Chemotherapy pretreatment sensitizes solid tumor-derived cell lines to Vα24+ NKT cell-mediated cytotoxicity

There is an increasing awareness of the therapeutic potential for combining immune-based therapies with chemotherapy in the treatment of malignant diseases, but few published studies evaluate possible cytotoxic synergies between chemotherapy and cytotoxic immune cells. Human Vα24 +/Vβ11+ NKT cells are being evaluated for use in cell-based immunotherapy of malignancy because of their immune regulatory functions and potent cytotoxic potential. In this study, we evaluated the cytotoxicity of combinations of chemotherapy and NKT cells to determine whether there is a potential to combine these treatment modalities for human cancer therapy. The cytotoxicity of NKT cells was tested against solid-tumor derived cell lines NCI-H358, DLD-1, HT-29, DU-145, TSU-Pr1 and MDA-MB231, with or without prior treatment of these target cells, with a range of chemotherapy agents. Low concentrations of chemotherapeutic agents led to sensitization of cell lines to NKT-mediated cytotoxicity, with the greatest effect being observed for prostate cancer cells. Synergistic cytotoxicity occurred in an NKT cell in a dose-dependent manner. Chemotherapy agents induced upregulation of cell surface TRAIL-R2 (DR5) and Fas (CD95) expression, increasing the capacity for NKT cells to recognize and kill via TRAIL- and FasL-mediated pathways. We conclude that administration of cytotoxic immune cells after chemotherapy may increase antitumor activities in comparison with the use of either treatment alone.

Single cell proteomics microchip to profile immune function, with applications in stem cell biology, translational disease mechanism study and clinical therapeutics monitoring

In response to infection or tissue dysfunction, immune cells develop into highly heterogeneous repertoires with diverse functions. Capturing the full spectrum of these functions requires analysis of large numbers of effector molecules from single cells. However, currently only 3-5 functional proteins can be measured from single cells. We developed a single cell functional proteomics approach that integrates a microchip platform with multiplex cell purification. This approach can quantitate 20 proteins from >5,000 phenotypically pure single cells simultaneously. With a 1-million fold miniaturization, the system can detect down to ~100 molecules and requires only ~104 cells. Single cell functional proteomic analysis finds broad applications in basic, translational and clinical studies. In the three studies conducted, it yielded critical insights for understanding clinical cancer immunotherapy, inflammatory bowel disease (IBD) mechanism and hematopoietic stem cell (HSC) biology.

To study phenotypically defined cell populations, single cell barcode microchips were coupled with upstream multiplex cell purification based on up to 11 parameters. Statistical algorithms were developed to process and model the high dimensional readouts. This analysis evaluates rare cells and is versatile for various cells and proteins. (1) We conducted an immune monitoring study of a phase 2 cancer cellular immunotherapy clinical trial that used T-cell receptor (TCR) transgenic T cells as major therapeutics to treat metastatic melanoma. We evaluated the functional proteome of 4 antigen-specific, phenotypically defined T cell populations from peripheral blood of 3 patients across 8 time points. (2) Natural killer (NK) cells can play a protective role in chronic inflammation and their surface receptor – killer immunoglobulin-like receptor (KIR) – has been identified as a risk factor of IBD. We compared the functional behavior of NK cells that had differential KIR expressions. These NK cells were retrieved from the blood of 12 patients with different genetic backgrounds. (3) HSCs are the progenitors of immune cells and are thought to have no immediate functional capacity against pathogen. However, recent studies identified expression of Toll-like receptors (TLRs) on HSCs. We studied the functional capacity of HSCs upon TLR activation. The comparison of HSCs from wild-type mice against those from genetics knock-out mouse models elucidates the responding signaling pathway.

