Natural killer cell genes and functions after kidney transplantation

Natural Killer (NK) cells are of special interest in solid organ transplantation (SOT) because classical immunosuppressive drugs could enhance NK cells activity.We studied NK cells after kidney transplantation in three different situations. First, we analysed the peripheral repertoire reconstitution and function of NK cells after a polyclonal rabbit anti-thymocytes globulin (rATG) induction therapy, in 20 patients transplanted with living donor and with a low immunological risk. Second, we analysed the influence of KIR genes on the risk of CMV primo-infection or reactivation in 224 transplanted patients during the first year. Finally, we studied the risk of rejection and graft function during the first 5 years according to the KIR genes. Our study demonstrates that after an intial drop, NK cell reconstitution is fast with a ratio of CD56+/CD3− cells versus CD3+ cells that remains identical. The fraction of NK cells expressing the inhibitory receptor NKG2A significantly increases and the activating receptor NKG2D decreases after transplantation to retrieve the pretransplantation value after one year. The secretion of INF-f × and the cytotoxicity is maintained over time after transplantation. Then, we demonstrated that the presence of 2 KIR missing ligands and a large number of activating KIR gene protected against CMV primo-infection or reactivation during the first year post transplantation. Finally, the KIR genes and their HLA ligands do not influence the long term graft function after univariate and multivariate analysis. Our data suggest that despite the modification of the receptor repertoire, NK cell activity is preserved. NK cells are an important player of the immune response in the first year after transplantation mainly thanks to their anti-infectious activity.

In vivo expression of natural killer cell inhibitory receptors by human melanoma-specific cytolytic T lymphocytes.

Natural killer (NK) receptor signaling can lead to reduced cytotoxicity by NK cells and cytolytic T lymphocytes (CTLs) in vitro. Whether T cells are inhibited in vivo remains unknown, since peptide antigen-specific CD8(+) T cells have so far not been found to express NK receptors in vivo. Here we demonstrate that melanoma patients may bear tumor-specific CTLs expressing NK receptors. The lysis of melanoma cells by patient-derived CTLs was inhibited by the NK receptor CD94/NKG2A. Thus, tumor-specific CTL activity may be decreased through NK receptor triggering in vivo.

PRDM1 is a tumor suppressor gene in natural killer cell malignancies.

Natural killer cell lymphoma (NKCL) constitutes a rare and aggressive form of non-Hodgkin lymphoma, and there is little insight into its pathogenesis. Here we show that PRDM1 is a tumor suppressor gene in NKCLs that is inactivated by a combination of monoallelic deletion and promoter CpG island hypermethylation. We observed monoallelic deletion of PRDM1 loci in 8 of 18 (44%) NKCL cases. The other allele showed significant promoter methylation in 12 of 17 (71%) cases. In support of its role as a tumor suppressor gene, the reconstitution of PRDM1 in PRDM1-null NK cell lines led to G2/M cell cycle arrest, increased apoptosis, and a strong negative selection pressure with progressive elimination of PRDM1-expressing cells, which was enhanced when IL-2 concentration is limiting. We observed a progressive increase in PRDM1 expression-in particular, PRDM1α-in normal NK cells in response to IL-2 and in normal NK cells activated with an engineered NK cell target, K562-Cl9-mb21, suggesting its role in NK cell homeostasis. In support of this role, knockdown of PRDM1 by shRNA in normal NK cells resulted in the positive selection of these cells. We identified MYC and 4-1BBL as targets of PRDM1 in NK cells. Disruption of homeostatic control by PRDM1 may be an important pathogenetic mechanism for NKCL.

Adaptations of Natural Killer Cells to Self-MHC Class I.

Natural Killer (NK) cells use germ line encoded receptors to detect diseased host cells. Despite the invariant recognition structures, NK cells have a significant ability to adapt to their surroundings, such as the presence or absence of MHC class I molecules. It has been assumed that this adaptation occurs during NK cell development, but recent findings show that mature NK cells can also adapt to the presence or absence of MHC class I molecules. Here, we summarize how NK cells adjust to changes in the expression of MHC class I molecules. We propose an extension of existing models, in which MHC class I recognition during NK cell development sequentially instructs and maintains NK cell function. The elucidation of the molecular basis of the two effects may identify ways to improve the fitness of NK cells and to prevent the loss of NK cell function due to persistent alterations in their environment.

