Études sur la dérégulation des cytokines et des cellules Natural Killer chez les patients infectés par le VIH-1

La prolifération, la différenciation ainsi que les fonctions des cellules du système immunitaire sont contrôlées en partie par les cytokines. Lors de l’infection par le VIH-1, les défauts observés dans les fonctions, la maintenance, ainsi que la consistance des cellules du système immunitaire sont en large partie attribués à une production altérée des cytokines et à un manque d’efficacité au niveau de leurs effets biologiques. Durant ces études, nous nous sommes intéréssés à la régulation et aux fonctions de deux cytokines qui sont l’IL-18 et l’IL-21. Nous avons observé une corrélation inversée significative entre les concentrations sériques d’IL-18 et le nombre des cellules NK chez les patients infectés par le VIH-1. Nos expériences in vitro ont démontré que cette cytokine induit l’apoptose des cellules NK primaires et que cette mort peut être inhibée par des anticorps neutralisants spécifiques pour FasL et TNF-α. Cette mort cellulaire est due à l’expression de FasL sur les cellules NK et à la production de TNF-α par ces cellules. L’IL-18 augmente aussi la susceptibilité à la mort des cellules NK par un stimulus pro-apoptotique, en diminuant l’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-XL. Nous démontrons aussi que, contrairement à l’IL-18, les niveaux d’IL-18BP sont plus faibles dans les sérum de patients infectés. Ceci résulte sur une production non coordonnée de ces deux facteurs, aboutissant à des niveaux élevés d’IL-18 libre et biologiquement active chez les patients infectés. L’infection de macrophages in vitro induit la production d’IL-18 et réduit celle d’IL-18BP. De plus, l’IL-10 et le TGF-β, dont les concentrations sont élevées chez les patients infectés, réduisent la production d’IL-18BP par les macrophages in vitro. Finalement, nous démontrons que l’IL-18 augmente la réplication du VIH-1 dans les lymphocytes T CD4+ infectés. Les niveaux élevés d’IL-18 libres et biologiquement actives chez les patients infectés contribuent donc à l’immuno-pathogénèse induite par le VIH-1 en perturbant l’homéostasie des cellules NK ainsi qu’en augmentant la réplication du virus chez les patients. Ces études suggèrent donc la neutralisation des effets néfastes de l’IL-18 en utilisant son inhibiteur naturel soit de l’IL-18BP exogène. Ceci permettrait de moduler l’activité de l’IL-18 in vivo à des niveaux souhaitables. L’IL-21 joue un rôle clef dans le contrôle des infections virales chroniques. Lors de ces études, nous avons déterminé la dynamique de la production d’IL-21 lors de l’infection par le VIH-1 et sa conséquence sur la survie des cellules T CD4+ et la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1. Nous avons démontré que sa production est compromise tôt au cours de l’infection et que les concentrations d’IL-21 corrèlent avec le compte de cellules T CD4+ chez les personnes infectées. Nos études ont démontré que le traitement antirétroviral restaure partiellement la production d’IL-21. De plus, l’infection par le VIH-1 de cellules T CD4+ humaines inhibe sa production en réduisant l’expression du facteur de transcription c-Maf. Nous avons aussi démontré que la fréquence des cellules T CD4+ spécifiques au VIH-1 qui produisent de l’IL-21 est réduite chez les patients virémiques. Selon nos résultats, l’IL-21 empêche l’apoptose spontanée des cellules T CD4+ de patients infectés et l’absence d’IL-21 réduit la fréquence des cellules T CD8+ spécifiques au VIH-1 chez ces patients. Nos résultats démontrent que l'IL-21R est exprimé de façon égale sur tous les sous-types de cellules NK chez les donneurs sains et chez les patients infectés. L’IL-21 active les protéines STAT-3, MAPK et Akt afin d'augmenter les fonctions effectrices des cellules NK. L'activation de STAT-3 joue un rôle clef dans ces fonctions avec ou sans un traitement avec de l'IL-21. L'IL-21 augmente l'expression des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et Bcl-XL, augmente la viabilité des cellules NK, mais ne possède aucun effet sur leur prolifération. Nous démontrons de plus que l'IL-21 augmente l'ADCC, les fonctions sécrétrices et cytotoxiques ainsi que la viabilité des cellules NK provenant de patients chroniquement infectés par le VIH-1. De plus, cette cytokine semble présenter ces effets sans augmenter en contrepartie la réplication du VIH-1. Elle permet donc d'inhiber la réplication virale lors de co-cultures autologues de cellules NK avec des cellules T CD4+ infectées d'une manière dépendante à l'expression de perforine et à l'utilisation de la protéine LFA-1. Les niveaux d’IL-21 pourraient donc servir de marqueurs biologiques pour accompagner les informations sur le taux de cellules T CD4+ circulantes en nous donnant des informations sur l’état de fonctionnalité de ce compartiment cellulaire. De plus, ces résultats suggèrent l’utilisation de cette cytokine en tant qu’agent immunothérapeutique pour restaurer les niveaux normaux d’IL-21 et augmenter la réponse antivirale chez les patients infectés par le VIH-1.

