Myeloid differentiation factor 88 is required for resistance to Neospora caninum infection

Neospora caninum is an intracellular parasite that causes major economic impact on cattle raising farms, and infects a wide range of warm-blooded hosts worldwide. Innate immune mechanisms that lead to protection against this parasite are still unknown. In order to investigate whether myeloid differentiation factor 88 (MyD88) is required for resistance against N. caninum, genetically deficient mice (MyD88(-/-)) and wild type littermates were infected with live tachyzoites and the resistance to infection was evaluated. We found that sub-lethal tachyzoite doses induced acute mortality of MyD88(-/-) mice, which succumbed to infection due to uncontrolled parasite replication. Higher parasitism in MyD88(-/-) mice was associated with the lack of IL-12 production by dendritic cells, delayed IFN-gamma responses by NKT, CD4(+) and CD8(+) T lymphocytes, and production of high levels of IL-10. MyD88(-/-) mice replenished with IL-12 and IFN-gamma abolished susceptibility as the animals survived throughout the experimental period. We conclude that protective IFN-gamma-mediated immunity to N. caninum is dependent on initial MyD88 signaling, in a mechanism triggered by production of IL-12 by dendritic cells. Further knowledge on Toll-like receptor recognition of N. caninum antigens is encouraged, since it could generate new prophylactic and therapeutic tools to control parasite burden.

Vaccination of Mice with Salmonella Expressing VapA: Mucosal and Systemic Th1 Responses Provide Protection against Rhodococcus equi Infection

Conventional vaccines to prevent the pneumonia caused by Rhodococcus equi have not been successful. We have recently demonstrated that immunization with Salmonella enterica Typhimurium expressing the VapA antigen protects mice against R. equi infection. We now report that oral vaccination of mice with this recombinant strain results in high and persistent fecal levels of antigen-specific IgA, and specific proliferation of the spleen cells of immunized mice in response to the in vitro stimulation with R. equi antigen. After in vitro stimulation, spleen cells of immunized mice produce high levels of Th1 cytokines and show a prominent mRNA expression of the Th1 transcription factor T-bet, in detriment of the Th2 transcription factor GATA-3. Following R. equi challenge, a high H(2)O(2), NO, IL-12, and IFN-gamma content is detected in the organs of immunized mice. On the other hand, TNF-alpha and IL-4 levels are markedly lower in the organs of vaccinated mice, compared with the non-vaccinated ones. The IL-10 content and the mRNA transcription level of TGF-beta are also higher in the organs of immunized mice. A greater incidence of CD4(+) and CD8(+) T cells and B lymphocytes is verified in vaccinated mice. However, there is no difference between vaccinated and non-vaccinated mice in terms of the frequency of CD4(+)CD25(+)Foxp3(+) T cells. Finally, we show that the vaccination confers a long-term protection against R. equi infection. Altogether, these data indicate that the oral vaccination of mice with S. enterica Typhimurium expressing VapA induces specific and long-lasting humoral and cellular responses against the pathogen, which are appropriately regulated and allow tissue integrity after challenge.

Hyperbaric Oxygen Prevents Early Death Caused by Experimental Cerebral Malaria

Background: Cerebral malaria (CM) is a syndrome characterized by neurological signs, seizures and coma. Despite the fact that CM presents similarities with cerebral stroke, few studies have focused on new supportive therapies for the disease. Hyperbaric oxygen (HBO) therapy has been successfully used in patients with numerous brain disorders such as stroke, migraine and atherosclerosis. Methodology/Principal Findings: C57BL/6 mice infected with Plasmodium berghei ANKA (PbA) were exposed to daily doses of HBO (100% O(2), 3.0 ATA, 1-2 h per day) in conditions well-tolerated by humans and animals, before or after parasite establishment. Cumulative survival analyses demonstrated that HBO therapy protected 50% of PbA-infected mice and delayed CM-specific neurological signs when administrated after patent parasitemia. Pressurized oxygen therapy reduced peripheral parasitemia, expression of TNF-alpha, IFN-gamma and IL-10 mRNA levels and percentage of gamma delta and alpha beta CD4(+) and CD8(+) T lymphocytes sequestered in mice brains, thus resulting in a reduction of blood-brain barrier (BBB)dysfunction and hypothermia. Conclusions/Significance: The data presented here is the first indication that HBO treatment could be used as supportive therapy, perhaps in association with neuroprotective drugs, to prevent CM clinical outcomes, including death.