Anàlisis dels immunofenotips dels NKR de les cèl·lules Natural Killer en pacients amb Esclerosi Múltiple (MS).

La MS és una malaltia autoimmunitària les causes de la qual són encara desconegudes. Entre altres efectes, els pacients d’aquesta malaltia veuen reduït el nombre de limfòcits, així com el percentatge d’aquests ocupats pel compartiment NK. Tot i que molts estudis es centren en investigar aquesta malaltia, el motiu d’aquesta reducció, continua essent un misteri. En el present estudi s’ha plantejat una hipòtesi, la qual apunta a què aquesta reducció, pugui venir causada pel fet que les cèl·lules NK s’hagin vist eliminades de la circulació; a la qual cosa s’esperaria trobar una població de NK més joves per aquells pacients que tinguessin en un percentatge menor de NK, ja que aquesta pèrdua s’hauria hagut de compensar amb cèl·lules NK de nova formació. Per tal de determinar l’antiguitat de les cèl·lules NK s’analitzen els receptors ILT2 (present en cèl·lules més antigues, ja que s’acumula amb el temps), NKG2A (molt present en cèl·lules NK joves), i en la subpoblació CD56bright, (estat de maduració precoç, ja que aquestes amb el temps esdevindran CD56dim). Després de molts anàlisis, s’ha pogut comprovar com la presència de CMV influeix en els receptors de les cèl·lules NK, igual que també influeix la presència de tractament amb immunomoduladors. Però a part d’aquestes influències les quals ja s’havien descrit en altres estudis previs, s’ha pogut trobar que aquells pacients CMV- sense tractament, presenten una correlació significativament negativa entre el percentatge de les cèl·lules CD56bright respecte al total del compartiment NK, la qual al no estar sota la influència de CMV ni de tractament, està causada per algun factor estrictament lligat a la malaltia, fet del qual no se’n havien presentat evidències significatives fins ara. Tot i que aquests resultats, a la vegada de ser molt interessants, recolzen la hipòtesi base, no s’han trobat resultats significatius per a NKG2A i els resultats per a ILT2 són significatius però no concloents. Igualment però, aquests resultats són molt prometedors, i pensem que seria interesant continuar treballant en aquestes troballes.

The role of natural killer cells in the early period of infection in murine cutaneous leishmaniasis

In order to study the role of natural killer (NK) cells during the early period of Leishmania infection, BALB/c mice were selectively and permanently depleted of NK cells by injection with 90Sr and subsequently infected with Leishmania (Leishmania) amazonensis (HSJD-1 strain). 90Sr is known to selectively deplete NK cells, leaving an intact T- and B-cell compartment and preserving the ability to produce both interferon alpha and IL-2. This method of depletion has advantages when compared with depletion using anti-NK cell monoclonal antibodies because the effect is permanent and neither activates complement nor provokes massive cell death. In the present study, after one month of treatment with 90Sr, the depletion of NK cells was shown by a more than ten-fold reduction in the cytotoxic activity of these cells: 2 x 106 spleen cells from NK-depleted animals were required to reach the same specific lysis of target cells effected by 0.15 x 106 spleen cells from normal control animals. The histopathology of the skin lesion at 7 days after Leishmania infection showed more parasites in the NK cell-depleted group. This observation further strengthens a direct role of NK cells during the early period of Leishmania infection.

Increased Degranulation of Natural Killer Cells during Acute HCV Correlates with the Magnitude of Virus-specific T cell Responses

Ce manuscrit est une pré-publication d'un article paru dans Journal of Hepatology 2010; 53(5): 805-816.

