Studies on IL-18 in HIV infection : effects of the cytokine on intestinal integrity, and platelets as a new source of the cytokine

L'interleukine IL-18 (IL-18), un membre de la famille de l’IL-1, est une cytokine pro-inflammatoire multifonctionnelle. Elle est produite par les monocytes, les macrophages, les cellules dendritiques, les cellules épithéliales, les kératinocytes et le cortex surrénal dans le corps humain. Cette cytokine est d'abord produite comme une protéine précurseure inactive, qui est par la suite clivée en une forme mature par la caspase-1 activée. La caspase, en elle-même, existe comme précurseur inactif dans les cellules humaines et requiert l'assemblage d'inflammasomes pour son activation. L'IL-18 pour joue un rôle clé dans la médiation des conditions inflammatoires. Notre laboratoire et d'autres ont montré que l'infection par le VIH est accompagnée d'une augmentation des taux circulants d'IL-18 avec une diminution des niveaux de son antagoniste, l'interleukine-18 binding protein (IL-18BP). Dans cette thèse, nous démontrons pour que l'IL-18 est également produite et sécrétée par les plaquettes humaines lors de leur activation. Les plaquettes contiennent des composants de l'inflammasome. Ils assemblent et activent la caspase-1, qui ensuite traite le précurseur de l'IL-18 dans sa forme mature au cours du processus d'activation des plaquettes. La cytokine est synthétisée de novo lors de l'activation des plaquettes. Contrairement à l'IL-18, les plaquettes expriment constitutivement l’IL-18BP, et la libèrent de manière constitutive, ainsi que lors de l'activation. L'IL-18 et l'IL-18BP sont colocalisés avec CD63, un marqueur pour les granules α des plaquettes. L'IL-18 libéré des plaquettes constitue la source principale de cette cytokine dans la circulation humaine chez les individus sains. Nous avons identifié des concentrations faibles de cette cytokine dans les lysats de plaquettes chez les individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. D'autre part, les concentrations ont été augmentées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes chez les individus infectés. Des résultats similaires ont été obtenus avec l'IL-18BP dans les lysats de plaquettes d'individus sains et infectés par le VIH. Cependant, des quantités plus faibles de cet antagoniste ont été trouvées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes d'individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. Nos résultats ont des implications importantes pour les maladies inflammatoires chroniques dans laquelle une activité accrue de l'IL-18 joue un rôle pathogène. Le VIH est également accompagné par une inflammation intestinale et une diminution de l'intégrité intestinale, mesurée par la réparation de la muqueuse, la régénération et la perméabilité. Cependant, on en sait peu sur la relation entre le niveau élevé de l'IL-18 associé à l'infection au VIH et la perméabilité intestinale: ceci n'a jamais été étudié. Dans cette thèse, nous démontrons le rôle du virus et sa protéine Tat à augmenter la production d'IL-18 chez deux lignées de cellules épithéliales intestinales (HT29 et Caco2) ainsi qu'une diminution de l'IL-18BP. L'IL-18 induit une hyperperméabilité de la barrière épithéliale en perturbant à la fois les jonctions serrées et adhérentes, et ce, en modulant l'expression et la distribution de l'occludine, de claudine-2 et de la bêta-caténine. Une désorganisation de l'actine F a également été observée dans les cellules lors de l'incubation avec l'IL-18. Les mêmes observations ont été faites avec la protéine Tat du VIH-1. Après une incubation prolongée, l'IL-18 a causé la mort des cellules intestinales et induit l'apoptose par l'activation de la caspase-1 et la caspase-3. Fait intéressant, les taux plasmatiques de lipopolysaccharides chez trois catégories différentes de patients au VIH (ART-naïf, ART-traitée et contrôleurs élite) sont en corrélation avec les niveaux plasmatiques de l'IL-18. Enfin, nous avons étudié la voie de signalisation à travers laquelle l'IL-18 induit une perméabilité intestinale accrue. En bref, nos études identifient les plaquettes comme une source importante d'IL-18, et leur activation lors d'une infection à VIH contribue à des concentrations accrues de cette cytokine. Le virus entraine également l'augmentation de la production de cytokines par les cellules épithéliales intestinales. L'activité biologique accrue de ces cytokines contribue à la pathogenèse du sida en augmentant la perméabilité intestinale et en causant la mort des cellules intestinales. L'IL-18 pourrait servir de cible moléculaire pour retarder la progression du sida et réduire l'inflammation chronique dans un stade précoce d'une infection à VIH.

