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.

OLFM4 : a neutrophil shield against autoimmunity?

Neutrophil extracellular traps (NETs) formation is a cell death mechanism characterized by the extrusion of DNA fibers associated to antimicrobial peptides such as LL37. Beside their antimicrobial role, NETs are highly immunogenic by their ability to activate plasmacytoid dendritic cells (pDCs). In this context, LL37 binds to NET-DNA, leading to endosomal Toll¬like-receptor (TLR) 9 binding, resulting in Interferon alpha (IFNa) production by pDCs. Uncontrolled pDC activation by NETs is an important player in the pathogenesis of autoimmune disease such as Lupus Erythematosus (LE); however the regulation of NET- driven pDC activation is poorly characterized. Olfactomedin 4 (OLFM4) is a granule protein present in a subset of circulating neutrophils and was shown to bear anti-inflammatory properties in a mouse model, raising the possibility that it may regulate neutrophil-induced inflammation. Therefore, in this project, we aimed at deciphering the mechanism by which OLFM4 may regulate inflammation induced by NET-activated pDC and its relevance in the pathogenesis of Lupus Erythematosus (LE). First, we show that OLFM4 directly interacted with LL37 in neutrophils, impairing LL37/DNA complexes formation and pDC activation to produce IFNa. Then, by using an in vivo model of acute inflammation depending on NET- driven activation of pDCs, we observed that the absence of Olfm4 led to uncontrolled type I IFN production, confirming the regulatory role of neutrophil-derived OLFM4. Beyond controlling NET-induced inflammation, we also show that OLFM4 could inhibit pDC activation mediated by DNA-containing immune complexes (ICs), suggesting that OLFM4 holds anti¬inflammatory properties in the context of LE. Of note, we identified a previously unknown population of OLFM4hi9h neutrophils in healthy individuals that may belong to the immunosuppressive subset of granulocytic myeloid-derived suppressor cells (g-MDSCs). Strikingly, we observed a decreased frequency of OLFM4h'9h cells among inflammatory Low density granulocytes (LDGs) neutrophils in LE patients, suggesting that a disequilibrium between pro- and anti-inflammatory neutrophils may participate to the disease pathogenesis. Altogether, this study demonstrates that OLFM4 is involved in the resolution of inflammation. -- La NETose (formation de Neutrophil Extracellular Traps, NETs) est une réponse à un stimulus inflammatoire caractérisée par l'expulsion de l'ADN lié à des peptides antimicrobiens comme le LL37, induisant la mort de la cellule. Les NETs possèdent des propriétés antibactériennes et sont pro-inflammatoires via leur capacité à activer les cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDCs). Dans ce contexte, les complexes ADN/LL37 libérés lient le récepteur Toll-like 9 des pDCs, induisant la production d'Interféron alpha (IFNa). La production incontrôlée d'IFNa par les pDCs est impliquée dans la pathogenèse du Lupus Erythemateux (LE), cependant la régulation de l'activation des pDCs reste mal connue. L'Oflactomédine 4 (OLFM4) est une protéine produite par une sous-population de neutrophiles, avec des propriétés anti-inflammatoires possibles. Le but de ce projet était d'identifier les mécanismes par lesquels l'OLFM4 pourrait réguler l'inflammation induite par les NETs et sa relevance dans la pathogenèse du LE. Tout d'abord, nous avons montré que l'OLFM4 interagissait avec le LL37, empêchant la production des complexes ADN/LL37 qui activent les pDCs. Nous avons vérifié notre hypothèse in vivo en utilisant un modèle murin d'inflammation locale dépendant des pDCs et des NETs. Dans ce contexte, le déficit en Olfm4 était associé à une production accrue d'IFNa, confirmant le rôle de l'OLFM4 dans le contrôle de l'inflammation. De plus, l'OLFM4 pouvait également inhiber l'activation des pDCs induite par des complexes immuns, suggérant que l'OLFM4 serait aussi anti-inflammatoire dans le contexte du LE. Ensuite, nous avons identifié une nouvelle population de neutrophiles OLFM4h'9h chez les sujets sains qui pourraient appartenir au sous-type anti¬inflammatoire des g-MDSCs (granulocytic myeloid-derived suppressor cells). Nous avons observé une diminution de ces cellules parmi les neutrophiles pro-inflammatoires LDGs (Low Density Granulocytes) dans le LE suggérant qu'un déséquilibre entre les sous-types de neutrophiles pourrait participer à l'inflammation excessive de cette maladie. Ces travaux mettent en évidence l'implication de l'OLFM4 dans la résolution de l'inflammation et suggèrent qu'une expression altérée de l'OLFM4 pourrait participer à la pathogenèse du LE. -- Les neutrophils constituent la majorité des globules blancs circulants et sont rapidement mobilisés depuis le sang dans un organe lésé en cas d'infection ou de blessure. Ils représentent la première ligne de défense du système immunitaire. Ils sont indispensables dans la défense contre les infections par leur capacité à tuer les bactéries, par exemple en produisant des peptides antimicrobiens (AMPs) qui fonctionnent comme des antibiotiques naturels. De plus, les neutrophiles recrutent les autres membres du système immunitaire qui sont nécessaires à l'éradication complète des microbes et à la réparation des tissus. Les nombreux outils permettant aux neutrophiles de contrôler les infections ne sont cependant pas sans danger pour les tissus. En effet, diverses molécules comme les AMPs peuvent induire des dommages tissulaires substantiels en participant au développement d'une inflammation chronique. Ceci est particulièrement le cas lorsque les neutrophiles meurent par un processus nommé NETose. Dans ce contexte, la cellule subit une dissolution de sa membrane suivie de l'expulsion de son ADN associé à des AMPs. Ces complexes formés d'ADN et d'AMPs induisent la production de cytokines pro-inflammatoires dont l'Interféron alpha (IFNa). Certaines maladies auto-immunes comme le lupus érythémateux sont associées à un excès de NETose produit par les neutrophiles et à un excès d'IFNa qui participe au développement de la maladie. Dans cette thèse, nous avons montré que l'Olfactomédine 4 (OLFM4), une protéine produite par les neutrophiles eux-mêmes, est un inhibiteur de cette inflammation. Nous avons démontré que TOLFM4 empêchait la formation des complexes ADN/AMPs, réduisant par là la production d'IFNa in vitro et in vivo. Finalement, nos recherches ont suggéré que l'OLFM4 pourrait être insuffisamment produite chez les patients souffrant de lupus, ce qui pourrait participer à l'inflammation chronique associée à la maladie.