Interleukin-15 in the pathogenesis of multiple sclerosis and its animal models

L'interleukine-15 (IL-15) contribue au développement et à l’activation des lymphocytes T CD8, des cellules immunes qui ont été impliquées dans plusieurs maladies auto-immunes telle la sclérose en plaques. Des niveaux élevés de l'IL-15 ont été trouvés chez les patients atteints de cette maladie comparativement aux témoins, mais aucune étude n'a examiné les effets de tels niveaux élevés sur les lymphocytes T CD8. Les objectifs de notre étude étaient 1- de caractériser l’expression de l'IL-15 par des lymphocytes B humains et de déterminer ses effets sur les fonctions des lymphocytes T CD8, et 2- d’évaluer l'expression in vivo de l'IL-15 dans des modèles murins de la sclérose en plaques. Nous avons établi que les cellules B humaines augmentaient leur expression de l'IL-15 suite à une stimulation via le CD40. De plus, les fonctions effectrices des lymphocytes T CD8 ont été significativement augmentées lors des co-cultures avec des cellules B alloréactives exprimant l'IL-15. Dans les modèles murins de la sclérose en plaques, nous avons détecté au sein du système nerveux central des cellules immunes exprimant l’IL-15 ainsi que des cellules T CD8 exprimant le récepteur pour cette cytokine à différents stades de la maladie. Nous avons démontré que les cellules B modulent des réponses des lymphocytes T CD8 via l’IL-15, ce qui suggère un rôle pour les cellules B dans la pathogenèse de la sclérose en plaques. Nous avons aussi mis en évidence la présence de cellules exprimant l’IL-15 dans le système nerveux central dans des modèles murins de cette maladie.

Définition des interactions entre l’immunité innée et adaptative pendant l’infection aiguë par le virus de l’hépatite C (VHC)