In all three cases, we observed profound functional heterogeneity within phenotypically defined cells. Polyfunctional cells that conduct multiple functions also produce those proteins in large amounts. They dominate the immune response. In the cancer immunotherapy, the strong cytotoxic and antitumor functions from transgenic TCR T cells contributed to a ~30% tumor reduction immediately after the therapy. However, this infused immune response disappeared within 2-3 weeks. Later on, some patients gained a second antitumor response, consisted of the emergence of endogenous antitumor cytotoxic T cells and their production of multiple antitumor functions. These patients showed more effective long-term tumor control. In the IBD mechanism study, we noticed that, compared with others, NK cells expressing KIR2DL3 receptor secreted a large array of effector proteins, such as TNF-α, CCLs and CXCLs. The functions from these cells regulated disease-contributing cells and protected host tissues. Their existence correlated with IBD disease susceptibility. In the HSC study, the HSCs exhibited functional capacity by producing TNF-α, IL-6 and GM-CSF. TLR stimulation activated the NF-κB signaling in HSCs. Single cell functional proteome contains rich information that is independent from the genome and transcriptome. In all three cases, functional proteomic evaluation uncovered critical biological insights that would not be resolved otherwise. The integrated single cell functional proteomic analysis constructed a detail kinetic picture of the immune response that took place during the clinical cancer immunotherapy. It revealed concrete functional evidence that connected genetics to IBD disease susceptibility. Further, it provided predictors that correlated with clinical responses and pathogenic outcomes.

Inactivation of the von Hippel-Lindau tumor suppressor leads to selective expression of a human endogenous retrovirus in kidney cancer.

A human endogenous retrovirus type E (HERV-E) was recently found to be selectively expressed in most renal cell carcinomas (RCCs). Importantly, antigens derived from this provirus are immunogenic, stimulating cytotoxic T cells that kill RCC cells in vitro and in vivo. Here, we show HERV-E expression is restricted to the clear cell subtype of RCC (ccRCC) characterized by an inactivation of the von Hippel-Lindau (VHL) tumor-suppressor gene with subsequent stabilization of hypoxia-inducible transcription factors (HIFs)-1α and -2α. HERV-E expression in ccRCC linearly correlated with HIF-2α levels and could be silenced in tumor cells by either transfection of normal VHL or small interfering RNA inhibition of HIF-2α. Using chromatin immunoprecipitation, we demonstrated that HIF-2α can serve as transcriptional factor for HERV-E by binding with HIF response element (HRE) localized in the proviral 5' long terminal repeat (LTR). Remarkably, the LTR was found to be hypomethylated only in HERV-E-expressing ccRCC while other tumors and normal tissues possessed a hypermethylated LTR preventing proviral expression. Taken altogether, these findings provide the first evidence that inactivation of a tumor suppressor gene can result in aberrant proviral expression in a human tumor and give insights needed for translational research aimed at boosting human immunity against antigenic components of this HERV-E.

Characterization of a thymidylate synthase (TS)-inducible cell line: a model system for studying sensitivity to TS- and non-TS-targeted chemotherapies

Thymidylate synthase (TS) is responsible for the de novo synthesis of thymidylate, which is required for DNA synthesis and repair and which is an important target for fluoropyrimidines such as 5-fluorouracil (5-FU), and antifolates such as Tomudex (TDX), ZD9331, and multitargeted antifolate (MTA). To study the importance of TS expression in determining resistance to these agents, we have developed an MDA435 breast cancer-derived cell line with tetracycline-regulated expression of TS termed MTS-5. We have demonstrated that inducible expression of TS increased the IC(50) dose of the TS-targeted therapeutic agents 5-FU, TDX, and ZD9331 by 2-, 9- and 24-fold respectively. An IC(50) dose for MTA was unobtainable when TS was overexpressed in these cells, which indicated that MTA toxicity is highly sensitive to increased TS expression levels. The growth inhibitory effects of the chemotherapeutic agents CPT-11, cisplatin, oxaliplatin, and Taxol were unaffected by TS up-regulation. Cell cycle analyses revealed that IC(50) doses of 5-FU, TDX and MTA caused an S-phase arrest in cells that did not overexpress TS, and this arrest was overcome when TS was up-regulated. Furthermore, the S-phase arrest was accompanied by 2- to 4-fold increased expression of the cell cycle regulatory genes cyclin E, cyclin A, and cyclin dependent kinase 2 (cdk2). These results indicate that acute increases in TS expression levels play a key role in determining cellular sensitivity to TS-directed chemotherapeutic drugs by modulating the degree of S-phase arrest caused by these agents. Moreover, CPT-11, cisplatin, oxaliplatin, and Taxol remain highly cytotoxic in cells that overexpress TS.

