRS), qui infecte presque tous les enfants avant l'âge de 2 ans. Ce virus, s'il infecte des tout-petits, peut en effet provoquer une bronchiolite aiguë, un phénomène qui a été épidémiologiquement lié à l'apparition d'asthme plus tard dans la vie. Dans le premier chapitre de cette thèse, nous avons étudié, chez la souris, comment une infection avec le VRS influe sur l'asthme allergique. Nous avons constaté que seule l'infection des souris à l'état de nouveau-né prédispose à un asthme allergique plus sévère chez l'adulte. En effet, si des souris adultes étaient infectées, elles étaient protégées contre l'apparition des symptômes asthmatiques. Cela nous a mené à investiguer les mécanismes immunitaires spécifiques durant cette courte période du début de la vie. Deux événements se produisent en parallèle au cours de la petite enfance: (1) Le système immunitaire, qui est encore immature immédiatement après la naissance, commence à se développer pour être en mesure de jouer son rôle protecteur contre les agents infectieux. (2) Le corps, y compris les poumons, est colonisé par des bactéries commensales, qui vivent en symbiose avec leur hôte humain. Chez l'adulte, ces bactéries sont connues pour influencer notre système immunitaire, l'éduquant à générer des réponses immunitaires adéquates et efficaces. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons voulu déterminer si ces bactéries symbiotiques étaient impliquées dans l'éducation du système immunitaire du nouveau-né et quelles conséquences cela pourrait avoir sur les réponses immunitaires engendrées par ce dernier. Pour étudier l'effet de ces bactéries symbiotiques, nous avons utilisé des souris stériles, en d'autres termes des souris qui n'hébergent pas ces bactéries symbiotiques. En comparant ces souris stériles à des souris qui abritent une flore microbienne normale, nous avons constaté que les bactéries symbiotiques sont vitales pour la bonne éducation du système immunitaire du nouveau-né. Nous avons démontré que le contact direct des cellules immunitaires avec la flore microbienne dans les poumons modifie le phénotype de ces cellules immunitaires, ce qui change probablement leur réaction au cours de réponses immunitaires. Nous avons donc vérifié si l'éducation immunitaire induite par cette microflore est importante pour prévenir les maladies pulmonaires telles que l'asthme allergique, affections qui sont causées par une réaction excessive du système immunitaire envers des agents inoffensifs. En effet, nous avons observé que le processus de maturation du système immunitaire néonatal, lequel a été déclenché et façonné par la flore microbienne, est important pour éviter une réaction asthmatique exagérée chez la souris adulte. Ce phénomène est dû aux lymphocytes T régulateurs. Ces cellules, dont la présence est induite dans les poumons, ont des capacités immunosuppressives et atténuent donc les réponses immunitaires pour prévenir une inflammation excessive. En conclusion, nous avons montré dans cette thèse que la colonisation par des bactéries symbiotiques tôt dans la vie est un événement décisif pour la maturation du système immunitaire et pour prévenir le développement de l'asthme. Dans l'avenir, il serait intéressant de découvrir quelles bactéries sont présentes dans les poumons du nouveau-né et lesquelles sont directement impliquées dans ce processus de maturation immunitaire. Une prochaine étape serait alors de favoriser la présence de ces bactéries au début de la vie au moyen d'un traitement avec des agents pré- ou probiotiques, ce qui pourrait éventuellement contribuer à une prévention précoce du développement de l'asthme. -- L'asthme est une maladie chronique inflammatoire des voies respiratoires affectant près de 300 millions d'individus dans le monde. Bien que les traits caractéristiques du phénotype asthmatique s'établissent généralement pendant l'enfance, la prédisposition au développement de la maladie est intimement liée à des événements survenant durant la petite enfance, comme le sont par exemple les infections virales respiratoires aiguës. Les mécanismes par lesquels ces événements provoquent un dysfonctionnement immunitaire et, par conséquent, conduisent au développement de l'asthme n'ont pas encore été entièrement décelés. La dysbiose du microbiote des voies respiratoires a été récemment associes au phénotype asthmatique, touisTcis, la cuûoboiatioî! d un lien cause à effet entre la dysbiose microbienne et l'apparition des symptômes asthmatiques reste à être démontrée. Dans cette thèse, nous avons étudié le rôle que joue la colonisation microbienne des voies respiratoires au cours de la petite enfance dans la maturation du système immunitaire ainsi que dans la protection contre l'inflammation pulmonaire de type allergique. Nous avons de surcroît développé un modèle expérimental pour comprendre comment les infections virales respiratoires interfèrent avec ce processus. Dans la première partie de cette thèse, nous avons évalué l'effet d'infections causées par le virus respiratoire syncytial (VRS) sur le développement de l'asthme. En accord avec des études épidémiologiques, nous avons constaté qu'une infection au VRS lors de la période néonatale