Generation of reconstituted human plasma-derived secretory-like IgA and IgM and their protective effect on intestinal epithelium

Les muqueuses sont les membranes tapissant les cavités du corps, tel que le tube digestif, et sont en contact direct avec l'environnement extérieur. Ces surfaces subissent de nombreuses agressions pouvant être provoquées par des agents pathogènes (bactéries, toxines ou virus). Cela étant, les muqueuses sont munies de divers mécanismes de protection dont notamment deux protéines-clés permettant de neutraliser les agents pathogènes : les anticorps ou immunoglobulines sécrétoires A (SIgA) et M (SIgM). Ces anticorps sont, d'une part, fabriqués au niveau de la muqueuse sous forme d'IgA et IgM. Lorsqu'ils sont sécrétés dans l'intestin, ils se lient à une protéine appelée pièce sécrétoire et deviennent ainsi SIgA et SïgM. La présence de la pièce sécrétoire est essentielle pour que les anticorps puissent fonctionner au niveau de la muqueuse. D'autre part, ces anticorps sont également fabriqués dans d'autres parties du corps en général et se retrouvent dans le sang sous forme d'IgA et IgM Chez l'homme, des thérapies basées sur l'injection d'anticorps donnent de bons résultats depuis de nombreuses années notamment dans le traitement des infections. Bien qu'un certain nombre d'études ont montré le rôle protecteur des anticorps de type IgA et IgM, ceux-ci ne sont que rarement utilisés dans les thérapies actuelles. La principale raison de cette faible utilisation réside dans la production ou la purification des IgA/IgM ou SIgA/SIgM (la forme active au niveau des muqueuses) qui est difficile à réaliser à large échelle. Ainsi, le but de la thèse était (1) d'étudier la possibilité d'employer des IgA et des IgM provenant du sang humain pour générer des SIgA et SIgM et (2) de voir si ces anticorps reconstitués pouvaient neutraliser certains agents pathogènes au niveau des muqueuses. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et des IgM issues du sang a été effectuée. Nous avons observé que ces anticorps avaient des caractéristiques similaires aux anticorps naturellement présents au niveau des muqueuses. De plus, nous avons confirmé que ces anticorps pouvaient être associés à une pièce sécrétoire produite en laboratoire pour ainsi donner des SIgA et SIgM reconstituées. Ensuite, la fonctionnalité des anticorps reconstitués a été testée grâce à un modèle de couche unique de cellules intestinales différenciées (monocouches) en laboratoire imitant la paroi de l'intestin. Ces monocouches ont été infectées par une bactérie pathogène, Shigella flexneri, responsable de la shigellose, une maladie qui provoque des diarrhées sanglantes chez l'homme. L'infection des monocouches par les bactéries seules ou combinées aux SIgA et SIgM reconstituées a été analysée. Nous avons observé que les dommages des cellules étaient moins importants lorsque les SIgA étaient présentes. Il apparaît que les SIgA neutralisent les bactéries en se fixant dessus, ce qui provoque leur agrégation, et diminuent l'inflammation des cellules. La protection s'est montrée encore plus efficace avec les SIgM. De plus, nous avons vu que les SIgA et SIgM pouvaient diminuer la sécrétion de facteurs nocifs produits par les bactéries. Utilisant le même modèle des monocouches, la fonctionnalité des IgA issues du sang humain a aussi été testée contre une toxine sécrétée par une bactérie appelée Clostridium diffìcile. Cette bactérie peut être présente naturellement dans l'intestin de personnes saines, cependant elle peut devenir pathogène dans certaines conditions et être à l'origine de diarrhées et d'inflammations de l'intestin via la sécrétion de toxines. Des préparations d'anticorps contenant une certaine proportion de SIgA reconstituées ont amené à une diminution des dommages et de l'inflammation des monocouches causés par la toxine. L'ensemble