NLRP12 is a neutrophil-specific, negative regulator of in vitro cell migration but does not modulate LPS- or infection-induced NF-κB or ERK signalling.

NOD-like receptors (NLR) are a family of cytosolic pattern recognition receptors that include many key drivers of innate immune responses. NLRP12 is an emerging member of the NLR family that is closely related to the well-known inflammasome scaffold, NLRP3. Since its discovery, various functions have been proposed for NLRP12, including the positive regulation of dendritic cell (DC) and neutrophil migration and the inhibition of NF-κB and ERK signalling in DC and macrophages. We show here that NLRP12 is poorly expressed in murine macrophages and DC, but is strongly expressed in neutrophils. Using myeloid cells from WT and Nlrp12(-/)(-) mice, we show that, contrary to previous reports, NLRP12 does not suppress LPS- or infection-induced NF-κB or ERK activation in myeloid cells, and is not required for DC migration in vitro. Surprisingly, we found that Nlrp12 deficiency caused increased rather than decreased neutrophil migration towards the chemokine CXCL1 and the neutrophil parasite Leishmania major, revealing NLRP12 as a negative regulator of directed neutrophil migration under these conditions.

Viral and cellular modulation of virus-induced apoptosis in experimental infection models

The aim of this study was to investigate herpes simplex virus type 1 (HSV-1)- and measles virus (MV)-induced cell death. HSV-1 with deletion in genes encoding infected cell protein (ICP)4 and protein kinase Us3 (d120) induced apoptosis and cathepsin activation in epithelial (HEp-2) and monocytic (U937) cells. Inhibition of cathepsin activity decreased the amount of d120-induced apoptosis indicating that d120-induced apoptosis could be cathepsin-mediated. Also, HSV-1 infection increased caspase activation suggesting that d120-induced apoptosis is probably caspase-mediated. Cystatin treatment decreased the activity of cathepsins and the replication of HSV-1 indicating that cathepsins contribute to HSV-1 infection. Interestingly, d120 induced also necroptosis in monocytic cells. This is the first report on necroptosis in HSV-1- infected cells. MV induced apoptosis in uninfected bystander T lymphocytes, probably via interaction of MV-infected monocytes with uninfected lymphocytes. The expression of death receptor Fas was clearly increased on the surface of lymphocytes. The number of apoptotic cells and the activation of cathepsins and caspases were increased in MVinfected U937 cells suggesting that MV-induced apoptosis could be cathepsin- and caspase-mediated. Cystatin treatment inhibited cathepsin activities but not MV-induced apoptosis. Besides HSV-1-induced apoptosis, innate immune responses were studied in HSV-1-infection. HSV-1 viruses with either ICP4 and Us3, or Us3 deletion only, increased the expression of Toll-like receptor (TLR)3 and stimulated its downstream pathways leading to increased expression of type I interferon gene and to functional interferons. These findings suggest that besides controlling apoptosis, HSV-1 ICP4 and Us3 genes are involved in the control of TLR3 response in infected cell.