exacerbait les réponses pulmonaires allergiques ultérieures. Par contraste, une infection à l'âge adulte avait un effet protecteur. Nous avons ainsi démontré que l'influence d'une infection à VRS sur l'issue et la sévérité de l'asthme respiratoire était strictement dépendante de l'âge. Ces résultats nous ont conduit à émettre l'hypothèse que des différences dans le phénotype homéostatique des cellules immunitaires pourraient être responsables de ces disparités liées à l'âge. Par conséquent, dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons suivi et caractérisé le processus de maturation des cellules immunitaires dans les poumons du nouveau-né en condition d'homéostasie. Nous avons découvert que leur phénotype change de façon dynamique pendant le développement néonatal et que la colonisation par des microbes était déterminante pour la maturation des cellules immunitaires dans les poumons. Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons démontré comment le microbiote pulmonaire éduque le développement immunitaire durant la période néonatale l'orientant de manière à induire une tolérance face aux aéroallergènes. Nous avons découvert que la colonisation microbienne des voies respiratoires provoque une expression transitoire de PD-L1 sur les cellules dendritiques (CD) pulmonaires du type CD11b+ dans les deux premières semaines de la vie. Cet événement engendre par la suite la génération de lymphocytes T régulateurs (TREG) dans les poumons, lesquels sont responsables de la protection contre une réponse inflammatoire allergique exagérée chez la souris adulte. Par conséquent, nous proposons un rôle pivot de la maturation immunitaire induite par le microbiote pulmonaire dans l'établissement de la tolérance aux aéroallergènes. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse fournissent de nouveaux indices révélant comment des événements se produisant lors de la petite enfance peuvent façonner les réponses du système immunitaire dirigées contre les allergènes et soulignent le rôle central joué par le microbiote pulmonaire dans l'édification d'une réponse immunitaire équilibrée. En résumé, notre travail met en évidence le microbiote pulmonaire comme étant une cible potentielle pour la prévention de certaines maladies respiratoires. -- Asthma is a chronic inflammatory disorder of the respiratory tract and affects approximately 300 million individuals world-wide. Although the asthmatic phenotype commonly establishes during childhood, predisposition towards disease development has been linked to events in early infancy, such as severe respiratory viral infections. However, the mechanisms by which these events cause immune dysfunction and, therefore, lead to the development of asthma have yet to be fully deciphered. Dysbiosis of the airway microbiota has recently been associated with the asthmatic phenotype; however, conclusive evidence for a causal link between microbial dysbiosis in the ail ways and asthma development is still missing. In this thesis we investigated the role of early-life microbial airway colonization in immune maturation and the protection against allergic airway inflammation and established an experimental model to address how respiratory viral infections interfere in this process. In the first part of this thesis we evaluated the effect of Respiratory syncytial virus (RSV) infections on the development of asthma. In concurrence with epidemiological studies, we found that neonatal infection exacerbated subsequent allergic airway inflammation. In contrast, adult infection was protective in the same context. Thus, we could demonstrate that the influence of RSV infection on subsequent allergic airway responses was strictly age-dependent. These findings led us to the hypothesis that differences in the homeostatic phenotype of immune cells could be responsible for the age-related disparities seen within the context of RSV. Therefore, in a second part of this thesis, we followed the process of homeostatic immune cell maturation in the neonatal lung. Immune cell phenotypes changed dynamically during neonatal development. We discovered that the colonization with microbes was central to the maturation of immune cells in the lung. In the last part of this thesis, we demonstrated how microbiota-driven immune development during the neonatal period induces tolerance against aeroallergens. We discovered that microbial colonization led to a transient programmed death-ligand (PD-L) 1 expression on CD11b+ pulmonary dendritic cells (DCs) during the first two weeks of life. This in turn induced regulatory T (TREG) cells in the lung, which were responsible for the protection against exaggerated allergic airway inflammation in adult mice. Thus, we propose a key role for microbiota-driven immune maturation in the establishment of tolerance towards aeroallergens. In conclusion, the results presented in this thesis provide new insights into how early-life events shape pulmonary immune responses towards allergens and suggest the airway microbiota as a key player in establishing a balanced immune response. Overall, our work highlights the airway microbiota as potential target for disease prevention.

