The NLRP3 inflammasome is differentially activated by pneumolysin variants and contributes to host defense in pneumococcal pneumonia.

Streptococcus pneumoniae is a leading cause of pneumonia, meningitis, and sepsis. Pneumococci can be divided into >90 serotypes that show differences in the pathogenicity and invasiveness. We tested the hypotheses that the innate immune inflammasome pathway is involved in fighting pneumococcal pneumonia and that some invasive pneumococcal types are not recognized by this pathway. We show that human and murine mononuclear cells responded to S. pneumoniae expressing hemolytic pneumolysin by producing IL-1β. This IL-1β production depended on the NOD-like receptor family, pyrin domain containing 3 (NLRP3) inflammasome. Some serotype 1, serotype 8, and serotype 7F bacteria, which have previously been associated with increased invasiveness and with production of toxins with reduced hemolytic activity, or bacterial mutants lacking pneumolysin did not stimulate notable IL-1β production. We further found that NLRP3 was beneficial for mice during pneumonia caused by pneumococci expressing hemolytic pneumolysin and was involved in cytokine production and maintenance of the pulmonary microvascular barrier. Overall, the inflammasome pathway is protective in pneumonia caused by pneumococci expressing hemolytic toxin but is not activated by clinically important pneumococcal sequence types causing invasive disease. The study indicates that a virulence factor polymorphism may substantially affect the recognition of bacteria by the innate immune system.

Endothelial cells as key determinants of the tumor microenvironment: interaction with tumor cells, extracellular matrix and immune killer cells.

Besides tumor cells, the tumor microenvironment harbors a variety of host-derived cells, such as endothelial cells, fibroblasts, innate and adaptive immune cells. It is a complex and highly dynamic environment, providing very important cues to tumor development and progression. Tumor-associated endothelial cells play a key role in this process. On the one hand, they form tumor-associated (angiogenic) vessels through sprouting from locally preexisting vessels or recruitment of bone marrow-derived endothelial progenitor cells, to provide nutritional support to the growing tumor. On the other hand, they are the interface between circulating blood cells, tumor cells and the extracellular matrix, thereby playing a central role in controlling leukocyte recruitment, tumor cell behavior and metastasis formation. Hypoxia is a critical parameter modulating the tumor microenvironment and endothelial/tumor cell interactions. Under hypoxic stress, tumor cells produce factors that promote tumor angiogenesis, tumor cell motility and metastasis. Among these factors, VEGF, a main angiogenesis modulator, can also play a critical role in the control of immune tolerance. This review discusses some aspects of the role of endothelial cells within tumor microenvironment and emphasizes their interaction with tumor cells, the extracellular matrix and with immune killer cells. We will also address the role played by circulating endothelial progenitor cells and illustrate their features and mechanism of recruitment to the tumor microenvironment and their role in tumor angiogenesis.

Role of neutrophils in the early shaping of the Leishmania major specific immune response in experimental murine cutaneous Leishmaniasis

The development of a protective immune response to microorganisms involves complex interactions between the host and the pathogen. The murine model of infection with Leishmania major (L. major) allows the study of the factors leading to the development of a protective immune response. Following infection with the protozoan parasite L. major, most strains of mice heal their lesions, while a few fail to control infection, both processes linked to the development of specific T helper subsets. The early events occurring during the first days following parasite inoculation are thought to be critical in the development of the Leishmania-specific immune response. Neutrophils are the first cells arriving massively to the site of infection, and recent evidence points to their role as organizers of the immune response, yet their specific role in this process remains elusive. Through interactions with cells present at the parasite inoculation site, and possibly within the draining lymph nodes, neutrophils could have an impact not only on the recruitment of inflammatory cells but also on the activation of local as well as newly migrated cells that will be crucial in shaping the Leishmania-specific immune response.

Circulating Tumor-reactive CD8(+) T cells in melanoma patients contain a CD45RA(+)CCR7(-) effector subset exerting ex vivo tumor-specific cytolytic activity.