Targeting death receptors in bladder, prostate and renal cancer

PURPOSE: We describe key components of normal and aberrant death receptor pathways, the association of these abnormalities with tumorigenesis in bladder, prostate and renal cancer, and their potential application in novel therapeutic strategies targeted toward patients with cancer.

MATERIALS AND METHODS: A MEDLINE literature search of the key words death receptors, TRAIL (tumor necrosis factor related apoptosis inducing ligand), FAS, bladder, prostate, renal and cancer was done to obtain information for review. A brief overview of the TRAIL and FAS death receptor pathways, and their relationship to apoptosis is described. Mechanisms that lead to nonfunction of these pathways and how they may contribute to tumorigenesis are linked. Current efforts to target death receptor pathways as a therapeutic strategy are highlighted.

RESULTS: Activation of tumor cell expressing death receptors by cytotoxic immune cells is the main mechanism by which the immune system eliminates malignant cells. Death receptor triggering induces a caspase cascade, leading to tumor cell apoptosis. Receptor gene mutation or hypermethylation, decoy receptor or splice variant over expression, and downstream inhibitor interference are examples of the ways that normal pathway functioning is lost in cancers of the bladder and prostate. Targeting death receptors directly through synthetic ligand administration and blocking downstream inhibitor molecules with siRNA or antisense oligonucleotides represent novel therapeutic strategies under development.

CONCLUSIONS: Research into the death receptor pathways has demonstrated the key role that pathway aberrations have in the initiation and progression of malignancies of the bladder, prostate and kidney. This new understanding has resulted in exciting approaches to restore the functionality of these pathways as a novel therapeutic strategy.

Inactivating mutations in an SH2 domain-encoding gene in X-linked lymphoproliferative syndrome

X-linked lymphoproliferative syndrome (XLP) is an inherited immunodeficiency characterized by increased susceptibility to Epstein-Barr virus (EBV). In affected males, primary EBV infection leads to the uncontrolled proliferation of virus-containing B cells and reactive cytotoxic T cells, often culminating in the development of high-grade lymphoma. The XLP gene has been mapped to chromosome band Xq25 through linkage analysis and the discovery of patients harboring large constitutional genomic deletions. We describe here the presence of small deletions and intragenic mutations that specifically disrupt a gene named DSHP in 6 of 10 unrelated patients with XLP. This gene encodes a predicted protein of 128 amino acids composing a single SH2 domain with extensive homology to the SH2 domain of SHIP, an inositol polyphosphate 5-phosphatase that functions as a negative regulator of lymphocyte activation. DSHP is expressed in transformed T cell lines and is induced following in vitro activation of peripheral blood T lymphocytes. Expression of DSHP is restricted in vivo to lymphoid tissues, and RNA in situ hybridization demonstrates DSHP expression in activated T and B cell regions of reactive lymph nodes and in both T and B cell neoplasms. These observations confirm the identity of DSHP as the gene responsible for XLP, and suggest a role in the regulation of lymphocyte activation and proliferation. Induction of DSHP may sustain the immune response by interfering with SHIP-mediated inhibition of lymphocyte activation, while its inactivation in XLP patients results in a selective immunodeficiency to EBV.