Perforin-mediated cytotoxicity is critical for surveillance of spontaneous lymphoma

Immune surveillance by cytotoxic lymphocytes against cancer has been postulated for decades, but direct evidence for the role of cytotoxic lymphocytes in protecting against spontaneous malignancy has been lacking. As the rejection of many experimental cancers by cytotoxic T lymphocytes and natural killer cells is dependent on the pore-forming protein perforin (pfp), we examined pfp-deficient mice for increased cancer susceptibility. Here we show that pfp-deficient mice have a high incidence of malignancy in distinct lymphoid cell lineages (T, B, NKT), indicating a specific requirement for pfp in protection against lymphomagenesis. The susceptibility to lymphoma was accentuated by simultaneous lack of expression of the p53 gene, mutations in which also commonly predispose to human malignancies, including lymphoma. In contrast, the incidence and age of onset of sarcoma was unaffected in p53-deficient mice. Pfp-deficient mice were at least 1,000-fold more susceptible to these lymphomas when transplanted, compared with immunocompetent mice in which tumor rejection was controlled by CD8(+) T lymphocytes. This study is the first that implicates direct cytotoxicity by lymphocytes in regulating lymphomagenesis.

Submandibular and sublingual glands involvement in advanced acquired immunodeficiency syndrome (AIDS): an autopsy-based study

Objective. To assess the histopathological, immunohistochemical (IHC), and in situ hybridization (ISH) features found in the submandibular (SM) and sublingual (SL) glands of 105 acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) patients at autopsy. Study design. Gender, age, CD4 cell level, and clinical histories were obtained from clinical charts (SM: n = 103; SL: n = 92). Histologic analysis of hematoxylin and eosin, Gomori-Grocott, and Ziehl-Neelsen stained tissues, IHC to detect infectious agents and characterize inflammatory cells in sialadenitis, and ISH for EBER-1/2 were performed. Results. The mean age of the patients and CD4 cell count were 36 years and 76 cells/mu L, respectively. Fifty-eight cases (SM: n = 51 [49%]; SL: n = 54 [59%]) were considered to be microscopically normal. The most common infectious conditions were mycobacteriosis (SM: n = 11 [10%]; SL: n = 7 [7%]), followed by cytomegalovirus (CMV) (SM: n = 14 [13%]; SL: n = 2 [2%]), and cryptococcosis (SM: n = 3 [3%]; SL: n = 4 [4%]). Human immunodeficiency virus (HIV) p24 (SM: n = 2 [2%]; SL: n = 1 [1%]) and EBER-1/2 (SM: n = 9 [39%]; SL: n = 4 [20%]) were seen only in macrophages and lymphocytes, respectively. The most prevalent cells seen in chronic nonspecific sialadenitis (SM: n = 25; SL: n = 25) were CD8+ T lymphocytes, whereas CD68+ macrophages were predominant in the mycobacteriosis-associated granulomatous and nonspecific diffuse macrophagic sialadenitis. Concomitant infections occurred in 5 cases (SM: n = 4; SL: n = 1) and non-Hodgkin lymphoma in 1 case. Conclusions. Infectious diseases and chronic nonspecific sialadenitis were the main alterations found in the SM and SL glands. These alterations were greater in the SM than in the SL glands. CD8+ T lymphocytes and CD68+ macrophages might be relevant to the pathogenesis of the sialadenitis. Clinicians should consider these diseases when assessing the major salivary glands in advanced AIDS patients and follow biosafety procedures to avoid contamination by HIV, CMV, mycobacteriosis, and cryptococcosis. (Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2009; 108: 216-226)