To defend the host from malignancies, the immune system can spontaneously raise CD8(+) T-cell responses against tumor antigens. Investigating the functional state of tumor-reactive cytolytic T cells in cancer patients is a key step for understanding the role of these cells in tumor immunosurveillance and for evaluating the potential of immunotherapeutic approaches of vaccination against cancer. In this study we identified a subset of circulating tumor-reactive CD8(+) T lymphocytes, which specifically secreted IFN-gamma after exposition to autologous tumor cell lines in stage IV metastatic melanoma patients. Additional phenotypic characterization using multicolor flow cytometry revealed that a significant fraction of these cells were CD45RA(+)CCR7(-), a phenotype that has been proposed recently to characterize cytolytic effectors potentially able to home into inflamed tissues. In the case of an HLA-A2-expressing patient, the antigen specificity of this population was identified by using HLA-A2/peptide multimers incorporating a tyrosinase-derived peptide. Consistently with their phenotypic characteristics, A2/tyrosinase peptide multimer(+) CD8(+) T cells, isolated by cell sorting, were directly lytic ex vivo and able to specifically recognize tyrosinase-expressing tumor cells. Overall, these results provide the first evidence that a proportion of melanoma patients have circulating tumor-reactive T cells, which are lytic effectors cells.

Immune sensing of nucleic acids in inflammatory skin diseases.

Endosomal and cytosolic nucleic acid receptors are important immune sensors required for the detection of infecting or replicating viruses. The intracellular location of these receptors allows viral recognition and, at the same time, avoids unnecessary immune activation to self-nucleic acids that are continuously released by dying host cells. Recent evidence, however, indicates that endogenous factors such as anti-microbial peptides have the ability to break this protective mechanism. Here, we discuss these factors and illustrate how they drive inflammatory responses by promoting immune recognition of self-nucleic acids in skin wounds and inflammatory skin diseases such as psoriasis and lupus.

TLR5 signaling stimulates the innate production of IL-17 and IL-22 by CD3(neg)CD127+ immune cells in spleen and mucosa.

In adaptive immunity, Th17 lymphocytes produce the IL-17 and IL-22 cytokines that stimulate mucosal antimicrobial defenses and tissue repair. In this study, we observed that the TLR5 agonist flagellin induced swift and transient transcription of genes encoding IL-17 and IL-22 in lymphoid, gut, and lung tissues. This innate response also temporarily enhanced the expression of genes associated with the antimicrobial Th17 signature. The source of the Th17-related cytokines was identified as novel populations of CD3(neg)CD127(+) immune cells among which CD4-expressing cells resembling lymphoid tissue inducer cells. We also demonstrated that dendritic cells are essential for expression of Th17-related cytokines and so for stimulation of innate cells. These data define that TLR-induced activation of CD3(neg)CD127(+) cells and production of Th17-related cytokines may be crucial for the early defenses against pathogen invasion of host tissues.