La majorité des individus exposés au virus de l’hépatite C (VHC) développent une infection chronique. Une réponse immunitaire adaptative forte et soutenue est associée avec la guérison spontanée du VHC, mais les mécanismes sous-jacents demeurent mal définis. Le rôle des cellules NK et des cellules dendritiques (DC) dans la guérison spontanée du VHC est encore méconnu. Les cellules NK sont la population effectrice la plus importante de l’immunité innée car elles tuent les cellules infectées et sécrètent diverses cytokines. Les DC reconnaissent des agents infectieux et elles sont les premières à initier et réguler l’immunité adaptative. Les cellules NK et les DC interagissent également entre elles afin de réguler l’immunité innée et adaptative. L’hypothèse du projet de doctorat est que l'activité des cellules NK pendant la phase aiguë de l'infection par le VHC module la fonction des DC afin que ces dernières puissent générer une réponse immunitaire adaptative capable d'éliminer le VHC. Le premier objectif était d’établir une corrélation entre l'activité des cellules NK et l'évolution de l'infection au VHC. Nous avons observé une augmentation de la cytotoxicité, mais une diminution de la sécrétion de cytokines par les cellules NK chez les patients chroniques et qui ont résolu spontanément pendant la phase aiguë en comparaison aux contrôles non infectés, démontrant alors une dissociation entre ces deux fonctions. Nos résultats suggèrent que les cellules NK sont activées pendant la phase aiguë indépendamment de l’évolution de l’infection. Le deuxième objectif était d’établir une corrélation entre le phénotype et la fonction des DC, et l'évolution de l'infection. Nous avons d’abord observé que les DC plasmacytoïdes de tous les patients infectés ont un phénotype plus immature que les contrôles, et que ce phénotype est plus prononcé chez les patients ayant résolu spontanément. De plus, en réponse à des stimulations, nous avons observé que pendant la phase aiguë précoce, les DC myéloïdes (mDC) de tous les patients infectés indépendamment de l’évolution de l’infection produisent davantage de cytokines en comparaison aux contrôles. Cependant, cette hyperréactivité n’est pas soutenue au cours de l’évolution chronique. Le troisième objectif était d’établir une corrélation entre les interactions NK/DC et l’évolution de l’infection. Nous avons étudié la capacité des cellules NK à lyser les DC potentiellement tolérogéniques, ainsi que la capacité des DC matures à activer les cellules NK, et nous avons observé aucune différence entre les patients infectés et les contrôles. Finalement, nous avons démontré pour la première fois la capacité des DC immatures à inhiber la fonction des cellules NK. En conclusion, nous avons démontré que les cellules NK sont activées pendant la phase aiguë de l’infection par le VHC indépendamment de l’évolution de l’infection. De plus, la capacité des cellules NK à éliminer les DC potentiellement tolérogéniques est intacte. Finalement, les mDC sont hyperréactives pendant la phase aiguë de l’infection, mais cette hyperréactivité n’est pas soutenue avec la persistance de l’infection. Cette perte d’hyperréactivité des mDC ne semble pas affecter la capacité des DC à activer les cellules NK, mais elle pourrait jouer un rôle dans l’inefficacité de l’immunité adaptative à éliminer le VHC.

La modulation du métabolisme cellulaire par l'E3 Ubiquitine Ligase MARCH-1

La relocalisation et la dégradation médiée par ubiquitination sont utilisées par la cellule pour contrôler la localisation et l’expression de ses protéines. L’E3 ubiquitine ligase MARCH1 est impliqué dans la régulation post-traductionnelle de CMH-II et de CD86. Dans ce mémoire, on propose un rôle additionnel à MARCH1. Nos résultats expérimentaux nous portent à croire que MARCH1 pourrait moduler le métabolisme cellulaire en favorisant la relocalisation et la dégradation d’enzymes impliquées dans la glycolyse. La grande majorité des cellules utilise la phosphorylation oxydative pour générer de l’ATP en présence d’oxygène. Dans un environnement hypoxique, cette dernière est non fonctionnelle et la cellule doit utiliser la glycolyse anaérobique pour produire son ATP. Une cellule cancéreuse à des besoins énergétiques supérieurs en raison de l’augmentation de sa biomasse et de sa prolifération incontrôlée. Pour subvenir à ces besoins, elle maximise sa production d’énergie en modifiant son métabolisme; c’est l’effet Warburg. On retrouve dans les cellules immunitaires des modifications similaires au métabolisme cellulaire suite à un signal d’activation. Ici, nous montrons que la respiration mitochondriale maximale, la réserve respiratoire et la glycolyse maximale sont diminuées dans les cellules présentatrice d’antigènes qui expriment MARCH1. Nous avons montré que MARCH1 était localisable au niveau de la mitochondrie, ce qui lui permet d’interagir avec les enzymes de la glycolyse. Finalement, nous avons quantifié l’expression de Eno1 et de LDHB par Western Blot, pour montrer une augmentation de l’expression de ces enzymes en absence de MARCH1. À la lumière de ces résultats, nous discutons des avantages que procure la diminution de l’expression de MARCH1 dans un contexte inflammatoire, suite à l’activation des cellules présentatrices d’antigènes. Ce phénomène permettrait une présentation antigénique plus efficace, une augmentation de la production d’énergie et une meilleure résistance aux ROS produits lors de la réponse inflammatoire.