Rôle du microenvironnement apoptotique tissulaire et du MFG-E8 dans la modulation de la réponse inflammatoire

L’inflammation fait partie des processus réactionnels de défense dont dispose l’organisme en réponse aux agressions, assurant l’intégrité de l’hôte. En réponse au dommage tissulaire, plusieurs médiateurs inflammatoires interviennent dans le processus de l’inflammation. Lors de ces dommages, des signaux de dangers provenant de cellules endommagées sont relâchés dans l’environnement tissulaire, pouvant causer des dommages cellulaires et tissulaires. Les macrophages, tout comme d’autres cellules, peuvent être activés par ces signaux de danger, menant à la sécrétion de molécules telles que des cytokines et des chimiokines pouvant modifier le microenvironnement tissulaire. Les insultes au tissu sain peuvent entrainer la mort cellulaire telle que l’apoptose. Les molécules pouvant être relâchées lors de celle-ci contribuent au microenvironnement, notamment de par l’influence de celles-ci sur le macrophage. Parmi ces médiateurs, nous avons identifié le Milk Fat Globule-Epidermal growth factor 8 (MFG-E8), un acteur important dans la résolution de l’inflammation, comme étant relâché spécifiquement par les cellules apoptotiques. Nous avons émis l’hypothèse que le microenvironnement apoptotique tissulaire, via la relâche de MFG-E8, module le phénotype du macrophage, modifiant le microenvironnement, la réponse inflammatoire ainsi que le devenir de l’insulte tissulaire. Nos objectifs sont 1) de caractériser ce microenvironnement apoptotique tissulaire et la cinétique de relâche du MFG-E8 par les cellules apoptotiques, 2) d’en évaluer son rôle dans la modulation du phénotype du macrophage ainsi que 3) d’en étudier, in vivo, son influence sur l’environnement inflammatoire et le devenir tissulaire. Dans le premier article présenté, nous avons démontré que les cellules endothéliales apoptotiques relâchent le MFG-E8 de façon Caspase-3 dépendante. La stimulation des macrophages par l’environnement conditionné par les cellules endothéliales apoptotiques mène à l’adoption d’un profil macrophagien davantage anti-inflammatoire et moindrement pro-inflammatoire. Ce phénotype est réduit par l’inhibition de la Caspase-3 et il dépend de la présence de MFG-E8. De plus, le potentiel du MFG-E8 à la reprogrammation du macrophage pro-inflammatoire a été démontré via un modèle expérimental de péritonite. Ce changement phénotypique médié par MFG-E8 implique une signalisation STAT3. Ayant démontré que les cellules épithéliales apoptotiques, à l’instar des cellules endothéliales apoptotiques, relâchent elles aussi de façon apoptose-dépendante le MFG-E8, nous avons étudié plus exhaustivement un modèle in vivo riche en apoptose épithéliale, l’obstruction urétérale unilatérale. Dans ce deuxième article présenté, nous rapportons l’implication bénéfique de MFG-E8 dans ce modèle de pathologie rénale obstructive. Nous avons constaté que la présence ou l’administration de MFG-E8 réduit le dommage tissulaire et la fibrose. La protection conférée par MFG-E8 est médiée via la modulation de l’activation de l’inflammasome. De plus, nos résultats illustrent l’importance du phénotype anti-inflammatoire du macrophage médié par le MFG-E8 dans la régulation négative de l’activation de l’inflammasome rénal et du dommage tissulaire. Cette thèse présente la première description de la relâche Caspase-3-dépendante de MFG-E8 par les cellules apoptotiques. Elle démontre également l’importance du MFG-E8 dans le microenvironnement apoptotique inflammatoire dans l’atténuation du phénotype pro-inflammatoire du macrophage. De plus, nous avons démontré son rôle protecteur dans des modèles in vivo de transplantation aortique et de réparation tissulaire, de même que dans un modèle de maladie rénale chronique où nous avons montré que cette protection conférée par MFG-E8 est médiée par la régulation négative de l’inflammasome tissulaire. Nos résultats suggèrent ainsi que le MFG-E8 pourrait être considéré comme un interrupteur inflammatoire et ainsi comme une cible potentielle dans la modulation de maladies inflammatoires.