A BRCA1 deficient, NFκB driven immune signal predicts good outcome in triple negative breast cancer

Triple negative (TNBCs) and the closely related Basal-like (BLBCs) breast cancers are a loosely defined collection of cancers with poor clinical outcomes. Both show strong similarities with BRCA1-mutant breast cancers and BRCA1 dysfunction, or 'BRCAness', is observed in a large proportion of sporadic BLBCs. BRCA1 expression and function has been shown in vitro to modulate responses to radiation and chemotherapy. Exploitation of this knowledge in the treatment of BRCA1-mutant patients has had varying degrees of success. This reflects the significant problem of accurately detecting those patients with BRCA1 dysfunction. Moreover, not all BRCA1 mutations/loss of function result in the same histology/pathology or indeed have similar effects in modulating therapeutic responses. Given the poor clinical outcomes and lack of targeted therapy for these subtypes, a better understanding of the biology underlying these diseases is required in order to develop novel therapeutic strategies.We have discovered a consistent NFκB hyperactivity associated with BRCA1 dysfunction as a consequence of increased Reactive Oxygen Species (ROS). This biology is found in a subset of BRCA1-mutant and triple negative breast cancer cases and confers good outcome. The increased NFκB signalling results in an anti-tumour microenvironment which may allow CD8+ cytotoxic T cells to suppress tumour progression. However, tumours lacking this NFκB-driven biology have a more tumour-promoting environment and so are associated with poorer prognosis. Tumour-derived gene expression data and cell line models imply that these tumours may benefit from alternative treatment strategies such as reprogramming the microenvironment and targeting the IGF and AR signalling pathways.

Interactions between Siglec-7/9 receptors and ligands influence NK cell-dependent tumor immunosurveillance.

Alteration of the surface glycosylation pattern on malignant cells potentially affects tumor immunity by directly influencing interactions with glycan-binding proteins (lectins) on the surface of immunomodulatory cells. The sialic acid-binding Ig-like lectins Siglec-7 and -9 are MHC class I-independent inhibitory receptors on human NK cells that recognize sialic acid-containing carbohydrates. Here, we found that the presence of Siglec-9 defined a subset of cytotoxic NK cells with a mature phenotype and enhanced chemotactic potential. Interestingly, this Siglec-9+ NK cell population was reduced in the peripheral blood of cancer patients. Broad analysis of primary tumor samples revealed that ligands of Siglec-7 and -9 were expressed on human cancer cells of different histological types. Expression of Siglec-7 and -9 ligands was associated with susceptibility of NK cell-sensitive tumor cells and, unexpectedly, of presumably NK cell-resistant tumor cells to NK cell-mediated cytotoxicity. Together, these observations have direct implications for NK cell-based therapies and highlight the requirement to consider both MHC class I haplotype and tumor-specific glycosylation.

Mécanismes de défense immunitaire innée impliqués dans l’hépatite aiguë induite par le virus de l’hépatite murine de type 3