Immunology of viral disease, how to curb persistent infection

1. 1. Summaries 1.1. Preamble and extended abstract The present thesis dissertation addresses the question of antiviral immunity from the particular standpoint of the adaptive T cell-mediated immune response. The experimental work is presented in the form of three published articles (two experimental articles and one review article, see sections 4.1, 4.2 and 4.3 on pages 73, 81 and 91, respectively), describing advances both in our understanding of viral control by CD8 T lymphocytes, and in vaccine development against the Human Immunodeficiency Virus Type 1 (HIV-1). Because the articles focus on rather specialized areas of antiviral immunity, the article sections are preceded by a general introduction (section 3) on the immune system in general, and on four viruses that were addressed in the experimental work, namely HIV-1, Cytomegalovirus (CMV), Epstein Barr Virus (EBV) and Influenzavirus (Flu). This introduction section is aimed at providing a glimpse on viral molecular biology and immunity, to help the hypothetical non-expert reader proceeding into the experimental part. For this reason, each section is presented as individual entity and can be consulted separately. The four viruses described are of peculiar relevance to immunity because they induce an array of opposite host responses. Flu causes a self limiting disease after which the virus is eradicated. CMV and EBV cause pauci-symptomatic or asymptomatic diseases after which the viruses establish lifelong latency in the host cells, but are kept in check by immunity. Eventually, HIV-1 establishes both latency - by inserting its genome into the host cell chromosome - and proceeds in destroying the immune system in a poorly controlled fashion. Hence, understanding the fundamental differences between these kinds of viral host interactions might help develop new strategies to curb progressive diseases caused by viruses such as HIV-1. Publication #1: The first article (section 4.1, page 73) represents the main frame of my laboratory work. It analyses the ability of CD8 T lymphocytes recovered from viral-infected patients to secrete interferon γ (IFN-γ) alone or in conjunction with interleukin 2 (IL-2) when exposed in vitro to their cognate viral antigens. CD8 T cells are instrumental in controlling viral infection. They can identify infected cells by detecting viral antigens presented at the surface of the infected cells, and eliminate both the cell and its infecting virus by triggering apoptosis and/or lysis of the infected cell. Recognition of these antigens triggers the cognate CD8 cells to produce cytokines, including IFN-γ and IL-2, which in turn attract and activate other pro-inflammatory cells. IFN-γ triggers both intrinsic antiviral activity of the infected cells and distant activation of pro-inflammatory cells, which are important for the eradication of infection. IL-2 is essential for clonal expansion of the antigen (Ag)-specific CD8 T cell. Hence the existence of Ag-specific CD8 cells secreting both IFN-γand IL-2 should be beneficial for controlling infection. In this first work we determined the percentage of IFN-y/IL-2 double positive and single IFN-γsecreting CD8 T cells against antigens HIV-1, CMV, EBV and Flu in three groups of subjects: (i) HIV-1 infected patients progressing to disease (progressors), (ii) HIV-1-infected subjects not progressing to disease (long-term non progressors or LTNP), and (iii) HIV negative blood donors. The results disclosed a specific IFN-y/IL-2 double positive CD8 response in all subjects able to control infection. In other words, IFN-y/IL-2 double positive CD8 cells were present in virus-specific CD8 T cells against Flu, CMV and EBV as well against HIV-1 in LTNP. In contrast, progressors only had single IFN-γsecreting CD8 T cells. Hence, the ability to develop an IFN-y/IL-2 double positive response might be critical to control infection, independently of the nature of the virus. Additional experiments helped identify the developmental stage of the missing cells (using different markers such as CD45RA and CCR7) and showed a correlation between the absence of IL-2 secreting CD8 T cells and a failure in the proliferation capacity of virus-specific CD8 T cells. Addition of exogenous IL-2 could restore clonal expansion of HIV-1 specific CD8 T cells, at least in vitro. It could further been shown, that IL-2 secreting CD8 T cells are sufficient to support proliferation even in absence of CD4 help. However, the reason for the missing IFN-y/IL-2 double positive CD8 T cell response in HIV-1 progessors has yet to be determined. Publication #2: The second article (section 4.2, page 81) explores new strategies to trigger CD8 T cell immunity against specific HIV-1 proteins believed to be processed and exposed as "infection signal" at the surface of infected cells. Such signals consist of peptide fragments (8- 13 amino acids) originating from viral proteins and presented to CD8 T cells in the frame of particular cell surface molecules of the major histocompatibility complex class I* (MHC I). To mimic "natural" viral infection, the HIV-1 polyprotein Gagpolnef was inserted and expressed in either of two attenuated viruses i.e. vaccinia virus (MVA) or poxvirus (NYVAC). Mice were infected with these recombinant viruses and specific CD8 T cell response to Gagpolnef peptides was sought. Mice could indeed mount a CD8 T cell response against the HIV-1 antigens, indicating that the system worked, at least in this animal model. To further test whether peptides from Gagpolnef could also be presented in the frame of the human MHC class I proteins, a second round of experiments was performed in "humanized" transgenic mice expressing human