Inhibitory Killer Immunoglobulin-like receptors to self HLA-B and HLA-C ligands contribute differentially to Natural Killer cell functional potential in HIV infected Slow Progressors

Ce manuscrit est une pré-publication d'un article paru dans Clinical Immunology 2012; 143(3): 246-255 url: http://www.journals.elsevier.com/clinical-immunology/

Étude génétique et fonctionnelle des Interferon-producing Killer Dendritic Cells

L’idée qu’une cellule puisse effectuer la cytolyse de cellules transformées, comme une cellule Natural Killer (NK), tout en ayant la capacité de présenter des antigènes, comme une cellule dendritique (DC), peut sembler fantaisiste. Cependant, de telles cellules furent bel et bien identifiées chez la souris en 2006. Ces cellules, nommées Interferon-producing Killer Dendritic Cells (IKDC), furent l’objet d’une caractérisation extensive qui révéla leur énorme potentiel immunologique. La combinaison de fonctions associées à des cellules NK et à des DC a doté les IKDC d’un pouvoir antitumoral remarquable. D’ailleurs, il a été démontré que les IKDC sont plus efficaces que les cellules NK pour limiter la croissance tumorale. Ainsi, suite à leur découverte, les IKDC ont suscité beaucoup d’intérêt. Cependant, une controverse émergea sur la nature des IKDC. Plusieurs groupes indépendants tentèrent de reproduire les expériences attestant les fonctions de DC des IKDC, sans y parvenir. De plus, des études additionnelles révélèrent que les IKDC possèdent des similitudes très importantes avec les cellules NK. Ces observations ont mené la communauté scientifique à suggérer que les IKDC sont des cellules NK en état d’activation (aNK). Malgré cette controverse, les caractéristiques antitumorales des IKDC sont si uniques et considérables qu’il est primordial de poursuivre l’étude de ces cellules. Pour y arriver, il est essentiel de déterminer la nature des IKDC et de mettre fin à ce débat. Par la suite, il sera important d’identifier des façons de cibler spécifiquement les IKDC pour permettre leur usage dans le cadre de thérapies antitumorales. Ainsi, l’objectif de cette thèse est de définir l’identité des IKDC, puis de déterminer les facteurs génétiques responsables de la régulation de ces cellules. Nous avons démontré que les IKDC ne sont pas des cellules aNK, contrairement à ce qui avait été suggéré. Nous avons constaté que les IKDC prolifèrent activement et possèdent un phénotype unique, des caractéristiques associées à des cellules NK très immatures. Afin de déterminer si les IKDC peuvent acquérir un phénotype mature, nous avons effectué des expériences de transfert adoptif. Suite à leur injection in vivo, les IKDC acquièrent un phénotype de cellules matures, mais étonnamment, elles se différencient aussi en cellules NK. Ainsi, nous avons révélé que les IKDC sont un intermédiaire dans la différenciation des cellules NK. En parallèle, nous avons démontré que la proportion d’IKDC varie grandement entre des souris de fond génétique différent, indiquant que des facteurs génétiques sont impliqués dans la régulation de ces cellules. Nous avons alors effectué une analyse génétique qui a révélé que les IKDC sont régulées par des facteurs génétiques compris dans une région distale du chromosome 7. Les résultats présentés dans cette thèse constituent une avancée importante pour la recherche sur les IKDC. Ils ont permis de définir la nature des IKDC et d’identifier un intervalle génétique impliqué dans la régulation de ces cellules. Ces découvertes sont des connaissances précieuses pour l’identification des IKDC chez l’Homme et la création de nouvelles thérapies dans la lutte contre le cancer.