Le virus de l’hépatite murine de type 3 (MHV3) est un excellent modèle animal pour l’étude des différents désordres immunologiques lors d’infections virales. L’hépatite aiguë fulminante induite par ce virus chez la souris susceptible C57BL/6 se caractérise par la présence de plusieurs foyers nécrotiques et inflammatoires dans le foie associée à une immunodéficience en lymphocytes B et T, tuant les souris entre 3 et 5 jours post-infection. L’évolution rapide de cette maladie virale suggère un débalancement dans les mécanismes de l’immunité naturelle sous le contrôle des cellules NK et NK-T et un bris de l’équilibre entre la tolérance hépatique et la réponse inflammatoire. Afin d’élucider les rôles respectifs des différents mécanismes de la défense innée impliqués dans le développement de l’hépatite aiguë, des infections in vivo ont été réalisées chez des souris C57BL/6 avec la souche pathogène L2-MHV3 ou avec des variants du virus MHV3. Ces derniers possèdent des tropismes différents pour les cellules endothéliales sinusoïdales hépatiques et les cellules de Kupffer, tels que les virus faiblement atténué 51.6-MHV3, fortement atténué CL12-MHV3 et non pathogène YAC-MHV3. Ces études in vivo ont montré une diminution des cellules NK spléniques et myéloïdes suite à une infection avec le virus MHV3. Cette chute en cellules NK spléniques reflète un recrutement de ces cellules au niveau du foie. Par contre, les cellules NK se sont avérées permissives à la réplication virale entraînant un processus d’apoptose suite à la formation de syncétia induits par le virus. Les niveaux de recrutement et d’apoptose des cellules NK et NK-T dans le foie reflètent la pathogénicité des variants MHV3 durant les trois premiers jours de l’infection virale bien que les cellules NK recrutées au niveau du foie maintiennent leur activité cytotoxique. L’ajout des IL-12 et IL-18, qui sont normalement diminués lors de l’hépatite aiguë, provoque une production synergique d’IFN-g par les cellules NK, résultant d’une interaction entre l’activation de la voie p38 MAPK et la réplication virale. Par ailleurs, le récepteur viral CEACAM1a (carcinoembryonic antigen cell adhesion molecule 1a) serait essentiel à cette synergie, mais exercerait aussi une action inhibitrice dans la production de l’IFN-g. D’autre part, les niveaux de production des cytokines immunosuppressives IL-10, TGF-b et PGE2, impliquées dans la tolérance hépatique et particulièrement produites par les cellules de Kupffer et les cellules endothéliales sinusoïdales, sont en relation inverse avec le degré de pathogénicité des variants du virus MHV3. Finalement, le virus pathogène L2-MHV3 déclenche la production de cytokines inflammatoires par les macrophages, tels que l’IL-6 et le TNF-a. L’induction de ces cytokines par les macrophages serait indépendante de la présence de la molécule CEACAM1a. Cette stimulation est plutôt reliée à la fixation des particules virales sur des récepteurs TLR2, en association avec les régions riches en héparanes sulfates. Tous ces résultats mettent en évidence de nouveaux mécanismes par lesquels le virus MHV3 peut diminuer l’efficacité des mécanismes de l’immunité naturelle sous le contrôle des cellules NK et NK-T intrahépatiques, suite à une stimulation de l’inflammation résultant du bris de la tolérance hépatique.

Les cadres de lectures alternatifs : une approche non-conventionnelle pour le développement de vecteurs vaccinaux

Introduction: Les cadres de lectures alternatifs (CLA) sont utilisés par de multiples virus afin de générer plusieurs protéines à partir d'une seule séquence nucléotidique. Les épitopes dits « cryptiques », c’est-à-dire les épitopes dérivés de protéines codées dans des CLAs, ont étés dernièrement l’objet de différentes études portant sur la réponse immunitaire antivirale et les lymphocytes T cytotoxiques. Méthodologie: Afin de vérifier le potentiel immunogène d'épitopes encodés dans des CLAs programmés, trois cassettes ont été construites pour mener à l'expression de trois épitopes bien caractérisés (épitope GAG77–85 du virus de l'immunodéficience humaine de type 1; épitope NS31406-1415 du virus de l'hépatite C; épitope core18-27 du virus de l'hépatite B) à partir de trois cadres de lectures superposés. La première cassette permet une initiation alternative de la traduction, la deuxième comprend deux signaux bipartites en tandem permettant un frameshift ribosomique et la troisième est une cassette contrôle. Ces éléments ont été introduits dans des vecteurs adénoviraux. Les virions générés ont servi à immuniser des souris C57BL/6 transgéniques pour HLA-A*0201 et HLA-DR1. La réponse immunitaire induite une semaine post-immunisation a été mesurée par essai ELISpot IFN . Résultats: Dans le contexte de cassettes vaccinales, les peptides dérivés d'une initiation alternative de traduction et de changement de cadre de lecture ribosomique ribosomal peuvent être exprimés et détectés par le système immunitaire dans un modèle animal. Conclusion: Ces expériences suggèrent la possibilité de développer de nouvelles stratégies vaccinales dans le but de prévenir ou de guérir certaines maladies associées aux infections virales chroniques telles que celles causées par le virus de l’immunodéficience humaine et le virus de l’hépatite C.