de ces résultats prometteurs, montrant que des SIgA et SIgM reconstituées peuvent protéger la paroi de l'intestin des infections bactériennes, nous conduisent à approfondir la recherche sur ces anticorps dans des modèles animaux. L'aboutissement de ce type de recherche permettrait de tester, par la suite, l'efficacité sur l'homme de traitements des infections des muqueuses par injection d'anticorps de type SIgA et SIgM reconstituées. Les muqueuses, telle que la muqueuse gastrointestinale, sont des surfaces constamment exposées à l'environnement et leur protection est garantie par une combinaison de barrières mécaniques, physicochimiques et immunologiques. Parmi les divers mécanismes de protection immunologiques, la réponse humorale spécifique joue un rôle prépondérant et est assurée par les immunoglobulines sécrétoires de type A (SIgA) et M (SIgM). Les thérapies basées sur l'administration d'IgG apportent d'importants bénéfices dans le domaine de la santé. Bien que des études sur les animaux aient montré que l'administration par voie muqueuse d'IgA polymérique (plgA) ou SIgA pouvaient protéger des infections, des IgA/SIgA n'ont été utilisées qu'occasionnellement dans les thérapies. De plus, des études précliniques et cliniques ont démontré que l'administration par voie systémique de préparations enrichies en IgM pouvait aussi protéger des infections. Cependant, l'administration par voie muqueuse d'IgM/SIgM purifiées n'a pas été examinée jusqu'à présent. La principale raison est que la purification ou là production des IgA/SIgA et IgM/SIgM est difficile à réaliser à large échelle. Le but de ce travail de thèse était d'examiner la possibilité d'associer des IgA et IgM polyclonals purifiées à partir du plasma humain avec une pièce sécrétoire recombinante humaine afin de générer des SIgA et SIgM reconstituées fonctionnelles. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et IgM issues du plasma humain a été effectuée par buvardage de western et Chromatographie. Ces molécules avaient des caractéristiques biochimiques similaires à celles des immunoglobulines issues de la muqueuse. L'association entre plgA ou IgM issues du plasma humain et la pièce sécrétoire recombinante humaine a été confirmée, ainsi que la stoechiométrie 1:1 de l'association. Comme dans les conditions physiologiques, cette association permettait de retarder la dégradation des SIgA et SIgM reconstituées exposées à des protéases intestinales. Ensuite, la fonctionnalité et le mode d'action des IgA et IgM issues du plasma humain, ainsi que des SIgA et SIgM reconstituées, ont été explorés grâce à un modèle in vitro de monocouches de cellules intestinales épithéliales polarisées de type Caco-2, qui imite l'épithélium intestinal. Les monocouches ont été infectées par un pathogène entérique, Shigella flexneri, seul ou combiné aux immunoglobulines issues du plasma humain ou aux immunoglobulines sécrétoires reconstituées. Bien que les dommages des monocouches aient été retardés par les plgA et SIgA reconstituées, les IgM et SIgM reconstituées se sont montrées supérieures dans le maintien de l'intégrité des cellules. Une agrégation bactérienne et une diminution de l'inflammation des monocouches ont été observées avec les plgA et SIgA reconstituées. Ces effets étaient augmentés avec les IgM et SIgM reconstituées. De plus, il s'est révélé que les deux types d'immunoglobulines de type sécrétoire reconstituées agissaient directement sur la virulence des bactéries en réduisant leur sécrétion de facteurs de virulence. La fonctionnalité des IgA issues du plasma humain a aussi été testée contre la toxine A de Clostridium difficile grâce au même modèle de monocouches de cellules épithéliales. Nous avons démontré que des préparations enrichies en IgA provenant du plasma humain pouvaient diminuer les dommages et l'inflammation des monocouches induits par la