Rôle essentiel des cellules dendritiques dans l'immunité innée face a des streptocoques encapsulés

Streptococcus du Groupe B (GBS) et Streptococcus suis sont deux pathogènes encapsulés qui induisent des pathologies similaires dont la méningite et la septicémie chez les animaux et/ou les humains. Les sérotypes III et V du GBS et les sérotypes 2 et 14 du S. suis (utilisés dans cette étude) sont parmi les plus prévalents et/ou les plus virulents. La capsule polysaccharidique (CPS) définit le sérotype et est considérée comme un facteur de virulence essentiel pour les deux espèces bactériennes. Malgré que plusieurs études aient été réalisées au niveau des interactions entre ces streptocoques et les cellules de l’immunité innée, aucune information n’est disponible sur la régulation de la réponse immunitaire contre ces pathogènes par les cellules dendritiques (DCs) et leur interactions avec d’autres cellules, notamment les cellules ‘natural killer’ (NK). Dans cette étude, différentes approches (in vitro, ex vivo et in vivo) chez la souris ont été développées pour caractériser les interactions entre les DCs, les cellules NK et GBS ou S. suis. L’utilisation de mutants non encapsulés a permis d’évaluer l’importance de la CPS dans ces interactions. Les résultats in vitro avec les DCs infectées par GBS ou S. suis ont démontré que ces deux pathogènes interagissent différemment avec ces cellules. GBS est grandement internalisé par les DCs, et ce, via de multiples mécanismes impliquant notamment les radeaux lipidiques et la clathrine. Le mécanisme d’endocytose utilisé aurait un effet sur la capacité du GBS à survivre intracellulairement. Quant au S. suis, ce dernier est très faiblement internalisé et, si le cas, rapidement éliminé à l’intérieur des DCs. GBS et S. suis activent les DCs via différents récepteurs et favorisent la production de cytokines et chimiokines ainsi que l’augmentation de l’expression de molécules de co-stimulation. Cette activation permet la production d’interferon-gamma (IFN-y) par les cellules NK. Cependant, GBS semble plus efficient à activer les DCs, et par conséquent, les cellules NK que S. suis. La production d’IFN-y, en réponse à la stimulation bactérienne, est principalement assurée par un contact direct entre les DCs et les cellules NK et ne dépend qu’en partie de facteurs solubles. De plus, nos résultats in vivo ont démontré que ces deux streptocoques induisent rapidement la libération d'IFN-y par les cellules NK lors de la phase aiguë de l'infection. Ceci suggère que les interactions entre les DCs et les cellules NK pourraient jouer un rôle dans le développement d’une réponse immune T auxiliaire de type 1 (T ‘helper’ 1 en anglais; Th1). Cependant, la capacité de S. suis à activer la réponse immunitaire in vivo est également plus faible que celle observée pour GBS. En effet, les CPSs de GBS et de S. suis jouent des rôles différents dans cette réponse. La CPS de S. suis empêche une activation optimale des DCs et des cellules NK alors que c’est l’opposé pour la CPS de GBS, indépendamment du sérotype évalué. En résumé, cette étude adresse pour la première fois la contribution des DCs et des cellules NK dans la réponse immunitaire innée lors d’une infection à GBS ou à S. suis et, par extension, dans le développement d’une réponse Th1. Nos résultats renforcent davantage le rôle central des DCs dans le contrôle efficace des infections causées par des bactéries encapsulées.

Selective effects of Lactobacillus casei Shirota on T cell activation, natural killer cell activity and cytokine production

Modulation of host immunity is an important potential mechanism by which probiotics confer health benefits. This study was designed to investigate the effects of a probiotic strain, Lactobacillus casei Shirota (LcS), on immune function, using human peripheral blood mononuclear cells (PBMC) in vitro. In addition, the role of monocytes in LcS-induced immunity was also explored. LcS promoted natural killer (NK) cell activity and preferentially induced expression of CD69 and CD25 on CD8+ and CD56+ subsets in the absence of any other stimulus. LcS also induced production of IL-1β, IL-6, TNF-α, IL-12 and IL-10 in the absence of lipopolysaccharide (LPS). In the presence of LPS, LcS enhanced IL-1β production, but inhibited LPS-induced IL-10 and IL-6 production, and had no further effect on TNF-α and IL-12 production. Monocyte-depletion significantly reduced the impact of LcS on lymphocyte activation, cytokine production and NK cell activity. In conclusion, LcS preferentially activated cytotoxic lymphocytes in both the innate and specific immune system, which suggests that LcS could potentiate the destruction of infected cells in the body. LcS also induced both pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokine production in the absence of LPS, but inhibited LPS-induced cytokine production in some cases. Monocytes play an important role in LcS-induced immunological responses.