Transcriptional regulation of effector CD8+ T cell differentiation and molecular dysfunction during HIV-1 infection

Les cellules T CD8+ jouent un rôle primordial dans le contrôle des infections virales en limitant la dissémination des cellules infectées. Lors de l’infection chronique par le virus HIV, les cellules T CD8+ HIV-spécifiques ne se différencient pas en cellules effectrices fonctionnelles capables de tuer les cellules infectées par le virus ; ces cellules ne sont plus capables de proliférer ou de produire l’ IL-2. Ces cellules expriment PD-1 et l’engagement de PD-1, par son ligand, aboutit a plusieurs de ces déficits fonctionnels des cellules T . Le rôle de PD-1 dans la régulation d'évènements transcriptionnels contrôlant la différentiation et l'obtention des fonction effectrices des cellules T CD8+ reste à démontrer. Id2 joue un rôle central dans la différenciation des cellules T CD8+ effectrices. Nous avons émis l’hypothèse que le défaut de maturation observé chez les cellules T CD8+ PD-1 high HIV-spécifiques (CD8+PD-1hi) au cours de l’infection chronique par le virus HIV pouvait être lié à la diminution d’expression du régulateur Id2. Nous avons ainsi démontré que l'engagement de PD-1 contribuait à une diminution d'expression de Id2 et de ses cibles transcriptionnelles. La surexpression de Id2 de ces cellules a permis de restaurer l'expression de marqueurs tels que Granzyme B et Bcl-2 et diminuir l’expression du marqueur de maturation de CD27. La famille des cytokines à chaine gamma joue un rôle clef dans la survie et l’homéostasie des cellules T. Dans ce travail, nous avons démontré que l’IL-15 était unique grâce à ses capacités de stimulation de l’expression d’Id2 et ses propriétés favorisant la survie ainsi que la différenciation des cellules T CD8+ effectrices. l’IL-15 induit la prolifération de toutes les populations de cellules T mémoires provenant de donneurs sains. L’addition de cette cytokine aux sous-populations cellulaires Ttm et Tem a permis leur différenciation en cellules effectrices capables de produire Granzyme B alors que la stimulation par l’IL-15 des cellules Tcm ne favorise pas leur différenciation. Un test de cytotoxicitié par cytométrie en flux nous a permis de confirmer que la stimulation de cellules T CD8+ HIV spécifiques par l’IL-15 favorisait l’expression de Id2 et restaurait les fonctions cytotoxiques des cellules T CD8+ HIV spécifiques. En conclusion, nous avons pour la première fois dans cette thèse défini les mécanismes moléculaires impliqués dans la modulation de l’expression du régulateur transcriptionnel Id2 par l’IL-15. Nous avons également révélé comment l’engagement de PD-1 conduisait a une altération de l’expression et de la fonction d’Id2 et favorisait la diminution des fonctions effectrices des cellules T CD8-HIV spécifiques. Une perspective de traitement avec des agents tels que l’IL-15 ou le bloquage de PD-1, en combinaison avec les traitements conventionnels, pourrait contribuer à une meilleure stimulation des réponses immunes favorisant ainsi la réactivation des cellules T CD8+ et permettant la destruction de cellules T CD4+ infectées de manière latente.