Immunosenescence, Aging, and Systemic Lupus Erythematous

Senescence is a normal biological process that occurs in all organisms and involves a decline in cell functions. This process is caused by molecular regulatory machinery alterations, and it is closely related to telomere erosion in chromosomes. In the context of the immune system, this phenomenon is known as immunosenescence and refers to the immune function deregulation. Therefore, functions of several cells involved in the innate and adaptive immune responses are severely compromised with age progression (e.g., changes in lymphocyte subsets, decreased proliferative responses, chronic inflammatory states, etc.). These alterations make elderly individuals prone to not only infectious diseases but also to malignancy and autoimmunity. This review will explore the molecular aspects of processes related to cell aging, their importance in the context of the immune system, and their participation in elderly SLE patients

PASSCLAIM - gut health and immunity

Background The gut and immune system form a complex integrated structure that has evolved to provide effective digestion and defence against ingested toxins and pathogenic bacteria. However, great variation exists in what is considered normal healthy gut and immune function. Thus, whilst it is possible to measure many aspects of digestion and immunity, it is more difficult to interpret the benefits to individuals of variation within what is considered to be a normal range. Nevertheless, it is important to set standards for optimal function for use both by the consumer, industry and those concerned with the public health. The digestive tract is most frequently the object of functional and health claims and a large market already exists for gut-functional foods worldwide. Aim To define normal function of the gut and immune system and describe available methods of measuring it. Results We have defined normal bowel habit and transit time, identified their role as risk factors for disease and how they may be measured. Similarly, we have tried to define what is a healthy gut flora in terms of the dominant genera and their metabolism and listed the many, varied and novel methods for determining these parameters. It has proved less easy to provide boundaries for what constitutes optimal or improved gastric emptying, gut motility, nutrient and water absorption and the function of organs such as the liver, gallbladder and pancreas. The many tests of these functions are described. We have discussed gastrointestinal well being. Sensations arising from the gut can be both pleasant and unpleasant. However, the characteristics of well being are ill defined and merge imperceptibly from acceptable to unacceptable, a state that is subjective. Nevertheless, we feel this is an important area for future work and method development. The immune system is even more difficult to make quantitative judgements about. When it is defective, then clinical problems ensure, but this is an uncommon state. The innate and adaptive immune systems work synergistically together and comprise many cellular and humoral factors. The adaptive system is extremely sophisticated and between the two arms of immunity there is great redundancy, which provides robust defences. New aspects of immune function are discovered regularly. It is not clear whether immune function can be "improved". Measuring aspects of immune function is possible but there is no one test that will define either the status or functional capacity of the immune system. Human studies are often limited by the ability to sample only blood or secretions such as saliva but it should be remembered that only 2% of lymphocytes circulate at any given time, which limits interpretation of data. We recommend assessing the functional capacity of the immune system by: measuring specific cell functions ex vivo, measuring in vivo responses to challenge, e. g. change in antibody in blood or response to antigens, determining the incidence and severity of infection in target populations during naturally occurring episodes or in response to attenuated pathogens.