MHC molecules. The transgenic mice were also able to load Gagpolnef peptides on their human MHC molecule, and these cells could be detected and destroyed by Ag-specific CD8 T cells isolated from HIV-1-infected patients. Therefore, expressing Gagpolnef on attenuated recombinant viruses might represent a valid strategy for anti-HIV-1 immunization in human. Publication #3: This is a review paper (section 4.3, page 91) describing the immune response to CMV and newly developed methods to detect this cellular immune response. Some of it focuses on the detection of T cells by using in vitro manufactured tetramers. These consist of four MHC class I molecules linked together and loaded with the appropriate antigenic peptide. The tetramer can be labeled with a fluorochrome and analyzed with a fluorescence-activated cell sorter. Taken together, the work presented indicates that (i) an appropriate CD8 T cell response consisting of IFN-y/IL-2 double positive effectors, can potentially control viral infection, including HIV-1 infection, (ii) such a response might be triggered by recombinant viral vaccines, and (iii) CD8 T cell response can be monitored by a variety of techniques, including recently-developed MHC class I tetramers. 1. 2. Préambule et résumé élargi Le présent travail de thèse s'intéresse à l'immunité antivirale du point de vue particulier de la réponse adaptative des cellules T. Le travail expérimental est présenté sous la forme de trois articles publiés (2 articles expérimentaux et 1 article de revue, voir sections 4.1, 4.2 et 4.3, pages 58, 66 et 77, respectivement), décrivant des progrès dans la compréhension du contrôle de l'infection virale par les lymphocytes T CD8, ainsi que dans le développement de nouveaux vaccins contre le Virus d'Immunodéficience de Humaine de type 1 (VIH-1). En raison du caractère spécialisé de l'immunité antivirale de type cellulaire, les articles sont précédés par une introduction générale (section 3), dont le but est de pourvoir le lecteur non avisé avec des bases nécessaire à une meilleure appréhension du travail expérimental. Cette introduction présente les grandes lignes du système immunitaire, et décrit de façon générale les 4 virus utilisés dans le travail expérimental: à savoir le virus VIH-1, le Cytomégalovirus (CMV), le virus Epstein Barr (EBV) et le virus Influenza A (Flu). Toutes les sections sont présentées de façon individuelle et peuvent être consultées séparément. La description des 4 virus a une pertinence particulière quant à leur interaction avec le système immun. En effet, ils induisent une panoplie de réponses immunitaires s'étendant aux extrêmes de la réaction de l'hôte. Influenza A est à l'origine d'une maladie cytopathique aiguë, au décours de laquelle le virus est éradiqué par l'hôte. CMV et EBV sont classiquement à l'origine d'infections pauci-symptomatiques, voire asymptomatiques, après lesquelles les virus persistent de façon latente dans la cellule hôte. Cependant, ils restent sous le contrôle du système immun, qui peut prévenir une éventuelle réactivation. Enfin, VIH-1 s'établit à la fois en infection latente - par l'insertion de son génome dans le chromosome des cellules hôtes - et en infection productive et cytopathique, échappant au contrôle immunitaire et détruisant ses cellules cibles. La compréhension des différences fondamentales entre ces différents types d'interactions virus-hôte devraient faciliter le développement de nouvelles stratégies antivirales. Article 1: Le premier article (section 4.1 Page 58) représente l'objet principal de mon travail de laboratoire. Il analyse la capacité des lymphocytes T CD8 spécifiques de différent virus à sécréter de l'interféron gamma (IFN-y) et/ou de l'interleukine 2 (IL-2) après stimulation par leur antigène spécifique. Les cellules T CD8 jouent un rôle crucial dans le contrôle des infections virales. Elles identifient les cellules infectées en détectant des antigènes viraux présentés à la surface de ces mêmes cellules, et éliminent à la fois les cellules infectées et les virus qu'elles contiennent en induisant l'apoptose et/ou la lyse des cellules cibles. Parallèlement, l'identification de l'antigène par la cellule T CD8 la stimule à sécréter des cytokines. L'IFN-γen est un exemple. L'IFN-γ stimule les cellules infectées à développer une activé antivirale intrinsèque. De plus, il attire sur place d'autres cellules de l'inflammation, et active leur fonction d'éradication des pathogènes. L'IL-2 est un autre exemple. L'IL-2 est essentielle à l'expansion clonale des cellules T CD8 spécifiques à un virus donné. Elle est donc essentielle à augmenter le pool de lymphocytes antiviraux. En conséquence, la double capacité de sécréter de l'IFN-γ et de IL-2 pourrait être un avantage pour le contrôle antiviral par les cellules T CD8. Dans ce travail nous avons comparé les proportions de lymphocytes T CD8 doubles positifs (IFN-γ/IL-2) et simples positifs (IFN-γ) chez trois groupes de sujets: (i) des patients infectés par VIH-1 qui ne contrôlent pas l'infection (progresseurs), (ii) des patients infectés par VIH-1, mais contrôlant l'infection malgré l'absence de traitement ("long term non progressors" [LTNP]) et (iii) des donneurs de sang négatifs pour l'infection à VIH-1. Les résultats ont montré que les individus capables de contrôler une infection possédaient des cellules T CD8 doubles positifs (IFN-γ/IL-2), alors que les patients ne contrôlant pas l'infection procédaient prioritairement des CD8 simples positifs (IFN-γ). Spécifiquement, les lymphocytes T spécifiques pour Flu, CMV, EBV, et VII-1-1 chez les LTNP étaient tous IFN-γ/IL-2 doubles positifs. Au contraire, les lymphocytes T CD8 spécifique à VIH-1 étaient IFN-γ simples positifs chez les progresseurs. La capacité