Pulmonary periarterial inflammation in fatal asthma

P>Background To date, little information has been available about pulmonary artery pathology in asthma. The pulmonary artery supplies the distal parts of the lungs and likely represents a site of immunological reaction in allergic inflammation. The objective of this study was to describe the inflammatory cell phenotype of pulmonary artery adventitial inflammation in lung tissue from patients who died of asthma. Methods We quantified the different inflammatory cell types in the periarterial region of small pulmonary arteries in lung tissue from 22 patients who died of asthma [fatal asthma (FA)] and 10 control subjects. Using immunohistochemistry and image analysis, we quantified the cell density for T lymphocytes (CD3, CD4, CD8), B lymphocytes (CD20), eosinophils, mast cells (chymase and tryptase), and neutrophils in the adventitial layer of pulmonary arteries with a diameter smaller than 500 mu m. Results Our data (median/interquartile range) demonstrated increased cell density of mast cells [FA=271.8 (148.7) cells/mmtrols=177.0 (130.3) cells/mmtrols=0.0 (2.3) cells/mmtrophils [FA=50.4 (85.5) cells/mmtrols=2.9 (30.5) cells/mmthe periarterial space in FA. No significant differences were found for B and T lymphocytes or CD4CD8ts. Chymase/tryptase positive (MC(CT)) mast cells predominated over tryptase (MC(T)) mast cells in the perivascular arterial space in both asthma patients and controls [MC(CT)/(MC(CT)+MC(T))=0.91 (0-1) in FA and 0.75 (0-1) in controls, P=0.86]. Conclusions Our results show that the adventitial layer of the pulmonary artery participates in the inflammatory process in FA, demonstrating increased infiltration of mast cells, eosinophils, and neutrophils, but not of T and B lymphocytes.

Loss of single HLA class I allospecificities in melanoma cells due to selective genomic abbreviations.

Expression of human leucocyte antigen (HLA) Class I molecules is essential for the recognition of malignant melanoma (MM) cells by CD8(+) T lymphocytes. A complete or partial loss of HLA Class I molecules is a potent strategy for MM cells to escape from immunosurveillance. In 2 out of 55 melanoma cell cultures we identified a complete phenotypic loss of HLA allospecificities. Both patients have been treated unsuccessfully with HLA-A2 peptides. To identify the reasons underlying the loss of single HLA-A allospecificities, we searched for genomic alterations at the locus for HLA Class I alpha-chain on chromosome 6 in melanoma cell cultures established from 2 selected patients with MM in advanced stage. This deficiency was associated with alterations of HLA-A2 gene sequences as determined by polymerase chain reaction-sequence specific primers (PCR-SSP). Karyotyping revealed a chromosomal loss in Patient 1, whereas melanoma cell cultures established from Patient 2 displayed 2 copies of chromosome 6. Loss of heterozygosity (LOH) using markers located around position 6p21 was detected in both cases. By applying group-specific primer-mixes spanning the 5'-flanking region of the HLA-A2 gene locus the relevant region was amplified by PCR and subsequent sequencing allowed alignment with the known HLA Class I reference sequences. Functional assays using HLA-A2-restricted cytotoxic T-cell clones were performed in HLA-A2 deficient MM cultures and revealed a drastically reduced susceptibility to CTL lysis in HLA-A2 negative cells. We could document the occurrence of selective HLA-A2 deficiencies in cultured advanced-stage melanoma metastases and identify their molecular causes as genomic alterations within the HLA-A gene locus.

The TcI and TcII Trypanosoma cruzi experimental infections induce distinct immune responses and cardiac fibrosis in dogs

Trypanosoma cruzi infection may be caused by different strains with distinct discrete typing units (DTUs) that can result in variable clinical forms of chronic Chagas disease. The present study evaluates the immune response and cardiac lesions in dogs experimentally infected with different T. cruzi strains with distinct DTUs, namely, the Colombian (Col) and Y strains of TcI and TcII DTU, respectively. During infection with the Col strain, increased levels of alanine aminotransferase, erythrocytes, haematocrit and haemoglobin were observed. In addition, CD8+ T-lymphocytes isolated from the peripheral blood produced higher levels of interleukin (IL)-4. The latter suggests that during the acute phase, infection with the Col strain may remain unnoticed by circulating mononuclear cells. In the chronic phase, a significant increase in the number of inflammatory cells was detected in the right atrium. Conversely, infection with the Y strain led to leucopoenia, thrombopoenia, inversion of the ratio of CD4+/CD8+ T-lymphocytes and alterations in monocyte number. The Y strain stimulated the production of interferon-γ by CD4+ and CD8+ T-lymphocytes and IL-4 by CD8+ T-cells. In the chronic phase, significant heart inflammation and fibrosis were observed, demonstrating that strains of different DTUs interact differently with the host.