Influence of PTPN2 and pre-existing immunity on the generation of effector and memory CD8 T cells

Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection envers les maladies infectieuses. Au cours d'une réponse à une infection primaire, des cellules B et des cellules T spécifiques, dirigées contre le pathogène en question, sont générées et certaines d'entre elles deviennent des cellules dites mémoires. Leur fonction est de nous protéger contre une nouvelle infection avec le même pathogène, une infection secondaire. Dans certaines situations, comme c'est par exemple le cas avec la grippe, les pathogènes ne sont pas toujours complètement identiques et les cellules mémoires ne sont pas à même d'assurer leur rôle protecteur et d'empêcher une réinfection. Pourtant, on ne sait à l'heure actuelle que très peu comment une immunité acquise, mais non protectrice, influence le développement d'une réponse immunitaire ultérieure. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié comment les cellules T mémoires cytotoxiques altèrent la réponse de cellules T cytotoxiques nouvellement induites. Au cours d'une réaction immunitaire dirigée contre une infection primaire, un vaste répertoire de lymphocytes T est créé, constitué de cellules T possédant divers degrés d'affinité pour le pathogène. Lors d'une infection secondaire, seules les cellules T ayant une forte affinité pour le pathogène participent à la réponse. Nous avons pu démontrer que ce phénomène de restriction du répertoire des cellules T est principalement causé par les cellules T mémoires qui sont à même de reconnaître un antigène pathogénique présent dans les deux infections. Dans un deuxième projet, nous avons étudié comment l'absence de PTPN2 influence la réponse des cellules T. Chez l'homme, une mutation dans le gène de PTPN2 est associée à des maladies auto-immunes et résulte en une activité réduite de cette phosphatase dans les lymphocytes T. Nous avons montré que la baisse d'activité de la phosphatase PTNP2 conduit à une meilleure expansion des cellules T ayant une qualité comparable à des cellules T auto-antigène spécifiques. De plus, nous avons observé que la survie de ces cellules T effectues ayant une phosphatase diminuée est nettement améliorée. Cela peut conduire à une réponse immunitaire plus efficace ou, éventuellement, à une pathologie auto-immune plus grave. En outre, nos résultats montrent qu'en manipulant l'activité de cette phosphatase, il est possible d'augmenter l'efficacité du transfert des cellules T dans un hôte receveur. Un tel transfert de cellules T est pratiqué chez des patients atteints de tumeurs. Nos travaux suggèrent que la manipulation de la phosphatase PTPN2 pourrait donc représenter une approche thérapeutique novatrice et prometteuse. -- Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection contre les maladies. Les cellules T CD8+ ont une importance primordiale pour le contrôle d'infections primaires causées par des virus ou bactéries, mais également contre certaines tumeurs. Par conséquent, mieux comprendre les exigences nécessaires à l'induction de bonnes réponses des cellules T CD8 pourrait nous permettre de construire des vaccins contre les pathogènes contre lesquels nous n'avons pour l'instant pas de vaccins mais aussi d'améliorer les réactions immunitaires dirigées anti-tumorales. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'influence qu'une immunité préexistante a sur la réponse des cellules T CD8. Nous sommes souvent exposés à des pathogènes qui sont similaires mais pas identiques à ceux que nous avons rencontrés auparavant. De telles infections hétérologues ne sont pas l'objet de beaucoup d'études et certains exemples indiquent même qu'une immunité préexistante partielle peut mener à une aggravation de la maladie. Nous avons étudié le répertoire des lymphocytes T CD8 qui sont générés lors d'une rencontre avec un nouvel antigène, et ce en comparant infection primaire et secondaire. En utilisant le modèle expérimental d'infections à Listeria monocytogenes, nous avons pu montrer que lors d'une infection primaire, un répertoire diversifié comprenant des cellules T CD8 de forte et faible affinité est constitué. Au contraire, dans le cas d'une infection secondaire, le répertoire des cellules T est fortement limité et seulement les lymphocytes T de forte affinité sont impliqués dans la réponse immunitaire. Nous avons pu démontrer que ces Rangements sont provoqués par des cellules T CD8 mémoires capables de reconnaître un antigène présent dans les deux infections. Cette augmentation du seuil d'activation des cellules effectrices est majoritairement causée par les lymphocytes T CD8 mémoires non transférables. Ces observations indiquent que les vaccins visant à induire des cellules T anti-tumorales de faible affinité seraient inefficaces si le vaccin contient des épitopes contre lesquels il existe une mémoire immunologique. Les réponses immunitaires conduites par les cellules T contre les antigènes tumoraux dépendent des cellules T CD8 de faible réactivité contre les antigènes tumoraux puisque les cellules à forte réactivité sont éliminées par les mécanismes de tolérance. Nous basant sur l'existence dans la littérature de preuves indiquant que PTPN2 influence la réponse des