de développer une réponse IFN-γ/IL-2 pourraient être primordiale pour le contrôle de l'infection, indépendamment de la nature du virus. En effet, il a été montré que l'absence de sécrétion d'IL2 par les lymphocytes T CD8 corrélait avec leur incapacité de proliférer. Dans nos mains, cette prolifération a pu être restaurée in vitro par l'adjonction exogène d'IL-2. Toutefois, la faisabilité de ce type de complémentation in vivo n'est pas claire. Des expériences additionnelles ont permis de préciser de stade de développement des lymphocytes doubles positifs et simples positifs par le biais des marqueurs CD45RA et CCR7. Il reste maintenant à comprendre pourquoi certains lymphocytes T CD8 spécifiques sont incapables à sécréter de l'IL-2. Article 2: Le deuxième article explore des nouvelles stratégies pour induire une immunité T CD8 spécifique aux protéines du VIH-1, qui sont édités et exposés à la surface des cellules infectées. Ces signaux consistent en fragments de peptide de 8-13 acide aminés provenant de protéines virales, et exposées à la surface des cellules infectées dans le cadre des molécules spécialisées d'histocompatibilité de classe I (en anglais "major histocompatibility class I" ou MHC I). Pour mimer une infection virale, la polyprotéine Gagpolnef du VIH-1 a été insérée et exprimée dans deux vecteurs viraux atténués, soit MVA (provenant de vaccinia virus) ou NYVAC (provenant d'un poxvirus). Ensuite des souris ont été infectées avec ces virus recombinants et la réponse T CD8 aux peptides issus de Gagpolnef a été étudiée. Les souris ont été capables de développer une réponse de type CD8 T contre ces antigènes du VIH-1. Pour tester si ces antigènes pouvaient aussi être présentés par dans le cadre de molécules MHC humaines, des expériences supplémentaires ont été faites avec des souris exprimant un MHC humain. Les résultats de ces manipulations ont montré que des cellules T CD8 spécifique aux protéines du VIH pouvaient être détectées. Ce travail ouvre de nouvelles options quant à l'utilisation des virus recombinants exprimant Gagpolnef comme stratégie vaccinale contre le virus VIH-I chez l'homme. Article 3: Ces revues décrivent la réponse immunitaire à CMV ainsi que des nouvelles méthodes pouvant servir à sa détection. Une partie du manuscrit décrit la détection de cellule T à l'aide de tétramères. Il s'agit de protéines chimériques composées de 4 quatre molécules MHC liées entre elles. Elles sont ensuite "chargées" avec le peptide antigénique approprié, et utilisée pour détecter les cellules T CD8 spécifiques à ce montage. Elles sont aussi marquées par un fluorochrome, qui permet une analyse avec un cytomètre de flux, et l'isolement ultime des CD8 d'intérêt. En résumé, le travail présenté dans cette thèse indique que (i) une réponse T CD8 appropriée - définie par la présence des cellules effectrices doublement positives pour l'IFN-γ et l'IL-2 - semble indispensable pour le contrôle des infections virales, y compris par le VIH-1, (ii) une telle réponse peut être induite par des vaccin viral recombinant, et (iii) la réponse T CD8 peut être analysée et suivie grâce à plusieurs techniques, incluant celle des tétramères de MHC class I. 1.3. Résumé pour un large public Le système immunitaire humain est composé de différents éléments (cellules, tissus et organes) qui participent aux défenses de l'organisme contre les pathogènes (bactéries, virus). Parmi ces cellules, les lymphocytes T CD8, également appelés cellules tueuses, jouent un rôle important dans la réponse immunitaire et le contrôle des infections virales. Les cellules T CD8 reconnaissent de manière spécifique des fragments de protéines virales qui sont exposés à la surface des cellules infectées par le virus. Suite à cette reconnaissance, les cellules T CD8 sont capables de détruire et d'éliminer ces cellules infectées, ainsi que les virus qu'elles contiennent. Dans le contexte d'une infection par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH), le virus responsable du SIDA, il a pu être montré que la présence des cellules T CD8 est primordiale. En effet, en l'absence de ces cellules, les individus infectés par le VIH progressent plus rapidement vers le SIDA. Au cours de la vie, l'Homme est exposé à plusieurs virus. Mais à l'opposé du VIH, certains d'entre eux ne causent pas des maladies graves : par exemple le virus de la grippe (Influenza), le cytomégalovirus ou encore le virus d'Epstein-Barr. Certains de ces virus peuvent être contrôlés et éliminés de l'organisme (p. ex. le virus de la grippe), alors que d'autres ne sont que contrôlés par notre système immunitaire et restent présents en petite quantité dans le corps sans avoir d'effet sur notre santé. Le sujet de mon travail de thèse porte sur la compréhension du mécanisme de contrôle des infections virales par le système immunitaire : pourquoi certains virus peuvent être contrôlés ou même éliminés de l'organisme alors que d'autres, et notamment le VIH, ne le sont pas. Ce travail a permis de démontrer que les cellules T CD8 spécifiques du VIH ne sécrètent pas les mêmes substances, nécessaires au développement d'une réponse antivirale efficace, que les cellules T CD8 spécifiques des virus contrôlés (le virus de la grippe, le cytomégalovirus et le virus d'Epstein-Barr). Parallèlement nous avons également observé que les lymphocytes T CD8 spécifiques du VIH ne possèdent pas la capacité de se diviser. Ils sont ainsi incapables d'être présents en quantité suffisante pour assurer un combat efficace contre le virus du SIDA. La (les) différence(s) entre les cellules T CD8 spécifiques aux virus contrôlés (grippe, cytomégalovirus et Epstein-Barr) et au VIH pourront peut-être nous amener à comprendre comment restaurer une immunité efficace contre ce dernier.

