Macrophages and lymphocyte responiveness to mitogen

Purified B-cells fail to proliferate in response to the strong thymus-independent (TI) antigen Lipopolysaccharide (LPS) in the absence of macrophages (Corbel and Melchers, 1983). The fact that macrophages, or factors derived from them are required is supported by the inability of marginal zone B-cells in infants to respond to highly virulent strains of bacteria such as Neisseria meningitidis and Streptococcus pneumoniae (Timens, 1989). This may be due to the lack of CD21 expression on B-cells in infants which could associate with its co-receptor (C3d) on adjacent macrophages. It is not clear whether cell surface contacts and/or soluble products are involved in lymphocyte-macrophage interactions in response to certain antigens. This thesis describes the importance of the macrophage in lymphocyte responses to T-dependent (TD) and TI antigens. The major findings of this thesis were as follows: (1). Macrophages were essential for a full proliferative response to a range of T - and B-cell mitogens and TI-1 and TI-2 antigens, including Concanavalin A, LPS, Pokeweed mitogen (PWM), Dextran sulphate, Phytohaemagglutinin-P (PHA-P) and Poly[I][C]. (2). A ratio of 1 macrophage to 1000 lymphocytes was sufficient for the mitogens to exert their effects. (3). The optimal conditions were established for the activation of an oxidative burst in cells of the monocyte/macrophage lineage as measured by luminometry. The order of ability was OpZ >PMA/lonomycin >f-MLP >Con A >DS >PHA >Poly[I][C] >LPS >PWM. Responses were only substantial and protracted with OpZ and PMA. Peritoneal macrophages were the most responsive cells, whereas splenic and alveolar macrophages were significantly less active and no response could be elicited with Kupffer cells, thus demonstrating heterogeneity between macrophages. (4). Activated macrophages that were then fixed with paraformaldehyde were unable to restore mitogenic responsiveness, even with a ratio of 1 macrophage to 5 lymphocytes. (5). Although highly purified T- and B-cells could respond to mitogen provided live macrophages were present, maximum activation was only observed when all 3 cell types were present. (6). Supernatants from purified macrophage cultures treated with a range of activators were able to partially restore lymphocyte responses to mitogen in macrophage-depleted splenocyte cultures, and purified T - and B-cell cultures. In fact supernatants from macrophages treated with LPS for only 30 minutes could restore responsiveness. Supernatants from OpZ treated macrophages were without effect. (7). Macrophage supernatants could not induce proliferation in the absence of mitogen. They therefore provide a co-mitogenic signal required by lymphocytes in order to respond to mitogen. (8). Macrophage product profiles revealed that LPS and Con A-treated macrophage supernatants showed elevated levels of IL-1β, TNF -α L TB4 and TXB2. These products were therefore good candidates as the co-mitogenic factor. The possible inhibitory factors secreted by OpZ-treated macrophages were PGE2, IL-10 and NO. (9). The removal of cytokines, eicosanoids and TNF-α from LPS-treated macrophage supernatants using Cycloheximide, Dexamethasone and an MMPI respectively, resulted in the inability of these supernatants to restore macrophage-depleted lymphocyte responses to mitogen. (10). rIL-1β and rTNF-α are co-mitogenic factors, as macrophage-depleted lymphocytes incubated with rIL-1β and rTNF-α can respond to mitogen.

Extracellular cathepsin S and intracellular caspase 1 activation are surrogate biomarkers of particulate-induced lysosomal disruption in macrophages

BACKGROUND: Particulate matter has been shown to stimulate the innate immune system and induce acute inflammation. Therefore, while nanotechnology has the potential to provide therapeutic formulations with improved efficacy, there are concerns such pharmaceutical preparations could induce unwanted inflammatory side effects. Accordingly, we aim to examine the utility of using the proteolytic activity signatures of cysteine proteases, caspase 1 and cathepsin S (CTSS), as biomarkers to assess particulate-induced inflammation.

METHODS: Primary peritoneal macrophages and bone marrow-derived macrophages from C57BL/6 mice and ctss(-/-) mice were exposed to micro- and nanoparticulates and also the lysosomotropic agent, L-leucyl-L-leucine methyl ester (LLOME). ELISA and immunoblot analyses were used to measure the IL-1β response in cells, generated by lysosomal rupture. Affinity-binding probes (ABPs), which irreversibly bind to the active site thiol of cysteine proteases, were then used to detect active caspase 1 and CTSS following lysosomal rupture. Reporter substrates were also used to quantify the proteolytic activity of these enzymes, as measured by substrate turnover.

RESULTS: We demonstrate that exposure to silica, alum and polystyrene particulates induces IL-1β release from macrophages, through lysosomal destabilization. IL-1β secretion positively correlated with an increase in the proteolytic activity signatures of intracellular caspase 1 and extracellular CTSS, which were detected using ABPs and reporter substrates. Interestingly IL-1β release was significantly reduced in primary macrophages from ctss(-/-) mice.