THE ROLE OF INNATE IMMUNITY IN SEPTIC ACUTE KIDNEY INJURIES

Acute kidney injury (AKI) is an important clinical syndrome characterized by abnormalities in the hydroelectrolytic balance. Because of high rates of morbidity and mortality (from 15% to 60%) associated with AKI, the study of its pathophysiology is critical in searching for clinical targets and therapeutic strategies. Severe sepsis is the major cause of AKI. The host response to sepsis involves an inflammatory response, whereby the pathogen is initially sensed by innate immune receptors (pattern recognition receptors [PRRs]). When it persists, this immune response leads to secretion of proinflammatory products that induce organ dysfunction such as renal failure and consequently increased mortality. Moreover, the injured tissue releases molecules resulting from extracellular matrix degradation or dying cells that function as alarmines, which are recognized by PRR in the absence of pathogens in a second wave of injury. Toll-like receptors (TLRs) and NOD-like receptors (NLRs) are the best characterized PRRs. They are expressed in many cell types and throughout the nephron. Their activation leads to translocation of nuclear factors and synthesis of proinflammatory cytokines and chemokines. TLRs` signaling primes the cells for a robust inflammatory response dependent on NLRs; the interaction of TLRs and NLRs gives rise to the multiprotein complex known as the inflammasome, which in turn activates secretion of mature interleukin 1 beta and interleukin 18. Experimental data show that innate immune receptors, the inflammasome components, and proinflammatory cytokines play crucial roles not only in sepsis, but also in organ-induced dysfunction, especially in the kidneys. In this review, we discuss the significance of the innate immune receptors in the development of acute renal injury secondary to sepsis.

Immunological parameters related to the adjuvant effect of the ordered mesoporous silica SBA-15

In 2006, the first report of a nanostructured material as adjuvant was described establishing the effectiveness of the ordered mesoporous SBA-15 silica as an immune adjuvant. The present study evaluated the SBA-15 capacity to modulate the immune responsiveness of High and Low responder mice immunized with BSA encapsulated/adsorbed in SBA-15 by the intramuscular or oral route and the adjuvant effect was compared with the responsiveness induced by BSA in aluminum hydroxide salts or emulsified in Incomplete Freund adjuvant. These results demonstrate the ability of the non-toxic SBA-15 nanoparticles to increase the immunogenicity and repair the responsiveness of the constitutively low responder individuals inducing both the IgG2a and the IgG1 isotypes, independently of the immune cell committed and conditioning the low phenotype. This new adjuvant may reveal novel therapeutic targets for immune modulation and vaccine design. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Envolvimento do inflamassoma e citocinas na resposta imunológica em infecção induzida pelo fungo Sporothrix schenckii

Pós-graduação em Biociências e Biotecnologia Aplicadas à Farmácia - FCFAR

Avaliação da função macrofágica na hanseníase virchowiana: marcadores de superfície, receptores TLR e NLR e mediadores inflamatórios

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

NLRP1 L155H polymorphism is a risk factor for preeclampsia development

Problem: Augmented levels of IL-1 ss have been pointed out as an important pathogenic factor for preeclampsia development. Inflammasome is the cytoplasmic complex responsible for pro-IL1 ss cleavage and IL-1 ss secretion. Aim of the study was to evaluate the association between polymorphisms in inflammasome'genes and preeclampsia. Method of study: Selected polymorphisms in inflammasome genes (NLRP1, NLRP3, CARD8, and IL1B) were analyzed in 286 Brazilian women with and 309 without preeclampsia. Results and Conlclusions: The NLRP1 variant rs12150220 (L155H) was associated with the development of preeclampsia (OR=1.58), suggesting a role of this inflammasome receptor in the pathogenesis of this multifactorial disorder.

Involvement of major components from sporothrix schenckii cell wall in the caspase-1 activation, nitric oxide and cytokines production during experimental sporotrichosis

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

Análise de inflamassoma induzido por urato monossódico em monócitos de gestantes portadoras de pré-eclampsia

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

Inflamassomos NLRC4 E NLRP3 na Doença Periodontal Experimental Induzida por Aggregatibacter Actinomycetemcomitans

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

Inflamassomos NLRC4 E NLRP3 na Doença Periodontal Experimental Induzida por Aggregatibacter Actinomycetemcomitans

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

The spider acylpolyamine Mygalin is a potent modulator of innate immune responses

Mygalin is an antibacterial molecule isolated froth the hemocytes of the spider Acanthoscurria gomesiana. It was identified as bis-acylpolyamine spermidine. We evaluated the modulator effects of synthetic Mygalin in the innate immune response. We demonstrate that Mygalin induces IFN-gamma synthesis by splenocytes increasing the nitrite secretion by splenocytes and macrophages. A specific inhibitor of iNOS abrogated Mygalin-induced nitrite production in macrophages independent of IFN-gamma activation. In addition, Mygalin-activated macrophages produced TNF-alpha but not IL-1 beta, demonstrating that Mygalin does not act directly on the inflammasome. Furthermore, this compound did not affect spontaneous or Concanavalin A-induced proliferative responses by murine splenocytes and did not induce IL-5 or apoptosis of splenocytes or bone marrow-derived macrophages. These data provide evidence that Mygalin modulates the innate immune response by inducing IFN-gamma and NO synthesis. The combined immune regulatory and antibacterial qualities of Mygalin should be explored as a strategy to enhance immune responses in infection. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Evaluation of pyroptosis in macrophages using cytosolic delivery of purified flagellin