Immune Antibodies and Helminth Products Drive CXCR2-Dependent Macrophage-Myofibroblast Crosstalk to Promote Intestinal Repair.

Helminth parasites can cause considerable damage when migrating through host tissues, thus making rapid tissue repair imperative to prevent bleeding and bacterial dissemination particularly during enteric infection. However, how protective type 2 responses targeted against these tissue-disruptive multicellular parasites might contribute to homeostatic wound healing in the intestine has remained unclear. Here, we observed that mice lacking antibodies (Aid-/-) or activating Fc receptors (Fcrg-/-) displayed impaired intestinal repair following infection with the murine helminth Heligmosomoides polygyrus bakeri (Hpb), whilst transfer of immune serum could partially restore chemokine production and rescue wound healing in Aid-/- mice. Impaired healing was associated with a reduced expression of CXCR2 ligands (CXCL2/3) by macrophages (MΦ) and myofibroblasts (MF) within intestinal lesions. Whilst antibodies and helminths together triggered CXCL2 production by MΦ in vitro via surface FcR engagement, chemokine secretion by intestinal MF was elicited by helminths directly via Fcrg-chain/dectin2 signaling. Blockade of CXCR2 during Hpb challenge infection reproduced the delayed wound repair observed in helminth infected Aid-/- and Fcrg-/- mice. Finally, conditioned media from human MΦ stimulated with infective larvae of the helminth Ascaris suum together with immune serum, promoted CXCR2-dependent scratch wound closure by human MF in vitro. Collectively our findings suggest that helminths and antibodies instruct a chemokine driven MΦ-MF crosstalk to promote intestinal repair, a capacity that may be harnessed in clinical settings of impaired wound healing.