CONCLUSIONS: This study supports the emerging significance of CTSS as a regulator of the innate immune response, highlighting its role in regulating IL-1β release. Crucially, the results demonstrate the utility of intracellular caspase 1 and extracellular CTSS proteolytic activities as surrogate biomarkers of lysosomal rupture and acute inflammation. In the future, activity-based detection of these enzymes may prove useful for the real-time assessment of particle-induced inflammation and toxicity assessment during the development of nanotherapeutics.

Hyperlipidemia impaired innate immune response to periodontal pathogen Porphyromonas gingivalis in apolipoprotein E knockout mice

A finely-tuned innate immune response plays a pivotal role in protecting host against bacterial invasion during periodontal disease progression. Hyperlipidemia has been suggested to exacerbate periodontal health condition. However, the underlying mechanism has not been addressed. In the present study, we investigated the effect of hyperlipidemia on innate immune responses to periodontal pathogen Porphyromonas gingivalis infection. Apolipoprotein E-deficient and wild-type mice at the age of 20 weeks were used for the study. Peritoneal macrophages were isolated and subsequently used for the study of viable P. gingivalis infection. ApoE−/− mice demonstrated inhibited iNOS production and impaired clearance of P. gingivalis in vitro and in vivo; furthermore, ApoE−/− mice displayed disrupted cytokine production pattern in response to P. gingivalis, with a decreased production of tumor necrosis factor-α, interleukin-6 (IL-6), IL-1β and monocyte chemotactic protein-1. Microarray data demonstrated that Toll-like receptor (TLR) and NOD-like receptor (NLR) pathway were altered in ApoE−/− mice macrophages; further analysis of pattern recognition receptors (PRRs) demonstrated that expression of triggering receptors on myeloid cells-1 (TREM-1), an amplifier of the TLR and NLR pathway, was decreased in ApoE−/− mice macrophages, leading to decreased recruitment of NF-κB onto the promoters of the TNF-α and IL-6. Our data suggest that in ApoE−/− mice hyperlipidemia disrupts the expression of PRRs, and cripples the host’s capability to generate sufficient innate immune response to P. gingivalis, which may facilitate immune evasion, subgingival colonization and establishment of P. gingivalis in the periodontal niche.

UDP-glucose 4, 6-dehydratase Activity Plays an Important Role in Maintaining Cell Wall Integrity and Virulence of Candida albicans

Candida albicans, a human fungal pathogen, undergoes morphogenetic changes that are associated with virulence. We report here that GAL102 in C. albicans encodes a homolog of dTDP-glucose 4,6-dehydratase, an enzyme that affects cell wall properties as well as virulence of many pathogenic bacteria. We found that GAL102 deletion leads to greater sensitivity to antifungal drugs and cell wall destabilizing agents like Calcofluor white and Congo red. The mutant also formed biofilms consisting mainly of hyphal cells that show less turgor. The NMR analysis of cell wall mannans of gal102 deletion strain revealed that a major constituent of mannan is missing and the phosphomannan component known to affect virulence is greatly reduced. We also observed that there was a substantial reduction in the expression of genes involved in biofilm formation but increase in the expression of genes encoding glycosylphosphatidylinositol-anchored proteins in the mutant. These, along with altered mannosylation of cell wall proteins together might be responsible for multiple phenotypes displayed by the mutant. Finally, the mutant was unable to grow in the presence of resident peritoneal macrophages and elicited a weak pro-inflammatory cytokine response in vitro. Similarly, this mutant elicited a poor serum pro-inflammatory cytokine response as judged by IFN gamma and TNF alpha levels and showed reduced virulence in a mouse model of systemic candidiasis. Importantly, an Ala substitution for a conserved Lys residue in the active site motif YXXXK, that abrogates the enzyme activity also showed reduced virulence and increased filamentation similar to the gal102 deletion strain. Since inactivating the enzyme encoded by GAL102 makes the cells sensitive to antifungal drugs and reduces its virulence, it can serve as a potential drug target in combination therapies for C. albicans and related pathogens.