Selective inhibition of CTL activation by a dipalmitoyl-phospholipid that prevents the recruitment of signaling molecules to lipid rafts.

Antigen-specific T-cell activation implicates a redistribution of plasma membrane-bound molecules in lipid rafts, such as the coreceptors CD8 and CD4, the Src kinases Lek and Fyn, and the linker for activation of T cells (LAT), that results in the formation of signaling complexes. These molecules partition in lipid rafts because of palmitoylation of cytoplasmic, membrane proximal cysteines, which is essential for their functional integrity in T-cell activation. Here, we show that exogenous dipalmitoyl-phosphatidylethanolamine (DPPE), but not the related unsaturated dioleoyl-phosphatidylethanolamine (DOPE), partitions in lipid rafts. DPPE inhibits activation of CD8(+) T lymphocytes by sensitized syngeneic antigen-presenting cells or specific major histocompatibility complex (MHC) peptide tetramers, as indicated by esterase release and intracellular calcium mobilization. Cytotoxic, T lymphocyte (CTL)-target cell conjugate formation is not affected by DPPE, indicating that engagement of the T-cell receptor by its cognate ligand is intact in lipid-treated cells. In contrast to other agents known to block raft-dependent signaling, DPPE efficiently inhibits the MHC peptide-induced recruitment of palmitoylated signaling molecules to lipid rafts and CTL activation without affecting cell viability or lipid raft integrity.

Development and evaluation of antibody-MHC/peptide conjugates as a new form of cancer immunotherapy