Human monocytes tolerant to LPS retain the ability to phagocytose bacteria and generate reactive oxygen species

Tolerance to lipopolysaccharide (LPS) occurs when animals or cells exposed to LPS become hyporesponsive to a subsequent challenge with LPS. This mechanism is believed to be involved in the down-regulation of cellular responses observed in septic patients. The aim of this investigation was to evaluate LPS-induced monocyte tolerance of healthy volunteers using whole blood. The detection of intracellular IL-6, bacterial phagocytosis and reactive oxygen species (ROS) was determined by flow cytometry, using anti-IL-6-PE, heat-killed Staphylococcus aureus stained with propidium iodide and 2',7'-dichlorofluorescein diacetate, respectively. Monocytes were gated in whole blood by combining FSC and SSC parameters and CD14-positive staining. The exposure to increasing LPS concentrations resulted in lower intracellular concentration of IL-6 in monocytes after challenge. A similar effect was observed with challenge with MALP-2 (a Toll-like receptor (TLR)2/6 agonist) and killed Pseudomonas aeruginosa and S. aureus, but not with flagellin (a TLR5 agonist). LPS conditioning with 15 ng/mL resulted in a 40% reduction of IL-6 in monocytes. In contrast, phagocytosis of P. aeruginosa and S. aureus and induced ROS generation were preserved or increased in tolerant cells. The phenomenon of tolerance involves a complex regulation in which the production of IL-6 was diminished, whereas the bacterial phagocytosis and production of ROS was preserved. Decreased production of proinflammatory cytokines and preserved or increased production of ROS may be an adaptation to control the deleterious effects of inflammation while preserving antimicrobial activity.

Hydrogen sulfide in posthemorrhagic shock mesenteric lymph drainage alleviates kidney injury in rats

Posthemorrhagic shock mesenteric lymph (PHSML) is a key factor in multiple organ injury following hemorrhagic shock. We investigated the role of hydrogen sulfide (H2S) in PHSML drainage in alleviating acute kidney injury (AKI) by administering D,L-propargylglycine (PPG) and sodium hydrosulfide hydrate (NaHS) to 12 specific pathogen-free male Wistar rats with PHSML drainage. A hemorrhagic shock model was established in 4 experimental groups: shock, shock+drainage, shock+drainage+PPG (45 mg/kg, 0.5 h prehemorrhage), and shock+drainage+NaHS (28 µmol/kg, 0.5 h prehemorrhage). Fluid resuscitation was performed after 1 h of hypotension, and PHMSL was drained in the last three groups for 3 h after resuscitation. Renal function and histomorphology were assessed along with levels of H2S, cystathionine-γ-lyase (CSE), Toll-like receptor 4 (TLR4), interleukin (IL)-10, IL-12, and tumor necrosis factor (TNF)-α in renal tissue. Hemorrhagic shock induced AKI with increased urea and creatinine levels in plasma and higher H2S, CSE, TLR4, IL-10, IL-12, and TNF-α levels in renal tissue. PHSML drainage significantly reduced urea, creatinine, H2S, CSE, and TNF-α but not TLR4, IL-10, or IL-12. PPG decreased creatinine, H2S, IL-10, and TNF-α levels, but this effect was reversed by NaHS administration. In conclusion, PHSML drainage alleviated AKI following hemorrhagic shock by preventing increases in H2S and H2S-mediated inflammation.