Increased expression of cystine/glutamate antiporter in multiple sclerosis

Background: Glutamate excitotoxicity contributes to oligodendrocyte and tissue damage in multiple sclerosis (MS). Intriguingly, glutamate level in plasma and cerebrospinal fluid of MS patients is elevated, a feature which may be related to the pathophysiology of this disease. In addition to glutamate transporters, levels of extracellular glutamate are controlled by cystine/glutamate antiporter x(c)(-), an exchanger that provides intracellular cystine for production of glutathione, the major cellular antioxidant. The objective of this study was to analyze the role of the system x(c)(-) in glutamate homeostasis alterations in MS pathology. -- Methods: Primary cultures of human monocytes and the cell line U-937 were used to investigate the mechanism of glutamate release. Expression of cystine glutamate exchanger (xCT) was quantified by quantitative PCR, Western blot, flow cytometry and immunohistochemistry in monocytes in vitro, in animals with experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), the animal model of MS, and in samples of MS patients. -- Results and discussion: We show here that human activated monocytes release glutamate through cystine/glutamate antiporter x(c)(-) and that the expression of the catalytic subunit xCT is upregulated as a consequence of monocyte activation. In addition, xCT expression is also increased in EAE and in the disease proper. In the later, high expression of xCT occurs both in the central nervous system (CNS) and in peripheral blood cells. In particular, cells from monocyte-macrophage-microglia lineage have higher xCT expression in MS and in EAE, indicating that immune activation upregulates xCT levels, which may result in higher glutamate release and contribution to excitotoxic damage to oligodendrocytes. -- Conclusions: Together, these results reveal that increased expression of the cystine/glutamate antiporter system x(c)(-) in MS provides a link between inflammation and excitotoxicity in demyelinating diseases.

RCeveierwamide and ceramide 1-phosphate in health and disease

Sphingolipids are essential components of cell membranes, and many of them regulate vital cell functions. In particular, ceramide plays crucial roles in cell signaling processes. Two major actions of ceramides are the promotion of cell cycle arrest and the induction of apoptosis. Phosphorylation of ceramide produces ceramide 1-phosphate (C1P), which has opposite effects to ceramide. C1P is mitogenic and has prosurvival properties. In addition, C1P is an important mediator of inflammatory responses, an action that takes place through stimulation of cytosolic phospholipase A2, and the subsequent release of arachidonic acid and prostaglandin formation. All of the former actions are thought to be mediated by intracellularly generated C1P. However, the recent observation that C1P stimulates macrophage chemotaxis implicates specific plasma membrane receptors that are coupled to Gi proteins. Hence, it can be concluded that C1P has dual actions in cells, as it can act as an intracellular second messenger to promote cell survival, or as an extracellular receptor agonist to stimulate cell migration.

A atividade da pterocarpanoquinona LQB 118 in vitro e in vivo em Leishmania braziliensis

As leishmanioses estão entre as mais importantes endemias brasileiras e encontram-se entre as doenças mais negligenciadas no mundo. O arsenal terapêutico disponível é restrito, tóxico, caro e em algumas situações ineficazes, devido ao surgimento de cepas resistentes do parasito. No Brasil são registrados anualmente mais de 20 mil casos de leishmaniose tegumentar e a Leishmania braziliensis é a principal espécie causadora das formas clínicas cutânea e mucosa. Portanto tornam-se importantes estudos que conduzam ao desenvolvimento de novas alternativas terapêuticas. O objetivo do presente estudo foi avaliar a atividade da pterocarpanoquinona denominada LQB118 sobre Leishmania braziliensis in vitro e in vivo usando hamsters como modelo experimental. O efeito antiparasitário foi avaliado sobre o crescimento in vitro das formas promastigotas e sobre amastigotas intracelulares em macrófagos peritoneais de camundongos. Para avaliar o modo ação in vitro foi investigada a indução de apoptose usando marcação por TUNEL e Anexina V-FITC. O efeito sobre a modulação da ativação de macrófagos murinos foi analisada pela dosagem de óxido nítrico (reagente de Griess) e de citocinas IL-12, TNF-alfa e IL-10 (por ELISA) nos sobrenadantes de macrófagos. In vivo a atividade terapêutica da LQB 118 foi estudada em grupos de hamsters infectados com L.braziliensis na pata, tratados com a LQB118 pelas vias intralesional (100M/3x/semana) ou oral (0,5mg/5x/semana) após 7 dias de infecção durante oito semanas. A ação terapêutica foi analisada através do tamanho da lesão. A resposta imune foi avaliada durante o tratamento, pela resposta de hipersensibilidade tardia (DTH) ao antígeno total de L. braziliensis. A ação da LQB118 in vitro foi dose-dependente tanto na forma promastigota inibindo 45%, 64,7% e 99,95%, quanto nas amastigotas intracelulares 22%, 72% e 81% nas concentrações de 5M, 10M e 20M, respectivamente para ambas as formas evolutivas. A LQB118 foi capaz de induzir a externalização de fosfatidilserina em promastigotas (18,57% das células incubadas por 24 h e em 25,79% de células tratadas por 48h) e também promoveu aumento da fluorescência nas duas formas evolutivas da Leishmania quando comparadas aos controles, demonstrando a indução de fragmentação do DNA do parasito. Esta substância também foi capaz de modular a resposta dos macrófagos infectados por 24 horas aumentando de forma dose-dependente a IL-12 e NO, mantendo constante TNF-α. In vivo, na sétima semana de tratamento, observamos uma redução significativa do tamanho das lesões nos animais tratados com LQB 118 intralesional (p<0, 001) e no grupo tratado pela via oral (p<0,05) quando comparado com o controle. Estes resultados demonstram que a atividade anti-Leishmania da LQB118 é direta sobre o parasito pela indução de morte por apoptose, apresentando também uma ação moduladora da resposta dos macrófagos contribuindo para ação leishmanicida, sem alterar a morfologia da célula hospedeira e que a LQB 118 apresenta uma atividade terapêutica no modelo hamster e pode ser uma importante molécula para o desenvolvimento de um novo fármaco.