Pyroptosis is a molecularly controlled form of cell death that exhibits some features of apoptosis as well of necrosis. Pyroptosis is induced by inflammasome-activated caspase-1 or caspase-11 (caspase-4 in humans), as a result of distinct pathogenic or damage stimuli. Although pyroptosis displays some morphological and biochemical features of apoptosis, it has an inflammatory outcome due to the loss of plasma membrane integrity and the consequent release of intracellular contents, reminiscent to necrosis. Here, we use cytosolic delivery of purified flagellin as an experimental tool to trigger pyroptosis and describe potential methods to study this form of cell death. Finally, we discuss the advantages and limitations of these methods

Das Interleukin-1Beta-Rezeptor-Homolog im Modifizierten Vakziniavirus Ankara (MVA) - Charakterisierung und möglicher Einfluss auf MVA-basierte Impfvektoren

MVA ist ein attenuiertes Vakziniavirus, das durch wiederholte Passagierung von Chorioallantoisvirus Ankara auf Hühnerembryofibroblasten gewonnen wurde. Es ist bis auf wenige Ausnahmen nicht mehr in der Lage, in Säugerzellen zu replizieren, zeigt aber dennoch eine vollständige virale Proteinexpression und induziert nach Immunisierung eine zu VACV vergleichbare Immunantwort. Aus diesem Grund wurde es bereits als Impfstoff gegen die menschliche Pockenerkrankung eingesetzt, ohne hierbei die bei den klassischen Impfviren beobachtbaren Nebenwirkungen hervorzurufen. Das Genom von MVA enthält jedoch noch Immunmodulatoren, deren Deletion Ansatzpunkt für die weitere Verbesserung des Impfstoffes sein kann. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Deletionsmutante untersucht, bei der das Gen für den Interleukin-1β Rezeptor (IL-1βR) deletiert ist (MVA ΔIL-1βR). Es konnte nachgewiesen werden, dass der IL-1βR in murinen als auch in humanen Zellen exprimiertes IL-1β bindet und somit inaktiviert. Des Weiteren wurde gefunden, dass MVA in der Lage ist, IL-1β in antigenpräsentierenden Zellen zu induzieren, welches aber durch die Neutralisierung aufgrund des IL-1βR nur transient nachzuweisen war. Im Gegensatz dazu induzierte MVA ΔIL-1βR eine anhaltende und um ein Vielfaches erhöhte Sekretion an IL-1β. Untersuchungen in antigenpräsentierenden Zellen aus knock-out Mäusen, die verschiedene Defizienzen in den Signalwegen zur IL-1β-Induktion trugen, zeigten, dass die Sekretion von IL-1β von Caspase-1 abhängig war, welches wahrscheinlich aus der vorgeschalteten Aktivierung der NLRP3- und/oder AIM2-Inflammasomen resultierte. Interessanterweise wurden auch Caspase-1 unabhängige Mechanismen beobachtet, die auf eine Inflammasom-unabhängige IL-1β-Induktion hinweisen könnten. In Bezug auf die Immunaktivierung führte die vermehrte Sekretion von IL-1β durch MVA ΔIL-1βR vermutlich zu einer verbesserten Antigenpräsentation, die die nachfolgende T-Zellantwort beeinflusste. In Übereinstimmung mit bereits veröffentlichten Daten wurde nach Immunisierung mit MVA ΔIL-1βR eine effektivere Gedächtnis-T-Zellantwort festgestellt, deren Charakteristika und zu Grunde liegenden Mechanismen hier untersucht wurden. Jedoch konnten weder Unterschiede in weiteren pro-inflammatorischen Zytokinmustern noch im Verlauf insbesondere der CD8+ T-Zell-Aktivierung und -erhaltung zwischen MVA und MVA ΔIL-1βR beobachtet werden. Als mögliche weitere Ursache für die veränderte Gedächtnis-T-Zellantwort könnte daher eine vermehrte Stimulation durch antigenpräsentierende Zellen und eine IL-21-vermittelte bessere Unterstützungsfunktion der CD8+ Gedächtnis-T-Zellen durch CD4+ T-Zellen in Frage kommen. Zusammenfassend konnten hier neue molekulare Mechanismen, die zur Induktion von IL-1β nach einer MVA-Infektion führen, aufgedeckt werden. Darüber hinaus existieren bereits erste Hinweise auf einen Vorteil der Deletion des IL-1βR für MVA-basierte Vektorimpfstoffe. Die vorliegende Arbeit hat weitere Daten erhoben, die das Erzielen verbesserter Immunantworten nach Immunisierung mit MVA ΔIL-1βR unterstützen, woraus sich neue Ansätze für die Entwicklung MVA-basierter Impfstoffe ergeben könnten.