Summary One of the major goals of cancer immunotherapy is the induction of a specific and effective antitumor cytotoxic T lymphocyte (CTL) response. However, the downregulation of Class I Major Histocompatibility Complexes (MHC) expression and the low level of tumor peptide presentation on tumor cell surface, ás well as the low immunogenicity of tumor specific antigens, limit the effectiveness of anti-tumor CTL responses. On the other hand, monoclonal antibodies, which bind with high affinity to tumor cell surface markers, are powerful tumor targeting tools. However, their capacity to .kill cancer cells is limited and mAb cancer treatments usually require the addition of different form of chemotherapy. The new cancer immunotherapy strategy described herein combines the advantage of the high tumor targeting capacity of monoclonal antibodies (mAb) with the powerful cytotoxicity of CD8 T lymphocytes directed against highly antigenic peptide-MHC complexes. Monoclonal antibody Fab fragments directed against a cell surface tumor associated antigen (TAA) are chemically coupled to soluble MHC class I complexes carrying a highly antigenic peptide. Antibody guided targeting and oligomerization of numerous antigenic class IMHC/peptide complexes on tumor cell surfaces can redirect the cytotoxicity of peptide-specific CD8 T cells towards target cancer cells. After the description of the production of murine anti-tumor xMHC/peptide conjugates in the first part of this thesis, the therapeutic potential of such conjugates were sequentially investigated in different syngeneic tumor mouse models. As a first proof of principle, transgenic OT-1 mice and later CEA transgenic C57BL/6 (B6) mice, adoptively transferred with OT-1 spleen cells and immunized with ovalbumin, were used as a model of high frequency of ova peptide specific T cells. In these mice, growth inhibition and regression of palpable colon carcinoma expressing CEA, were obtained by systemic injection of anti-CEA Fab/H-2Kb/ova peptide conjugates. Next, LCMV virus and influenza virus infection of B6 mice were used as viral models to redirect natural antiviral CTL responses to tumors via conjugates loaded with viral peptides. We showed that in mice infected with the LCMV virus, subcutaneous CEA-expressing tumor cells were inhibited by the H2Db/GP33 restricted anti-viral CTL response when preincubated before grafting with anti-CEA Fab-H-2Db/GP33 peptide conjugates. In mice infected with the influenza virus, lung metastases expressing the HER2 antigen were inhibited by the H-2Db/NP366 restricted CTLs response when preincubated before injection with anti-Her2 Fab-H-2Db/NP366 peptide conjugates. In the last chapter, the stability of the peptide in the anti-CEA Fab-H-2Db/GP33 conjugates was improved by the covalent photocross-link of the GP33 peptide in the H-2Db MHC groove. Thus, LCMV immune mice could reject CEA expressing tumors when treated with systemic injections of anti-CEA FabH-2Db/GP33 cross-linked conjugates. These results are encouraging for the potential application of this strategy in clinic. Such conjugates could be used alone in patients boosted by the relevant virus, or used in combination with existing T cell based ìmmunotherapy. Résumé Une des principales approches utilisées dans l'immunothérapie contre le cancer consiste en l'induction d'une réponse T cytotoxique (CTL) spécifiquement dirigée contre la tumeur. Cependant, le faible niveau d'expression des complexes majeurs d'histocompatibilité de classe I (CMH I) et de présentation des peptides tumoraux à la surface des cellules cancéreuses ainsi que la faible immunogenicité des antigens tumoraux, limitent l'efficacité de la réponse CTL. D'autre part,. l'injection d'anticorps monoclonaux (mAb), se liant avec une haute affinité aux marqueurs de surface des cellules tumorales, a fourni des résultats cliniques encourageant. Cependant l'efficacité de ces mAbs contre des tumeur solides reste limitée et necessite souvent l'addition de chimiotherapie. La nouvelle stratégie thérapeutique décrite dans ce travail associe le fort pouvoir de localisation des anticorps monoclonaux et le fort pouvoir cytotoxique des lymphocytes T CD8+. Des fragments Fab d'anticorps monoclonaux, dirigés contre des antigènes surexprimés à la surface de cellules tumorales, ont été chimiquement couplés à des CMH I solubles, portant un peptide fortement antigénique. Le ciblage et l'oligomérisation à la surface des cellules tumorales de nombreux CMH I présentant un peptide antigénique, va réorienter la cytotoxicité des cellules T CD8+ spécifiques du peptide présenté, vers les cellules tumorales cibles. Après une description de la production de conjugé anti-tumeur x CMH Upeptide dans la première partie de cette thèse, le potentiel thérapeutique de tels conjugés a été successivement étudiés in vivo dans différents modèles de tumeur syngénéiques. Tout d'abord, des souris OT-1 transgéniques, puis des souris C57BL/6 (B6) transférées avec des cellules de rate OT-1 puis immunisées avec l'ovalbumine, ont été employées comme modèle de haute fréquence de cellules T CD8+ spécifiques du peptide ova. Chez ces souris, l'inhibition de la