Atividade do flavonóide quercetina em Leishmania braziliensis usando hamster como modelo de infecção

As leishmanioses estão entre as mais importantes endemias brasileiras e encontram-se entre as doenças mais negligenciadas no mundo. O arsenal terapêutico disponível é restrito, tóxico, caro e em algumas situações ineficazes, devido ao surgimento de cepas resistentes do parasito. No Brasil são registrados anualmente mais de 20 mil casos de leishmaniose tegumentar e a Leishmania braziliensis é a principal espécie causadora das formas clínicas cutânea e mucosa. Estudos prévios mostraram que o flavonóide quercetina tem ação terapêutica pela via oral em camundongos infectados com L. amazonensis. O objetivo do presente estudo foi avaliar a atividade do flavonóide quercetina sobre Leishmania braziliensis in vitro e in vivo usando hamsters como modelo experimental. O efeito antiparasitário da quercetina foi avaliado sobre o crescimento in vitro das formas promastigotas e sobre amastigotas intracelulares em macrófagos peritoneais de camundongos e hamsters. O efeito da quercetina sobre macrófagos foi avaliado pela dosagem de óxido nítrico pelo método de Griess nos sobrenadantes das culturas e espécies reativas de oxigênio (EROs) intracelular através do H2DCFDA. In vivo a atividade terapêutica da quercetina foi estudada em grupos de hamsters infectados com L.braziliensis na pata, tratados com quercetina pela via oral (2mg/ 5X / semana) após 7 dias de infecção durante oito semanas.A ação terapêutica foi analisada através do tamanho da lesão. A resposta imune foi avaliada durante o tratamento, pela resposta de hipersensibilidade tardia (DTH) ao antígeno total de L. braziliensis. A quercetina não apresentou atividade sobre o crescimento de promastigotas em cultura em nenhuma das concentrações testadas. Em amastigotas intracelulares quercetina apresentou ação dose dependente em macrófagos de camundongos e hamsters inibindo 45% e 54% e 25% e 48 %, respectivamente nas concentrações de 50 e 100g/ml após 48h de tratamento. O pré - tratamento dos macrófagos de camundongos e hamsters com quercetina foi capaz de inibir o crescimento de amastigotas intracelulares em 57, 58 e 74% e 49, 50, e 58% respectivamente, nas concentrações de 25, 50 e 100 g/ml, apresentado ação inibitória significativa em todas as concentrações testadas. Não houve alteração na produção de NO pelos macrófagos, entretanto macrófagos pré tratados com a quercetina por 24 horas antes da infecção apresentaram um aumento significativo na produção de EROs, quando comparados aos controles. Macrófagos tratados antes e depois da infecção, apresentaram diminuição da produção de EROs. In vivo, a quercetina foi capaz de controlar o tamanho das lesões a partir da terceira semana de tratamento em relação ao controle não tratado ( P< 0,05). Os animais tratados com quercetina apresentaram maior resposta intradérmica aos antígenos de L. braziliensis. Esses dados mostram que a quercetina tem atividade sobre L. braziliensis, inibindo amastigotas intracelulares in vitro e sendo capaz de controlar o tamanho das lesões em hamsters infectados quando administrada pela via oral.