Effect of olive oil on immune function in middle-aged men

Consumption of diets rich in monounsaturated fatty acids (MUFAs) has been linked with a low prevalence of atherosclerosis and there has been great interest in the effects of MUFAs on lipoprotein metabolism. Less attention has been paid to the effects of MUFAs on the immune system, yet cells of the immune system are an inherent part of the inflammatory events involved in atherosclerosis and several animal studies showed that olive oil has some potent immunomodulatory actions. We therefore considered it important to investigate the effects of chronic consumption of MUFAs on several immune cell functions in healthy humans. Healthy middle-aged males entered a doubleblind, randomized, controlled trial in which they consumed either a MUFA diet or a control diet for 2 mo. There was a significant decrease in the expression of intercellular adhesion molecule 1 by peripheral blood mononuclear cells from subjects consuming the MUFA diet. Consumption of the MUFA diet did not affect natural killer cell activity or proliferation of mitogen-stimulated leukocytes. The effects of a MUFA-rich diet on adhesion molecule expression may have implications for the influence of dietary fat on inflammatory diseases, including atherosclerosis.

NAD Biosynthesis Evolution in Bacteria: Lateral Gene Transfer of Kynurenine Pathway in Xanthomonadales and Flavobacteriales

The biosynthesis of quinolinate, the de novo precursor of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), may be performed by two distinct pathways, namely, the bacterial aspartate (aspartate-to-quinolinate) and the eukaryotic kynurenine (tryptophan-to-quinolinate). Even though the separation into eukaryotic and bacterial routes is long established, recent genomic surveys have challenged this view, because certain bacterial species also carry the genes for the kynurenine pathway. In this work, both quinolinate biosynthetic pathways were investigated in the Bacteria clade and with special attention to Xanthomonadales and Bacteroidetes, from an evolutionary viewpoint. Genomic screening has revealed that a small number of bacterial species possess some of the genes for the kynurenine pathway, which is complete in the genus Xanthomonas and in the order Flavobacteriales, where the aspartate pathway is absent. The opposite pattern (presence of the aspartate pathway and absence of the kynurenine pathway) in close relatives (Xylella ssp. and the order Bacteroidales, respectively) points to the idea of a recent acquisition of the kynurenine pathway through lateral gene transfer in these bacterial groups. In fact, sequence similarity comparison and phylogenetic reconstruction both suggest that at least part of the genes of the kynurenine pathway in Xanthomonas and Flavobacteriales is shared by eukaryotes. These results reinforce the idea of the role that lateral gene transfer plays in the configuration of bacterial genomes, thereby providing alternative metabolic pathways, even with the replacement of primary and essential cell functions, as exemplified by NAD biosynthesis.

Upregulation of soluble and membrane-bound human leukocyte antigen G expression is primarily observed in the milder histopathological stages of chronic hepatitis C virus infection

Chronic hepatitis C virus (HCV) infection is a worldwide health problem that may evolve to cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Incompletely understood immune system mechanisms have been associated with impaired viral clearance. The nonclassical class I human leukocyte antigen G (HLA-G) molecule may downregulate immune system cell functions exhibiting well-recognized tolerogenic properties. HCV genotype was analyzed in chronic HCV-infected patients. Because HLA-G expression may be induced by certain viruses, we evaluated the presence of HLA-G in the liver microenvironment obtained from 89 biopsies of patients harboring chronic HCV infection and stratified according to clinical and histopathological features. Overall, data indicated that HCV genotype 1 was predominant, especially subgenotype 1a, with a prevalence of 87%. HLA-G expression was observed in 45(51%) liver specimens, and it was more frequent in milder stages of chronic hepatitis (67.4%) than in moderate (27.8%; p = 0.009) and severe (36.0%; p = 0.021) stages of the disease. Altogether, these results suggest that the expression of HLA-G in the context of HCV is a complex process modulated by many factors, which may contribute to an immunologic environment favoring viral persistence. However, because the milder forms predominantly expressed HLA-G, a protective role of this molecule may not be excluded. (C) 2012 American Society for Histocompatibility and Immunogenetics. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

New insights regarding HCV-NS5A structure/function and indication of genotypic differences