Pertussis: infection, vaccination and gene polymorphisms

Pertussis or whooping cough is a human respiratory tract infection and a vaccine-preventable disease that is caused by Bordetella pertussis bacteria. Pertussis vaccination has been part of the Finnish national vaccine program since 1952. Despite extensive vaccinations, the incidence of pertussis has increased in many countries during the last decades. Large epidemics have been observed also in countries with high vaccine coverage. Inter-individual variation in immune responses is always encountered after vaccination. Low vaccine responses may cause vulnerability to pertussis even straight after vaccination. Reasons for low responses are not fully understood. The innate immune system is responsible for the initial recognition of pathogens and vaccine antigens. The role of innate immunity on pertussis immunity has not been thoroughly investigated. Mannose-binding lectin (MBL) and toll-like receptor 4 (TLR4) are important molecules of the innate immune system and in the recognition of pathogens. Cytokines form a signaling network that have a notable role in immune responses after infections as well as after vaccinations. Single nucleotide polymorphism (SNP) is common in genes encoding these molecules and the polymorphisms have been reported to affect vaccine response after viral and bacterial vaccines. This study investigated the gene polymorphisms of MBL2, TLR4 and interleukin (IL)-10 promoter and their association with vaccine responses after acellular pertussis (aP) vaccination in Finnish adolescents and infants. Cell-mediated immune responses were investigated ten years after the previous pertussis vaccinations in young adults. In addition, the role of MBL deficiency in pertussis infection susceptibility was evaluated. The results of this study show that subjects with TLR4 polymorphism had lower antibody production and persistence after aP vaccination compared with normal allele. A specific SNP in the TLR4 gene was associated with decreased antibody responses and persistence in adolescents after aP booster vaccination. Cell-mediated immune responses were partly detected ten years after the previous vaccination; booster vaccine clearly enhanced the responses. In addition, subjects with IL-10 polymorphism had altered cell-mediated immune responses. MBL deficiency was found to be more frequent in pertussis patients than healthy controls but the polymorphism of MBL2 was not associated with antibody responses after acellular pertussis vaccination. The novel finding of this study was that genetic variation in the innate immune system seems to play a role in altered pertussis vaccine responses as well as in pertussis infection. These new findings enlighten the mechanisms behind the low responses after pertussis vaccination and help to predict risk factors related to this phenomenon.

Molecular patterns behind immunological and metabolic alterations in lysinuric protein intolerance

Lysinuric protein intolerance (LPI) is a recessively inherited disorder characterised by reduced plasma and increased urinary levels of cationic amino acids (CAAs), protein malnutrition, growth failure and hyperlipidemia. Some patients develop severe immunological, renal and pulmonary complications. All Finnish patients share the same LPIFin mutation in the SLC7A7 gene that encodes CAA transporter y+LAT1. The aim of this study was to examine molecular factors contributing to the various symptoms, systemic metabolic and lipid profiles, and innate immune responses in LPI. The transcriptomes, metabolomes and lipidomes were analysed in whole-blood cells and plasma using RNA microarrays and gas or liquid chromatography-mass spectrometry techniques, respectively. Toll-like receptor (TLR) signalling in monocyte-derived macrophages exposed to pathogens was scrutinised using qRT-PCR and the Luminex technology. Altered levels of transcripts participating in amino acid transport, immune responses, apoptosis and pathways of hepatic and renal metabolism were identified in the LPI whole-blood cells. The patients had increased non-essential amino acid, triacylglycerol and fatty acid levels, and decreased plasma levels of phosphatidylcholines and practically all essential amino acids. In addition, elevated plasma levels of eight metabolites, long-chain triacylglycerols, two chemoattractant chemokines and nitric oxide correlated with the reduced glomerular function in the patients with kidney disease. Accordingly, it can be hypothesised that the patients have increased autophagy, inflammation, oxidative stress and apoptosis, leading to hepatic steatosis, uremic toxicity and altered intestinal microbe metabolism. Furthermore, the LPI macrophages showed disruption in the TLR2/1, TLR4 and TLR9 pathways, suggesting innate immune dysfunctions with an excessive response to bacterial infections but a deficient viral DNA response.