Atividade in vitro da pterocarpanoquinona LQB-118 sobre o Trypanosoma cruzi

A doença de Chagas é endêmica na América Latina sendo considerada uma doença negligenciada com grande impacto socioeconômico. A infecção é causada pelo protozoário Trypanosoma cruzi que é transmitido pela forma vetorial, entre outros mecanismos. O tratamento consiste basicamente no uso de dois fármacos, o benznidazol e o Nifurtimox que apresentam uma série de efeitos colaterais e atuam muito pouco nas formas amastigotas intracelulares o que faz com que o tratamento atual seja restrito e insatisfatório.Várias atividades farmacológicas foram atribuídas ao lapachol e a pterocarpanos, tais como atividade antitumoral e antiparasitária. Devido a esse potencial foi sintetizado uma molécula híbrida, a pterocarpanoquinona LQB-118, e algumas moléculas derivadas. A LQB-118 mostrou anteriormente atividade antitumoral e anti-Leishmania. O objetivo do presente trabalho foi investigar a atividade in vitro da LQB-118 e suas moléculas derivadas sobre o Trypanosoma cruzi clone Dm28c. Para avaliação inicial do efeito anti-parasitário das moléculas, amastigotas intracelulares, tripomastigotas metacíclicos e epimastigotas foram incubados com 20 M das LQBs 118, 168, 187, 182 e 236. A LQB-118 demonstrou atividade antiparasitária nas três formas evolutivas (90% na forma amastigota, 44% na forma tripomastigota e 70% na forma epimastigota) do parasito, enquanto as moléculas derivadas não mostraram atividade significativa. Sendo assim os estudos foram continuados com a molécula LQB-118. A ação da LQB-118 sobre as amastigotas intracelulares foi dose dependente, com redução do índice de infecção em 81% e 88% nas concentrações de 20 e 30 M respectivamente. Já sobre tripomastigotas, a LQB-118 foi menos ativa reduzindo a mobilidade dessas formas em até 45% a 30 M. Sobre a forma epimastigota a ação foi dose-dependente chegando a inibir 96% o crescimento dos parasitos a 20 M, com alterações da morfologia tais como arrendondamento do corpo celular e perda do flagelo. A dose capaz de inibir 50% foi de 4,2 M para amastigota intracelular e 38,1 M para tripomastigotas. Para macrófagos, a LC50 ficou em 40 M, uma concentração quase dez vezes maior que a IC50 para amastigotas. A capacidade das formas amastigotas intracelulares se diferenciarem em tripomatigotas e lisar os macrófagos foi avaliada após o tratamento com a LQB-118 por 72h. Observou-se um atraso do ciclo intracelular do parasito de modo dose-dependente, onde na concentração de 30 M o surgimento de tripomastigota foi no 9 dia enquanto nos controles foi no 5 dia de cultura. Para delinear o mecanismo de ação, foi avaliado o efeito direto sobre o parasito como a indução da fragmentação de DNA. A análise de indução da fragmentação do DNA feita pela marcação pelo TUNEL mostrou que o tratamento com a LQB-118 induziu seletivamente a fragmentação do núcleo das amastigotas enquanto o núcleo dos macrófagos se mantiveram íntegros. Macrófagos peritoneais pré-tratados com LQB-118 por 24 horas foram capazes de reduzir o número de amastigotas após 72h de cultivo na ausência da molécula, mas sem alteração na produção de óxido nítrico. Esses resultados mostram que a LQB-118 é ativa contra o T. cruzi, principalmente sobre a forma amastigota intracelular, que é a forma presente na fase crônica da infecção. O mecanismo de ação sugere que a LQB-118 é capaz de ser seletivamente tóxica para o parasito e também ativar os mecanismos microbicidas dos macrófagos de modo independente da produção de óxido nítrico.

Ação do Glucantime sobre macrófagos de camundongos

Os antimoniais pentavalentes, tais como o Glucantime, são geralmente usados como fármacos de primeira escolha para o tratamento das leishmanioses, no entanto seu mecanismo de ação não é completamente esclarecido. Atua contra formas amastigotas intracelulares de Leishmania sp, comprometendo o potencial redox levando danos ao DNA do parasito. Alguns trabalhos sugerem que o Glucantime aumenta a capacidade fagocítica e a produção de TNF-alfa por fagócitos. O objetivo deste estudo foi avaliar a capacidade do Glucantime modular a atividade do macrófago, a principal célula hospedeira da Leishmania. Inicialmente, a toxicidade do Glucantime foi testada sobre macrófagos peritoneais de camundongos BALB/c, tratando as monocamadas in vitro por 48 horas. A viabilidade celular foi avaliada pelo método do MTT. A capacidade do Glucantime (0,1, 1 e 10 mg/ml) modular os macrófagos foi avaliada tratando as monocamadas de macrófagos peritoneais por 24 horas antes da infecção com Leishmania braziliensis. Após 48 horas de incubação com meio de cultura foi avaliado o índice de infecção por contagem. Antes e após a infecção foram analisados a produção de óxido nítrico (NO) pelo método de Griess, espécies reativas de oxigênio (EROS) por fluorimetria usando a sonda H2DCFDA e a produção de citocinas por ELISA. Para avaliar se o Glucantime seria capaz de modular macrófagos in vivo, camundongos suíços foram tratados por 5 dias consecutivos com 8 mg de Glucantime pela via intraperitoneal. Macrófagos peritôneais foram avaliados quanto a sua capacidade de controlar a infecção in vitro com L. braziliensis. Os resultados mostraram que nas concentrações até 10 mg/ml, o Glucantime não alterou a viabilidade dos macrófagos in vitro. O pré-tratamento dos macrófagos com Glucantime nas concentrações de 0.1mg/mL, 1mg/mL e 10mg/mL, foi capaz de reduzir o índice de infecção em 49%, 74% e 85%, respectivamente. Em macrófagos não infectados a produção de NO foi aumentada na concentração de 10mg/ml de Glucantime. O tratamento com 1 e 10 mg/ml de Glucantime foi capaz de aumentar significativamente a produção de EROs (p<0,05 e p<0.01, respectivamente) e a produção IL-12 (p<0,05), mas a IL-10 não foi alterada. Não houve alterações significativas desses parâmetros em relação ao controle após a infecção com L. braziliensis. Os macrófagos oriundos dos animais tratados com Glucantime foram capazes de reduzir o índice de infecção por L. braziliensis (p<0,05). Esses resultados sugerem que o Glucantime é capaz de ativar os macrófagos e esse efeito pode contribuir para o mecanismo de ação desse fármaco.