croissance et la régression de nodules palpables de carcinomes exprimant l'antigène caccino embryonaire (ACE), ont été obtenues par l'injection systémique de conjugés anti-ACE Fab/H-2Kb/ova. Par la suite, l'infection de souris B6 par le virus LCMV et par le virus de la grippe, ont été utilisés comme modèles viraux pour redirigées des réponses anti-virales naturelles vers les tumeurs, en utilisant des conjugés chargés avec des peptides viraux. Nous avons montré que .chez les souris infectées par le LCMV, la croissance de carcinome sous-cutané est empêchée par la réponse anti-virale, spécifique du complexe H2Db/GP33, lorsque les cellules tumorales greffées sont pré-incubées avec des conjugés anti-CEA Fab-H-2Db/GP33. Dans le cas de souris infectées par le virus de la grippe, la métastatisation de mélanomes pulmonaires exprimant l'antigène HER-2 est inhibée par la réponse anti-virale spécifique du complexe H-2Db/NP366, après pré-incubation des cellules tumorales avec des conjugés anti-Her2 FabxH-2Db/NP366. Dans le dernier chapitre, la liaison covalente du peptide GP33 dans le complexe H-2Db a amélioré la stabilité des conjugés correspondants et a permis le traitement systémique de souris greffées avec des tumeurs exprimant l'ACE et infectées par le LCMV. L'ensemble de ces résultats sont encourageant pour l'application de cette strategie en clinique. De tels conjugués pourraient être employés seuls ou en combinaison avec des protocols d'immunisation peptidique anti-tumoral. Résumé pour un large public Dans les pays industrialisés, le cancer se situe au deuxième rang des causes de mortalité après les maladies cardiovasculaires. Les principaux traitement de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches mises en oeuvre pour la lutte contre le cancer. Elle peut être humorale, et s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la proliferation des cellules tumorales exprimant l'antigène. Certains sont utilisés en clinique pour le traitement de lymphomes, de carcinomes de l'ovaire et du sein ou encore de carcinomes metastatiques du côlon. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements exigent souvent d'être combiner avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et reposer sur une démarche de type vaccinal, consistant à générer des lymphocytes T cytotoxiques (cytotoxic T lymphocytes :CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Or les cellules tumorales ne presentent pas efficacement les peptides antigèniques, car elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des antigènes d'histocompatibilité de classe I, des molécules d'adhésion et des cytokines costimulatrices, et par une faible expression des antigènes associés aux tumeurs. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL specifiquement dirigés contre des antigens tumoraux, les régressions tumorales obtenus grace à ces vaccinations sont relativement rares. Alors que chez les personnes atteintes du cancer on observe l'instauration d'une tolérance immunitaire vis-à-vis de la tumeur, à l'inverse, notre systeme immunitaire reste parfaitement capable de combattre des infection virales classiques, tels que la grippe, qui font aussi appel à une réponse T cytotoxique. Notre groupe de recherche a donc eu l'idee de développer une nouvelle approche thérapeutique où une réponse immunitaire anti-virale très efficace serait redirigée vers les tumeurs par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons chimiquement couplés des fragments d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes surexprimés à la surface de cellules tumorales, à des CMH I portant un peptide viral antigénique. Les cellules tumorales, ciblées par le fragment anticorps et couvertes d' antigènes viraux présentés par des molécules de CMH I, peuvent ainsi tromper les lymphocytes cytotoxiques anti-viraux qui vont détruire les cellules tumorales comme si elles étaient infectées par le virus. Suite à des résultats prometteurs obtenus in vitro avec différents conjugués anticorps-CMH humain de type HLA.A2/peptide Flu, le but du projet était de tester in vivo des conjugués anticorps-CMH I murins sur des modèles expérimentaux de souris. Tout d'abord, des souris transgéniques pour un recepteur T specifique du peptide ova, puis des transferts adoptifs de ces cellules T specifiques dans des souris immunocompétentes, ont été choisi comme modèle de haute fréquence des cellules T spécifiques, et ont permi de valider le principe de la strategie in vivo. Puis, deux modèles viraux ont été elaboré avec le virus LCMV et le virus Influenza, pour réorienter des réponses antivirales naturelles vers les tumeurs grâce à des conjugés chargés avec des peptides viraux. Nous avons montré la grande capacité de nos conjugués à rediriger des réponses cytotoxiques vers les tumeurs et inhiber la croissance de tumeurs syngénéiques sous cutanés et pulmonaires. Ces résultats d'inhibition tumorales obtenus dans des souris immunocompétentes, grâce à l'injection de conjugués anticorps xCMH/peptide et réorientant deux réponses antivirales différentes vers deux modèles tumoraux syngeneiques, sont encourageant pour l'application de cette nouvelle stratégie en clinique.