Gut Microbiota and Metabolic Disorders

Obesity and its co-morbidities, such as metabolic syndrome (MetS), non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) and type 2 diabetes, have increased over the last few decades like an epidemic. So far the mechanisms of many metabolic diseases are not known in detail and currently there are not enough effective means to prevent and treat them. Several recent studies have shown that the unbalanced gut microbiota composition (GMC) and activity have an influence on the fat accumulation in the body. Further, it seems that the GMC of obese individuals differs from the lean. The aim of this study was to investigate whether there are differences between the GMC of metabolically impaired overweight/obese (MetS group), metabolically healthy overweight/obese and normal-weight individuals. In addition, the mechanisms by which the gut bacteria as well as their specific structures, such as flagellin (FLG) that stimulates the Toll-like receptor 5 (TLR5) affect metabolism, were investigated both in vivo and in vitro in human adipocytes and hepatocytes. The results of this study show that the abundance of certain gram-positive bacteria belonging to the Clostridial cluster XIV was higher in the MetS group subjects compared to their metabolically healthy overweight/obese and lean counterparts. Metabolically impaired subjects tended to also have a greater abundance of potentionally inflammatory Enterobacteria in their gut and thus seemed to have aberrant GMC. In addition, it was found that subjects with a high hepatic fat content (HHFC group) had less Faecalibacterium prausnitzii in their gut than individuals with low hepatic fat content. Further gene expression analysis revealed that the HHFC group also had increased inflammation cascades in their adipose tissue. Additionally, metabolically impaired individuals displayed an increased expression of FLG-recognizing TLR5 in adipose tissue, and the TLR5 expression levels associated positively both with liver fat content and insulin resistance in humans. These changes in the adipose tissue may further contribute to the impaired metabolism observed, such as insulin resistance and dyslipidemia. In vitro -studies showed that the FLG-induced TLR5 activation in adipocytes enhanced the hepatic fat accumulation by decreasing insulin signaling and mitochondrial functions and increasing triglyceride synthesis due to increased glycerol secretion from adipocytes. In conclusion, the findings of this study suggest that it may be possible that the novel prevention and personalized treatment strategies based on GM modulation will succesfully be developed for obesity and metabolic disorders in the future.

The effects of quinpirole in eliciting 50 kHz calls from the rat nucleus accumbens /

Fifty kHz rat vocalizations are theorized to reflect a positive affective state, and index the reward value of stimuli (Knutson, Burgdorf & Panksepp, 2002; Panksepp & Burgdorf, 2003; Brudzynski,2005). Previous studies have identified the neurochemical substrate of this behaviour to be dependent on dopaminergic activity at the nucleus accumbens shell (Burgdorf, Knutson, Panksepp & Ikemoto, 2001; Thompson, Leonard & Brudzynski, 2006). The utilization of d-amphetamine (a non-selective dopamine agonist) in these studies does not address the specific dopamine receptor types involved. The present study aims to identify the role of the D2- like family of receptors in the nucleus accumbens shell in the production of 50 kHz vocalizations in adult rats. Single injections of quinpirole in a saline vehicle were administered to the nucleus accumbens shell of 57 rats, and the number of 50 kHz vocalizations were recorded. An inverted V-shaped relationship was found between quinpirole dose (0.5 ~g, 3 ~g, 6 ~g, 1 0 ~g and 20 ~g, all in 0.2~1 saline) and the mean number of 50 kHz calls produced. Quinpirole successfully elicited significantly more 50 kHz calls than did a saline control at the 6 ~g dose, as did 7 ~g/0.2 ~l of d-amphetamine injections into the same brain site. To test whether a selective D2 antagonist could reverse elicited 50 kHz calling, double injections were given that used either saline or raclopride as a pretreatment before quinpirole injections. Saline followed by 6 ~g/0.2 ~l of quinpirole elicited significantly more 50 kHz vocalizations than did a double injection of saline, while pretreatment with an equimolar dose of raclopride reduced elicited calls to control levels. Raclopride was also used as a pretreatment of 7 ~g/0.2 ~l d-amphetamine, which elicited significantly fewer 50 kHz vocalizations than saline followed by amphetamine, replicating the finding of Thompson, Leonard & Brudzynski (2006).Subcutaneous injections of 0.5 mg/kg and 1.5 mg/kg of quinpirole produced a similar number of 50 kHz vocalizations as subcutaneous injection of saline. Wider dose ranges may be explored in fiiture research. Thus, direct activation of the Da-like receptors in the nucleus accumbens shell was sufficient to elicit 50 kHz vocalizations in adult rats, an effect which was reversed with selective local antagonism of Da-like receptors. The Da-like receptor family also appears necessary for pharmacological activation of 50 kHz calling, as d-amphetamine was no longer able to effectively elicit these vocalizations from the nucleus accumbens shell when the Da-receptor family was antagonized with raclopride. The acoustic parameters of elicited vocalizations remained typical of rat 50 kHz calls. Detailed analyses of the acoustic characteristics of elicited calls indicated significant increases in call duration and peak frequency across drug injection groups, particularly among quinpirole dose groups. The implications of these findings are not yet clear, but may represent an important direction for future research into the coding of semiotic content into affective signals in rats.