Two genes on A/J chromosome 18 are associated with susceptibility to Staphylococcus aureus infection by combined microarray and QTL analyses.

Although it has recently been shown that A/J mice are highly susceptible to Staphylococcus aureus sepsis as compared to C57BL/6J, the specific genes responsible for this differential phenotype are unknown. Using chromosome substitution strains (CSS), we found that loci on chromosomes 8, 11, and 18 influence susceptibility to S. aureus sepsis in A/J mice. We then used two candidate gene selection strategies to identify genes on these three chromosomes associated with S. aureus susceptibility, and targeted genes identified by both gene selection strategies. First, we used whole genome transcription profiling to identify 191 (56 on chr. 8, 100 on chr. 11, and 35 on chr. 18) genes on our three chromosomes of interest that are differentially expressed between S. aureus-infected A/J and C57BL/6J. Second, we identified two significant quantitative trait loci (QTL) for survival post-infection on chr. 18 using N(2) backcross mice (F(1) [C18A]xC57BL/6J). Ten genes on chr. 18 (March3, Cep120, Chmp1b, Dcp2, Dtwd2, Isoc1, Lman1, Spire1, Tnfaip8, and Seh1l) mapped to the two significant QTL regions and were also identified by the expression array selection strategy. Using real-time PCR, 6 of these 10 genes (Chmp1b, Dtwd2, Isoc1, Lman1, Tnfaip8, and Seh1l) showed significantly different expression levels between S. aureus-infected A/J and C57BL/6J. For two (Tnfaip8 and Seh1l) of these 6 genes, siRNA-mediated knockdown of gene expression in S. aureus-challenged RAW264.7 macrophages induced significant changes in the cytokine response (IL-1 beta and GM-CSF) compared to negative controls. These cytokine response changes were consistent with those seen in S. aureus-challenged peritoneal macrophages from CSS 18 mice (which contain A/J chromosome 18 but are otherwise C57BL/6J), but not C57BL/6J mice. These findings suggest that two genes, Tnfaip8 and Seh1l, may contribute to susceptibility to S. aureus in A/J mice, and represent promising candidates for human genetic susceptibility studies.

Secreted Proteins from the Helminth Fasciola hepatica Inhibit the Initiation of Autoreactive T Cell Responses and Prevent Diabetes in the NOD Mouse

Infections with helminth parasites prevent/attenuate auto-inflammatory disease. Here we show that molecules secreted by a helminth parasite could prevent Type 1 Diabetes (T1D) in nonobese diabetic (NOD) mice. When delivered at 4 weeks of age (coincident with the initiation of autoimmunity), the excretory/secretory products of Fasciola hepatica (FhES) prevented the onset of T1D, with 84% of mice remaining normoglycaemic and insulitis-free at 30 weeks of age. Disease protection was associated with suppression of IFN-γ secretion from autoreactive T cells and a switch to the production of a regulatory isotype (from IgG2a to IgG1) of autoantibody. Following FhES injection, peritoneal macrophages converted to a regulatory M2 phenotype, characterised by increased expression levels of Ym1, Arg-1, TGFβ and PD-L1. Expression of these M2 genetic markers increased in the pancreatic lymph nodes and the pancreas of FhES-treated mice. In vitro, FhES-stimulated M2 macrophages induced the differentiation of Tregs from splenocytes isolated from naïve NOD mice. Collectively, our data shows that FhES contains immune-modulatory molecules that mediate protection from autoimmune diabetes via the induction and maintenance of a regulatory immune environment.