HIV-1 immune activation induces Siglec-1 expression and enhances viral trans-infection in blood and tissue myeloid cells.

BACKGROUND: Myeloid cells are key players in the recognition and response of the host against invading viruses. Paradoxically, upon HIV-1 infection, myeloid cells might also promote viral pathogenesis through trans-infection, a mechanism that promotes HIV-1 transmission to target cells via viral capture and storage. The receptor Siglec-1 (CD169) potently enhances HIV-1 trans-infection and is regulated by immune activating signals present throughout the course of HIV-1 infection, such as interferon α (IFNα). RESULTS: Here we show that IFNα-activated dendritic cells, monocytes and macrophages have an enhanced ability to capture and trans-infect HIV-1 via Siglec-1 recognition of viral membrane gangliosides. Monocytes from untreated HIV-1-infected individuals trans-infect HIV-1 via Siglec-1, but this capacity diminishes after effective antiretroviral treatment. Furthermore, Siglec-1 is expressed on myeloid cells residing in lymphoid tissues, where it can mediate viral trans-infection. CONCLUSIONS: Siglec-1 on myeloid cells could fuel novel CD4(+) T-cell infections and contribute to HIV-1 dissemination in vivo.

CCL8 and the Immune Control of Cytomegalovirus in Organ Transplant Recipients.

Monitoring of cytomegalovirus cell-mediated immunity is a promising tool for the refinement of preventative and therapeutic strategies posttransplantation. Typically, the interferon-γ response to T cell stimulation is measured. We evaluated a broad range of cytokine and chemokines to better characterize the ex vivo host-response to CMV peptide stimulation. In a cohort of CMV viremic organ transplant recipients, chemokine expression-specifically CCL8 (AUC 0.849 95% CI 0.721-0.978; p = 0.003) and CXCL10 (AUC 0.841, 95% CI 0.707-0.974; p = 0.004)-was associated with control of viral replication. In a second cohort of transplant recipients at high-risk for CMV, the presence of a polymorphism in the CCL8 promoter conferred an increased risk of viral replication after discontinuation of antiviral prophylaxis (logrank hazard ratio 3.6; 95% CI 2.077-51.88). Using cell-sorting experiments, we determined that the primary cell type producing CCL8 in response to CMV peptide stimulation was the monocyte fraction. Finally, in vitro experiments using standard immunosuppressive agents demonstrated a dose-dependent reduction in CCL8 production. Chemokines appear to be important elements of the cell-mediated response to CMV infection posttransplant, as here suggested for CCL8, and translation of this knowledge may allow for the tailoring and improvement of preventative strategies.

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.

Modelling the Evolution and Spread of HIV Immune Escape Mutants.