toxine. L'ensemble de ces résultats démontrent que des IgA et IgM de type sécrétoire peuvent être générées à partir d'IgA et IgM issues du plasma humain en les associant à la pièce sécrétoire et que ces molécules protègent l'épithélium intestinal contre des bactéries pathogènes. Ces molécules pourraient dès lors être testées dans des modèles in vivo. Le but final serait de les utiliser chez l'homme à des fins d'immunisation passive dans le traitement de pathologies associées à la muqueuse telles que les infections. - Mucosal surfaces, such as gastrointestinal mucosa, are constantly exposed to the external environment and their protection is ensured by a combination of mechanical, physicochemical and immunological barriers. Among the various immunological defense mechanisms, specific humoral mucosal response plays a crucial role and is mediated by secretory immunoglobulins A (SIgA) and M (SIgM). Immunoglobulin therapy based on the administration of IgG molecules leads important health benefits. Even though animal studies have shown that mucosal application of polymeric IgA (plgA) or SIgA provided protection against infections, IgA/SIgA have been only used occasionally for therapeutic application. Moreover, preclinical and clinical studies have demonstrated that systemic administration of IgM-enriched preparations could also afford protection against infections. Nevertheless, mucosal application of purified IgM/SIgM has not been examined. The main reason is that the purification or production of IgA/SIgA and IgM/SIgM at large scale is difficult to achieve. The aim of this PhD project was to examine the possibility to associate polyclonal human plasma-derived IgA and IgM with recombinant human secretory component (SC) to generate functional secretoiy-like IgA and IgM. First, biochemical analysis of human plasma IgA and IgM was performed by western blotting and chromatography. These molecules exhibited the same biochemical features as mucosa-derived antibodies (Abs). The association between human plasma plgA or IgM and recombinant human SC was confirmed, as well as the 1:1 stoichiometry of association. Similarly to physiological conditions, this association delayed the degradation of secretory-like IgA or IgM by intestinal proteases. Secondly, the function activity and the mode of action of human plasma IgA and IgM, as well as secretory-like IgA and IgM were explored using an in vitro model of polarized intestinal epithelial Caco-2 cell monolayers mimicking intestinal epithelium. Cell monolayers were infected with an enteropathogen, Shigella flexneri, alone or in combination to plasma Abs or secretory-like Abs. Even though plasma plgA and secretoiy-like IgA resulted in a delay of bacteria-induced damages of cell monolayers, plasma IgM and secretory-like IgM were shown to be superior in maintenance of cell integrity. Polymeric IgA and secretory-like IgA induced bacterial aggregation and decreased cell monolayer inflammation, effects further amplified with IgM and secretory-like IgM. In addition, both secretory-like Abs directly impacted on bacterial virulence leading to a reduction in secretion of virulence factors by bacteria. The functionality of human plasma IgA was also tested against Clostridium difficile toxin A using Caco-2 cell monolayers. Human plasma IgA- enriched preparations led to a diminution of cell monolayer damages and a decrease of cellular inflammation induced by the toxin. The sum of these results demonstrates that secretory-like IgA and IgM can be generated from purified human plasma IgA and IgM associated to SC and that these molecules are functional to protect intestinal epithelium from bacterial infections. These molecules could be now tested using in vivo models. The final goal would be to use them by passive immunization in the treatment of mucosa-associated pathologies like infections in humans.