Le rôle du CD40 homodimère dans la réponse immunitaire

Le CD40 est une glycoprotéine transmembranaire de type I, appartenant à la famille des TNFRs, exprimée à la surface des cellules immunitaires, hématopoïétiques, vasculaires, épithéliales, et d’autres types de cellules, y compris les cellules tumorales. Le CD40 ne possédant pas de domaine kinase, pour induire un signal il interagit directement ou indirectement avec des protéines adaptatrices telles que les TRAFs et les JAKs. L’interaction du CD40 avec son principal ligand, le CD154, joue un rôle primordial dans la régulation de la réponse immunitaire et le maintien de l’homéostasie. L’activation du CD40 à la surface des cellules B augmente leur capacité de présentation d’antigène, en plus d’induire la prolifération, la commutation isotypique et l’apoptose. Les patients souffrant de mutations au niveau du gène codant pour le CD40 ou de son ligand sont immunosupprimés et sensibles à des infections opportunistes. Des études ont montré que le CD40 comme d’autres membres de la famille des TNFRs est capable de former des homodimères. Plus récemment, on a montré que la formation du CD40 homodimère est le résultat de son engagement sur les cellules B. En plus, cette homodimérisation du CD40 est importante pour la phosphorylation de l’Akt. L’interaction CD40/CD154 peut avoir un rôle direct dans l’immunothérapie par l’induction de l’apoptose de certaines cellules cancéreuses ou un rôle indirect en activant les cellules présentatrices d’antigènes (CPA) afin d'augmenter l’efficacité de l’activation des cellules T cytotoxiques. Nos résultats montrent que l’induction de la mort cellulaire par le CD40 requiert la perméabilisation du lysosome, la libération de la cathepsine B, la présence de ROS et une interaction avec le TRAF6, cette mort cellulaire programmée est plus importante en présence de la forme monomérique du CD40, muté au niveau de la cystéine 238. Par ailleurs, l’homodimérisation du CD40 requerrait sa translocation vers les radeaux lipidiques et nécessiterait la présence des ROS. Cette homodimérisation du CD40 semble être importante pour l’activation des cellules B par le biais de l’induction de l’expression du CD23, CD69 et CD80. De plus, nos résultats montrent pour la première fois une implication du CD40 homodimère dans l’induction du CD23 par le biais du TLR4. Nos résultats soulignent l’importance du CD40 homodimère dans certaines voies de signalisation. Ainsi, ils mettent en évidence le rôle de la Cys-238 dans la coopération entre des récepteurs de la réponse immunitaire innée et adaptative. Toutes ces données permettraient une meilleure compréhension de certaines voies de signalisation impliquées dans plusieurs maladies auto-immunes et faisant objet de plusieurs essais thérapeutiques.

Mechanism of Inducible Costimulator (ICOS)-mediated calcium signaling

Le Costimulateur Inductible (ICOS) est un récepteur exprimé à la surface des cellules T CD4 auxiliaires et T CD8 cytotoxiques. Il fut démontré à l’aide de modèles murins de transplantation de moelle osseuse que ICOS joue un rôle important dans l’induction de la maladie du greffon contre l’hôte aigüe (GVHD). ICOS potentialise deux signaux médiés par le récepteur de cellules T (TCR) : l’activation de la phosphoinositide 3-kinase (PI3K) ainsi que la mobilisation interne de calcium. En conditions in vitro, dans les cellules CD4 et CD8, ICOS réussi à potentialiser le flux de calcium médié par le TCR indépendamment de PI3K. La voie de signalisation de ICOS impliquée dans la GVHD demeure inconnue. Cependant, en utilisant une lignée de souris ‘knock-in’ nommée ICOS-Y181F, dans laquelle le cellules T ont sélectivement perdu la capacité d’activer PI3K par l’entremise d’ICOS, nous avons démontré que les cellules T peuvent utiliser un mécanisme ICOS indépendant de PI3K afin d’induire la GVHD. La mobilisation interne du Ca2+ mène à l’activation de NFAT, un facteur de transcription clé régulant des gènes comme IFN-γ, qui exprime une des cytokines clés impliquées dans la GVHD. Nous émettons comme hypothèse que la capacité pathogénique intacte des cellules T ICOSY181F à induire la GVHD, repose sur la signalisation du Ca2+ indépendante de PI3K. Le but de mon projet est d’identifier les résidus responsables de cette signalisation de Ca2+ médiée par ICOS ainsi que le mécanisme par lequel ce récepteur fonctionne. À l’aide de la mutagénèse dirigée, j’ai généré des mutants d’ICOS et j’ai analysé par cytométrie en flux leur capacité à activer le flux de Ca2+. J’ai ainsi identifié un groupe de lysine sur la queue cytoplasmique d’ICOS situé à proximité de la membrane comme étant essentiel à la fonction de potentialisation du flux de Ca2+. Je fournis également des preuves de l’implication de la kinase Lck, membre de la famille de kinases Src, dans la voie de signalisation de ICOS médiant la potentialisation du flux de Ca2+. Ainsi, ICOS s’associe à Lck et mène à une augmentation de l’activation de PLCγ1, la protéine effectrice clé causant la sortie de Ca2+ de la réserve intracellulaire. En conclusion, notre étude permet de comprendre davantage une des voies de signalisation d’ICOS. L’influx de Ca2+ dans les cellules T implique la voie ICOS-Lck-PLCγ1. Une compréhension plus approfondie de cette voie de signalisation pourrait s’avérer bénéfique afin d’élaborer de nouvelles stratégies menant à la prévention de maladies reliées à ICOS, comme la GVHD.