Dissociation of thymic positive and negative selection in transgenic mice expressing major histocompatibility complex class I molecules exclusively on thymic cortical epithelial cells.

Thymic positive and negative selection of developing T lymphocytes confronts us with a paradox: How can a T-cell antigen receptor (TCR)-major histocompatibility complex (MHC)/peptide interaction in the former process lead to transduction of signals allowing for cell survival and in the latter induce programmed cell death or a hyporesponsive state known as anergy? One of the hypotheses put forward states that the outcome of a TCR-MHC/peptide interaction depends on the cell type presenting the selecting ligand to the developing thymocyte. Here we describe the development and lack of self-tolerance of CD8(+) T lymphocytes in transgenic mice expressing MHC class I molecules in the thymus exclusively on cortical epithelial cells. Despite the absence of MHC class I expression on professional antigen-presenting cells, normal numbers of CD8(+) cells were observed in the periphery. Upon specific activation, transgenic CD8(+) T cells efficiently lysed syngeneic MHC class I(+) targets in vitro and in vivo, indicating that thymic cortical epithelium (in contrast to medullary epithelium and antigen-presenting cells of hematopoietic origin) is incapable of tolerance induction. Thus, compartmentalization of the antigen-presenting cells involved in thymic positive selection and tolerance induction can (at least in part) explain the positive/negative selection paradox.

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.

Induction of immune response in broiler chickens immunized with recombinant FliC and challenged by Salmonella Typhimurium

The study examined (1) the immune response in broiler chickens after oral immunization with recombinant flagellin (rFliC) from Salmonella Typhimurium conjugated with sodium alginate microparticles, and the immune response enhancement in association with recombinant cholera toxin B subunit protein (rCTB) and pool of Lactobacillus spp. (PL). The immune responses were evaluated by dosage of IgY serum and IgA from intestinal fluid and immunostaining of CD8+ T lymphocytes in the cecum. The immunized animals were challenged with Salmonella Typhimurium (ST) 21 days after treatment. In all immunized groups, a significant increase (p<0.05) was observed in IgA levels (μg/mL), especially three weeks after immunization. The serum IgY levels (μg/mL) were little affected by the treatments and differed significantly among groups only in the second post-immunization week (p<0.05). After the challenge, the number of CD8+ T cells differed significantly between the treatments and negative control. Retrieval of Salmonella Typhimurium was not detected at 48 hours after the challenge in T2 (rFliC+rCTb), T3 (rFliC+PL) and T4 (rFliC+rCTB PL). The rFliC administered orally with or without rCTB and Lactobacillus spp. produces significant induction of humoral immune response, and the immunized chickens were more effective in eliminating Salmonella after challenge.

Trypanosoma cruzi infection: a continuous invader-host cell cross talk with participation of extracellular matrix and adhesion and chemoattractant molecules

Several lines of evidence have shown that Trypanosoma cruzi interacts with host extracellular matrix (ECM) components producing breakdown products that play an important role in parasite mobilization and infectivity. Parasite-released antigens also modulate ECM expression that could participate in cell-cell and/or cell-parasite interactions. Increased expression of ECM components has been described in the cardiac tissue of chronic chagasic patients and diverse target tissues including heart, thymus, central nervous system and skeletal muscle of experimentally T. cruzi-infected mice. ECM components may adsorb parasite antigens and cytokines that could contribute to the establishment and perpetuation of inflammation. Furthermore, T. cruzi-infected mammalian cells produce cytokines and chemokines that not only participate in the control of parasitism but also contribute to the establishment of chronic inflammatory lesions in several target tissues and most frequently lead to severe myocarditis. T. cruzi-driven cytokines and chemokines may also modulate VCAM-1 and ICAM-1 adhesion molecules on endothelial cells of target tissues and play a key role in cell recruitment, especially of activated VLA-4+LFA-1+CD8+ T lymphocytes, resulting in a predominance of this cell population in the inflamed heart, central nervous system and skeletal muscle. The VLA-4+-invading cells are surrounded by a fine network of fibronectin that could contribute to cell anchorage, activation and effector functions. Since persistent "danger signals" triggered by the parasite and its antigens are required for the establishment of inflammation and ECM alterations, therapeutic interventions that control parasitism and selectively modulate cell migration improve ECM abnormalities, paving the way for the development of new therapeutic strategies improving the prognosis of T. cruzi-infected individuals.