Automatic low baseline stereo in urban areas

In this work we propose a new automatic methodology for computing accurate digital elevation models (DEMs) in urban environments from low baseline stereo pairs that shall be available in the future from a new kind of earth observation satellite. This setting makes both views of the scene similarly, thus avoiding occlusions and illumination changes, which are the main disadvantages of the commonly accepted large-baseline configuration. There still remain two crucial technological challenges: (i) precisely estimating DEMs with strong discontinuities and (ii) providing a statistically proven result, automatically. The first one is solved here by a piecewise affine representation that is well adapted to man-made landscapes, whereas the application of computational Gestalt theory introduces reliability and automation. In fact this theory allows us to reduce the number of parameters to be adjusted, and tocontrol the number of false detections. This leads to the selection of a suitable segmentation into affine regions (whenever possible) by a novel and completely automatic perceptual grouping method. It also allows us to discriminate e.g. vegetation-dominated regions, where such an affine model does not apply anda more classical correlation technique should be preferred. In addition we propose here an extension of the classical ”quantized” Gestalt theory to continuous measurements, thus combining its reliability with the precision of variational robust estimation and fine interpolation methods that are necessary in the low baseline case. Such an extension is very general and will be useful for many other applications as well.

Platform for Automatic, Normalized Annotation and Cost-Effective Acquisition of Language Resources for Human Language Technologies: PANACEA

El objetivo de PANACEA es engranar diferentes herramientas avanzadas para construir una fábrica de Recursos Lingüísticos (RL), una línea de producción que automatice los pasos implicados en la adquisición, producción, actualización y mantenimiento de los RL que la Traducción Automática y otras tecnologías lingüísticas, necesitan.

Generation of Simulated Daily Precipitation and Air and Soil Temperatures, January 2000

This paper describes a maximum likelihood method using historical weather data to estimate a parametric model of daily precipitation and maximum and minimum air temperatures. Parameter estimates are reported for Brookings, SD, and Boone, IA, to illustrate the procedure. The use of this parametric model to generate stochastic time series of daily weather is then summarized. A soil temperature model is described that determines daily average, maximum, and minimum soil temperatures based on air temperatures and precipitation, following a lagged process due to soil heat storage and other factors.

Incorporating features of distribution and progression for automatic Makam classification

Automatic classification of makams from symbolic data is a rarely studied topic. In this paper, first a review of an n-gram based approach is presented using various representations of the symbolic data. While a high degree of precision can be obtained, confusion happens mainly for makams using (almost) the same scale and pitch hierarchy but differ in overall melodic progression, seyir. To further improve the system, first n-gram based classification is tested for various sections of the piece to take into account a feature of the seyir that melodic progression starts in a certain region of the scale. In a second test, a hierarchical classification structure is designed which uses n-grams and seyir features in different levels to further improve the system.

PANACEA (Platform for Automatic, Normalised Annotation and Cost-Effective Acquisition of Language Resources for Human Language Technologies)

The objective of PANACEA is to build a factory of LRs that automates the stages involved in the acquisition, production, updating and maintenance of LRs required by MT systems and by other applications based on language technologies, and simplifies eventual issues regarding intellectual property rights. This automation will cut down the cost, time and human effort significantly. These reductions of costs and time are the only way to guarantee the continuous supply of LRs that MT and other language technologies will be demanding in the multilingual Europe.

Towards the automatic merging of language resources

Language Resources are a critical component for Natural Language Processing applications. Throughout the years many resources were manually created for the same task, but with different granularity and coverage information. To create richer resources for a broad range of potential reuses, nformation from all resources has to be joined into one. The hight cost of comparing and merging different resources by hand has been a bottleneck for merging existing resources. With the objective of reducing human intervention, we present a new method for automating merging resources. We have addressed the merging of two verbs subcategorization frame (SCF) lexica for Spanish. The results achieved, a new lexicon with enriched information and conflicting information signalled, reinforce our idea that this approach can be applied for other task of NLP.

Towards the Fully Automatic Merging of Lexical Resources: A Step Forward

This article reports on the results of the research done towards the fully automatically merging of lexical resources. Our main goal is to show the generality of the proposed approach, which have been previously applied to merge Spanish Subcategorization Frames lexica. In this work we extend and apply the same technique to perform the merging of morphosyntactic lexica encoded in LMF. The experiments showed that the technique is general enough to obtain good results in these two different tasks which is an important step towards performing the merging of lexical resources fully automatically.

Automatic Lexical Semantic Classification of Nouns

The work we present here addresses cue-based noun classification in English and Spanish. Its main objective is to automatically acquire lexical semantic information by classifying nouns into previously known noun lexical classes. This is achieved by using particular aspects of linguistic contexts as cues that identify a specific lexical class. Here we concentrate on the task of identifying such cues and the theoretical background that allows for an assessment of the complexity of the task. The results show that, despite of the a-priori complexity of the task, cue-based classification is a useful tool in the automatic acquisition of lexical semantic classes.