Régulation de l'activité transcriptionnelle de PPARgamma via l'activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a : potentiel anti-athérosclérotique

Les sécrétines peptidiques de l’hormone de croissance (GHRPs) constituent une classe de peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance (GH). Cette activité est médiée par leur liaison à un récepteur couplé aux protéines G : le récepteur des sécrétines de l’hormone de croissance (GHS-R1a), identifié subséquemment comme le récepteur de la ghréline. La ghréline est un peptide de 28 acides aminés sécrété principalement par les cellules de la muqueuse de l’estomac, qui exerce de nombreux effets périphériques indépendamment de la sécrétion de l’hormone de croissance. Les effets indépendants de la sécrétion de GH incluent, entre autres, des actions sur le contrôle de la prise de nourriture, le métabolisme énergétique, la fonction cardiaque, le système immunitaire et la prolifération cellulaire. L’étude de la distribution périphérique des sites de liaison des GHRPs nous a permis d’identifier un second site, le CD36, un récepteur scavenger exprimé dans plusieurs tissus dont le myocarde, l’endothélium de la microvasculature et les monocytes/macrophages. Le CD36 exprimé à la surface du macrophage joue un rôle clé dans l’initiation du développement de l’athérosclérose par la liaison et l’internalisation des lipoprotéines de faible densité oxydées (LDLox) dans l’espace sous-endothélial de l’artère. L’hexaréline, un analogue GHRP, a été développé comme agent thérapeutique pour stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance par l’hypophyse. Sa propriété de liaison aux récepteurs GHS-R1a et CD36 situés en périphérie et particulièrement sa capacité d’interférer avec la liaison des LDLox par le CD36 nous ont incité à évaluer la capacité de l’hexaréline à moduler le métabolisme lipidique du macrophage. L’objectif principal de ce projet a été de déterminer les effets de l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a, par l’hexaréline et la ghréline, le ligand endogène du GHS-R1a, sur la physiologie du macrophage et de déterminer son potentiel anti-athérosclérotique. Les résultats montrent premièrement que l’hexaréline et la ghréline augmentent l’expression des transporteurs ABCA1 et ABCG1, impliqués dans le transport inverse du cholestérol, via un mécanisme contrôlé par le récepteur nucléaire PPARγ. La régulation de l’activité transcriptionnelle de PPARγ par l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a se fait indépendamment de la présence du domaine de liaison du ligand (LBD) de PPARγ et est conséquente de changements dans l’état de phosphorylation de PPARγ. Une étude plus approfondie de la signalisation résultant de la liaison de la ghréline sur le GHS-R1a révèle que PPARγ est activé par un mécanisme de concertation entre les voies de signalisation Gαq/PI3-K/Akt et Fyn/Dok-1/ERK au niveau du macrophage. Le rôle de PPARγ dans la régulation du métabolisme lipidique par l’hexaréline a été démontré par l’utilisation de macrophages de souris hétérozygotes pour le gène de Ppar gamma, qui présentent une forte diminution de l’activation des gènes de la cascade métabolique PPARγ-LXRα-transporteurs ABC en réponse à l’hexaréline. L’injection quotidienne d’hexaréline à un modèle de souris prédisposées au développement de l’athérosclérose, les souris déficientes en apoE sous une diète riche en cholestérol et en lipides, se traduit également en une diminution significative de la présence de lésions athérosclérotiques correspondant à une augmentation de l’expression des gènes cibles de PPARγ et LXRα dans les macrophages péritonéaux provenant des animaux traités à l’hexaréline. L’ensemble des résultats obtenus dans cette thèse identifie certains nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de PPARγ et du métabolisme du cholestérol dans le macrophage via les récepteurs CD36 et GHS-R1a. Ils pourraient servir de cibles thérapeutiques dans une perspective de traitement des maladies cardiovasculaires.

Regulation of lipid metabolism in adipocytes and hepatocytes by hexarelin through scavenger receptor CD36

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides.

Rôle des récepteurs Toll-like et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la régulation de l’hepcidine et le développement des hyposidérémies associées à l’inflammation