During infection with human immunodeficiency virus (HIV), immune pressure from cytotoxic T-lymphocytes (CTLs) selects for viral mutants that confer escape from CTL recognition. These escape variants can be transmitted between individuals where, depending upon their cost to viral fitness and the CTL responses made by the recipient, they may revert. The rates of within-host evolution and their concordant impact upon the rate of spread of escape mutants at the population level are uncertain. Here we present a mathematical model of within-host evolution of escape mutants, transmission of these variants between hosts and subsequent reversion in new hosts. The model is an extension of the well-known SI model of disease transmission and includes three further parameters that describe host immunogenetic heterogeneity and rates of within host viral evolution. We use the model to explain why some escape mutants appear to have stable prevalence whilst others are spreading through the population. Further, we use it to compare diverse datasets on CTL escape, highlighting where different sources agree or disagree on within-host evolutionary rates. The several dozen CTL epitopes we survey from HIV-1 gag, RT and nef reveal a relatively sedate rate of evolution with average rates of escape measured in years and reversion in decades. For many epitopes in HIV, occasional rapid within-host evolution is not reflected in fast evolution at the population level.

TH17 cells promote microbial killing and innate immune sensing of DNA via interleukin 26.

Interleukin 17-producing helper T cells (TH17 cells) have a major role in protection against infections and in mediating autoimmune diseases, yet the mechanisms involved are incompletely understood. We found that interleukin 26 (IL-26), a human TH17 cell-derived cytokine, is a cationic amphipathic protein that kills extracellular bacteria via membrane-pore formation. Furthermore, TH17 cell-derived IL-26 formed complexes with bacterial DNA and self-DNA released by dying bacteria and host cells. The resulting IL-26-DNA complexes triggered the production of type I interferon by plasmacytoid dendritic cells via activation of Toll-like receptor 9, but independently of the IL-26 receptor. These findings provide insights into the potent antimicrobial and proinflammatory function of TH17 cells by showing that IL-26 is a natural human antimicrobial that promotes immune sensing of bacterial and host cell death.

Measles virus infection – Interplay between virus and host cells

Measles, caused by measles virus (MV), is a highly contagious viral disease causing severe respiratory infection and a typical rash. Despite the availability of a protective vaccine, measles is still the leading vaccine-preventable cause of childhood mortality worldwide. The high mortality associated with the disease is mainly due to an increased susceptibility to secondary infections during the period of immunosuppression that continues for several weeks after recovery. The present study was undertaken to elucidate the role of cytoskeletal components in the regulation of MV infection. The most interesting finding was that MV replication was activated in unstimulated peripheral blood mononuclear cells (PBMC) when globular actin was converted into the filamentous form with jasplakinolide. This provides a new aspect in our understanding of MV infection in PBMC. In the second part of the thesis we investigated MV-induced structural changes of cellular nuclear matrix, which is a proteinaceous framework of the nucleus similar to the cytoskeleton in the cytoplasm. We showed that cleavage of nuclear markers was virusspecific and a general caspase inhibitor rescued MV-infected cells from cell death. Furthermore, we studied MV-induced innate immune mechanisms in lung epithelial and endothelial cells. Our results showed that MV infection resulted in activation of the double stranded RNA (dsRNA) binding molecules melanoma differentiation-associated gene 5 (mda-5), retinoic acid inducible gene I (RIG-I), and toll-like receptor 3 (TLR3) gene expression, followed by high expression of antiviral cytokine mRNA.

The awr gene family encodes a novel class of Ralstonia solanacearum type III effectors displaying virulence and avirulence activities

We present here the characterization of a new gene family, awr, found in all sequenced Ralstonia solanacearum strains and in other bacterial pathogens. We demonstrate that the five paralogues in strain GMI1000 encode type III-secreted effectors and that deletion of all awr genes severely impairs its capacity to multiply in natural host plants. Complementation studies show that the AWR (alanine-tryptophanarginine tryad) effectors display some functional redundancy, although AWR2 is the major contributor to virulence. In contrast, the strain devoid of all awr genes (¿awr1-5) exhibits enhanced pathogenicity on Arabidopsis plants. A gain-of-function approach expressing AWR in Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 proves that this is likely due to effector recognition, because AWR5 and AWR4 restrict growth of this bacterium in Arabidopsis. Transient overexpression of AWR in nonhost tobacco species caused macroscopic cell death to varying extents, which, in the case of AWR5, shows characteristics of a typical hypersensitive response. Our work demonstrates that AWR, which show no similarity to any protein with known function, can specify either virulence or avirulence in the interaction of R. solanacearum with its plant hosts.