cellules T de faible affinité, nous nous sommes intéressés à comprendre comment PTPN2 impacte les réponses des cellules T CD8 en général. Nous avons remarqué que des cellules T CD8 déficientes en PTPN2 exhibent une meilleure capacité à proliférer suite à une faible ou courte stimulation du récepteur des lymphocytes T. La phase effectrice est prolongée et la contraction retardée résultant ainsi à globalement plus de cellules effectrices. Ce phénomène est également accompagné d'une meilleure survie des cellules effectrices de différentiation terminale. Une fois transférées dans un nouvel hôte receveur, les cellules effectrices terminales KLRG1+CD127- déficientes en phosphatase PTPN2 peuvent survivre et se transformer en cellules mémoires CD127+ fonctionnelles. De façon inattendue, nous avons découvert que l'élimination de PTPN2 améliore l'efficacité du transfert et la formation des cellules mémoires ainsi que leur capacité protectrice. Manipuler l'activité de cette phosphatase apparaît donc comme une approche intéressante et prometteuse pour la thérapie cellulaire par transfert adoptif de lymphocytes T. Nos observations montrent que la manipulation d'un facteur intrinsèque, l'absence de PTPN2, peut, dans certaines circonstances, améliorer la réponse des cellules T. Une meilleure connaissance des mécanismes contrôlant la réponse des lymphocytes T CD8 pourrait donc permettre la manipulation de ces derniers et conduire à des réponses immunitaires plus vigoureuses. Si ces réponses sont déclenchées par l'utilisation de vaccins, il est nécessaire de considérer l'historique d'une exposition préalable à des agents pathogènes ou à des vaccins puisque celle-ci peut, comme nous l'avons démontré, influencer le répertoire des cellules T recrutées dans la réponse immunitaire et, par conséquent, modifier l'aptitude de notre système immunitaire à faire face à une infection. -- Our immune system plays an important role in the protection from disease. CD8 T cells are critical for the control of primary infections with most viruses and certain bacteria as well as against some tumors. Therefore, better knowledge of CD8 T cell responses might enable us to generate vaccines against pathogens for which currently no vaccines are available or to improve anti-tumor immune responses. In the first part of this thesis we addressed the issue how previously acquired immunity impacts on the response of CD8 T cells. We are often exposed to pathogens that are related but not identical to the previously encountered ones. Such heterologous infections are not well studied and there are some indications that partial pre-existing immunity may in some cases even lead to an enhancement of disease. We specifically studied the T cell repertoire of CD8 T cells that are responding to a newly encountered antigen in secondary compared to primary infections. Using the experimental model of Listeria monocytogenes infections, we showed that in primary infections a wide repertoire including high and low affinity CD8 T cells is recruited into the immune response. In contrast to this, in secondary infections, the T cell repertoire is severely restricted and only T cells of high affinity are responding. We were able to pinpoint this difference to the presence of memory CD8 T cells that recognize an antigen that is shared between the two subsequent infections. This increase in the activation threshold was most effectively mediated via non-transferable memory CD8 T cells. This would argue that vaccines targeting low affinity tumor-specific T cells would fail if the vaccine contains previously encountered CD8 T cell epitopes. T cell mediated immune responses to tumor antigen rely often on T cells which weakly react to tumor antigen as high affinity T cells are eliminated by tolerance mechanisms. Following indication in the literature that PTPN2 impacts on the response of such weakly antigen-reactive T cells, we investigated how PTPN2 impacts in general the response of CD8 T cells. We observed that CD8 T cells lacking PTPN2 show an enhanced expansion following weak or short-term T cell receptor stimulation. The effector phase is prolonged and contraction delayed thus resulting in overall more effector cells. This is accompanied by a better survival of terminal effector cells. When transferred into new recipients, KLRG1+CD127- terminal effector cells lacking PTPN2 can survive and convert into CD127+ functional memory cells. Surprisingly, we discovered that elimination of PTPN2 enhances the transfer efficacy and formation of memory cells as well as the protective capacity. Targeting PTPN2 might thus be a promising approach for adoptive T cell therapy. Our observations show how the manipulation of an intrinsic factor, the absence of PTPN2, can enhance T cell responses under certain circumstances. A better understanding of underlying mechanisms for the control of CDS T cell responses might enable the manipulation of these and allow for more powerful responses. If these responses are induced through vaccines it is imperative that the previous history of exposure to pathogens or vaccines is considered as it can, as we have shown in this thesis, influence the recruited T cell repertoire and thus possibly the ability to handle the infection.