Étude des voies d’apprêtement des antigènes viraux menant à la présentation antigénique par les CMH de classe I

Le contrôle immunitaire des infections virales est effectué, en grande partie, par les lymphocytes T CD8+ cytotoxiques. Pour y parvenir, les lymphocytes T CD8+ doivent être en mesure de reconnaître les cellules infectées et de les éliminer. Cette reconnaissance des cellules infectées s’effectue par l’interaction du récepteur T (TCR) des lymphocytes T CD8+ et des peptides viraux associés au complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) de classe I à la surface des cellules hôtes. Cette interaction constitue l’élément déclencheur permettant l’élimination de la cellule infectée. On comprend donc toute l’importance des mécanismes cellulaires menant à la génération des peptides antigéniques à partir des protéines virales produites au cours d’une infection. La vision traditionnelle de cet apprêtement protéique menant à la présentation d’antigènes par les molécules du CMH propose deux voies cataboliques distinctes. En effet, il est largement admis que les antigènes endogènes sont apprêtés par la voie dite ‘‘classique’’ de présentation antigénique par les CMH de classe I. Cette voie implique la dégradation des antigènes intracellulaires par le protéasome dans le cytoplasme, le transport des peptides résultant de cette dégradation à l’intérieur du réticulum endoplasmique, leur chargement sur les molécules du CMH de classe I et finalement le transport des complexes peptide-CMH à la surface de la cellule où ils pourront activer les lymphocytes T CD8+. Dans la seconde voie impliquant des antigènes exogènes, le dogme veut que ceux-ci soient apprêtés par les protéases du compartiment endovacuolaire. Les peptides ainsi générés sont directement chargés sur les molécules de CMH de classe II à l’intérieur de ce compartiment. Par la suite, des mécanismes de recyclage vésiculaire assurent le transport des complexes peptide-CMH de classe II à la surface de la cellule afin de stimuler les lymphocytes T CD4+. Cependant, cette stricte ségrégation des voies d’apprêtement antigénique a été durement éprouvée par la capacité des cellules présentatrices d’antigènes à effectuer l’apprêtement d’antigènes exogènes et permettre leur présentation sur des molécules de CMH de classe I. De plus, l’identification récente de peptides d’origine intracellulaire associés à des molécules de CMH de classe II a clairement indiqué la présence d’interactions entre les deux voies d’apprêtement antigénique permettant de transgresser le dogme préalablement établi. L’objectif du travail présenté ici était de caractériser les voies d’apprêtement antigénique menant à la présentation d’antigènes viraux par les molécules du CMH de classe I lors d’une infection par le virus de l’Herpès simplex de type I (HSV-1). Dans les résultats rapportés ici, nous décrivons une nouvelle voie d’apprêtement antigénique résultant de la formation d’autophagosomes dans les cellules infectées. Cette nouvelle voie permet le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire dégradatif dans la phase tardive de l’infection par le virus HSV-1. Cette mise en branle d’une seconde voie d’apprêtement antigénique permet d’augmenter le niveau de présentation de la glycoprotéine B (gB) virale utilisée comme modèle dans cette étude. De plus, nos résultats décrivent la formation d’une nouvelle forme d’autophagosomes dérivés de l’enveloppe nucléaire en réponse à l’infection par le virus HSV-1. Ces nouveaux autophagosomes permettent le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire lytique, action également assurée par les autophagosomes dits classiques. Dans la deuxième partie du travail présenté ici, nous utilisons l’infection par le virus HSV-1 et la production de la gB qui en résulte pour étudier le trafic membranaire permettant le transfert de la gB vers un compartiment vacuolaire dégradatif. Nos résultats mettent en valeur l’importance du réticulum endoplasmique, et des compartiments autophagiques qui en dérivent, dans ces mécanismes de transfert antigénique permettant d’amplifier la présentation antigénique de la protéine virale gB sur des CMH de classe I via une voie vacuolaire. L’ensemble de nos résultats démontrent également une étroite collaboration entre la voie classique de présentation antigénique par les CMH de classe I et la voie vacuolaire soulignant, encore une fois, la présence d’interaction entre les deux voies.