Automatic Extraction of Polar Adjectives for the Creation of Polarity Lexicons

Automatic creation of polarity lexicons is a crucial issue to be solved in order to reduce time andefforts in the first steps of Sentiment Analysis. In this paper we present a methodology based onlinguistic cues that allows us to automatically discover, extract and label subjective adjectivesthat should be collected in a domain-based polarity lexicon. For this purpose, we designed abootstrapping algorithm that, from a small set of seed polar adjectives, is capable to iterativelyidentify, extract and annotate positive and negative adjectives. Additionally, the methodautomatically creates lists of highly subjective elements that change their prior polarity evenwithin the same domain. The algorithm proposed reached a precision of 97.5% for positiveadjectives and 71.4% for negative ones in the semantic orientation identification task.

Towards the Automatic Merging of Lexical Resources: Automatic Mapping

Lexical Resources are a critical component for Natural Language Processing applications. However, the high cost of comparing and merging different resources has been a bottleneck to have richer resources with a broad range of potential uses for a significant number of languages.With the objective of reducing cost byeliminating human intervention, we present a new method for automating the merging of resources,with special emphasis in what we call the mapping step. This mapping step, which converts the resources into a common format that allows latter the merging, is usually performed with huge manual effort and thus makes the whole process very costly. Thus, we propose a method to perform this mapping fully automatically. To test our method, we have addressed the merging of two verb subcategorization frame lexica for Spanish, The resultsachieved, that almost replicate human work, demonstrate the feasibility of the approach.

Automatic Detection of Non-deverbal Event Nouns for Quick Lexicon Production

In this work we present the results of experimental work on the development of lexical class-based lexica by automatic means. Our purpose is to assess the use of linguistic lexical-class based information as a feature selection methodology for the use of classifiers in quick lexical development. The results show that the approach can help reduce the human effort required in the development of language resources significantly.

A Method Towards the Fully Automatic Merging of Lexical Resources

Lexical Resources are a critical component for Natural Language Processing applications. However, the high cost of comparing and merging different resources has been a bottleneck to obtain richer resources and a broader range of potential uses for a significant number of languages. With the objective of reducing cost by eliminating human intervention, we present a new method towards the automatic merging of resources. This method includes both, the automatic mapping of resources involved to a common format and merging them, once in this format. This paper presents how we have addressed the merging of two verb subcategorization frame lexica for Spanish, but our method will be extended to cover other types of Lexical Resources. The achieved results, that almost replicate human work, demonstrate the feasibility of the approach.

Generation and characterization of function-blocking anti-ectodysplasin A (EDA) monoclonal antibodies that induce ectodermal dysplasia.

Development of ectodermal appendages, such as hair, teeth, sweat glands, sebaceous glands, and mammary glands, requires the action of the TNF family ligand ectodysplasin A (EDA). Mutations of the X-linked EDA gene cause reduction or absence of many ectodermal appendages and have been identified as a cause of ectodermal dysplasia in humans, mice, dogs, and cattle. We have generated blocking antibodies, raised in Eda-deficient mice, against the conserved, receptor-binding domain of EDA. These antibodies recognize epitopes overlapping the receptor-binding site and prevent EDA from binding and activating EDAR at close to stoichiometric ratios in in vitro binding and activity assays. The antibodies block EDA1 and EDA2 of both mammalian and avian origin and, in vivo, suppress the ability of recombinant Fc-EDA1 to rescue ectodermal dysplasia in Eda-deficient Tabby mice. Moreover, administration of EDA blocking antibodies to pregnant wild type mice induced in developing wild type fetuses a marked and permanent ectodermal dysplasia. These function-blocking anti-EDA antibodies with wide cross-species reactivity will enable study of the developmental and postdevelopmental roles of EDA in a variety of organisms and open the route to therapeutic intervention in conditions in which EDA may be implicated.