Investigation of CCL18 and A1AT as potential urinary biomarkers for bladder cancer detection

BACKGROUND: In this study, we further investigated the association of two biomarkers, CCL18 and A1AT, with bladder cancer (BCa) and evaluated the influence of potentially confounding factors in an experimental model. METHODS: In a cohort of 308 subjects (102 with BCa), urinary concentrations of CCL18 and A1AT were assessed by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). In an experimental model, benign or cancerous cells, in addition to blood, were added to urines from healthy controls and analyzed by ELISA. Lastly, immunohistochemical staining for CCL18 and A1AT in human bladder tumors was performed. RESULTS: Median urinary protein concentrations of CCL18 (52.84 pg/ml vs. 11.13 pg/ml, p < 0.0001) and A1AT (606.4 ng/ml vs. 120.0 ng/ml, p < 0.0001) were significantly elevated in BCa subjects compared to controls. Furthermore, the addition of whole blood to pooled normal urine resulted in a significant increase in both CCL18 and A1AT. IHC staining of bladder tumors revealed CCL18 immunoreactivity in inflammatory cells only, and there was no significant increase in these immunoreactive cells within benign and cancerous tissue and no association with BCa grade nor stage was noted. A1AT immunoreactivity was observed in the cytoplasm of epithelia cells and intensity of immunostaining increased with tumor grade, but not tumor stage. CONCLUSIONS: Further development of A1AT as a diagnostic biomarker for BCa is warranted.

Role of Membrane Transporters, P-Glycoprotein and Mrp1, in The Placental Transfer of Drugs With Special Reference to Saquinavir and Quetiapine

Drug transporting membrane proteins are expressed in various human tissues and blood-tissue barriers, regulating the transfer of drugs, toxins and endogenous compounds into or out of the cells. Various in vitro and animal experiments suggest that P-glycoprotein (P-gp) forms a functional barrier between maternal and fetal blood circulation in the placenta thereby protecting the fetus from exposure to xenobiotics during pregnancy. The multidrug resistance-associated protein 1 (MRP1) is a relatively less studied transporter protein in the human placenta. The aim of this study series was to study the role of placental transporters, apical P-gp and basal MRP1, using saquinavir as a probe drug, and to study transfer of quetiapine and the role of P-gp in its transfer in the dually perfused human placenta/cotyledon. Furthermore, two ABCB1 (encoding P-gp) polymorphisms (c.3435C>T, p.Ile1145Ile and c.2677G>T/A, p.Ala893Ser/Thr) were studied to determine their impact on P-gp protein expression level and on the transfer of the study drugs. Also, the influence of the P-gp protein expression level on the transfer of the study drugs was addressed. Because P-gp and MRP1 are ATP-dependent drug-efflux pumps, it was studied whether exogenous ATP is needed for the function of ATP-dependent transporter in the present experimental model. The present results indicated that the addition of exogenous ATP was not necessary for transporter function in the perfused human placental cotyledon. Saquinavir and quetiapine were both found to cross the human placenta; transplacental transfer (TPTAUC %) for saquinavir was <0.5% and for quetiapine 3.7%. Pharmacologic blocking of P-gp led to disruption of the blood-placental barrier (BPB) and increased the placental transfer of P-gp substrate, saquinavir, into the fetal circulation by 6- to 8-fold. In reversed perfusions P-gp, MRP1 and possibly OATP2B1 had a negligible role in the fetal-to-maternal transfer of saquinavir. The TPTAUC % of saquinavir was about 100-fold greater from the fetal side to the maternal side compared with the maternal-to-fetal transfer. P-gp activity is not likely to modify the placental transfer of quetiapine. Higher P-gp protein expression levels were associated with the variant allele 3435T, but no correlation was found between the TPTAUC % of saquinavir and placental P-gp protein expression. The present results indicate that P-gp activity drastically affects the fetal exposure to saquinavir, and suggest that pharmacological blockade of the P-gp activity during pregnancy may pose an increased risk for adverse fetal outcome. The blockade of P-gp activity could be used in purpose to obtain higher drug concentration to the fetal side, for example, in prevention (to decrease virus transfer to fetal side) or in treating sick fetus.