Le fer est un oligo-élément nécessaire pour le fonctionnement normal de toutes les cellules de l'organisme et joue un rôle essentiel dans de nombreuses fonctions biologiques. Cependant, le niveau de fer dans le corps doit être bien réglé, sinon la carence en fer entraine des divers états pathologiques tels que l'anémie et la diminution de l’immunité. D'autre part, une surcharge en fer potentialise la multiplication des germes, aggrave l’infection et la formation de radicaux libres ayant des effets toxiques sur les cellules et leurs composants, ce qui favorise les maladies cardio-vasculaires, l'inflammation et le cancer. L'hepcidine (HAMP), un régulateur négatif de l'absorption du fer, induit la dégradation de la ferroportine (FPN), le seul exportateur connu de fer ce qui réduit sa libération par les macrophages et inhibe son absorption gastro-intestinale. HAMP est synthétisé principalement par les hépatocytes, mais aussi par les macrophages. Cependant, il y a très peu de données sur la façon dont HAMP est régulé au niveau des macrophages. Plus récemment, nous avons constaté que l’induction de l’hepcidin dans le foie par le polysaccharide (LPS) est dépendante de la voie de signalisation médiée par « Toll-like receptor 4 » (TLR4). Grâce au TLR4, le LPS induit l'activation des macrophages qui sécrètent de nombreuses différentes cytokines inflammatoires, y compris Interleukine 6 (IL-6), responsable de l'expression de HAMP hépatique. Dans le premier chapitre de la présente étude, nous avons étudié la régulation de HAMP dans la lignée cellulaire macrophagique RAW264.7 et dans les macrophages péritonéaux murins stimulés par différents ligands des TLRs. Nous avons constaté que TLR2 et TLR4 par l'intermédiaire de la protéine adaptatrice « myeloid differentiation primary response gene 88 » (MyD88) activent l'expression de HAMP dans les cellules RAW264.7 et les macrophages péritonéaux sauvages murins, tandis que cette expression a été supprimée dans les macrophages isolés des souris TLR2-/-, TLR4-déficiente ou MyD88-/-. En outre, nous avons constaté que la production d'IL-6 par les cellules RAW264.7 stimulées avec du LPS a été renforcée par l’ajout des quantités élevées de fer dans le milieu de culture. Au cours de l’inflammation, le niveau de HAMP est fortement augmenté. Ainsi, lorsque l'inflammation persiste, l’expression de HAMP continue à être activée par des cytokines pro-inflammatoires conduisant à une hyposidérémie. Malgré que cette dernière soit considérée comme une défense de l'hôte pour priver les micro-organismes de fer, celle ci cause un développement d'anémies nommées anémies des maladies chroniques. Ainsi, dans le deuxième chapitre de la présente étude, nous avons étudié l'implication des TLRs et leurs protéines adaptatrices MyD88 et TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β (TRIF) dans le développement des hyposidérémies. En utilisant des souris déficientes en MyD88 et TRIF, nous avons montré que les voies de signalisations MyD88 et TRIF sont essentielles pour l’induction de HAMP par le LPS. Malgré l'absence de HAMP, les souris déficientes ont été capables de développer une hyposidérémie, mais la réponse des souris déficientes en MyD88 a été très légère, ce qui indique l'exigence de cette protéine pour assurer une réponse maximale au LPS. En outre, nous avons constaté que la signalisation MyD88 est nécessaire pour le stockage du fer au niveau de la rate, ainsi que l'induction de lipocaline 2 (LCN2), qui est une protéine impliquée dans la fixation du fer pour limiter la croissance bactérienne. Indépendamment de MyD88 ou TRIF, l'activation de TLR4 et TLR3 a conduit, au niveau de la rate, à une diminution rapide de l’expression de FPN et du « Human hemochromatosis protein » (HFE) qui est une protéine qui limite la séquestration du fer cellulaire à partir de la circulation. Cependant, malgré cette baisse d’expression, le manque de la signalisation MyD88 a altéré de manière significative la réponse hyposidérémique. En établissant le rôle des TLRs et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la diminution du taux du fer sérique au cours de la réponse inflammatoire, nous avons remarqué qu’en réponse au surcharge en fer les souris déficientes en MyD88 accumulent de manière significative plus de fer hépatique par rapport aux souris sauvages, et cela indépendamment des TLRs. Ainsi, dans le troisième chapitre de la présente étude, nous avons étudié le phénotype observé chez les souris déficientes en MyD88. Nous avons trouvé que l'expression de HAMP chez ces souris a été plus faible que celle des souris de type sauvage. Pour cela, nous avons exploré la signalisation à travers la voie du « Bone Morphogenetic Proteins 6 » (BMP6) qui est considérée comme étant la voie fondamentale de la régulation de HAMP en réponse aux concentrations du fer intracellulaires et extracellulaires et nous avons trouvé que l'expression protéique de Smad4, un régulateur positif de l'expression de HAMP, est significativement plus faible chez les souris MyD88-/- par rapport aux souris sauvages. En outre, on a montré que MyD88 interagit avec « mothers against decapentaplegic, Drosophila, homolog 4 » (Smad4) et que cette interaction est essentielle pour l’induction de HAMP à travers la voie BMP6. En conclusion, notre étude montre que l'expression de HAMP dans les macrophages est régulée principalement par TLR2 et TLR4 à travers la voie MyD88 et que l'accumulation du fer dans les macrophages peut affecter les niveaux des cytokines pro-inflammatoires. En outre, nos analyses démontrent que le développement d’hyposidérémie en réponse au LPS se produit par l'intermédiaire d’un mécanisme dépendant de MyD88 qui est dissociée de la production de cytokines et de HAMP. En plus, nos recherches montrent que MyD88 est nécessaire pour l'expression de Smad4 et cela pour garantir une réponse optimale à travers la signalisation BMP6, conduisant ainsi à une expression adéquate de HAMP. Enfin, la protéine MyD88 joue un rôle crucial dans, la régulation de HAMP au niveau des macrophages, la diminution du taux du fer sérique en réponse au LPS et le maintien de l'homéostasie du fer.