Studies on the exaggerated inflammatory response caused by streptococcus suis at systemic and central nervous system levels

Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible.

Rôles du stress du réticulum endoplasmique et de l'immunité innée dans l'inhibition de la transcription du gène de l'insuline : étude du facteur de transcription ATF6 et du récepteur TLR4

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens.

Nouvelle approche immunothérapeutique afin de traiter le neuroblastome réfractaire chez l’enfant

Malgré plusieurs chimiothérapies suivies d’une transplantation et d’une immunothérapie, 40% des patients avec un neuroblastome (NB) à haut risque subissent une progression de la maladie ou une rechute. L’échec de ces traitements est attribué à la présence de cellules initiatrices de tumeur (TIC) qui expriment le marqueur CD133 et qui sont souvent résistantes aux agents chimiothérapeutiques. Les cellules Natural Killer (NK), qui possèdent un effet anti-tumoral, peuvent être utilisées dans le cadre du développement de nouvelles approches immuno-thérapeutiques. Nous posons l’hypothèse que les cellules NK activées éliminent efficacement les TIC et contribuent à la réduction des risques de rechute. De plus, il est possible d’augmenter l’effet anti-tumoral des cellules NK contre le NB. L’activité cytotoxique des cellules NK est augmentée par des cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC) activées. A la suite de la stimulation de leurs récepteurs Toll-like les pDC produisent de grandes quantités d'interféron-alpha (IFN-α). Nous avons étudié les propriétés lytiques des cellules NK contre des lignées cellulaires de NB à la suite de leur activation par l’IFN-α ou des pDC activées. Nos résultats révèlent une augmentation de l’activité cytolytique des cellules NK contre ces lignées en réponse à une stimulation par les pDC activées. De plus, les cellules de NB CD133+ ou celles résistantes à l’immunothérapie dirigée contre le GD2 sont sensibles à la lyse médiée par les cellules NK stimulées par les pDC. Nous avons examiné les mécanismes cellulaires impliqués dans la lyse des cellules de NB. Nous montrons que cette cytotoxicité est médiée en partie par TRAIL induisant l'apoptose et en partie par la libération des granules cytotoxiques. Ainsi, ces résultats permettent de proposer une nouvelle approche immuno-thérapeutique complémentaire au traitement par l’anticorps anti-GD2 pour les patients atteints de NB à haut risque.

Le CpG et le poly(I:C) agissent en synergie avec le trastuzumab contre le cancer du sein HER2+

Chez la souris, la thérapie anti-HER2 est dépendante de la présence de cellules T CD8+IFN-γ+ et des réponses IFN de type I. Ces IFN sont induits par les TLRs suite à la reconnaissance de signaux de danger, appelés PAMPs et DAMPs. Les TLR-3 et TLR-9 sont tous deux de bons inducteurs d’IFN de type I et sont également capable d’agir en synergie afin d’augmenter les niveaux d’IFN-γ, de TNF-α et d’IL-12. Notre hypothèse fut que la stimulation de ces deux TLRs mènerait à l’amélioration de l’activité anti-tumorale du trastuzumab via le recrutement et l’activation des cellules immunitaires. Nos buts furent de confirmer le potentiel thérapeutique de la combinaison de l’anticorps anti-HER2, de l’agoniste de TLR-3, le poly(I:C), et de l’agoniste de TLR-9, le CpG ODN. Des études in vivo et in vitro nous ont permis de découvrir une synergie entre ces agents qui résulte en une cytotoxicité ciblée plus efficace. De plus, cette thérapie s’avéra efficace chez des modèles CD8-dépendants et CD8-indépendents. Les souris purent rejeter leur tumeur et demeurer sains plusieurs semaines après l’arrêt des injections. Ces souris étaient également protégées lors d’un challenge, soulignant ainsi la présence d’une immunité mémoire. Nous avons aussi découvert que l’administration combine de trastuzumab des deux agonistes de TLRs mène à des réponses systémiques. Des études de déplétion confirmèrent que les cellules T CD8+ sont cruciales pour la protection à long terme des animaux, mais que les pDC sont moins impliquées que ce que l’on pourrait croire. Leur absence n’a que modestement affecté les effets de notre thérapie. À l’opposé, les cellules NK sont d’importants médiateurs des effets thérapeutiques. Des expériences d’ADCC ont révélé que le CpG ODN et poly(I:C) ont tous deux la capacité d’améliorer les fonctions des cellules NK, mais que la stimulation simultanée des TLR-3 et TLR-9 permet de maximiser les effets bénéfiques du trastuzumab. De la même manière, l’addition de CpG ODN et de poly(I:C) aux anticorps anti-HER2 a permis d’augmenter les réponses pro-inflammatoires, plus spécifiquement l’IFN-γ, le TNF-α, l’IP-10 et l’IL-12.