System-wide approaches to uncover Th2 cell lineage commitment

T helper (Th) cells are vital regulators of the adaptive immune system. When activated by presentation of cognate antigen, Th cells demonstrate capacity to differentiate into functionally distinct effector cell subsets. The Th2 subset is required for protection against extracellular parasites, such as helminths, but is also closely linked to pathogenesis of asthma and allergies. The intracellular molecular signal transduction pathways regulating T helper cell subset differentiation are still incompletely known. Moreover, great majority of studies regarding Th2 differentiation have been conducted with mice models, while studies with human cells have been fewer in comparison. The goal of this thesis was to characterize molecular mechanisms promoting the development of Th2 phenotype, focusing specifically on human umbilical cord blood T cells as an experimental model. These primary cells, activated and differentiated to Th2 cells in vitro, were investigated by complementary system-wide approaches, targeting levels of mRNA, proteins, and lipid molecules. Specifically, the results indicated IL4-regulated recruitment of nuclear protein, and described novel components of the Th2-promoting STAT6 enhanceosome complex. Furthermore, the development of the activated effector cell phenotype was found to correlate with remodeling of the cellular lipidome. These findings will hopefully advance the understanding of human Th2 cell lineage commitment and development of Th2-associated disease states.

Loss of Ovarian Function Results in Increased Loss of Skeletal Muscle in Arthritic Rats

Objective We studied the effects of loss of ovarian function (ovariectomy) onmuscle mass of gastrocnemius and themRNA levels of IGF-1, atrogin-1, MuRF-1, andmyostatin in an experimental model of rheumatoid arthritis in rats. Methods We randomly allocated 24 female Wistar rats (9 weeks, 195.3±17.4 grams) into four groups: control (CT-Sham; n = 6); rheumatoid arthritis (RA; n = 6); ovariectomy without rheumatoid arthritis (OV; n = 6); ovariectomy with rheumatoid arthritis (RAOV; n = 6). We performed the ovariectomy (OV and RAOV) or Sham (CTSham or RA) procedures at the same time, fifteen days before the rheumatoid arthritis induction. The RA and RAOV groups were immunized and then were injected with Met- BSA in the tibiotarsal joint. After 15 days of intra-articular injections the animals were euthanized. We evaluated the external manifestations of rheumatoid arthritis (perimeter joint) as well as animal weight, and food intake throughout the study. We also analyzed the cross-sectional areas (CSA) of gastrocnemius muscle fibers in 200 fibers (H&E method). In the gastrocnemius muscle, we analyzed mRNA expression by quantitative real time PCR followed by the Livak method (ΔΔCT). Results The rheumatoid arthritis induced reduction in CSA of gastrocnemius muscle fibers. The RAOV group showed a lower CSA of gastrocnemius muscle fibers compared to RA and CT-Sham groups. Skeletal muscle IGF-1 mRNA increased in arthritics and ovariectomized rats. The increased IGF-1 mRNA was higher in OV groups than in the RA and RAOV groups. Antrogin-1 mRNA also increased in the gastrocnemius muscle of arthritic and ovariectomized rats. However, the increased atrogin-1 mRNA was higher in RAOV groups than in the RA and OV groups. Gastrocnemius muscle MuRF-1 mRNA increased in the OVand RAOVgroups, but not in the RA and Shamgroups. However, the RAOV group showed higher MuRF-1 mRNA than the OV group. The myostatin gene expression was similar in all groups. Conclusion Loss of ovarian function results in increased loss of skeletal musclerelated ubiquitin ligases atrogin-1 and MuRF-1 in arthritic rats.