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Transposable elements in Coffea (Gentianales : Rubiacea) transcripts and their role in the origin of protein diversity in flowering plants

Transposable elements are major components of plant genomes and they influence their evolution, acting as recombination hot spots, acquiring specific cell functions or becoming part of protein-coding regions. The latter is the subject of the present analysis. This study is a report on the annotation of transposable elements (TEs) in expressed sequences of Coffea arabica, Coffea canephora and Coffea racemosa, showing the occurrence of 383 ESTs and 142 unigenes with TE fragments in these three Coffea species. Based on selected unigenes, it was possible to suggest 26 putative proteins with TE-cassette insertions, demonstrating a likely contribution to protein variability. The genes for two of those proteins, the fertility restorer (FR) and the pyrophosphate-dependent phosphofructokinase (PPi-PFKs) genes, were selected for evaluating the impact of TE-cassettes on host gene evolution of other plant genomes (Arabidopsis thaliana, Oryza sativa and populus trichocarpa). This survey allowed identifying a FR gene in O. sativa harboring multiple insertions of LTR retrotransposons that originated new exons, which however does not necessarily mean a case of molecular domestication. A possible transduction event of a fragment of the PPi-PFK beta-subunit gene mediated by Helitron ATREPX1 in Arabidopsis thaliana was also highlighted.

Cellular and molecular mechanisms of apoptosis in skeletal muscle atrophy

Apoptosis is necessary for maintaining the integrity of proliferative tissues, such as epithelial cells of the gastrointestinal and integumentary systems. The role of apoptosis in post-mitotic tissues, such as skeletal muscle, is less well defined, but several lines of evidence suggest that it occurs in both myofiber and other interstitial muscle cell types. Apoptosis of myonuclei likely contributes to the loss of muscle mass, but the mechanisms underlying this process are largely unknown. Caspase-dependent as well as caspase-independent pathways have been implicated, and the mode by which atrophy is induced likely determines the apoptotic mechanisms that are utilized. It remains to be determined whether a decrease in apoptosis will alleviate atrophy and distinct research strategies may be required to clarify the different causes of skeletal muscle mass loss. In this review, it was also speculated that apoptosis is a normal regulatory process that the myofiber can use to reduce the number of nuclear domains, thus ensuring optimal cell functions according to the mechanical load imposed on the muscle. ©FUNPEC-RP.

Efeito da deficiência de magnésio na dieta sobre a densidade e o metabolismo ósseo ao redor de implantes com osseointegração estabelecida: estudos em ratos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Beneficial Effects of Adiponectin on Periodontal Ligament Cells under Normal and Regenerative Conditions

Type 2 diabetes and obesity are increasing worldwide and linked to periodontitis, a chronic disease which is characterized by the irreversible destruction of the tooth-supporting tissues, that is, periodontium. The mechanisms underlying the association of diabetes mellitus and obesity with periodontal destruction and compromised periodontal healing are not well understood, but decreased plasma levels of adiponectin, as found in diabetic and obese individuals, might be a critical mechanistic link. The aim of this in vitro study was to examine the effects of adiponectin on periodontal ligament (PDL) cells under normal and regenerative conditions, and to study the regulation of adiponectin and its receptors in these cells. Adiponectin stimulated significantly the expression of growth factors and extracellular matrix, proliferation, and in vitro wound healing, reduced significantly the constitutive tumor necrosis factor-alpha expression, and caused a significant upregulation of its own expression. The beneficial actions of enamel matrix derivative on a number of PDL cell functions critical for periodontal regeneration were partially enhanced by adiponectin. The periodontopathogen Porphyromonas gingivalis inhibited the adiponectin expression and stimulated the expression of its receptors. In conclusion, reduced levels of adiponectin, as found in type 2 diabetes and obesity, may compromise periodontal health and healing.

Expression, purification and characterization of cold shock protein A of Corynebacterium pseudotuberculosis

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)