Statistical deconvolution of enthalpic energetic contributions to MHC-peptide binding affinity

Background: MHC Class I molecules present antigenic peptides to cytotoxic T cells, which forms an integral part of the adaptive immune response. Peptides are bound within a groove formed by the MHC heavy chain. Previous approaches to MHC Class I-peptide binding prediction have largely concentrated on the peptide anchor residues located at the P2 and C-terminus positions. Results: A large dataset comprising MHC-peptide structural complexes was created by remodelling pre-determined x-ray crystallographic structures. Static energetic analysis, following energy minimisation, was performed on the dataset in order to characterise interactions between bound peptides and the MHC Class I molecule, partitioning the interactions within the groove into van der Waals, electrostatic and total non-bonded energy contributions. Conclusion: The QSAR techniques of Genetic Function Approximation (GFA) and Genetic Partial Least Squares (G/PLS) algorithms were used to identify key interactions between the two molecules by comparing the calculated energy values with experimentally-determined BL50 data. Although the peptide termini binding interactions help ensure the stability of the MHC Class I-peptide complex, the central region of the peptide is also important in defining the specificity of the interaction. As thermodynamic studies indicate that peptide association and dissociation may be driven entropically, it may be necessary to incorporate entropic contributions into future calculations.

In vitro immunomodulatory activity of Lactobacillus fermentum CECT5716 and Lactobacillus salivarius CECT5713: two probiotic strains isolated from human breast milk

Commensal bacteria, including some species of lactobacilli commonly present in human breast milk, appear to colonize the neonatal gut and contribute to protection against infant infections, suggesting that lactobacilli could potentially modulate immunity. In this study, we evaluated the potential of two Lactobacillus strains isolated from human milk to modulate the activation and cytokine profile of peripheral blood mononuclear cell (PBMC) subsets in vitro. Moreover, these effects were compared to the same probiotic species of non-milk origin. Lactobacillus salivarius CECT5713 and Lactobacillus fermentum CECT5716 at 105, 106 and 107 bacteria/mL were co-cultured with PBMC (106/mL) from 8 healthy donors for 24 h. Activation status (CD69 and CD25 expressions) of natural killer (NK) cells (CD56+), total T cells (CD3+), cytotoxic T cells (CD8+) and CD4+ T cells was determined by flow cytometry. Regulatory T cells (Treg) were also quantified by intracellular Foxp3 evaluation. Regarding innate immunity, NK cells were activated by addition of both Lactobacillus strains, and in particular, the CD8+ NK subset was preferentially induced to highly express CD69 (90%, p<0.05). With respect to acquired immunity, approximately 9% of CD8+ T cells became activated after co-cultivation with L. fermentum or L salivarius. Although CD4+ T cells demonstrated a weaker response, there was a preferential activation of Treg cells (CD4+CD25+Foxp3+) after exposure to both milk probiotic bacteria (p<0.05). Both strains significantly induced the production of a number of cytokines and chemokines, including TNFα, IL-1β, IL-8, MIP-1α, MIP-1β, and GM-CSF, but some strain-specific effects were apparent. This work demonstrates that L salivarius CECT5713 and L. fermentum CECT5716 enhanced both natural and acquired immune responses, as evidenced by the activation of NK and T cell subsets and the expansion of Treg cells, as well as the induction of a broad array of cytokines.