Immunohistochemical detection of Tritrichomonas foetus in experimentally infected mice

The need to intensify knowledge of the pathogenesis of bovine genital trichomoniasis (BGT) led to the use of alternative animal models such as the mouse. Nevertheless, it is necessary to elucidate the dynamics of the infection in this animal species, evaluating different stages of the colonization and evolution of the pathological alterations. The immunohistochemistry (IHC) offers advantages over the routine histopathological staining techniques for the detection of the protozoan in tissues, cellular detritus and inside the macrophages. The goal of the present study was to demonstrate the presence of Tritrichomonas foetus in the reproductive tract of infected mice using an IHC technique. Female BALB/c mice were infected with a suspension of T. foetus by intravaginal route, in the estrum phase, detected by exfoliative vaginal cytology. After 10 weeks, the animals were sacrificed; uterus and vagina were fixed and histologically processed. Some slides were stained with HE. The rest of the slides were processed for IHC. An immunoadsorbed polyclonal serum against T. foetus was used. The avidine-biotine technique (HistoMouse, Zymed™) was employed. The histopathological studies showed a dilation of the uterine glands, presence of macrophages in the lumen of the organ and inner part of the endometrial glands. No T. foetus was identified using this method. The IHQ allowed additionally the identification of the protozoan in the endometrium, endometrial glands, uterine lumen and inside neutrophils and macrophages. The cytological studies stained with IHC showed either isolated T. foetus adhered to epithelial cells or inside macrophages. This technique proves to be a useful tool for the study of the pathogenesis of bovine genital trichomoniasis (BGT) in an experimental model.

Clinical characterization of chronic chagasic cardiomyopathy in dogs

On the American continent, almost 15 million people are affected by Chagas disease, resulting in important economic and social damages. Dogs are considered to be an excellent experimental model to study Chagas' disease; as a result, in this research, the characterization of cardiovascular abnormalities was performed in dogs experimentally infected with Trypanosoma cruzi (the Colombian strain) that were at chronic stage. Thirteen adult female dogs were evaluated by electrocardiographic, echocardiographic, hematological and biochemical analyses in the chronic phase. For the electrocardiographic studies, respiratory sinus arrhythmia was the predominant rhythm during the entire research period (49.55% to 67%), with a low prevalence of right bundle branch block (0-13%) and first-degree atrioventricular block (0-14%). The spectral Doppler echocardio-graphy showed E and A mitral wave reversal (0.71±0.17), confirming the diastolic dysfunction present in all dogs. An increase in the enzymes activities was detected in the serum analysis, indicating myocardial injury by the infection. Six dogs died during the follow-up. In this way, the clinical characterization of experimentally infected dogs, as described here, increases the knowledge and allows for recognition of the behavioural modifications present in Chagas' disease in affected dogs.

Ultrastructural characterization of bovine umbilical cord blood cells

The umbilical cord blood (UCB) is an important source of pluripotent stem cells, which motivated researches on ontogeny and transplantation. The morphological characterization of umbilical cord cells is the first step to establish subsequent experiments on these areas. Although some information on humans can be found, no data on UCB is available for bovines. Therefore, this work is the first attempt to conduct an ultrastructural characterization of bovine umbilical cord blood. Blood was collected from the umbilical cord of twenty fetuses by punction of the umbilical vein. Samples were processed for whole leucocytes observation by centrifugation and the buffy coat was collected. Cells were washed and pelleted and prepared according to the standard protocol of the transmission electron microscopy. The presence of cells with morphologic characteristics compatible with the precursors from the erythrocytic, neutrophilic, eosinophilic, basophilic, and lymphocytic lineages was observed. Atypical cells with peculiar morphological features, strongly similar to apoptotic cells, were seen. Bovine neutrophils with three types of cytoplasmic granules were also found in the blood. The ultrastructural characteristics of observed bovine UCB cells where similar to those found in other species, suggesting that bovines could possibly constitute an experimental model for approaches on UCB cells research.