L’importance de la coopération de TRAF1 et LSP1 en aval du récepteur 4-1BB(CD137) pour la survie des lymphocytes

4-1BB (CD137) est un membre de la superfamille TNFR qui est impliqué dans la transmission des signaux de survie aux lymphocytes. TRAF1 est une protéine adaptatrice qui est recrutée par 4-1BB et autres TNFRs et est caractérisée par une expression très restreinte aux lymphocytes, cellules dendritiques et certaines cellules épithéliales. TRAF1 est nécessaire pour l’expansion et la survie des cellules T mémoire en présence d'agonistes anti-4-1BB in vivo. De plus, TRAF1 est requise en aval de 4-1BB pour activer (phosphoryler) la MAP kinase Erk impliquée dans la régulation de la molécule pro-apoptotique Bim. Suite à l’activation du récepteur 4-1BB, TRAF1 et ERK sont impliqués dans la phosphorylation de Bim et la modulation de son expression. L’activation et la régulation de TRAF1 et Bim ont un rôle important dans la survie des cellules T CD8 mémoires. Dans cette étude, nous avons utilisé une approche protéomique afin de pouvoir identifier de nouveaux partenaires de liaison de TRAF1. Utilisant cette stratégie, nous avons identifié que LSP1 (Leukocyte Specific Protein 1) est recruté dans le complexe de signalisation 4-1BB de manière TRAF1 dépendante. Une caractérisation plus poussée de l’interaction entre TRAF1 et LSP1 a montré que LSP1 lie la région unique N-terminal de TRAF1 de façon indépendante de la région conservée C-terminal. À l’instar des cellules T déficientes en TRAF1, les cellules T déficientes en LSP1 ne sont pas capables d’activer ERK en aval de 4-1BB et par conséquent ne peuvent pas réguler Bim. Ainsi, TRAF1 et LSP1 coopèrent en aval de 4-1BB dans le but d’activer ERK et réguler en aval les niveaux de Bim dans les cellules T CD8. Selon la littérature, le récepteur 4-1BB n’est pas exprimé à la surface des cellules B murines, mais le récepteur 4-1BB favorise la prolifération et la survie des cellules B humaines. Cependant, il est important d'étudier l'expression du récepteur 4-1BB dans les cellules B murines afin de disposer d'un modèle murin et de prédire la réponse clinique à la manipulation de 4-1BB. En utilisant différentes stimulations de cellules B murines primaires, nous avons identifié que le récepteur 4-1BB est exprimé à la surface des cellules B de souris suite à une stimulation avec le LPS (Lipopolysaccharides). Une caractérisation plus poussée a montré que le récepteur 4-1BB est induit dans les cellules B murines d'une manière dépendante de TLR4 (Toll Like Receptor 4). Collectivement, notre travail a démontré que la stimulation avec le LPS induit l’expression du récepteur 4-1BB à la surface des cellules B murines, menant ainsi à l'induction de TRAF1. De plus, TRAF1 et LSP1 coopèrent en aval de 4-1BB pour activer la signalisation de la Map kinase ERK dans les cellules B murines de manière similaire aux cellules T. Les cellules B déficientes en TRAF1 et les cellules B déficientes en LSP1 ne sont pas en mesure d'activer la voie ERK en aval de 4-1BB et montrent un niveau d’expression du récepteur significativement diminué comparé aux cellules B d’une souris WT. Ainsi, TRAF1 et LSP1 sont nécessaires pour une expression maximale du récepteur 4-1BB à la surface cellulaire de cellules B murines et coopèrent en aval de 4-1BB afin d'activer la cascade ERK dans les cellules B murines.