Alterations in receptor binding properties of recent human influenza H3N2 viruses are associated with reduced natural killer cell lysis of infected cells

Natural killer (NK) cell recognition of influenza virus-infected cells involves hemagglutinin (HA) binding to sialic acid (SA) on activating NK receptors. SA also acts as a receptor for the binding of influenza virus to its target host cells. The SA binding properties of H3N2 influenza viruses have been observed to change during circulation in humans: recent isolates are unable to agglutinate chicken red blood cells and show reduced affinity for synthetic glycopolymers representing SA-alpha-2,3-lactose (3'SL-PAA) and SA-alpha-2,6-N-acetyl lactosamine (6'SLN-PAA) carbohydrates. Here, NK lysis of cells infected with human H3N2 influenza viruses isolated between 1969 and 2003 was analyzed. Cells infected with recent isolates (1999 to 2003) were found to be lysed less effectively than cells infected with older isolates (1969 to 1996). This change occurred concurrently with the acquisition of two new potential glycosylation site motifs in RA. Deletion of the potential glycosylation site motif at 133 to 135 in HA1 from a recent isolate partially restored the agglutination phenotype to a recombinant virus, indicating that the HA-SA interaction is inhibited by the glycosylation modification. Deletion of either of the recently acquired potential glycosylation sites from HA led to increased NK lysis of cells infected with recombinant viruses carrying modified HA. These results indicate that alterations in RA glycosylation may affect NK cell recognition of influenza virus-infected cells in addition to virus binding to host cells.

Alterations in receptor binding properties of recent human influenza H3N2 viruses are associated with reduced natural killer cell lysis of infected cells

Natural killer (NK) cell recognition of influenza virus-infected cells involves hemagglutinin (HA) binding to sialic acid (SA) on activating NK receptors. SA also acts as a receptor for the binding of influenza virus to its target host cells. The SA binding properties of H3N2 influenza viruses have been observed to change during circulation in humans: recent isolates are unable to agglutinate chicken red blood cells and show reduced affinity for synthetic glycopolymers representing SA-alpha-2,3-lactose (3'SL-PAA) and SA-alpha-2,6-N-acetyl lactosamine (6'SLN-PAA) carbohydrates. Here, NK lysis of cells infected with human H3N2 influenza viruses isolated between 1969 and 2003 was analyzed. Cells infected with recent isolates (1999 to 2003) were found to be lysed less effectively than cells infected with older isolates (1969 to 1996). This change occurred concurrently with the acquisition of two new potential glycosylation site motifs in RA. Deletion of the potential glycosylation site motif at 133 to 135 in HA1 from a recent isolate partially restored the agglutination phenotype to a recombinant virus, indicating that the HA-SA interaction is inhibited by the glycosylation modification. Deletion of either of the recently acquired potential glycosylation sites from HA led to increased NK lysis of cells infected with recombinant viruses carrying modified HA. These results indicate that alterations in RA glycosylation may affect NK cell recognition of influenza virus-infected cells in addition to virus binding to host cells.

Impact of polysialylated CD56 on natural killer cell cytotoxicity

Background Siglec-7, a sialic acid binding inhibitory receptor expressed by NK cells is masked in vivo by a so far unknown ligand. It shows a strong binding prevalence for α-2,8-linked disialic acids in vitro. Results Here we describe the expression of PSA-NCAM (α-2,8-linked polysialic acid modified NCAM) on functional adult peripheral blood natural killer cells and examine its possible role in masking Siglec-7. Unmasking of Siglec-7 using Clostridium perfringens neuraminidase massively reduces NK cell cytotoxicity. By contrast a specific removal of PSA using Endo-NF does not lead to a reduction of NK cell cytotoxicity. Conclusion The results presented here therefore indicate that PSA-NCAM is not involved in masking Siglec-7.